DE10340053A1

DE10340053A1 - Bestimmung der Geschwindigkeit über Grund bei fahrdynamischen Anwendungen im Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10340053A1
Application number: DE2003140053
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Schmidt; Peter Dr. Schulenberg; Jürgen Hoffmann; Tycho Von Jan
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Fahrdynamischen Anwendungen der Kraftfahrzeugtechnik ist gemeinsam, dass die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit eine große Rolle spielt. Während der normalen Fahrt wird der Geschwindigkeitsvektor üblicherweise aus Raddrehzahlen und Drehraten ermittelt. Während des Systemeingriffs ergeben die Raddrehzahlen keine auswertbaren Daten. Es wird ein Verfahren vorgestellt, das während des Systemeingriffs die vektorielle Geschwindigkeit über Grund ermittelt. Eine erste Möglichkeit besteht im Einsatz einer Dreiachsen-Beschleunigungssensorik. Dabei können preisgünstige Vibrationskreisel eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Zuhilfenahme von Satellitennavigation. Dazu muss das Kraftfahrzeug mit einem Receiver ausgestattet sein.

Description

In der Kraftfahrzeugtechnik spielen fahrdynamische Anwendungen eine immer größer werdende Rolle. Antiblockiersysteme (ABS) z.B. sind Regeleinrichtungen im Bremssystem, die das Blockieren der Räder beim Bremsen verhindern und damit die Lenkbarkeit und die Fahrstabilität erhalten. Ein weiteres Beispiel ist das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), ein Regelsystem im Bremssystem und im Antriebsstrang, das das seitliche Ausbrechen des Fahrzeugs verhindert. Es bietet aktive Unterstützung des Fahrers in querdynamisch kritischen Situationen wie z.B. eine erweiterte Fahrstabilität bei extremen Lenkmanövern als Angst- oder Panikreaktion und damit eingehende Reduzierung der Schleudergefahr.
In Entwicklung sind außerdem u.a. Verfahren und Vorrichtungen zur Kollisionsvermeidung von Kraftfahrzeugen. In kritischen Verkehrssituationen wie z.B. drohenden Kollisionen mit anderen Fahrzeugen, kann ein Fahrer häufig nicht schnell genug und nicht situationsgerecht reagieren. Zur Vermeidung der Kollision werden Verfahren und Vorrichtungen entwickelt, durch die ein Ausweichen oder Bremsen des Fahrzeugs selbständig durch das Fahrzeug vorgenommen werden.
All den fahrdynamischen Anwendungen in Kraftfahrzeugen ist gemeinsam, dass die Bestimmung der Geschwindigkeit über Grund eine große Rolle spielt, wobei derzeit derartige Fahrdynamikregelung die Fahrgeschwindigkeit aus im wesentlichen aus Raddrehzahlinformationen. Die Raddrehzahlinformation ist allerdings genau dann unzuverlässig, wenn sie beim Systemeingriff, wie z.B. beim ESP-Eingriff oder bei der ABS-Bremsung benötigt wird, weil einzelne Räder blockieren oder die Haftung verlieren, so dass die der Raddrehzahl in diesem Fall nicht zur Geschwindigkeitsbestimmung herangezogen werden kann.
Aus der deutschen Druckschrift DE 195 02 384 A1 ist ein Verfahren zur Berechnung geschätzter Fahrzeuggeschwindigkeiten bekannt. Dabei wird die geschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit auf Basis von Radgeschwindigkeiten bestimmt. Änderungsbeträge der Radgeschwindigkeiten werden in Korrekturbeträgen erfasst, wobei auch Durchrutschen von Rädern und Blockierzustände, wie sie z.B. bei ABS auftreten, berücksichtigt werden. Bei diesem Verfahren wird die Fahrgeschwindigkeit mittels korrigierten Werten aus einem Längsbeschleunigungs/verzögerungssensor geschätzt.
Aus der japanischen Druckschrift 63269064 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Betrag der Fahrzeuggeschwindigkeit während der normalen Fahrt aus der Anzahl der Radumdrehungen bestimmt wird. Im Bremszustand wird der Betrag der aktuellen Geschwindigkeit über Grund aus der, durch einen Beschleunigungssensor erfassten, Verzögerung bestimmt. Durch den Bremsvorgang neigt sich die Karosserie nach vorne und der Eintauchwinkel geht als Korrekturgröße in die Berechnung des Betrages der aktuellen Geschwindigkeit ein. Bei diesem Verfahren werden Beträge der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet.
Die Druckschrift DE 100 56 549 A1 bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung und Verarbeitung von Regelgrößen-Sollwert-Vorgaben und Sensoreingangssignalen in Kraftfahrzeugen. Es wird ein zentrales Modul geschaffen, dessen Aufgabe die Bestimmung der kompletten Fahrzeugbewegung ist. Die Fahrzeugbewegung lässt sich durch Ermittlung der Drehraten um die drei Raumrichtungen, d.h. der X-Richtung, der Y-Richtung sowie der Z-Richtung ermitteln, sowie aus auftretenden Beschleunigungen in eine oder mehrere dieser Richtungen. Eingangsgrößen für ein solch zentrales Modul sind sämtliche Sensorsignale, die die Fahrzeugbewegung ausmessen, wie Drehratensensoren, Raddrehzahlsensoren usw. sowie die augenblicklichen Sollwerte der Stellelemente des Fahrzeuges, d.h. Bremsdruck, Lenkwinkel, Motordrehmoment, die im wesentlichen alle vom Fahrer des Kraftfahrzeuges vorgegeben werden. Auch hier wird über den Abgriff der Raddrehzahl die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Andererseits wird die Beschleunigung in X-Richtung über einen Fahrzeugbeschleunigungssensor ermittelt und aus dieser Beschleunigung wird die Geschwindigkeit abgeleitet. Diese wird dann mit derjenigen verglichen, die sich aus der Auswertung der Impulse des Drehzahlsensors ergeben haben. Wie allerdings der Vergleich ausgeführt wird, wenn die Sensorsignale der Raddrehzahlsensoren keine verwertbaren Größen liefern, wie z.B. beim Blockieren der Räder, wird nicht angegeben.
Gegenüber den genannten Verfahren ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die vektorielle Fahrgeschwindigkeit in allen Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs sicher bestimmt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Während der normalen Fahrt wird der Fahrgeschwindigkeitsvektor aus Raddrehzahlen und Drehrate ermittelt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in Verkehrssituationen in denen ein Systemeingriff zur Fahrdynamikregelung erfolgt, die vektorielle Geschwindigkeit über Grund für den Zeitraum des Systemeingriffs aus mindestens einer anderen Messgröße als der Raddrehzahl bestimmt wird. Dies wird notwendig da die Raddrehzahlen während des Systemeingriffs keine auswertbaren Daten liefern. Üblicherweise benötigt ein Systemeingriff keine lange Zeit. Deswegen geht die vorgeschlagene Lösung davon aus, dass die vektorielle Geschwindigkeitsangabe nur für einen kurzen Zeitraum, wie etwa einige zehn Sekunden oder weiniger überbrückt werden muss. Die während der normalen Fahrt aus Raddrehzahlen und Drehrate ermittelte vektorielle Geschwindigkeit dient dabei als Anfangsgeschwindigkeit für die Weiterberechnung im Eingriffsfall. Es ist auch möglich die Anfangsgeschwindigkeit zu Beginn eines fahrdynamischen Eingriffs über eine Kombination aus Raddrehzahl und Drehrate sowie aus Daten einer Satellitennavigation zu bestimmen.
Eine erste Möglichkeit, die vektorielle Geschwindigkeit über Grund für den Zeitraum des Systemeingriffs anzugeben, besteht im Einsatz einer Dreiachsen-Beschleunigungssensorik. Bei Haftungsverlust kann durch Verwendung dieser Drehratengeber die tatsächlich resultierende vektorielle Bewegungsrichtung und -geschwindigkeit bestimmt werden. Dabei werden auch Fahrmanöver, die mit Lenkwinkeleinsatz stattfinden, erfasst. Ebenso ist der Gierwinkelversatz zwischen Fahrzeuglängsachse und tatsächlicher Bewegungsrichtung im Falle des Haftungsverlustes bestimmbar. Als eine solche Beschleunigungssensorik kann z.B. ein Vibrationskreisel eingesetzt werden, der Drehratensensoren zuzurechnen ist und den Vorteil bietet, dass er preisgünstig herzustellen ist. Der Drehratengeber liefert die Beschleunigung bzw. Verzögerung. Im Kraftfahrzeug muss eine Datenerfassungs- und – verarbeitungseinrichtung vorhanden sein um die Daten des Drehratengebers zu empfangen, zu verarbeiten, die Geschwindigkeit zu bestimmen und die Daten weiterzuleiten.
Eine weitere Möglichkeit die vektorielle Fahrgeschwindigkeit während eines Systemeingriffs zu bestimmen, besteht in der Zuhilfenahme von Satellitennavigation. Zur Zeit kann dazu das Global Positioning System (GPS) verwendet werden, wozu das Kraftfahrzeug mit einem GPS-Receiver ausgerüstet sein muss. Wie auch bei der Erfassung der vektoriellen Geschwindigkeit durch Drehratengeber muss im Kraftfahrzeug eine Datenerfassungs- und – verarbeitungseinrichtung vorhanden sein, die die Daten, die vom GPS-Receiver empfangen werden, verarbeitet. Ebenfalls müssen die von der Datenerfassungseinrichtung verarbeiteten Daten weitergeleitet werden. Allerdings können Situationen eintreten, in denen kein Satellitenempfang möglich ist, wie dies beispielsweise bei Fahrt durch einen Tunnel oder einen momentan nicht durch Satelliten abgedeckten Bereich der Fall sein kann.
In beiden Fällen wird die Fahrgeschwindigkeit wieder aus Drehrate und Raddrehzahlen oder eine Kombination aus Drehrate und Raddrehzahl sowie durch eine Satellitennavigation ermittelt, sobald die Fahrdynamikregelung ein "Ende"-Signal setzt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des im vorangegangenen beschriebenen Verfahrens weist ein Steuergerät, ein Raddrehzahlsensor, ein Drehratensensor und eine Dreiachsen-Beschleunigungssensorik auf. Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ein Satellitennavigationssystem auf. Die Dreiachsen-Beschleunigungssensorik kann durch einen Vibrationskreisel gebildet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
1 ein Kraftfahrzeug und eine Dreiachsen-Beschleunigungssensorik.
In 1 wird ein Kraftfahrzeug 1 in Verbindung mit einer schematischen Darstellung einer Dreiachsen-Beschleunigungssensorik 2 gezeigt. Der üblicherweise im Kraftfahrzeug 1 eingebaute Sensor 2 wird hier zur übersichtlicheren Darstellung außerhalb des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Im Ruhezustand stimmt die Längsachse 3 des Kraftfahrzeugs mit der x-Achse des Sensors 2 überein, die Querachse 4 des Kraftfahrzeugs mit der y-Achse und die Hochachse 5 des Kraftfahrzeugs mit der z-Achse des Sensors 2. Während der Fahrt kann der Beschleunigungssensor 2 eine Drehung des Kraftfahrzeugs 1 von bis zu 360° um seine Hochachse 5 erfassen, ein Nicken von +/– 30° um seine Querachse 4 und ein Wanken von +/– 30° um seine Längsachse 3. Somit können u.a. Fahrmanöver mit Lenkwinkeleinsatz erfasst werden sowie auch z.B. der Gierwinkelversatz zwischen Fahrzeuglängsachse 3 und tatsächlicher Bewegungsrichtung in Richtung der x-Achse. Folglich ist es möglich, den Geschwindigkeitsvektor v, bestehend aus den Komponenten v_x, v_y, v_z, auch bei Systemeingriff zu bestimmen.

1: Kraftfahrzeug
2: Dreiachsen-Beschleunigungssensor
3: Längsachse des Kraftfahrzeugs
4: Querachse des Kraftfahrzeugs
5: Hochachse des Kraftfahrzeugs

Claims

Verfahren zur Bestimmung des Fahrgeschwindigkeitsvektors im Kraftfahrzeug, wobei während der normalen Fahrt die vektorielle Fahrgeschwindigkeit aus Raddrehzahlen und Drehrate ermittelt wird und wobei beim Systemeingriff zur Fahrdynamikregelung für den Zeitraum des Systemeingriffs die vektorielle Geschwindigkeitsangabe aus einer weiteren oder mehreren weiteren, nicht der Raddrehzahl entsprechenden Messgröße bzw. Messgrößen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Systemeingriff zur Fahrdynamikregelung für den Zeitraum des Systemeingriffs die vektorielle Fahrgeschwindigkeit mit Hilfe einer Dreiachsen-Beschleunigungssensorik bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Dreiachsen-Beschleunigungssensorik Vibrationskreisel eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehung von 360° um die Hochachse und jeweils eine Drehung von +/– 30° um die Längs- und die Querachse des Kraftfahrzeugs von der Dreiachsen-Beschleunigungssensorik erkannt werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeitsbestimmung unter Verwendung einer hinreichend genauen Uhrzeit erfolgt, indem die Geschwindigkeit über v = α·Δt berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hinreichend genaue Uhrzeit durch Differenzzeitmessung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die, während der normalen Fahrt ohne Eingriff der fahrdynamischen Regelsysteme aus Raddrehzahl und Drehrate ermittelte vektoriellen Fahrgeschwindigkeit als Anfangsgeschwindigkeit für die Weiterberechnung im Eingriffsfall dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die, während der normalen Fahrt ohne Eingriff der fahrdynamischen Regelsysteme aus Raddrehzahl und Drehrate sowie aus einem Satellitennavigationsverfahren ermittelte vektoriellen Fahrgeschwindigkeit als Anfangsgeschwindigkeit für die Weiterberechnung im Eingriffsfall dient.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Systemeingriff zur Fahrdynamikregelung für den Zeitraum des Systemeingriffs die vektorielle Fahrgeschwindigkeit mit Hilfe von Satellitennavigation ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Satellitennavigationssystem das General Position System (GPS) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfahrzeug mit einem Receiver für die von der Satellitennavigation ermittelten Daten ausgerüstet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfahrzeug mit einer Datenerfassungseinrichtung ausgestattet ist, die zum Verarbeiten der vom Receiver empfangenen Daten dient und dass die, von der Datenerfassungseinrichtung verarbeiteten Daten weitergeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vektorielle Fahrgeschwindigkeit wieder aus Raddrehzahlen und Drehrate ermittelt wird, sobald von der Fahrdynamikregelung ein "Ende"-Signal gesetzt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweisend ein Steuergerät, ein Raddrehzahlsensor, ein Drehratensensor und eine Dreiachsen-Beschleunigungssensorik.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Satellitennavigationssystem aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreiachsen-Beschleunigungssensorik durch einen Vibrationskreisel gebildet ist.