DE4314830A1 - Verfahren zur Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zur Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit eines Fahrzeuges in Längsrichtung war es bisher bekannt, optische Geschwindigkeitssensoren einzusetzen. Da diese Sensoren aufwendig und teuer und darüber hinaus verschmutzungsempfindlich sind, ist ihr Einsatz auf Meßzwecke beschränkt.

Für den Einsatz in Fahrzeugen ist darüber hinaus bekannt, eine Referenzgeschwindigkeit aus den gemessenen Raddrehzahlen zu ermitteln. Die Raddrehzahlen werden jeweils in der Regel durch die Radsensoren eines vorhandenen Antiblockiersystemes (ABS) erfaßt. Durch die schwankenden Schlupfverhältnisse an den einzelnen Rädern ist eine derart ermittelte Referenzgeschwindigkeit deutlich fehlerbehaftet; außerdem sind die aus ABS-Systemen bekannten Verfahren zur Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit auf die in ABS-Systemen vorhandene hohe Rechengeschwindigkeit und -kapazität ausgelegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Referenzgeschwindigkeit eines Fahrzeuges aus den Raddrehzahlen genauer und weniger rechenaufwendig zu ermitteln.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit der Fahrsituation die Raddrehfrequenzen der einzelnen Räder unterschiedlich stark gewichtet werden, bzw. nur bestimmte ABS-Radsensoren zur Berechnung der Referenzgeschwindigkeit herangezogen werden. Hierzu wird nach der Erfassung der Raddrehzahlen die Fahrsituation des Fahrzeuges bestimmt und, je nach Fahrsituation, eine Gruppe von Raddrehzahlen ausgewählt und hieraus dann die Referenzgeschwindigkeit gebildet wird. Hierdurch werden in vorteilhafter Weise Fehler vermieden, indem je nach Fahrsituation die Gruppe von Rädern ausgewählt werden kann, die die Geschwindigkeit des Fahrzeuges am genauesten wiedergibt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Auswahlkriterium für die Auswahl der Gruppe von Raddrehzahlen die Radlast; es wird die in der jeweiligen Fahrsituation mit der höchsten Radlast laufende Gruppe von Rädern des Fahrzeuges ausgewählt. Es ist hierbei von Vorteil, daß mit steigender Radlast der Schlupf auch bei einem angetriebenen Fahrzeugrad sinkt.

Durch die Darstellung des Verfahrens in Form eines Computerprogrammes und die Ausführung dieses Programmes in einer mikrocomputergesteuerten Vorrichtung ist das erfindungsgemäße Verfahren in besonders einfacher Weise realisierbar und darüber hinaus in bereits bestehenden Steuergeräten als Unterprogramm zur Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit einsetzbar, sofern diesem Steuergerät die Raddrehzahlsignale aller Räder des Fahrzeuges zugeführt werden. Das Verfahren beansprucht aufgrund seines einfachen Aufbaues nur wenig Rechenkapazität und kann daher insbesondere auch in Steuergeräten mit geringerer Rechenkapazität eingesetzt werden.

Nach der Erfindung werden in einem ersten Schritt die Raddrehzahlen eines jeden Rades des Fahrzeuges mit dem zugehörigen Radhalbmesser multipliziert, um die Radumfangsgeschwindigkeit zu erhalten. Der Radhalbmesser wird dabei für die in der Regel gegebene Radialbereifung als konstant angenommen.

Je nach Fahrsituation Antreiben, Motorschubbetrieb und Bremsen, leitet sich die Referenzgeschwindigkeit aus der Radumfangsgeschwindigkeit eines oder mehrerer Räder ab. Es wird die Gruppe von Rädern betrachtet, die beim Beschleunigen mit dem geringsten Antriebs- oder Bremsschlupf läuft. Bei Verzögerungen und gleichzeitig auftretender hoher Querbeschleunigung (Kurvenbremsung) sind diejenigen Räder mit der größten Radlast für die Referenzgeschwindigkeit ausschlaggebend.

Danach wird eine arithmetische Mittelwertbildung der ausgewählten Radumfangsgeschwindigkeiten in einem Zeitfenster von beispielsweise 300 Millisekunden durchgeführt, um die Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeuges zu erhalten.

Die Erfindung ist nachstehend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Übersicht über das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Berechnung der Fahrzeuglängsbeschleunigung,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Berechnung der Fahrzeugquerbeschleunigung,

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Berechnung der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit und

Fig. 5 eine Tabelle mit zur Berechnung der kraftschlußbedingten Grenzbeschleunigung verwendeten Größen und Gleichungen.

Fig. 1 zeigt die erforderlichen Komponenten eines Systems zur Berechnung der Referenzgeschwindigkeit in Fahrzeuglängsrichtung. Die Eingangsgrößen sind die die Raddrehfrequenzen der vier Räder und ein Signal über die momentane Regeltätigkeit des Antiblockiersystems (ABS). Die Meßgrößen werden von einem geeigneten Meßdatenerfassungssystem im Fahrbetrieb mit einer ausreichenden Abtastrate ständig erfaßt und an einen Fahrzeugrechner weitergeleitet, auf dem der Algorithmus zur Berechnung der Referenzgeschwindigkeit für jeden Zeitschritt durchgeführt wird. Der Fahrzeugrechner besitzt einen nichtflüchtigen Speicher, in dem die berechnete Referenzgeschwindigkeit des vorangegegangenen Zeitschrittes festgehalten werden kann.

Der Algorithmus zur Berechnung der Referenzgeschwindigkeit ist wie folgt aufgebaut:
Im ersten Schritt muß die Raddrehfrequenz eines jeden Rades, die in der physikalischen Einheit 1/s vorliegt, mit dem zugehörigen Radhalbmesser multipliziert werden, um die Radumfangsgeschwindigkeit des jeweiligen Rades zu erhalten. Die Radhalbmesser der einzelnen Räder werden als bekannt angenommen. Sie sind von der Reifen-/Felgenkombination, von der Radlast und der Raddrehfrequenz des betrachteten Rades abhängig. Die so berechneten Radumfangsgeschwindigkeiten werden den Berechnungsmodulen der Fahrzeugquerbeschleunigung und der Referenzgeschwindigkeit zur Verfügung gestellt.

Berechnete Fahrzeugquerbeschleunigung:
Die Fahrzeugquerbeschleunigung wird als Entscheidungskriterium zur Fahrsituationserkennung im Berechnungsalgorithmus für die Referenzgeschwindigkeit (Fig. 4) benötigt. Um ohne einen Beschleunigungssensor auszukommen, leitet sich die Fahrzeugquerbeschleunigung ebenfalls aus den Raddrehfrequenzen ab. Aus den Radumfangsgeschwindigkeiten der nicht angetriebenen Räder kann die Gierwinkelgeschwindigkeit des Gesamtfahrzeuges berechnet werden. Mit Hilfe dieser Gierwinkelgeschwindigkeit und der berechneten Referenzgeschwindigkeit aus dem vorhergehenden Zeitschritt ergibt sich somit die gesuchte Querbeschleunigung des Fahrzeugs. Den Ablauf der Berechnungsvorschrift zeigt Fig. 2.

Berechnete Fahrzeuglängsbeschleunigung:
Ausgehend von der Tatsache, einen zusätzlichen Sensor für die Beschleunigungsmessung in Fahrzeuglängsrichtung einzusparen, wird die Längsbeschleunigung durch Differentiation der Referenzgeschwindigkeit des vorangegangenen Zeitschritts und damit aus den ABS-Raddrehfrequenzen gewonnen (siehe Fig. 3). Nach der Differentiation glättet der Algorithmus das durch die punktweise Differentiation entstehende Rauschen des berechneten Längsbeschleunigungswerts und führt eine kraftschlußbedingte Plausibilitätskontrolle durch. Dabei wird das kraftschlußbedingte Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs je nach Antriebsart in Abhängigkeit der Fahrsituationen

• - Beschleunigen,
• - Verzögern,
• - Sonderfall: Bremsen auf Fahrbahnen mit niedrigem Reibwert mit möglicher Schneekeilbildung gemäß Fig. 3 berechnet. Der benötigte Reibungsbeiwert kann mit Hilfe eines Kraftschlußerkennungssystems prognostiziert werden. Falls die berechnete Längsbeschleunigung die kraftschlußbedingt mögliche Beschleunigung betragsmäßig überschreitet, wird auf die kraftschlußbedingt mögliche Beschleunigung zurückgegriffen.

Nur in der Fahrsituation "Bremsen auf Fahrbahnen mit niedrigem Reibwert" wird keine Plausibilitätskontrolle durchgeführt, da beim Bremsen auf schneeglatten Fahrbahnen infolge Schneekeilbildung vor den Rädern höhere Bremsverzögerungen möglich sind, als kraftschlußbedingt mit dem prognostizierten Kraftschlußbeiwert berechnet.

Algorithmus zur Berechnung der Referenzgeschwindigkeit:
Um verschiedene Fahrsituationen unterscheiden zu können, werden die Fahrzeuglängs- und querbeschleunigung sowie das ABS-Regelsignal betrachtet. Für die Berechnung der Referenzgeschwindigkeit werden folgende Fahrsituationen unterschieden:

• - Beschleunigen allgemein
• - Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit
• - Verzögern durch Motorschubbetrieb
• - Verzögern in einer Kurve mit hoher Querbeschleunigung
• - Verzögern geradeaus und in Kurven mit geringer Querbeschleunigung
• - ABS-Bremsungen.

Fahrsituation Beschleunigen:
Beim Beschleunigen (Antreiben) berechnet sich die Referenzgeschwindigkeit aus dem arithmetischen Mittelwert der Radumfangsgeschwindigkeiten der Räder der nicht angetriebenen Achse. Die Räder der nicht angetriebenen Achse weisen gegenüber angetriebenen Rädern einen geringeren Schlupf auf und liefern daher ein der Fahrzeuggeschwindigkeit besser korrespondierendes Geschwindigkeitssignal. Da bei Kurvenfahrt das kurvenäußere Rad einen größeren Radius und das kurveninnere Rad einen kleineren Radius beschreibt als der Fahrzeugschwerpunkt, wird als Referenzgeschwindigkeit der arithmetische Mittelwert aus beiden verwendet. Der Einfluß der Schräglaufwinkel der Räder und des Schwimmwinkels des Fahrzeugs kann dabei vernachlässigt werden.

Fahrsituation Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit:
In der Fahrsituation "Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit" weisen die angetriebenen Räder Antriebsschlupf auf, der aus der Übertragung der benötigten Kräfte zur Überwindung des Fahrwiderstandes resultiert. Deshalb werden zur Berechnung der Referenzgeschwindigkeit wie bei der Fahrsituation "Beschleunigen" nur die Umfangsgeschwindigkeiten der nicht angetriebenen Räder betrachtet. Wählt man den Längsbeschleunigungsgrenzwert so, daß die Längsbeschleunigung des Fahrzeuges bei Geradeausfahrten mit konstanter Geschwindigkeit stets größer ist als der Längsbeschleunigungsgrenzwert (s. Fig. 4), dann ist die Fahrsituation "Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit" in der Berechnungsvorschrift für die Fahrsituation "Beschleunigen" enthalten.

Fahrsituation Verzögern durch Motorschubbetrieb:
Der Motorschubbetrieb ist durch geringe Längsverzögerungen zwischen 0 und -1 m/s2 gekennzeichnet. Im Motorschubbetrieb tritt der größte Schlupf ebenfalls an den angetriebenen Rädern auf, allerdings als Bremsschlupf. Deshalb wird die Referenzgeschwindigkeit wie im Falle des Beschleunigens und der Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit als arithmetischer Mittelwert des rechten und linken nicht angetriebenen Rades berechnet. Im Algorithmus, Fig. 4, kann die Fahrsituation "Verzögern durch Motorschubbetrieb" ebenfalls durch einen negativen Längsbeschleunigungsgrenzwert ax, min identifiziert werden. Die durch Motorschub erreichten Verzögerungen sind größer als der Grenzwert ax, min und damit gilt die gleiche Berechnungsvorschrift für die Referenzgeschwindigkeit wie im Falle positiver Beschleunigungen.

Fahrsituation Verzögern in einer Kurve mit hoher Querbeschleunigung:
Beim Verzögern in einer Kurve mit hoher Querbeschleunigung werden diejenigen Radumfangsgeschwindigkeiten betrachtet, die an den Rädern mit der größten Radlast auftreten.

Daraus folgt, das beim Unterschreiten eines Längsbeschleunigungsgrenzwertes ax, gr (siehe Fig. 4) und zugleich beim Überschreiten eines Querbeschleunigungsgrenzwertes ay, gr diese Fahrsituation erkannt wird. Je nach Richtung der Kurve berechnet sich die Referenzgeschwindigkeit dann aus dem arithmetischen Mittelwert der Radumfangsgeschwindigkeiten des kurvenäußeren Vorder- und Hinterrades. Wenn der befahrene Bahnradius sehr viel größer als die halbe Spurweite des Fahrzeugs ist, dann ist der Fehler durch den Spurweiteneinfluß vernachlässigbar.

Fahrsituation Verzögern geradeaus und in Kurven mit geringer Querbeschleunigung:
Bei Geradeausverzögerungen ohne ABS-Regeleingriff und bei Verzögerungen in Kurven mit geringer Querbeschleunigung berechnet sich die Referenzgeschwindigkeit aus der betragsmäßig größten Radumfangsgeschwindigkeit aller vier Räder. Bei vierradgebremsten Fahrzeugen kann jedes Rad einen mehr oder weniger großen Bremsschlupf aufweisen und damit die Radumfangsgeschwindigkeit mehr oder weniger stark von der Geschwindigkeit des Fahrzeugschwerpunktes abweichen. Wegen der dynamischen Radlastverlagerung und der daraus resultierenden größeren Bremskräfte laufen die Räder der Vorderachse beim Verzögern unter einem größeren Schlupf als die der Hinterachse. Deshalb wird die im Augenblick der Meßdatenerfassung betragsmäßig größte Radumfangsgeschwindigkeit aller vier Räder als Referenzgeschwindigkeit verwendet. Dies wird mit großer Wahrscheinlichkeit eine Radumfangsgeschwindigkeit eines der Hinterräder sein, die zur Erhaltung der Seitenführungskräfte kleinere Schlupfwerte aufweisen, als die Räder der Vorderachse.

Fahrsituation ABS-Bremsung:
Bei Bremsungen mit ABS-Regeleingriff können an jedem Rad unabhängig voneinander sehr große Schlupfwerte auftreten. Je nach Fahrbahnzustand wird das Rad, das sich auf der Fahrbahn mit dem niedrigeren Reibwert befindet, einen großen Bremsschlupf aufweisen. Da z. B. auf winterglatten Fahrbahnen sehr viel geringere Beschleunigungen erreicht werden als auf trockenen Fahrbahnen, sind Beschleunigungsgrenzwerte bei ABS-Bremsungen als Entscheidungsmerkmale für die Auswahl frei rollender Räder unbrauchbar. Das ABS-Steuergerät stellt jedoch ein Ausgangssignal zur Verfügung, das das Auftreten eines ABS-Regeleingriffs anzeigt. Selbst bei ABS-Bremsungen auf winterglatten Fahrbahnen weisen selten alle vier Räder zum gleichen Zeitpunkt sehr große Schlupfwerte auf. Die Referenzgeschwindigkeit berechnet sich daher wie in der Fahrsituation "Verzögern geradeaus und in Kurven mit geringer Querbeschleunigung" als die betragsmäßig größte Radumfangsgeschwindigkeit aller vier Räder.

Abschließend wird die so berechnete Referenzgeschwindigkeit durch eine arithmetische Mittelwertbildung über einen ausreichend großen Zeitraum (z. B. 0,3 s) geglättet. Dadurch kann ein übermäßiges Rauschen, bedingt durch das Rauschen der Eingangssignale der Raddrehfrequenzen und das Umschalten zwischen den einzelnen Radumfangsgeschwindigkeiten vermindert werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit eines Fahrzeuges in Längsrichtung mit folgenden Schritten:

• - Erfassen von Raddrehzahlen des Fahrzeuges,
• - Erfassen einer Fahrsituation des Fahrzeuges,
• - Auswahl einer Gruppe von Raddrehzahlen in Abhängigkeit von der Fahrsituation und
• - Bilden der Referenzgeschwindigkeit aus den ausgewählten Raddrehzahlen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raddrehzahlen der in der jeweiligen Fahrsituation unter der höchsten Radlast laufenden Gruppe von Rädern des Fahrzeuges ausgewählt werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein das Verfahren wiedergebendes Programm im Programmspeicher eines Mikrocomputers geladen ist.