CN101542297A - 用于确定汽车的速度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定汽车的速度的装置，该装置具有用于确定汽车偏航率的机构、用于确定汽车所经过转弯的转弯曲率的机构以及用于由偏航率和转弯曲率确定汽车速度的机构。本发明还涉及一种用于确定汽车的速度的方法，所述方法具有以下步骤：确定偏航率、确定转弯曲率并由偏航率和转弯曲率计算出汽车速度。转弯曲率可以由所测得的车轮速度的差值来获知。

Description

用于确定汽车的速度的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于确定汽车的速度的方法和装置，特别是用于将真实的汽车速度与转速表提供的汽车速度进行比较的装置和方法。

背景技术

传统上由汽车上的转速表给出的速度信号是基于车轮的旋转速度的。传统转速表的缺点在于，车轮速度不能始终可靠地表达汽车的实际速度。偏差特别是通过轮胎尺寸的变化产生。如果转速计例如以小轮胎进行校验并且然后安装大轮胎，那么实际的汽车速度高于校验时的参考速度。因此，通常并在各个国家规定，定期对转速表显示的速度信号进行检验。为此使用如下装置，在所述装置中，可以由车轮速度直接推得向前运动速度。这一点例如通过车轮在上面运动的外部滚道实现，然后从中可以导出汽车的实际速度。利用公知的解决方案也可以彼此之间或者与外部速度对单个车轮速度执行调谐。虽然欧洲大部分国家规定了定期校验转速表信号，但这种校验通过事后在轮胎处的改变而轻易地避开或再次造假。

因此，所希望的是，提供一种解决方案，该解决方案可实现与轮胎尺寸无关地确定速度。

发明内容

该目的依据本发明的一种方案由如下的装置来解决，该装置具有用于确定汽车偏航率(Gierrate)的机构、用于确定汽车所经过转弯的转弯曲率的机构以及用于由偏航率与转弯曲率的商来确定汽车速度的机构。因此，本发明基于这种认识，即汽车的车速可以由汽车所经过的转弯的偏航率和转弯曲率来确定。这样测定的汽车速度虽然取决于汽车经过的转弯，但这种结果持续出现。由此得出：汽车速度几乎持续地在考虑到汽车的各自特性(如车轮尺寸等)的情况下，可以得到调谐或测定。因此，通过本发明具有优点地克服仅按时进行并因此仅着眼于测量的公知校验方法的缺点。

依据具有优点的构造方案，测定由汽车基于汽车的垂直于行驶方向保持间距的两个车轮的差速所经过转弯的转弯曲率。在此，具有优点地充分利用：垂直于行驶方向具有间距的两个车轮在经过转弯时沿两个半径不同大小转弯运行。因此由车轮所经过的行程也是不同大小的。从中再得出速度，亦即车轮的差速必然不同。本发明具有优点地充分利用这种关联，以便由车轮的差速逆推得出转弯的曲率。这种差速方法中消除了由绝对车轮尺寸(直径)产生的误差。特别是垂直于行驶方向保持间距的车轮(例如像汽车的两个前轮或者两个后轮)一般情况下大小相同和强度也相同地使用。所有这些均在依据本发明的装置中具有优点地得到充分利用。此外，车轮还有利地具有一定的最小距离，以便可以这样进行测量。显而易见的是，对于彼此非常靠近的两个车轮差速测量的测量结果，比测量处于汽车对置侧上的两个车轮更容易出现误差。用于确定车轮速度的传感器通常可以买到。转弯曲率具有优点地由前轮(或者汽车上成对地对置的其它车轮)、相应车桥(例如前轮处的前桥)的轮距与前轮速度的平均值之间的差速来测定。然后，由偏航率除以转弯曲率所得的商可以获知汽车速度。

依据本发明的另一具有优点的方案，构造该装置，以便将由偏航率和转弯曲率所获知的汽车速度与转速表上显示的速度信号进行比较。然后，可以具有优点的方式通过由转弯曲率和偏航率所测定的汽车速度对转速表所显示的速度信号进行检验。与所显示的转速表速度传统的检验方法不同之处在于，依据本发明的检验可以持续在汽车运行中进行，只要汽车配备有依据本发明的装置。

依据本发明另一具有优点的方案，构造该装置，以便测定汽车速度，只要汽车仅具有很低的动力或有限的动力。依据本发明具有优点的方案，只要诸如所测得的偏航率至少为15°/s就进行调谐。由此保证，不会由于汽车动力过低而出现误差影响。

依据本发明另一具有优点的方案，构造该装置，以便仅在车轮的转向角小于20°的情况下确定汽车速度。这一点考虑到基于过窄的转弯行驶的不利效应。此外，该装置还被有利地构成为，仅在汽车参考速度至少为10km/h的情况下确定汽车速度。由此也避免不利的测量条件和由此造成的误差影响。

依据本发明另一具有优点的方案，构造该装置，以便仅在未操作汽车制动器的情况下确定汽车速度。依据本发明另一具有优点的方案，对偏航率的梯度也进行限制。这样例如所述测量仅在相对于起始值的最大变化不超过+/-1°/s的情况下实施。

依据本发明另一具有优点的方案，构造该装置，以便在测量时连同考虑到横向加速度。这样具有另一确定横向加速度的传感器，从而由偏航率和转弯曲率对汽车速度的确定仅在横向加速度不超过最大3m/s²的情况下进行。特别优选该装置配备有用于感测偏航率的传感器和/或者用于确定汽车横向加速度的传感器和/或者用于确定左车轮的车轮转速v_li的传感器和用于确定右车轮速度v_re的传感器。

依据本发明另一具有优点的方案，构造该装置，以便在考虑到取决于横向加速度的车轮负荷变化的情况下计算转弯曲率，或基于取决于横向加速度的车轮负荷变化地以特定系数来修正转弯曲率。在此，考虑到汽车在转弯行驶时侧向倾斜，从而外侧车轮一般情况下比内侧车轮受到更强的挤压。这种变形在计算方法的框架内可以连同纳入由偏航率和转弯曲率对汽车速度的确定中。

该装置有利地构造为，至少在预先规定的时间段满足至少一个基于偏航率、偏航率变化、车轮转向角、汽车参考速度、操作制动器、汽车横向加速度、经过转弯的转弯半径和调节功能，特别是电子稳定性控制(ESC)、防抱死系统(ABS)或者自动语音识别(ASR)的条件情况下，对汽车速度进行确定。这例如可以是如下的时间段，该时间段通过程序运行出现在程序循环处理单元内的持续时间来限定。对于特定构型而言，有利的学习持续时间例如可以为约130个程序循环，于是其例如至少为400ms。该时间段长得足以取得成功的学习，但又短得使该时间段可以在行驶期间重复出现。在依据本发明的装置中所设置的对测量范围的限制也可以通过规定最高速度(例如最高40km/h)或者规定最大转弯半径(例如50m)来获得。所述最大转弯半径相应于0.02的转弯曲率。依据本发明另一具有优点的方案，调节功能(诸如ESC、ABS或者ASR)在测量期间不激活。本发明的上述方案基于如下认识，即，在测量汽车速度时，具有优点地考虑不同的条件。由此具有优点地减少对测量结果的误差影响。

所述目的依据本发明还通过如下的方法来解决，在该方法中，首先确定偏航率，然后确定转弯曲率和最后由偏航率和转弯曲率来获知汽车速度。在依据本发明的解决方案中，偏航率通过为之所设置的传感器来测定。依据本发明的方法具有优点地考虑依据本发明的装置的上述构造方案。

本发明还涉及一种用于检验转速表的方法，该方法包括上述方法的步骤并还具有一个步骤，在该步骤中将由转速表提供的速度信号与依据本发明确定的汽车速度进行比较并且然后对转速表的信号进行评价。

本发明同时涉及一种汽车上的显示装置，例如像显示器。该显示装置依据本发明这样改装，使显示装置具有电信号的输入端，该电信号代表如下的速度信息，将所述速度信息基于依据本发明的上述方案考虑到设有该显示装置的汽车的偏航率及汽车所经过转弯的转弯曲率地进行限定。相应地，该装置可以包括用于确定偏航率和汽车经过转弯的转弯曲率的机构以及具有用于由偏航率与转弯曲率的商来确定汽车速度的机构。这些机构可以电地或者以其它方式与转速表相耦合，以便可以将来自转速表的速度与所计算的速度进行比较。

附图说明

下面示例性地借助参考附图的实施例对本发明进行说明。

其中：

图1示出用于阐明依据本发明的实施例的学习范围的曲线图；

图2示出用于阐明在涉及本发明具有优点的方案的转弯行驶时，车轮速度关系的简化图示；以及

图3示出本发明优选实施例的简化框图。

具体实施方式

图1示出用于阐明示例性的学习范围的曲线图，在图中，可以实施对本发明的转速表信号的观察。X轴线相应于汽车的速度v，而在Y轴线上则与X轴线的相关地绘出每秒的以°为单位的偏航率。此外，示出不同横向加速度aq的转弯。如果偏航率大于至少每秒15°的话，那么基本上例如可以基于依据本发明方法地实施校验。当然在这里仅为示例性的数值。此外，只要汽车速度慢于10km/h，就可以取消校验。根据转弯的曲率和行驶速度得出最大值，该最大值通过aq_grenz，亦即最大横向加速度的最大偏航率线来标明。在由最小速度10km/h、最小偏航率gr_min＝15°/s及最大横向加速度aq_grenz所界定的区域内，可以实施成功的检验。下面详细介绍该关联。

在本发明的优选实施例中，汽车速度利用由传感器测得的偏航率和表示实时转弯半径倒数的转弯曲率计算。转弯半径由前轮的转速差值确定。现借助图2对该关联进行阐明。

两个轮胎R_li和R_re例如处于汽车前面、中间或者后面的对置侧上。由于两个轮胎R_li和R_re的间距s，在半径为R的转弯行驶中，两个轮胎必然具有不同的速度v_li和v_re。这两个速度的差值为Δv。恰在两个车轮之间的中间存在速度v_mittel。在本发明优选的实施例中，在前轮R_li和R_re上设置有用于确定偏航率的相应传感器和转速传感器。由于特别是用于确定偏航率的传感器的传感器信号偏移和漂移而引起的误差影响事先得到校验或修正。转弯曲率为实时转弯半径的倒数。转弯曲率的计算基于输入参量的选择与车轮速度的绝对水平无关并如下得出：

${\mathrm{KK}}_{\mathrm{mess}}=\frac{\mathrm{\Δv}}{s\·v},$

其中，Δv为前轮之间的差速，s为前桥的轮距以及v为前轮速度的平均值。然后得出汽车速度

$v\_\mathrm{Fzg}=\frac{\mathrm{GR}}{\mathrm{KK}},$

其中，GR为所测得的偏航率。这样确定的汽车速度与转速计或转速表上所给出的速度信号进行比较。前轮速度v的平均值相应于转速表上的信号，这是因为车轮速度根据转速表的速度信号进行调谐。由实际汽车速度与该平均值的比较而计算出转速表信号与真实物理速度的相对偏差。只要满足有效测量的前提条件，就将偏差在每次程序循环时累加。在足够长时间地存在学习条件的情况下，由该总和确定相对偏差的平均值。例如通过多次转弯行驶对该平均值进行多重地验证。通过所谓的置信值对验证进行评价，当新的平均值处于规定范围内时，则提高置信值。为对经过多次转弯的数据进行分析，由利用各自置信加权而得的平均值计算出总偏差。如果到总偏差中的置信值达到规定值，则对汽车与转速表速度之间相对偏差的然后测定的过滤的平均值进行评价。如果总偏差保持在规定范围内，那么作出关于转速表信号成功校验的标志。如果偏差超过极限值，那么作出提示(例如相应的位(Bit)或者标志)。这一点导致显示或输出关于有错误的转速表信号的信息。这一点也可能与重新校验的要求相联系。此外，这一点还可以导致部分地断开单个调节功能，例如ESC，只要实际汽车速度与转速表的速度信号发生强烈的偏差，则不再保证ESC无误的功能。

为了学习条件而设定对于汽车动力的特定关系或限制。依据本发明的这种关联的几个方案已经借助图1进行了说明。下面再次详细介绍其它方案。作为限制可以考虑大量参数，这些参数必须要么单独地，亦即每个参数自身，要么所有参数共同得到满足，以便可靠地确定汽车速度。首先，确认特定调节功能例如像ESC、ABS或者ASR不激活。此外，检测所使用的车轮速度，以便仅测定转速表速度与真实汽车速度的剩余偏差。相应地，事先进行彼此间的及与转速计的可能的调谐，从而这样的调谐在事后确定汽车速度时结束。相同内容适用于其它所需的输入参量，也就是说，其可能所需的学习功能必须结束。这一点也适用于传感器信号的偏移修正和漂移修正。为获得可使用的结果，将功能的作用例如限制在低动力的阶段上。相应的边缘条件例如可以涉及所测得的偏航率，该偏航率在具有优点的构造方案中应至少为15°/s。同样通过自身的传感器或者数个传感器测定的横向加速度例如可以限制在最大3m/s²。为从测量中排除极端的转弯行驶，还可以规定车轮的转向角最大为20°或者类似的最大极限值。汽车参考速度同样可以限制在最小或者最大值上。这样例如可以规定为10km/h的最低速度。此外，应保证不操作制动器。偏航率的变化也可以这样加以考虑，即变化不超过确定的最大值。这样可以将起始值的最大变化规定为+/-1°/s。最后在具有优点的构造方案中，用于确定汽车速度的学习区间可以具有一定的最低长度。对此的有利数值优选为400ms。该数值在一种具有依据本发明编程的处理单元的特定构型中，由130个程序循环的数目而获得。但也可以考虑其它数值。由上述的边缘条件可以测定其它限制。例如获知最大平均速度为40km/h。转弯半径在一种具有优点的构造方案中可以限制在50m，这样相应于为0.02的转弯曲率KK_min。

在本发明具有优点的构造方案中，围绕转弯行驶时取决于横向加速度的车轮负荷变化的影响对转弯曲率进行修正。这一点例如通过为未修正的转弯曲率附加特定数值进行。在这样修正时，例如可以考虑到汽车重心的高度和车轴负荷。整体上考虑到如下事实，即，汽车在转弯行驶时由于向心力或离心力而侧向倾斜并且外部车轮比内部车轮受到更强的挤压。据此，车轮的半径发生变化进而转动速度发生变化，这样为了准确地确定汽车速度而被考虑到。

图3示出本发明实施例的简化图示。在该阐明性框图中，示出装置1和转速表2。装置1在这种情况下是一种传统的装置，该装置1输出用于控制转速表的信号7，从而转速表基于车轮的旋转速度地按照传统方式给出汽车速度。依据本发明地，现在附加接入另一电子单元3，该电子单元3如此地对传统装置1的输出信号6进行处理，使得可以在转速表速度与由偏航率和转弯曲率计算出的速度之间进行比较。依据本发明的装置3特别是包括用于确定汽车11偏航率的机构、用于确定汽车经过转弯的转弯曲率12的机构以及用于由偏航率和转弯曲率确定汽车速度13的机构。构造该装置，以便在汽车对置侧上基于两个车轮差速地测定转弯曲率。此外，该装置具有用于将转速表提供的速度与由偏航率和转弯曲率测定的汽车速度进行比较14的机构以及用于显示15(由偏航率和转弯曲率计算出的)真实速度与由转速表显示的速度之间所识别的偏差的机构。此外，该装置借助连接线9、10与传感器4、5连接，传感器4、5可以被构造用于感测汽车的偏航率、车轮速度及横向加速度。传感器4、5在优选的实施例中包含用于感测偏航率的传感器、用于确定汽车横向加速度的传感器、用于确定左轮的车轮转速v_li的传感器和用于确定右轮的速度v_re的传感器。然后，这些传感器的信号借助连接线9、10传送给装置3并按照此前介绍的方式在那里进行处理或显示。

Claims (16)

1.用于确定汽车的速度的装置，所述装置具有用于确定汽车偏航率的机构、用于确定汽车所经过转弯的转弯曲率的机构以及用于由所述偏航率及所述转弯曲率来确定汽车速度的机构。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便基于在所述汽车对置侧上两个车轮的差速来测定转弯曲率。

3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于用于将转速表显示的速度与由所述偏航率和所述转弯曲率所测定的所述汽车速度进行比较的机构。

4.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便在所述偏航率为至少15°/s的情况下，确定所述汽车速度。

5.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便在所述车轮的转向角小于20°的情况下，实施对所述汽车速度的确定。

6.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便在汽车参考速度为至少10km/h的情况下，实施对所述汽车速度的确定。

7.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便在所述汽车的制动器未被操作的情况下，实施对所述汽车速度的确定。

8.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便在所述偏航率相对于起始值的最大变化不超过+/-1°/s的情况下，实施对所述汽车速度的确定。

9.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于用于感测所述汽车的横向加速度的传感器和/或者用于感测所述偏航率的传感器和/或者用于确定左车轮的车轮转速v_li的传感器和用于确定右车轮速度v_re的传感器。

10.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便在由所述偏航率与所述转弯曲率来确定所述汽车速度时，对所测定的所述汽车速度以如下的系数进行修正，所述系数考虑到所述汽车的所述横向加速度。

11.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便在直至40km/h的最高速度和/或者直至50m的最大转弯半径的情况下，实施对所述汽车速度的确定。

12.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便在调节功能，特别是ESC、ABS或者ASR未激活的情况下，才实施对所述汽车速度的确定。

13.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，构造所述装置，以便至少在预先规定的时间段，特别是例如400ms的时间段满足至少一个基于所述偏航率、所述偏航率的变化、所述车轮的转向角、所述汽车参考速度、所述制动器的操作、所述汽车的横向加速度、所述所经过转弯的转弯半径以及所述调节功能，特别是ESC、ABS或者ASR的条件的情况下，实施对所述汽车速度的确定。

14.具有以下步骤的方法：确定偏航率、确定转弯曲率并由所述偏航率和所述转弯曲率计算出汽车速度。

15.按权利要求14所述的方法，其特征在于，将由转速表给出的速度信号与所计算出的所述汽车速度进行比较并输出相应的信息。

16.用于显示信息的显示装置，所述信息表明，基于权利要求15所述的方法，按照根据权利要求14所述的方法测定的真实汽车速度与由转速表给出的速度相偏差。

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