DE102006030590B4 - Method and device for determining the direction of travel of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs, wobeimindestens zwei Raddrehzahlen zur Bestimmung von Radgeschwindigkeiten(V1j, V2j,…)ausgewertet, korreliert undmit einem Sensor eine Längsbeschleunigung (ax) oder alternativ eine Nickrate zu einem Zeitschritt (j) gemessen unddie Radgeschwindigkeiten, die Längsbeschleunigung oder alternativ die Nickrate gemeinsam analysiert werden, um Bedingungen auszugeben, auf deren Basis eine Fahrtrichtungsentscheidung nach einem Zustandsdiagramm getroffen wird, wobei durch Vergleich mit einem zeitlichen Vorgängerwert der Radgeschwindigkeit(Vmaxj−1)und einer Minimalgeschwindigkeit der Radgeschwindigkeit (Vmin) aufgrund einer Ungleichungsbeziehung(Vmaxj−1<Vmin<Vmaxj) untersucht wird, ob sich das Fahrzeug zu bewegen begonnen hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximalwert der Radgeschwindigkeiten(Vmaxj≡max(|Vrefj|, |V1j|, |V2j|,…))und eine Referenzgeschwindigkeit der Radgeschwindigkeit(Vrefj)des Fahrzeugsaus der Reihe der erhaltenen Raddrehzahlen(V1j, V2j, ….)bestimmt werden unddass untersucht wird, ob eine minimal messbare Geschwindigkeit der Radgeschwindigkeit (Vmin) durch die Maximalgeschwindigkeit der Radgeschwindigkeit(Vmaxj)des Fahrzeugs überschritten wurde, wobeifür den Zeitpunkt (j) eine erste zeitliche Ableitung der gefilterten Längsbeschleunigung (ax) ausgewertet wird.Method for determining the direction of travel of a vehicle, wherein at least two wheel speeds for determining wheel speeds (V1j, V2j,...) are evaluated, correlated and a longitudinal acceleration (ax) or alternatively a pitch rate is measured with a sensor at a time step (j) and the wheel speeds, the longitudinal acceleration or alternatively, the pitch rate can be analyzed together in order to output conditions on the basis of which a decision on the direction of travel is made according to a state diagram, by comparison with a previous value of the wheel speed (Vmaxj−1) and a minimum speed of the wheel speed (Vmin) based on an inequality relationship (Vmaxj− 1<Vmin<Vmaxj) is examined whether the vehicle has started to move, characterized in that a maximum value of the wheel speeds (Vmaxj≡max(|Vrefj|, |V1j|, |V2j|,…)) and a reference speed of the Wheel speed (Vrefj) of the vehicle is determined from the series of wheel speeds obtained (V1j, V2j, ....) and that it is examined whether a minimum measurable speed of the wheel speed (Vmin) has been exceeded by the maximum speed of the wheel speed (Vmaxj) of the vehicle, whereby for Time point (j) a first time derivative of the filtered longitudinal acceleration (ax) is evaluated.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs sowie eine entsprechende Vorrichtung.The present invention relates to a method for determining the direction of travel of a vehicle and a corresponding device.
Nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs wird auf Basis einer i.d.R. fortlaufenden Messung einer Gierrate das Verhalten der Gierrate üblicherweise mit einem aus den Beträgen der Raddrehzahlen berechneten Referenzwert verglichen. Unterscheiden sich die Gierraten um den Faktor -1, wird auf Rückwärtsfahrt erkannt. Unterscheiden sich gemessene und berechnete Gierrate um den Faktor +1, also gar nicht, wird auf Vorwärtsfahrt erkannt. Die sichere Erkennung des Faktors +1 oder -1 ist jedoch nur mit einer gewissen Zeitverzögerung möglich, die im Wesentlichen von einem jeweils gefahrenen Kurvenradius abhängt. Eine sichere Erkennung kann somit beliebig lange dauern, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt.According to methods known from the prior art for determining the direction of travel of a vehicle, the behavior of the yaw rate is usually compared with a reference value calculated from the amounts of the wheel speeds on the basis of an usually continuous measurement of a yaw rate. If the yaw rates differ by a factor of -1, reverse travel is detected. If the measured and calculated yaw rates differ by a factor of +1, i.e. not at all, forward travel is detected. However, the reliable detection of the factor +1 or -1 is only possible with a certain time delay, which essentially depends on the curve radius being driven. Reliable detection can therefore take any length of time if the vehicle is driving straight ahead.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein schnell und zuverlässig arbeitendes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Erkennung einer Fahrtrichtung eines Fahrzeuges zu schaffen.It is therefore the object of the present invention to create a fast and reliable method and a corresponding device for detecting the direction of travel of a vehicle.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.This task is solved by the features of the independent claims. Advantageous further training is the subject of the respective subclaims.
Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs dadurch aus, dass mindestens zwei Raddrehzahlen korreliert mit einem Längsbeschleunigungssensor oder alternativ einem Nickratensensor analysiert werden, um Bedingungen auszugeben, auf deren Basis eine Fahrtrichtungsentscheidung nach einem Zustandsdiagramm getroffen wird.According to the invention, a method for determining the direction of travel of a vehicle is characterized in that at least two wheel speeds are analyzed in correlation with a longitudinal acceleration sensor or alternatively a pitch rate sensor in order to output conditions on the basis of which a decision on the direction of travel is made according to a state diagram.
Dementsprechend zeichnet sich eine Vorrichtung zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs dadurch aus, dass mindestens zwei Raddrehzahl-Sensoren und ein Längsbeschleunigungssensor oder alternativ ein Nickratensensor mit einer Korrelationslogik verbunden sind, wobei die Logik zur Bestimmung einer Fahrtrichtung unter Auswertung von aus den Ausgangssignalen der genannten Sensoren abgeleiteten bzw. bestimmten Bedingungen auf Basis eines in der Logik abgelegten Zustandsdiagramms ausgebildet ist.Accordingly, a device for determining the direction of travel of a vehicle is characterized in that at least two Wheel speed sensors and a longitudinal acceleration sensor or alternatively a pitch rate sensor are connected to a correlation logic, the logic being designed to determine a direction of travel by evaluating conditions derived or determined from the output signals of the sensors mentioned on the basis of a state diagram stored in the logic.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird bevorzugt, dass der Beschleunigungssensor so angeordnet ist, dass er bei einer in Fahrzeuglängsrichtung gerichteten Beschleunigung einen positiven Wert misst. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird bevorzugt, dass der Nickratensensor so angeordnet ist, dass er beim Nicken nach vorne einen positiven Wert annimmt.In one embodiment of the invention, it is preferred that the acceleration sensor is arranged such that it measures a positive value when an acceleration is directed in the longitudinal direction of the vehicle. In an alternative embodiment of the invention, it is preferred that the pitch rate sensor is arranged so that it assumes a positive value when pitching forward.
Eine Grundlage der Entscheidungsfindung über die Fahrtrichtung bildet ein Zustandsdiagramm, in welchem nur aufgrund wohldefinierter Bedingungen zwischen den Zuständen gewechselt werden darf. Die erlaubten Fahrzeugzustände sind
- • +1, welches eine vorwärtsgerichtete Fahrt kennzeichnet,
- • 0, welches einen undefinierten Zustand (Stillstand) kennzeichnet und
- • -1, welches eine rückwärtsgerichtete Fahrt kennzeichnet.
- • +1, which indicates forward travel,
- • 0, which indicates an undefined state (standstill) and
- • -1, which indicates reverse travel.
Grundsätzliche Eigenschaft eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass sich ein Übergang von 0 auf +1 oder -1 genau dann ereignet, wenn sich das Fahrzeug gerade beginnt zu bewegen. Diese Grenze ist dadurch gegeben, dass eine minimal messbare Geschwindigkeit Vmin überschritten wird. Dazu wird eine zu vergleichende Fahrzeuggeschwindigkeit an einem j-ten Zeitschritt definiert durch
Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode gegenüber solchen, welche die Längsbeschleunigung analysieren, besteht darin, dass das zeitlich abgeleitete Längsbeschleunigungssignal unabhängig von vorhandenen Offsets und Gravitationsbeiträgen ist. Alternativ kann man auf eine anschließende Vorwärtsfahrt, bzw. Rückwärtsfahrt schließen, wenn in dem oben definierten j-ten Zeitschritt die Nickrate
Ist der Beschleunigungsimpuls bzw. die Nickrate nicht hinreichend ausgeprägt, um eine Entscheidung fällen zu können, wird ein vorstehend zum Stand der Technik zitiertes, bekanntes Verfahren benützt, um eine zusätzliche Plausibilitätsprüfung für einen Übergang von 0 auf +1 oder -1 durchzuführen.If the acceleration pulse or pitch rate is not sufficiently pronounced to be able to make a decision, a known method cited above in the prior art is used to carry out an additional plausibility check for a transition from 0 to +1 or -1.
Im Folgenden soll die sichere Erkennung in einer Ausführungsform der Erfindung mithilfe des Gierraten-Signals dadurch ausgedrückt werden, dass die gemessene Gierrate
Ein Übergang von +1 oder -1 zurück auf 0 erfolgt, wenn das Fahrzeug wieder zum Stehen kommt, d.h. immer wenn die Bedingung
Ein direkter Übergang zwischen den Zuständen +1 und -1 kann dann vorkommen, wenn der erkannte Zustand unplausibel erscheint. Solch ein Übergang kann vorkommen, wenn das Fahrzeug einen durch Schleudern induzierten Richtungswechsel vornimmt, ohne dabei zum Stillstand gekommen zu sein.A direct transition between states +1 and -1 can occur if the recognized state appears implausible. Such a transition can occur when the vehicle undergoes a spin-induced change of direction sel carries out the process without coming to a standstill.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Übergang von -1 auf +1 durchgeführt, wenn die Raddrehzahlen eine Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergeben, die größer als die maximal mögliche Rückwärtsfahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges ist,
Ein Übergang von +1 auf -1 erfolgt, wenn die gemessene Gierrate gegen das negative der berechneten Gierrate konvergiert
Damit erlaubt ein erfindungsgemäßes Verfahren, einen jeweiligen Fahrtrichtungszustand, unabhängig von einer jeweiligen Fahrsituation, zuverlässig und schnell zu erkennen. Da viele Raddrehzahlsensoren nur den Betrag, nicht aber die Richtung der Geschwindigkeit eines Rades angeben, ist die gewonnene Zusatzinformation von größtem Interesse für alle Funktionen, die von der aktuellen Fahrtrichtung abhängen. Eine zeitliche Verzögerung der Erkennung ist einzig durch den Filter gegeben, der zum Berechnen der Ableitung der Längsbeschleunigung mit Rauschunterdrückung benutzt wird. Diese Zeitverzögerung liegt erfindungsgemäß in einem Bereich von lediglich 100 ms bis 500 ms, auch bei Verwendung von Standardsensoren. Weiterhin können durch Schleudern induzierte Richtungswechsel des betreffenden Fahrzeuges erkannt werden.A method according to the invention thus allows a respective direction of travel to be reliably and quickly recognized, regardless of a respective driving situation. Since many wheel speed sensors only indicate the amount, but not the direction, of the speed of a wheel, the additional information obtained is of greatest interest for all functions that depend on the current direction of travel. A time delay in detection is only caused by the filter used to calculate the derivative of the longitudinal acceleration with noise suppression. According to the invention, this time delay is in a range of only 100 ms to 500 ms, even when using standard sensors. Furthermore, changes in direction of the vehicle in question induced by skidding can be detected.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Abbildung der Zeichnung angegeben. In der Zeichnung zeigt die Figur ein vollständiges Zustandsdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Innerhalb dieses Zustandsdiagramms sind die beteiligten Größen, die nur teilweise direkt von entsprechenden Sensoren innerhalb eines Fahrzeugs als deren Ausgangssignale bezogen werden, je Entscheidung mit jeweiligen Bedingungsgefügen dargestellt.Further features and advantages of the invention are given below in the description of an exemplary embodiment with reference to the illustration in the drawing. In the drawing, the figure shows a complete state diagram of a method according to the invention. Within this state diagram, the variables involved, which are only partially obtained directly from corresponding sensors within a vehicle as their output signals, are shown with the respective condition structure for each decision.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, so lauten auch hier die erlaubten Fahrzeugzustände
- • +1, für eine vorwärtsgerichtete Fahrt,
- • 0, für einen undefinierten Zustand (Stillstand) und
- • -1, für eine rückwärtsgerichtete Fahrt.
- • +1, for forward travel,
- • 0, for an undefined state (standstill) and
- • -1, for backward travel.
Das Verfahren läuft nun in folgenden Schritten ab:
- 1. Aufnahme der vorhandenen Raddrehzahlen
- 2. Rechnerische Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit
- 3. Bestimmen eines Maximalwertes
- 4. Entscheidung, ob eine minimal messbare Geschwindigkeit Vmin durch die oben definierte Maximalgeschwindigkeit
- 5. Falls Ja, dann untersuchen, ob sich das Fahrzeug zu bewegen begonnen hat, also ob
- 6. Falls Ja, dann die zeitliche Ableitung der angemessen gefilterten Längsbeschleunigung ax für Zeitpunkt j bestimmen als
- 7. Zuordnung des Ergebnisses der gefilterten zeitliche Ableitung der Längsbeschleunigung ax
- +1: Vorwärtsfahrt unter eingangs genannten Konditionen, Zusammenfassung in der Figur;
- -1: Rückwärtsfahrt unter eingangs genannten Konditionen, Zusammenfassung in der Figur, und
- 0: undefinierter Zustand, falls
- * ax Signal nicht klar auswertbar, dann Plausibilitätsprüfung durch ein weiteres bekanntes Verfahren, oder
- * ein jeweiliger Maximalwert aller vorhandenen Geschwindigkeiten unter dem Schwellwert liegt, also
- 8. Gierrate
- 9. Ergebnisausgabe an ein Fahrerassistenzsystem oder eine ähnliche übergeordnete Einheit und Verfahren für neuen Zeitschritt starten.
- 1. Recording the existing wheel speeds
- 2. Computational determination of a reference speed
- 3. Determine a maximum value
- 4. Decide whether a minimum measurable speed V min is determined by the maximum speed defined above
- 5. If yes, then check whether the vehicle has started moving, i.e. whether
- 6. If yes, then determine the time derivative of the appropriately filtered longitudinal acceleration a x for time j as
- 7. Assignment of the result of the filtered time derivative of the longitudinal acceleration a x
- +1: Forward travel under the conditions mentioned at the beginning, summary in the figure;
- -1: Reversing under the conditions mentioned at the beginning, summary in the figure, and
- 0: undefined state if
- * a x Signal cannot be clearly evaluated, then plausibility check using another known method, or
- * a respective maximum value of all existing speeds is below the threshold value, i.e
- 8. Yaw rate
- 9. Output results to a driver assistance system or a similar higher-level unit and start procedures for a new time step.
Das vorstehend unter Bezugnahme auf die Abbildung der Zeichnung beschriebene Verfahren erlaubt einen jeweiligen Fahrtrichtungszustand unabhängig von einer jeweiligen Fahrsituation zuverlässig und bei einer durch die Filterung in Schritt 6. bedingten Zeitverzögerung von ca. 100ms bis 500 ms vergleichsweise schnell zu erkennen.The method described above with reference to the illustration in the drawing allows a respective direction of travel state to be recognized reliably and comparatively quickly, regardless of a respective driving situation, with a time delay of approximately 100 ms to 500 ms caused by the filtering in step 6.
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