DE102004004804B4 - Device for calculating the instantaneous longitudinal speed of a motor vehicle using its pitch attitude - Google Patents

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Abstract

Einrichtung zum Berechnen der Momentan-Längsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, aufweisend:
eine Mehrzahl von Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren, die eine Mehrzahl von Drehzahlsignalen erzeugen, einen Lenkwinkelsensor, der ein Lenkwinkelsignal (δ) erzeugt, einen Gierratensensor, der ein Gierratensignal (ωz) erzeugt, einen Längsbeschleunigungssensor, der ein Längsbeschleunigungssignal (ax-sensor) erzeugt, ein Nicklage-Bestimmungsmittel, das den Nickwinkel (Θy) des Fahrzeugs bestimmt, und eine Steuervorrichtung, die mit den jeweiligen Sensoren und dem Nicklage-Bestimmungsmittel gekoppelt ist,
wobei die Steuervorrichtung derart betreibbar ist, dass sie auf Basis der Drehzahlsignale, des Gierratensignals (ωz) und des Lenkwinkelsignals (δ) den Driftwinkel (β) des Fahrzeugs bestimmt, auf Basis der Drehzahlsignale, des Gierratensignals (ωz), des Lenkwinkelsignals (δ), des Längsbeschleunigungssignals (ax-sensor), des Driftwinkels (β) und des Nickwinkels (Θy) eine radrotationsbasierte Längsgeschwindigkeit (vx-nonslip) des Fahrzeugs und eine radlängsschlupfbasierte Längsgeschwindigkeit (vx-slip) des Fahrzeugs bestimmt, und die Momentan-Längsgeschwindigkeit (vx) des Fahrzeugs als Summe der radrotationsbasierten und der radlängsschlupfbasierten Längsgeschwindigkeit bestimmt.A device for calculating the instantaneous longitudinal speed of a vehicle, comprising:
a plurality of vehicle wheel speed sensors generating a plurality of speed signals, a steering angle sensor generating a steering angle signal (δ), a yaw rate sensor generating a yaw rate signal (ω z ), a longitudinal acceleration sensor generating a longitudinal acceleration signal (a x -sensor) a pitch determining means which determines the pitch angle (Θ y ) of the vehicle and a control device coupled to the respective sensors and the pitch attitude determining means,
wherein the control device is operable to determine the drift angle (β) of the vehicle on the basis of the speed signals, the yaw rate signal (ω z ), and the steering angle signal (δ) based on the speed signals, the yaw rate signal (ω z ), the steering angle signal ( δ), the longitudinal acceleration signal (a x -sensor), the drift angle (β) and the pitch angle (Θ y ) determines a radrotationsbased longitudinal velocity (v x-nonslip ) of the vehicle and a Radlängsschlupfbasierte longitudinal velocity (v x-slip ) of the vehicle, and determines the instantaneous longitudinal velocity (v x ) of the vehicle as the sum of the radrotungsbasierten and the Radlängsschlupfbasierten longitudinal velocity.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen der Momentan-Längsgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zum Bestimmen der entlang der Fahrzeuglängsrichtung gemessenen Momentan-Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs an seinem Schwerpunkt.The The invention relates to a device for determining the instantaneous longitudinal speed a motor vehicle, in particular for determining along the Vehicle longitudinal direction measured instantaneous longitudinal speed of the motor vehicle at its center of gravity.

Es ist eine wohlbekannte Praxis die unterschiedlichen Betriebsdynamiken eines Kraftfahrzeugs zu steuern, um aktive Sicherheit zu erzielen, beispielsweise mittels der sogenannten Gierstabilitäts- und Wankstabilitäts-Steuersysteme. Bei einer neueren Entwicklung sind alle verfügbaren Teilsysteme kombiniert, um eine bessere Fahrzeugsicherheit und ein besseres dynamisches Fahrverhalten denn je zu erzielen. Der effektive Betrieb der unterschiedlichen Steuervorrichtungen erfordert eine hochgenaue Bestimmung der Betriebszustände von Kraftfahrzeugen bei einer kurzen Ansprechzeit, unabhängig von den Fahrbahnbedingungen und den Fahrzuständen. Solche Betriebszustände eines Fahrzeugs weisen die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit, die Fahrzeug-Quergeschwindigkeit und die Fahrzeug-Vertikalgeschwindigkeit, die entlang der karosserieeigenen Längsachse, der karosserieeigenen Querachse bzw. der karosserieeigenen Vertikalachse gemessen werden, die Lage der Fahrzeugkarosserie, die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs usw. auf. In dieser Offenbarung liegt der Fokus auf der Längsrichtung und der Querrichtung des Fahrzeugs, d. h. der Momentan-Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Momentan-Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs an seinem Schwerpunkt.It is a well-known practice the different operating dynamics of a motor vehicle in order to achieve active safety, for example, by means of the so-called Gierstabilitäts- and Roll stability control systems. at A recent development combines all available subsystems, for better vehicle safety and a better dynamic To achieve driving behavior ever. The effective operation of the different Control devices require a highly accurate determination of the operating conditions of Motor vehicles with a short response time, regardless of the road conditions and driving conditions. Such operating conditions of a Vehicles have the vehicle longitudinal speed, the Vehicle lateral velocity and vehicle vertical velocity, along the body's longitudinal axis, the body's own Transverse axis or the body's vertical axis are measured, the position of the vehicle body, the direction of movement of the vehicle etc. on. In this disclosure, the focus is on the longitudinal direction and the transverse direction of the vehicle, d. H. the instantaneous longitudinal speed of the vehicle and the instantaneous lateral speed of the vehicle at its center of gravity.

Ein auf einer Straße fahrendes Fahrzeug könnte infolge der Kombination seiner Längsbewegung und seiner Querbewegung sowie seiner Winkelbewegung unterschiedliche Beschleunigungen erfahren. Beispielsweise würde ein im Kreis fahrendes Fahrzeug eine auf das Fahrzeug wirkende Querbeschleunigung haben, welche proportional der zweiten Potenz der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Umkehrfunktion der Distanz zwischen dem Fahrzeug und dem momentanen Gierpunkt ist, oder mit anderen Worten das Produkt der Momentan-Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und der Gierrate des Fahrzeugs. Bei einem anderen Beispiel leiten, wenn ein Fahrzeug sich in einer Kurvenfahrt befindet, die Gierrate des Fahrzeugs und das Driften des Fahrzeugs eine Komponente in die Beschleunigung entlang der Längsrichtung des Fahrzeugs ein, deren Größe bzw. Betrag gleich dem Produkt aus der Quergeschwindigkeit und der Gierrate des Fahrzeugs ist. Wenn der Fahrzeug-Driftwinkel bekannt ist, ist die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs das Produkt aus der Momentan-Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs und dem Fahrzeug-Driftwinkel. Ferner ist zu beachten, dass die sogenannte Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit, welche oft bei Antiblockier-Bremssteuerungen und bei Fahrzeug-Gierstabilitäts-Steuerungen verwendet wird, die Vektorsumme aus der zuvor genannten Längsgeschwindigkeit und aus der zuvor genannten Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs ist.One on a street driving vehicle could due to the combination of its longitudinal movement and its transverse movement as well as its angular movement different Experience accelerations. For example, a circling would Vehicle have an acting on the vehicle lateral acceleration, which proportional to the second power of the vehicle speed and the inverse function of the distance between the vehicle and the current one Yaw point, or in other words the product of the instantaneous longitudinal speed of the vehicle and the yaw rate of the vehicle. In another example, when a vehicle is cornering, the yaw rate of the vehicle and the drifting of the vehicle a component in the Acceleration along the longitudinal direction of the vehicle whose size or Amount equal to the product of the lateral velocity and the yaw rate of the vehicle. If the vehicle drift angle is known is the lateral velocity of the vehicle is the product of the instantaneous longitudinal velocity of the vehicle and the vehicle drift angle. It should also be noted that the so-called vehicle reference speed, which is often used in antilock brake control and in vehicle yaw stability control systems is used, the vector sum from the aforementioned longitudinal speed and from the aforementioned lateral speed of the vehicle.

Die an einem Fahrzeug montierten Sensoren nehmen gewöhnlich die resultierenden Effekte von unterschiedlichen Quellen auf. Beispielsweise sendet der an die Fahrzeugkarosserie montierte Querbeschleunigungssensor ein Signal aus, welches den Anteil der Schwerkraft und der Fahrzeuglage, den Anteil des Produkts aus der Längsgeschwindigkeit und der Gierrate des Fahrzeugs sowie den Anteil der Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs enthält. Zum Zwecke des Extrahierens nutzbarer Informationen von den montierten Sensoren und des Korrigierens von Sensorfehlern ist eine Berechnung bzw. eine Abschätzung der Momentan-Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs von großem Interesse.The Sensors mounted on a vehicle usually take the resulting effects from different sources. For example, it sends the vehicle body mounted lateral acceleration sensor a signal from which the proportion of gravity and the vehicle position, the Share of the product from the longitudinal speed and the yaw rate of the vehicle and the proportion of the lateral velocity of the vehicle. For the purpose of extracting usable information from the assembled ones Sensors and correcting sensor errors is a calculation or an estimate the instantaneous longitudinal speed the vehicle of large Interest.

Es existieren viele Verfahren und Einrichtungen zum Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung der Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren. Die Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren sind Standardsensoren, die bei Antiblockiersystemen (anti-lock-brake system – ABS) verwendet werden. Für Details siehe die folgenden US-Patente: US 6224171 B1 , US 6223135 B1 , US 6112146 A , US 5388895 A , US 5365444 A , US 5364174 A und US 5184876 A . Bei vielen der oben genannten Patente wird die Fahrzeuggeschwindigkeit als eine Funktion der Drehzahl eines ausgewählten Fahrzeugrades bestimmt. Um dies zu tun, ist mindestens ein Fahrzeugrad erforderlich, das keinen Schlupf aufweist.There are many methods and apparatus for determining vehicle speed using the vehicle wheel speed sensors. The vehicle wheel speed sensors are standard sensors used in anti-lock-brake systems (ABS). For details, see the following US patents: US 6224171 B1 . US 6223135 B1 . US 6112146 A . US 5388895 A . US 5365444 A . US 5364174 A and US 5184876 A , In many of the above patents, the vehicle speed is determined as a function of the speed of a selected vehicle wheel. To do this, at least one vehicle wheel is required which has no slip.

Aus der DE 195 35 623 A1 , DE 100 59 030 A1 , DE 196 44 293 A1 , US 5 742 918 A sowie DE 102 54 211 A1 sind jeweils Gestaltungen mit Mitteln zum Bestimmen der Fahrzeugeckengeschwindigkeit, Mitteln zum Bestimmen des Fahrzeug-Driftwinkels, und Mitteln zum Bestimmen der Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit bekannt.From the DE 195 35 623 A1 . DE 100 59 030 A1 . DE 196 44 293 A1 . US 5 742 918 A such as DE 102 54 211 A1 In each case, configurations with means for determining the vehicle corner speed, means for determining the vehicle drift angle, and means for determining the vehicle longitudinal speed are known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung bereitzustellen, mittels welcher die Momentan-Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs, sowohl in dem Fall, in dem an den Fahrzeugrädern kein Schlupf auftritt, als auch in dem Fall verbessert betriebssicher berechnet bzw. abgeschätzt werden kann, in dem an den Fahrzeugrädern Schlupf auftritt.Of the Invention has for its object to provide a device, by means of which the instantaneous longitudinal speed of the vehicle, both in the case where the vehicle wheels no Slip occurs, as well as in the case improves operationally safe calculated or estimated can be, in which slip occurs at the vehicle wheels.

Dies wird mit einer Einrichtung zum Berechnen der Momentan-Längsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs gelöst, welche die Merkmale im Anspruch 1 aufweist und insbesondere aus diesen besteht. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung haben, insbesondere bestehen zusätzlich aus den in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.This is provided with means for calculating the instantaneous longitudinal velocity a vehicle solved, which has the features in claim 1 and in particular this consists. Preferred embodiments of the invention have, in particular, in addition from those in the dependent Claims described Features.

Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detaillierter beschrieben.The Invention will now be described with reference to preferred embodiments on the attached drawing described in more detail.

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug, wobei die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit des Fahrzeugs an dessen Ecken bzw. dessen Rädern und an dessen Schwerpunkt dargestellt sind. 1 shows a schematic plan view of a vehicle, wherein the longitudinal speed and the lateral velocity of the vehicle at its corners or its wheels and at its center of gravity are shown.

2 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugrades, wobei gemäß 2 die Fahrzeugeckengeschwindigkeit entlang der Längsrichtung eines Fahrzeugrades gleich der Summe aus der Kontaktstellen-Schlupfgeschwindigkeit νcp und dem Produkt aus der Rotationsrate bzw. Winkelgeschwindigkeit an der Lauffläche des Rades ωwhl und dem Fahrzeugrad-Rollradius r0 ist. 2 shows a schematic view of a vehicle wheel, wherein according to 2 the vehicle corner speed along the longitudinal direction of a vehicle wheel is equal to the sum of the pad slip speed ν cp and the product of the rotational speed at the running surface of the wheel ω whl and the vehicle wheel rolling radius r 0 .

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen erläutert, die ein Kraftfahrzeug betreffen, das sich auf einer dreidimensionalen Straßenoberfläche bewegt. Das Fahrzeug wird auf einer dreidimensionalen Straßenoberfläche gefahren. Die Quergeschwindigkeit und die Längsgeschwindigkeit am Schwerpunkt des Fahrzeugs werden mit Vx und Vy bezeichnet, die Gierwinkelrate bzw. Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird mit ωz bezeichnet, der Vorderrad-Lenkwinkel des Fahrzeugs wird mit δ bezeichnet. Unter Verwendung jener Fahrzeugbewegungs-Variablen können die Geschwindigkeiten des Fahrzeugs an dessen vier Eckpositionen, an denen die Räder am Fahrzeug angebracht sind, entlang der karosserieeigenen Längsrichtung und der karosserieeigenen Querrichtung mit folgender Vorschrift berechnet werden: Vlfx = Vx – ωztf, Vlfy = Vy + ωzlf Vrfx = Vx + ωztf, Vrfy = Vy + ωzlf Vlrx = Vx – ωztr, Vlry = Vy – ωzlr Vrrx = Vx + ωztr, Vrry = Vy – ωzlr (1),wobei tf und tr die jeweilige Halbspur für die Vorderachse bzw. für die Hinterachse bezeichnen, und wobei lf und lr die jeweilige Distanz zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Vorderachse bzw. der Hinterachse bezeichnen. Vlf, Vrf, Vlr und Vrr bezeichnen die Geschwindigkeiten entlang der jeweiligen Fahrtrichtung der Fahrzeugräder (oder anders gesagt der jeweiligen Fahrzeugrad-Längsrichtung), welche das Produkt der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugrades an der Lauffläche und des jeweiligen Fahrzeugrad-Rollradius sind. Diese Geschwindigkeiten können mit folgender Vorschrift in Relation zu den Eckengeschwindigkeiten des Fahrzeugs gebracht werden: Vlf = Vlfzcos(δ) + Vlfy sin(δ) Vrf = Vrfxcos(δ) + Vrfysin(δ) Vlr = Vlrx Vrr = Vrrx (2) The invention will be explained below with reference to preferred embodiments relating to a motor vehicle moving on a three-dimensional road surface. The vehicle is driven on a three-dimensional road surface. The lateral velocity and the longitudinal velocity at the center of gravity of the vehicle are denoted by V x and V y , the yaw rate of the vehicle is designated by ω z , the front wheel steering angle of the vehicle is designated by δ. Using those vehicle motion variables, the speeds of the vehicle at its four corner positions where the wheels are mounted on the vehicle along the body longitudinal direction and the body transverse direction can be calculated with the following rule: V lfx = V x - ω z t f , V lfy = V y + ω z l f V rfx = V x + ω z t f , V rfy = V y + ω z l f V lrx = V x - ω z t r , V lry = V y - ω z l r V rrx = V x + ω z t r , V rry = V y - ω z l r (1), where t f and t r denote the respective half-tracks for the front axle and for the rear axle, and l f and l r denote the respective distance between the center of gravity of the vehicle and the front axle and the rear axle. V lf , V rf , V lr and V rr denote the speeds along the respective traveling direction of the vehicle wheels (or, in other words, the respective vehicle longitudinal direction), which are the product of the respective angular velocity of the vehicle wheel on the tread and the respective vehicle wheel rolling radius. These speeds may be related to the corner speeds of the vehicle by the following rule: V lf = V lfz cos (δ) + V lfy sin (δ) V rf = V rfx cos (δ) + V rfy sin (δ) V lr = V lrx V rr = V rrx (2)

Das Einsetzen von Vorschrift (1) in Vorschrift (2) ergibt folgende Vorschrift: Vlf = (Vx – ωztf)cos(δ) + (Vy + ωzlf)sin(δ) Vrf = (Vx + ωztf)cos(δ) + (Vy + ωzlf)sin(δ) Vlr = Vx – ωztr Vrr = Vx + ωztr (3) The insertion of rule (1) in regulation (2) gives the following rule: V lf = (V x - ω z t f cos (δ) + (V y + ω z l f ) sin (δ) V rf = (V x + ω z t f cos (δ) + (V y + ω z l f ) sin (δ) V lr = V x - ω z t r V rr = V x + ω z t r (3)

Unter Berücksichtigung der folgenden Vorschrift: Vy = Vxtan(β) (4)kann man daher die Vorschrift (3) verwenden, um sowohl Vx als auch β zu berechnen. Da die Vorschrift (3) zwei Unbekannte und vier Nebenbedingungen aufweist, bestehen folglich unterschiedliche Möglichkeiten für ein Berechnen von Vx und β. Für das Folgende wird die durchschnittliche, vordere Fahrzeugeckengeschwindigkeit mit Vf-ave definiert und die durchschnittliche, hintere Fahrzeugeckengeschwindigkeit wird mit Vr-ave definiert, wobei folgende Vorschrift gilt:

Figure 00070001
Taking into account the following rule: V y = V x Tan (β) (4) Therefore, one can use the rule (3) to calculate both V x and β. Since the rule (3) has two unknowns and four constraints, there are thus different possibilities for calculating V x and β. For the following, the average forward vehicle corner speed is defined as V f -ave , and the average rear vehicle corner speed is defined as V r-ave with the following rule:
Figure 00070001

Dann führt Vorschrift (3) zu folgender Vorschrift: Vf-ave = Vx[cos(δ) + sin(δ)tan(δ)] + ωzlfsin(δ) Vr-ave = Vx (6),welche verwendet werden kann, um den Fahrzeug-Driftwinkel gemäß folgender Vorschrift zu berechnen:

Figure 00070002
Then regulation (3) leads to the following provision: V f-ave = V x [cos (δ) + sin (δ) tan (δ)] + ω z l f sin (δ) V rave = V x (6) which can be used to calculate the vehicle drift angle according to the following rule:
Figure 00070002

Es ist zu bemerken, dass der Fahrzeug-Driftwinkel β nur mittels der Vorschrift (7) berechnet werden kann, wenn der Fahrzeug-Lenkwinkel ungleich Null ist. Wenn der Fahrzeug-Lenkwinkel in etwa Null ist, kann das in der US 6671595 B2 vorgeschlagene Verfahren verwendet werden.It should be noted that the vehicle drift angle β can be calculated only by the rule (7) when the vehicle steering angle is not equal to zero. If the vehicle steering angle is about zero, that can be in the US 6671595 B2 proposed methods are used.

Die sechs Möglichkeiten des Berechnens der Fahrzeug Längsgeschwindigkeiten aus den vier Fahrzeugeckengeschwindigkeiten Vlf, Vrf, Vlr und Vrr können wie in folgender Vorschrift zusammengefasst werden:

Figure 00080001
wobei alle diese Berechnungen gleich der tatsächlichen Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit Vx sein sollten, wobei folgende Vorschrift gilt: Vx = Vxi, für i = 1, 2, ..., 6 (9) The six ways of calculating the vehicle longitudinal speeds from the four vehicle corner speeds V lf , V rf , V lr and V rr can be summarized as follows:
Figure 00080001
where all these calculations should be equal to the actual vehicle longitudinal velocity V x , with the following rule: V x = V xi , for i = 1, 2, ..., 6 (9)

Es ist zu bemerken, dass die Vorschriften (7) bis (9) für alle Fahrzustände und alle Fahrbahnbedingungen einfach infolge der Tatsache richtig sind, dass sie auf den kinematischen Beziehungen zwischen den Bewegungsvariablen beruhen.It It should be noted that rules (7) to (9) apply to all driving conditions and all road conditions are just right as a result of the fact that they are on the kinematic relationships between the motion variables based.

Nun ist die Frage, wie die vier Fahrzeugeckengeschwindigkeiten Vlf, Vrf, Vlr und Vrr zu bestimmen sind. Diese Fahrzeugeckengeschwindigkeiten können gemessen werden, indem vier Geschwindigkeitssensoren an die vier Fahrzeugräder montiert werden, welche Geschwindigkeitssensoren die jeweilige Längsgeschwindigkeit der Fahrzeugradmitte entlang der Fahrtrichtung des jeweiligen Fahrzeugrades (oder anders gesagt entlang der jeweiligen Fahrzeugrad-Längsrichtung) erfassen. Ferner können die Geschwindigkeitssensoren gegen vier Beschleunigungssensoren ausgetauscht werden, welche die jeweilige Linearbeschleunigung der Fahrzeugradmitte entlang der Fahrtrichtung des jeweiligen Fahrzeugrades erfassen.Now the question is how to determine the four vehicle corner speeds V lf , V rf , V lr and V rr . These vehicle corner speeds can be measured by mounting four speed sensors to the four vehicle wheels, which speed sensors detect the respective longitudinal speed of the vehicle wheel center along the direction of travel of the respective vehicle wheel (or in other words along the respective vehicle wheel longitudinal direction). Furthermore, the speed sensors can be exchanged for four acceleration sensors, which detect the respective linear acceleration of the vehicle wheel center along the direction of travel of the respective vehicle wheel.

Da hauptsächlich Fahrzeuge ohne die zuvor genannten, an den Fahrzeugecken bzw. den Fahrzeugrädern vorgesehenen Geschwindigkeitssensoren oder Beschleunigungssensoren betrachtet werden, sind die verfügbaren Sensoren die Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren, die bei Antiblockiersystemen (anti-lock brake system – ABS) verwendet werden. Jene ABS-Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren messen die jeweilige Drehzahl der Fahrzeugräder. Die Fahrzeugrad-Drehzahlsensor-Ausgaben sind gewöhnlich kalibriert zum Bereitstellen der Linearrichtungs-Geschwindigkeiten νsensor-lf, νsensor-rf, νsensor-lr und νsensor-rr durch Multiplizieren der Rotations-Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugrades mit dem Nennrollradius des Fahrzeugrades. Für Details siehe 2. Es ist zu bemerken, dass die Fahrzeugräder nicht nur eine Drehbewegung sondern ferner eine lineare Gleitbewegung ausführen, d. h., dass die Fahrzeugräder ferner einen Längsschlupf aufweisen. Der Längsschlupf wird verursacht durch die Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Fahrzeugrad und der Straße an deren Kontaktstelle. Für das Folgende werden die Längsgeschwindigkeiten solcher Relativbewegungen an den Kontaktstellen zwischen jeweiligem Fahrzeugrad und Straße als νcp-lf, νcp-rf, νcp-lr und νcp-rr bezeichnet, so dass die Fahrzeugeckengeschwindigkeiten wie in folgender Vorschrift als die Summen von zwei Geschwindigkeiten ausgedrückt werden können: Vlf = νcp-lf + νsensor-lf, Vrf = νcp-rf + νsensor-rf Vlr = νcp-lr + νsensor-lr, Vrr = νcp-rr + νsensor-rr (10) Since vehicles are primarily considered without the aforementioned speed sensors or acceleration sensors provided on the vehicle corners or wheels, the available sensors are the vehicle wheel speed sensors used in antilock brake systems (anti-lock brake sys tem - ABS) are used. Those ABS vehicle wheel speed sensors measure the respective speed of the vehicle wheels. The vehicle wheel speed sensor outputs are usually calibrated to provide the linear direction velocities ν sensor-lf , ν sensor-rf , ν sensor-lr, and ν sensor-rr by multiplying the rotational angular velocity of the vehicle wheel by the nominal rolling radius of the vehicle wheel. For details see 2 , It should be noted that the vehicle wheels perform not only a rotational movement but also a linear sliding movement, ie, that the vehicle wheels also have a longitudinal slip. The longitudinal slip is caused by the relative movement between the respective vehicle wheel and the road at the contact point. For the following, the longitudinal velocities of such relative movements at the contact points between the respective vehicle wheel and road are referred to as ν cp-lf , ν cp-rf , ν cp-lr and ν cp-rr , so that the vehicle corner speeds are calculated as the sums of two speeds can be expressed: V lf = ν cp-lf + ν sensor-lf , V rf = ν cp-rf + ν sensor-rf V lr = ν cp-lr + ν sensor-lr , V rr = ν cp-rr + ν sensor-rr (10)

Wenn an den vier Rädern kein Längsschlupf auftritt, sollten νcp-lf, νcp-rf, νcp-lr und νcp-rr allesamt Null sein und die Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren stellen die exakte Beschreibung der Fahrzeugeckengeschwindigkeiten bereit. Folglich können die Vorschriften (7) bis (9) verwendet werden, um den Fahrzeug-Driftwinkel und die Momentan-Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen bzw. abzuschätzen.If no longitudinal slip occurs on the four wheels, ν cp-lf , ν cp-rf , ν cp-lr and ν cp-rr should all be zero and the vehicle wheel speed sensors provide the exact description of the vehicle corner speeds. Thus, the rules (7) to (9) can be used to calculate the vehicle drift angle and the instantaneous longitudinal speed of the vehicle.

Wenn νcp-lf, νcp-rf, νcp-lr und νcp-rr nicht Null sind, jedoch deren jeweiliger Betrag ein Bruchteil des jeweiligen Betrages von νsensor-lf, νsensor-rf, νsensor-lr und νsensor-rr ist, dann kann das Minimum der sechs berechneten Variablen verwendet werden, um die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit gemäß folgender Vorschrift zu beschreiben: V ^x = min{V ^x1, V ^x2, V ^x3, V ^x4, V ^x5, V ^x6} (11),wobei V ^x1, V ^x2, V ^x3, V ^x4, V ^x5, V ^x6 ähnlich berechnet werden wie in Vorschrift (8), wobei jedoch wie gemäß folgender Vorschrift die Sensorsignale die Fahrzeugeckengeschwindigkeiten ersetzen:

Figure 00110001
If ν cp-lf , ν cp-rf , ν cp-lr and ν cp-rr are not zero, but their respective amount is a fraction of the respective amount of ν sensor-lf , ν sensor-rf , ν sensor-lr and ν sensor-rr , then the minimum of the six calculated variables can be used to describe the vehicle longitudinal velocity according to the following rule: V ^ x = min {V ^ x1 , V ^ x2 , V ^ x3 , V ^ x4 , V ^ x5 , V ^ x6 } (11), where V ^ x1 , V ^ x2 , V ^ x3 , V ^ x4 , V ^ x5 , V ^ x6 are calculated similarly as in regulation (8), but with the sensor signals replacing the vehicle corner speeds as in the following procedure:
Figure 00110001

Unter Berücksichtigung, dass der Term sin(δ)sin(β) vernachlässigbar ist im Gegensatz zum Term cos(δ) können folglich V ^x2, V ^x3, V ^x4 gemäß folgender Vorschrift auch unabhängig vom Fahrzeug-Driftwinkel β näherungsweise berechnet werden:

Figure 00110002
Taking into account that the term sin (δ) sin (β) is negligible in contrast to the term cos (δ), therefore, V ^ x2 , V ^ x3 , V ^ x4 can also be calculated approximately independently of the vehicle drift angle β according to the following rule :
Figure 00110002

Um die Vorschrift (11) und die Vorschrift (12) sicher zum Berechnen der Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit zu verwenden, muss der Betrag der Kontaktstellen-Schlupfgeschwindigkeiten quantitativ erfasst werden. Im Folgenden bezeichnen df und dr die Kontaktstellen-Geschwindigkeits-Differenzen zwischen dem linken Fahrzeugrad und dem rechten Fahrzeugrad der Vorderachse bzw. der Hinterachse sowie bezeichnen mf und mr den jeweiligen Mittelwert der Kontaktstellen-Geschwindigkeit des linken Fahrzeugrades und des rechten Fahrzeugrades der Vorderachse bzw. der Hinterachse, wobei die folgende Vorschrift gilt:

Figure 00120001
To safely use the rule (11) and rule (12) to calculate the vehicle longitudinal velocity, the amount of pad slip speeds must be quantified. In the following, d f and d r denote the contact point velocity differences between the left vehicle wheel and the right vehicle wheel of the front axle and rear axle, respectively, and m f and m r denote the respective average contact pad speed of the left vehicle wheel and the right vehicle wheel Front axle or rear axle, with the following rule:
Figure 00120001

So definiert können df, dr, mf und mr aus den bekannten Signalen, die die Fahrzeugrad-Drehzahlen, die Gierrate, den Lenkwinkel (am Fahrzeugrad) und die berechnete bzw. abgeschätzte Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit aufweisen, gemäß folgender Vorschrift berechnet werden:

Figure 00120002
wobei mf näherungsweise unabhängig vom Fahrzeug-Driftwinkel gemäß folgender Vorschrift berechnet werden kann:
Figure 00120003
Thus defined, d f , d r , m f and m r can be calculated from the known signals having the vehicle wheel speeds, the yaw rate, the steering angle (on the vehicle wheel) and the calculated or estimated vehicle longitudinal speed, according to the following rule :
Figure 00120002
where m f can be calculated approximately independently of the vehicle drift angle according to the following rule:
Figure 00120003

Folglich werden, wenn die gemäß der Vorschrift (15) berechneten Größen alle kleiner als bestimmte Grenzwerte sind, d. h. die Bedingungen in der folgenden Vorschrift: df ≤ γ1, mf ≤ γ2, dr ≤ γ3, mr ≤ γ4 (17) sind für die Kalibrierparameter γ1, γ2, γ3, γ4, erfüllt, die Kontaktstellen-Schlupfgeschwindigkeiten als vernachlässigbar betrachtet. Wenn die Bedingungen in Vorschrift (17) nicht erfüllt sind, ist eine weitere Analyse notwendig.Consequently, when the quantities calculated according to the rule (15) are all smaller than certain limit values, that is, the conditions in the following rule: d f ≤ γ 1 , m f ≤ γ 2 , d r ≤ γ 3 , m r ≤ γ 4 (17) are satisfied for the calibration parameters γ 1 , γ 2 , γ 3 , γ 4 , the contact slip velocities are considered to be negligible. If the conditions in regulation (17) are not fulfilled, further analysis is necessary.

Einer solcher Fälle, in denen die Bedingungen in Vorschrift (17) nicht erfüllt sind, jedoch das Fahrzeug in einem Dauerlenkzustand gefahren wird, ist der Fall, in dem das Fahrzeug eine Korkenzieherfahrt durchführt, wobei das Fahrzeug eine enge Kurve fährt, jedoch mit annähernd konstanter Lenkeingabe. In diesem Fall gilt, wenn sich die Fahrzeughinterräder in der Bahn des Fahrzeugs bewegen, für die Fahrzeugeckengeschwindigkeiten folgende Vorschrift:

Figure 00130001
One such case where the conditions in regulation (17) are not met but the vehicle is driven in a state of permanent steering is the case where the vehicle is corkscrew driving, the vehicle making a tight turn, but with approximately more constant steering input. In this case, when the vehicle's rear wheels are moving in the lane of the vehicle, the following rule applies to the vehicle corner speeds:
Figure 00130001

Basierend auf dieser Bedingung kann die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit Vx folgender Vorschrift berechnet werden:

Figure 00130002
Based on this condition, the vehicle longitudinal velocity V x can be calculated as follows:
Figure 00130002

Unter Berücksichtigung, dass der Term sin(δ)tan(β) im Gegensatz zum Term cos(δ) vernachlässigbar ist, kann V ^x-ss-steer näherungsweise unabhängig vom Fahrzeug-Driftwinkel β gemäß folgender Vorschrift berechnet werden:

Figure 00130003
Taking into account that the term sin (δ) tan (β) is negligible in contrast to the term cos (δ), V ^ x-ss-steer can be calculated approximately independently of the vehicle drift angle β according to the following rule:
Figure 00130003

Wenn die Bedingungen von Vorschrift (17) nicht erfüllt sind und das Fahrzeug nicht im Dauerlenkzustand ist, dann ist zum Beheben der Fehler infolge des Kontaktstellenschlupfs eine weitere Korrektur notwendig.If the conditions of regulation (17) are not met and the vehicle is not in the state of permanent steering, then further correction is needed to correct the errors due to pad slip dig.

Nun wird das Durchführen der Korrektur unter Verwendung der Informationen über die Fahrzeug-Längsbeschleunigung und über die Fahrzeug-Nicklage θy betrachtet. Die Momentan-Längsgeschwindigkeit Vx des Fahrzeugs wird als Summe von zwei Teilen beschrieben: (1) der Teil vom Drehen der vier Fahrzeugräder, wie in der Vorschrift (11) oder in der Vorschrift (20) berechnet, (2) der Teil des Längsgleitens infolge des Fahrzeugradschlupfs. Der auf dem Drehen der vier Fahrzeugräder beruhende Teil wird mit Vx-noslip bezeichnet, welche Geschwindigkeit entweder V ^x oder Vx-ss-steer ist, und der auf dem Fahrzeugradschlupf beruhende Teil wird als bezeichnet, wobei die folgende Vorschrift gilt: Vx = Vx-noslip + Vx-slip (21) Now, the correction is performed by using the vehicle longitudinal acceleration information and the vehicle pitch θ y . The instantaneous longitudinal velocity V x of the vehicle is described as the sum of two parts: (1) the part of turning the four vehicle wheels as calculated in the rule (11) or in the rule (20), (2) the part of the longitudinal sliding as a result of vehicle wheel slip. The part based on the turning of the four vehicle wheels is designated V x noslip , which speed is either V ^ x or V x -ss steer , and the part based on the vehicle wheel slip is designated as, with the following rule: V x = V x-noslip + V x-slip (21)

Das Längsbeschleunigungssensor-Signal kann gemäß folgender Vorschrift in drei Teile aufgeteilt werden: ax-sensor = V .x – Vxtan(β)ωz-sensor – gθy (22) The longitudinal acceleration sensor signal can be divided into three parts according to the following procedure: a x-sensor = V. x - V x tan (β) ω z-sensor - gθ y (22)

Daher kann Vx-slip die folgende Vorschrift erfüllen: V .x-slip – Vx-sliptan(β)ωz-sensor = f(t) (23),wobei gilt: f(t) = ax-sensor – gθy – V .x-noslip + Vx-nosliptan(β)ωz-sensor (24) Therefore, V x-slip can fulfill the following requirement: V. x-slip - V x-slip tan (β) ω z-sensor = f (t) (23), where: f (t) = a x-sensor - gθ y - V. x-noslip + V x-noslip tan (β) ω z-sensor (24)

Die analytische Lösung für Vx-slip kann gemäß folgender Vorschrift erhalten werden:

Figure 00150001
The analytical solution for V x-slip can be obtained according to the following procedure:
Figure 00150001

Aus der Vorschrift (25) kann ein digitales, iteratives Modell hergeleitet werden zum Berechnen von Vx-slip wie gemäß folgender Vorschrift: Γ(k + 1) = Γ(k) + tan(β(k + 1))ωz-sensor(k + 1)ΔT Π(k + 1) = Π(k) + f(k + 1)eΓ(k+1)ΔT Vx-slip(k + 1) = Π(k + 1)e–Γ(k+1) (26) From regulation (25), a digital, iterative model can be derived for calculating V x-slip as follows: Γ (k + 1) = Γ (k) + tan (β (k + 1)) ω z-sensor (k + 1) ΔT Π (k + 1) = Π (k) + f (k + 1) e Γ (k + 1) ΔT V x-slip (k + 1) = Π (k + 1) e -Γ (k + 1) (26)

Daraus ergibt sich folgende Vorschrift: Vx(k) = Vx-nonslip(k) + Vx-slip(k) (27) This results in the following rule: V x (k) = V x-nonslip (k) + V x-slip (k) (27)

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Claims (5)

Einrichtung zum Berechnen der Momentan-Längsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs, aufweisend: eine Mehrzahl von Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren, die eine Mehrzahl von Drehzahlsignalen erzeugen, einen Lenkwinkelsensor, der ein Lenkwinkelsignal (δ) erzeugt, einen Gierratensensor, der ein Gierratensignal (ωz) erzeugt, einen Längsbeschleunigungssensor, der ein Längsbeschleunigungssignal (ax-sensor) erzeugt, ein Nicklage-Bestimmungsmittel, das den Nickwinkel (Θy) des Fahrzeugs bestimmt, und eine Steuervorrichtung, die mit den jeweiligen Sensoren und dem Nicklage-Bestimmungsmittel gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung derart betreibbar ist, dass sie auf Basis der Drehzahlsignale, des Gierratensignals (ωz) und des Lenkwinkelsignals (δ) den Driftwinkel (β) des Fahrzeugs bestimmt, auf Basis der Drehzahlsignale, des Gierratensignals (ωz), des Lenkwinkelsignals (δ), des Längsbeschleunigungssignals (ax-sensor), des Driftwinkels (β) und des Nickwinkels (Θy) eine radrotationsbasierte Längsgeschwindigkeit (vx-nonslip) des Fahrzeugs und eine radlängsschlupfbasierte Längsgeschwindigkeit (vx-slip) des Fahrzeugs bestimmt, und die Momentan-Längsgeschwindigkeit (vx) des Fahrzeugs als Summe der radrotationsbasierten und der radlängsschlupfbasierten Längsgeschwindigkeit bestimmt.Apparatus for calculating instantaneous longitudinal speed of a vehicle, comprising: a plurality of vehicle wheel speed sensors generating a plurality of speed signals, a steering angle sensor generating a steering angle signal (δ), a yaw rate sensor including a yaw rate signal (ω z ) generated, a longitudinal acceleration sensor which generates a longitudinal acceleration signal (a x sensor), a pitch attitude determining means which determines the pitch angle (Θ y ) of the vehicle, and a control device which is coupled to the respective sensors and the pitch attitude determining means, wherein the controller is operable to determine the drift angle (β) of the vehicle based on the speed signals, the yaw rate signal (ω z ), and the steering angle signal (δ) based on the speed signals, the yaw rate signal (ω z ), the steering angle signal (δ ), the longitudinal acceleration signal (a x -sensor), the drift angle (β) and the pitch angle (Θ y ) determines a radrotationsbased longitudinal velocity (v x-nonslip ) of the vehicle and a Radlängsschlupfbasierte longitudinal speed (v x-slip ) of the vehicle, and the Current longitudinal velocity (v x ) of the vehicle as the sum of the radrotation-based and the radlängsschlupfbasierten longitudinal velocity certainly. Einrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung ferner derart betreibbar ist, dass sie auf Basis der Drehzahlsignale, des Gierratensignals (ωz), des Lenkwinkelsignals (δ), des Driftwinkels (β) und der radrotationsbasierten Längsgeschwindigkeit eine Mehrzahl von den Schlupf der Fahrzeugräder quantifizierenden Fahrzeugrad-Schlupf-Größen (df, mf, dr, mr) bestimmt und diese Werte mit vorgegebenen Grenzwerten (γ1, γ2, γ3, γ4) vergleicht.The device according to claim 1, wherein the control device is further operable to determine a plurality of the slips of the vehicle wheels based on the speed signals, the yaw rate signal (ω z ), the steering angle signal (δ), the drift angle (β), and the wheel rotational speed Vehicle wheel slip quantities (d f , m f , d r , m r ) determines and compares these values with predetermined limits (γ 1 , γ 2 , γ 3 , γ 4 ). Einrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung ferner derart betreibbar ist, dass sie, wenn die Werte der Fahrzeugrad-Schlupf-Größen (df, mf, dr, mr) alle kleiner oder gleich den vorgegebenen Grenzwerten (γ1, γ2, γ3, γ4) sind, auf Basis der Drehzahlsignale, des Lenkwinkelsignals (δ), des Gierratensignals (ωz) und des Driftwinkels (β) sechs Werte (Vx = Vx1 bis Vx6) berechnet, welche die radrotationsbasierte Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschreiben können, den geringsten Wert der sechs bestimmten Werte als die radrotationsbasierte Längsgeschwindigkeit (vx = min{Vx = Vx1 bis Vx6}) des Fahrzeugs definiert und die radlängsschlupfbasierte Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs mit Null bestimmt.The device of claim 2, wherein the controller is further operable to, if the values of the vehicle wheel slip quantities (d f , m f , d r , m r ) are all less than or equal to the predetermined limits (γ 1 , γ 2 , γ 3 , γ 4 ) are calculated on the basis of the speed signals, the steering angle signal (δ), the yaw rate signal (ω z ) and the drift angle (β) six values (V x = V x1 to V x6 ), which radrotationsbasierte Longitudinal velocity of the vehicle can be described, the lowest value of the six specific values as the radrotationsbased longitudinal speed (v x = min {V x = V x1 to V x6 }) of the vehicle defined and determines the Radlängsschlupfbasierte longitudinal speed of the vehicle with zero. Einrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung ferner derart betreibbar ist, dass sie, wenn einer oder mehrere der Werte der Fahrzeugrad-Schlupf-Größen (df, mf, dr, mr) größer als die vorgegebenen Grenzwerte (γ1, γ2, γ3, γ4) sind und das Lenkwinkelsignal (δ) über die Zeit annähernd konstant ist, so dass sich das Fahrzeug in einem Dauerlenkzustand befindet, die radrotationsbasierte Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis des Lenkwinkelsignals (δ), des Gierratensignals (ωz) und des Driftwinkels (β) bestimmt und die radlängsschlupfbasierte Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs mit Null bestimmt.The device of claim 2, wherein the controller is further operable to, if one or more of the values of the vehicle wheel slip quantities (d f , m f , d r , m r ), exceed the predetermined limits (γ 1, γ 2 , γ3, γ4) and the steering angle signal (δ) is approximately constant over time, so that the vehicle is in a state of permanent steering, the wheel rotation based longitudinal speed of the vehicle on the basis of the steering angle signal (δ), the yaw rate signal (ω z ) and the Driftwinkels (β) determines and determines the Radlängsschlupfbasierte longitudinal speed of the vehicle with zero. Einrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung ferner derart betreibbar ist, dass sie, wenn einer oder mehrere der Werte der Fahrzeugrad-Schlupf-Größen (df, mf, dr, mr) größer als die vorgegebenen Grenzwerte (γ1, γ2, γ3, γ4) sind und das Lenkwinkelsignal (δ) über die Zeit nicht konstant ist, so dass sich das Fahrzeug nicht in einem Dauerlenkzustand befindet, entweder auf Basis der Drehzahlsignale, des Lenkwinkelsignals (δ), des Gierratensignals (ωz) und des Driftwinkels (β) sechs Werte (Vx1 bis Vx6) berechnet, welche die radrotationsbasierte Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschreiben können, und den geringsten Wert der sechs bestimmten Werte als die radrotationsbasierte Längsgeschwindigkeit (Vx = min{Vx1 bis Vx6}) des Fahrzeugs definiert oder die radrotationsbasierte Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis des Lenkwinkelsignals (δ), des Gierratensignals (ωz) und des Driftwinkels (β) bestimmt, sowie die radlängsschlupfbasierte Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf Basis des Längsbeschleunigungssignals (ax-sensor), des Gierratensignals (ωz), des Driftwinkels (β) und des Nickwinkels (Θy) bestimmt.The device of claim 2, wherein the controller is further operable to, if one or more of the values of the vehicle wheel slip quantities (d f , m f , d r , m r ), exceed the predetermined limits (γ 1, γ 2 , γ3, γ4), and the steering angle signal (δ) over time is not constant, so that the vehicle is not in a steady turning state, either on the basis of rotational speed signals, the steering angle signal (δ), the yaw rate signal (ω z) and Driftwinkels (β) calculates six values (V x1 to V x6 ) that can describe the wheel rotation-based longitudinal speed of the vehicle and the lowest value of the six specific values as the wheel rotation-based longitudinal velocity (V x = min {V x1 to V x6 }) of the Vehicle defined or the Radrotationsbasierte longitudinal speed of the vehicle on the basis of the steering angle signal (δ), the yaw rate signal (ω z ) and the drift angle (β) determines, and the Radlängsschlupfbasbased e longitudinal velocity of the vehicle on the basis of the longitudinal acceleration signal (a x -sensor), the yaw rate signal (ω z ), the drift angle (β) and the pitch angle (Θ y ) determined.
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