DE102004042191B3

DE102004042191B3 - Verfahren zur Lokalisierung wenigstens eines Rades eines Fahrzeuges

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Publication number: DE102004042191B3
Application number: DE200410042191
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Daiss; Frank Fischer; Herbert Froitzheim; Stefan Hammes; Gregor Kuchler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-09-01

Abstract

Bei dem Verfahren werden Signale (a¶mess¶) eines am Rad angeordneten Beschleunigungssensors (S) mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet, wobei der Beschleunigungssensor (S) aufgrund seiner Einbaulage die Beschleunigung im Wesentlichen in Radumfangsrichtung erfasst und der Sensor (S) als Messsignal (a¶mess¶) eine Beschleunigung in Radumfangsrichtung durch entsprechende Einbaulage des Sensors an unterschiedlich positionierten Rädern unterschiedlich erfasst, in der Auswerteeinheit ein Verstärkungsfehler (f¶Ver¶) des Sensors (S) mittels Frequenzanalyse der Amplitude eines sinusförmig im Messsignal (a¶mess¶) auftretenden Erdbeschleunigungsanteils (a¶grav¶) bei konstanter Geschwindigkeit ermittelt wird und/oder in der Auswerteeinheit mittels Messung der Beschleunigung (a¶mess1¶, a¶mess2¶) bei wenigstens zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ein Offsetfehler (a¶Offset¶) des Sensors (S) und/oder eine Winkelabweichung (alpha) zu einer idealen Einbaulage (E) des Beschleunigungssensors (S) ermittelt wird und die ermittelten Fehler (f¶Ver¶, a¶Offset¶, alpha) bei der Ermittlung der gemessenen Beschleunigung (a¶mess¶) einberechnet werden und das Messergebnis (a¶mess¶) hinsichtlich der Radposition ausgewertet wird.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Reifenkontrollsystemen von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen.
Bei derartigen Reifenkontrollsystemen, insbesondere Reifendruckkontrollsystemen, kommuniziert eine rad- oder reifenmontierte Elektronik, im Folgenden Radeinheit genannt, mit einer fahrzeugfesten, eine Empfangseinrichtung umfassende Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit empfängt hierbei von der eine Sendeeinheit umfassenden Radeinheit Datentelegramme und ordnet sie üblicherweise mit Hilfe eines mitgesendeten Identifizierungscodes einer bestimmten Radeinheit zu.
Um die an Rad oder Reifen montierte Radeinheit auch einer bestimmten Radposition (z.B. vorne links, vorne rechts, hinten links, hinten rechts) zuzuordnen, sind verschiedene Verfahren bekannt. Ohne eine solche Zuordnung zu einer bestimmten Radposition bliebe ansonsten, beispielsweise aufgrund von Reifenwechseln, Neubereifung etc., unklar, an welcher Radposition sich die aufgrund ihres Identifizierungscodes erkannte Radeinheit befindet. Eine eindeutige Zuordnung ist jedoch sowohl für Auswertungs- und Steuerungsvorgänge innerhalb des Fahrzeuges, als auch für die Bedienperson, als auch für Wartungszwecke etc. wünschenswert und notwendig.

Hierzu wird beispielsweise in der EP 0 763 437 B1 ein System vorgeschlagen, bei dem die Feldstärke eines Funktelegramms mittels vier jeweils in Radnähe montierter Antennen analysiert wird. Der Einbauort der Antenne mit der höchsten gemessenen Feldstärke steht dann für die Radposition der das Telegramm sendenden Radeinheit. Nachteiligerweise ist dieses Verfahren aufgrund der Antenneninstallation mit einem hohen Auf wand verbunden, welcher sich negativ in den Gesamtherstellungskosten eines Fahrzeuges niederschlägt.

In der US 5,880,363 wird dagegen ein System beschrieben, bei dem mittels eines Langwellensignals jeweils nur eine bestimmte Radeinheit zur Emission eines Datentelegramms mit einem speziellen Identifikationssignal angeregt wird. Durch zyklisches Anregen aller Radpositionen werden hierbei die Identifilcationscodes der zugeordneten Radeinheiten erfasst. Nachteiligerweise erfordert dieses Verfahren zusätzliche Langwellenantennen auf der Fahrzeugseite und zusätzliche Langwellenempfangseinheiten auf der Radseite, so dass dieses Verfahren ebenfalls mit hohem Aufwand verbunden ist.

In der EP 0 760 299 B1 werden dagegen Radeinheiten mit einer Sensorvorrichtung zur Erfassung der Drehrichtung des der Radeinheit zugeordneten Rades vorgeschlagen. Die in der EP 0 760 299 B1 als mechanischer Rollschalter ausgeführte Sensorvorrichtung weist aber nachteiligerweise aufgrund seiner mechanischen Komponenten eine hohe Ausfallrate auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das auf einfache und zuverlässige Art und Weise eine Lokalisierung wenigstens eines Rades eines Fahrzeuges ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Hierbei wird erfindungsgemäß ein Beschleunigungssensor, beispielsweise ein mikromechanischer handelsüblicher Beschleunigungssensor verwendet, welcher bekannterweise bei hoher Zuverlässigkeit eine geringe Ausfallrate besitzt. Dieser Beschleunigungssensor erfasst aufgrund seiner Einbaulage (beispielsweise Sensorrichtung tangential zum Rad) die Beschleunigung in Radumfangsrichtung, also je nach Drehrichtung positive oder negative Beschleunigung. Aufgrund der unterschied lichen Einbaulage des Sensors ist es erfindungsgemäß möglich, mittels Auswertung der entsprechenden Messwerte das jeweilige Rad zu lokalisieren. So ist es beispielsweise möglich, durch eine unterschiedliche Einbaulage des Sensors eine Unterscheidung vorne/hinten bei einem Fahrzeug vorzunehmen, wobei eine solche Unterscheidung zumindest für ein zweirädriges Fahrzeug, beispielsweise Motorrad, völlig ausreicht. Ebenso ist es möglich, eine Unterscheidung hinsichtlich der linken oder rechten Seite der Radposition vorzunehmen, wobei hier vorteilhafterweise die Einbaulage des Senders oder der Radeinheit in gleicher Weise und Orientierung und damit kostengünstig verbaut ist.

Durch die Montage derartiger Räder auf der linken oder rechten Fahrzeugseite sind die Sensoren bzw. die Radeinheiten genau umgekehrt montiert, so dass auch die Ausrichtung des Beschleunigungssensors in Umfangsrichtung abhängig von der Fahrzeugseite ist, an der das Rad montiert wurde. Eine Beschleunigung des Fahrzeuges bewirkt daher auf der linken Fahrzeugseite ein umgekehrtes Auslenken des Beschleunigungssensors gegenüber der rechten Seite.

Eine entsprechende Auswertung dieser Messwerte oder gar Signalauswertung (Anteilsspaltung, Amplitudenanalyse, Frequenzanalyse) in der Auswerteeinheit, wobei beispielsweise Beschleunigungswerte, Schwellwerte oder Schwellbereiche oder Vorzeichen einer bestimmten Radposition zugeordnet oder vorgegeben sind, ergibt damit die Radposition eines Rades, beispielsweise links oder rechts oder vorne oder hinten. Dieses Verfahren wurde bereits in der nicht veröffentlichten Anmeldung 102004034287.3 derselben Anmelderin vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren weiter entwickelt, so dass auch eine nicht ideale Einbaulage des Beschleunigungssensors und/oder die Güte des Beschleunigungssensors berücksichtigt werden können.

Hierzu wird zusätzlich wenigstens eine Messung, vorzugsweise bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit vorgenommen, so dass das gemessene bei idealer Einbaulage des Beschleunigungssensors mit einem Fehler abhängig von seiner Güte, wie beispielsweise Offsetfehler und/oder Verstärkungs- bzw. Elektronikfehler behaftet ist.

Diese Fehler lassen sich beispielsweise mittels einer einfachen Signalanalyse ermitteln, wobei bekanntermaßen die Erdbeschleunigung als sinusförmiger Anteil mit der Amplitude 1 g eingehen muss. Die Abweichung der Amplitude des sinusförmigen Anteils steht daher für den Verstärkungsfehler des Beschleunigungssensors.

Nimmt man die Messung zudem bei einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit vor (Kreisfrequenz über Frequenzanalyse des Messsignals oder Signal des Steuergeräts z.B. Signal für Tacho, ABS etc.) steht der von Null abweichende Wert einer Messung über eine oder mehrere Radumdrehungen (Mittelung durch Integration oder Aufsummieren) für einen Offsetfehler des Beschleunigungssensors.

Durch eine weitere Messung mit einer anderen vorzugsweise konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit lässt sich zudem eine nicht ideale Einbaulage des Beschleunigungssensors ermitteln, da zusätzlich zu dem vorhergehenden eventuell auftretenden Fehlern hinsichtlich der Güte des Beschleunigungssensors von dieser Einbaulage abhängige Anteile der Zentripetalbeschleunigung bzw. der Tangentialbeschleunigung in das Messergebnis über bekannte trigonometrische Weise eingehen.

Hierbei kann der Anteil, um welche die Tangentialbeschleunigung anteilig verringert wird, bei kleinen Abweichungen von der idealen Abweichung vernachlässigt werden.

Die Auswerteeinheit kann hierbei als fahrzeugfeste Auswerteeinheit, insbesondere ein Steuergerät, des Fahrzeuges ausge bildet sein, an die die Messergebnisse der Radeinheit mittels einer wenigstens unidirektionalen Funkstrecke übertragen werden.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Messung impulsartig mit einer Gesamtabtastzeit im Sekundenbereich, vorzugsweise zwei bis fünf Sekunden und einer Abtastzeit im Millisekundenbereich (ms), vorzugsweise zwei bis fünf ms. Hierdurch kann vorteilhafterweise Energie gespart werden und die Lebensdauer der üblicherweise mit einer autarken Energieversorgung versehenen Radeinheiten verlängert werden.

Um bei der Messung nicht zufällig immer gleiche Winkelpositionen zu erfassen, können (abgesehen von einer entsprechenden Signalauswertung) die Zeitabstände bzw. Pausen zwischen den Abtastzeiten zufällig innerhalb bestimmter Grenzen, beispielsweise alle 20 bis 80 ms gewählt werden, wobei die Abtastpausen im Mittel inklusive der Abtastzeiten wiederum eine gewünschte Gesamtabtastzeit ergeben.

Um die Aussagekraft der Messungen zu erhöhen, können die gemessenen Beschleunigungswerte, insbesondere die im ms-Bereich abgetasteten Werte zu einem Gesamtwert, beispielsweise mittels Integrieren, aufsummiert oder auf andere Art gemittelt werden. Selbstverständlich wurden die eventuell auftretenden Fehlertoleranzen, wie vorstehend erläutert, anhand einer Auswertung des Messsignals selbst ohne dessen Aufsummierung ermittelt bzw. konstante Parameter zur Berücksichtigung dieser Toleranzen für weitere Messungen (insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen) berechnet.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt ein optionales Aufsummieren bzw. Integrieren der abgetasteten Einzelwerte zu einem Gesamtwert innerhalb der eine Auswerteeinheit umfassenden Radeinheit. Hierbei kann eine ausreichend große Erfassungszeit bzw. Gesamtabtastzeit für die Messung der Radumfangsbeschleunigung, vorzugsweise zehnmal so lang, gegen über der Zeit für eine Radumdrehung, welche mittels der während der Messung aufgetretenen Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird, gewählt werden. Diese Wahl ist beispielsweise fest vorgegeben bzw. vordefiniert und vorzugsweise auf eine häufig auftretende Fahrsituation, beispielsweise 30, 60 oder 90 km/h abgestimmt.

Selbstverständlich ist es aber auch möglich die Gesamtabtastzeit, den eigentlichen jeweiligen Messzeitraum für eine Abtastung, sowie die (mittlere) Pausenzeit und die Anzahl der Messungen innerhalb der Gesamtabtastzeit, statt durch feste Vorgabe dynamisch an die jeweilige Fahrsituation, insbesondere Geschwindigkeit, anzupassen. Hierzu können in der Radeinheit, welche üblicherweise auch Sensoren für die Radialbeschleunigung besitzt, die Radialbeschleunigungswerte, welche direkt von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen, verwendet werden, wobei in diesem Fall keine zusätzliche Auswertung außerhalb der Radeinheit erforderlich ist.

Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, detektierbare Ereignisse außerhalb der Radeinheit, wie beispielsweise im Steuergerät mittels Analyse des Tachosignals oder anderer im Fahrzeug vorhandener Sensoren, insbesondere Verzögerungssensoren von ESP oder Fahrstabilitätssystemen etc. zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit oder einer hiervon abhängigen Größe zu verwenden, diese Daten oder entsprechende Steuerdaten von der Auswerteeinheit bzw. dem Steuergerät an die Radeinheit zu übersenden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Auswertung der übermittelten Daten bzw. des Gesamtwertes in Abhängigkeit einer einem Messzeitraum bekannten oder detektierten Fahrtrichtung des Fahrzeuges. Obwohl auch ohne eine solche Abhängigkeit durch die Tatsache, dass die überwiegende Mehrheit aller Fahrsituationen, z.B. über 95 % vorwärts erfolgt, eine Lokalisierung der Radposition mit hoher Sicherheit festgestellt werden kann, verbleibt hierbei eine, wenn auch ge ringe, Aussageungenauigkeit. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird daher die Auswertung in Abhängigkeit von einer bekannten oder detektierten Fahrtrichtung des Fahrzeuges vorgenommen. Hierfür können beispielsweise im Steuergerät vorhandene Ereignisse, wie Position des Schaltungs- oder des Automatikgetriebes (Vorwärts- oder Rückwärtsgang), detektierte Geschwindigkeit zu hoch, um in einem Rückwärtsgang erreicht zu werden, etc. verwendet werden.

Um die Sicherheit bzw. Aussagekräftigkeit des Messergebnisses bzw. des übermittelten Gesamtwertes weiter zu erhöhen, kann bei der Auswertung der übermittelten Daten bzw. der Gesamtwerte eine zusätzliche Plausibilitätsprüfung erfolgen. So ist es beispielsweise auszuschließen, dass innerhalb eines kürzeren Zeitraums, beispielsweise einigen Minuten oder Stunden, Radpositionen mehrmals wechseln. Zudem kann insbesondere bei fest vordefiniertem Erfassungszeitraum sowie Abtastraten in der oder den Radeinheiten eine Prüfung vorgenommen werden, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit während einer solchen Messung innerhalb eines zulässigen Bereiches war. Zudem können Ereignisse, wie gegenläufige Beschleunigung, also Bremsen innerhalb eines gemessenen Beschleunigungsintervalls bzw. umgekehrt, durch Abgleich mit entsprechenden im Fahrzeug bekannten oder detektierten Ereignissen überprüft werden, so dass derartige mit Fehlern behaftete Gesamtwerte nicht weiter ausgewertet werden bzw. ausgegeben werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann aus Energiespargründen und zur Erhöhung der Lebensdauer der Radeinheit ein Parkmodus vorgesehen sein, in dem die Abtastrate gegenüber der Abtastrate in einem Fahrmodus wesentlich verringert bzw. die mittlere (Pausen-)Zeit zwischen zwei Messungen wesentlich erhöht wird.

Um einen solchen Moduswechsel einzuleiten kann die Radeinheit vorzugsweise ohne Kontakt zur Auswerteeinheit autark und damit ohne Aktivierung der eigenen Sende- oder Empfangseinrich tung beispielsweise aufeinander folgende Gesamtwerte miteinander vergleichen und sofern meist mehrere, beispielsweise im Minutenbereich, vorzugsweise 15 bis 20 Minuten, ermittelte Gesamtwerte gleich bleiben, den Parkmodus einleiten.

Innerhalb eines solchen Parkmodus werden, beispielsweise nur alle 20 Sekunden im Vergleich zu 2,5 Sekunden im Fahrmodus, die Umfangsbeschleunigung gemessen und zu einem Messergebnis aufsummiert. Solange die Messergebnisse gleich bleiben, verbleibt die Radeinheit im Parkmodus und lässt insbesondere die Radeinheit-eigene Sende- und Empfangseinrichtung inaktiviert, welche üblicherweise den Hauptenergieverbraucher innerhalb einer Radeinheit darstellt.

Unterscheiden sich zwei oder mehr Messergebnisse voneinander, beispielsweise innerhalb eines kurzen Zeitraums im Sekundenbereich, so wird in den Fahrmodus gewechselt, innerhalb eines solchen Fahrmodus nunmehr im Sekundenbereich zwischen zwei Messungen die Messergebnisse ermittelt werden.

Um den Energieverbrauch der Radeinheit weiter zu verringern, kann die Signalabtastung und/oder insbesondere das Aktivieren der Radeinheit-eigenen Sendeeinrichtung und damit Übermitteln des Messergebnisses an die Auswerteeinrichtung auf einen bestimmten Anfangszeitraum nach dem Fahrzeugstart und dem Losfahren, beispielsweise auf 5 bis 15 Minuten beschränkt werden.

In allen Ausgestaltungen der Erfindung kann eine vorbestimmte Anzahl von Messungen (beispielsweise 15) mit jeweils einer Gesamtabtastzeit oder ein vorbestimmter Zeitraum für sich wiederholende Messungen vorgesehen sein. Die (Gesamt-) Messungen können hierbei ohne Pause oder mit einer vorbestimmten Pause nacheinander erfolgen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird jeweils eine Messung so vor einer ohnehin anstehenden Funksendung (auf derselben Kommunikationsstrecke) ausgelöst, dass das jeweilige Messergebnis unmittelbar vor der Sendung zur Verfügung steht und mit den anderen Daten der ohnehin anstehenden Funksendung mit übermittelt werden kann (z.B. in einem Fahrmodus mit erhöhter Sendehäufigkeit nach dem Losfahren alle 15 Sekunden).

Selbstverständlich ist es auch denkbar, ein Zeitfenster (von beispielsweise 10 Sekunden) zu definieren, in dem eine Funksendung (Übertragung des Messergebnisses) ausgelöst werden soll. Innerhalb dieses Zeitfenster können dann ständig Messungen durchgeführt werden, bis das Ergebnis hinreichen aussagekräftig ist (beispielsweise das Integral über einer vorbestimmten Schwelle liegt) oder das Zeitfenster abgelaufen ist. Eine Emission der Funksendung kann hierbei mit dem letzten bestimmten Integral bzw. Messergebnis erfolgen.

Weiterhin ist es denkbar, die Messungen jeweils vor einer Sendung für einen vorbestimmten Zeitraum mit oder ohne Pause zwischen den Messungen zu wiederholen (beispielsweise für einen Zeitraum von 15 Minuten) und innerhalb dieses Zeitraums jeweils die entsprechenden Messergebnisse an die Auswerteeinheit zu übermitteln.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:
1 Diagramm einer Sensorbeschleunigung bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit ohne Fehler und
2 Diagramm einer Sensorbeschleunigung (linke Fahrzeugseite) bei konstanter Fahrzeugbeschleunigung von 0,5 g ohne Fehler;
3 Diagramm einer Sensorbeschleunigung (rechte Fahrzeugseite) bei konstanter Fahrzeugbeschleunigung von 0,5 g ohne Fehler.
4 schematische Darstellung der gemessenen Beschleunigung bei nicht idealer Einbaulage des Beschleunigungssensors.
In den 1 bis 3 ist als Diagramm die Sensorbeschleunigung in unterschiedlichen Fällen und deren zeitlicher Verlauf (Zeitachse waagrecht) dargestellt.
Der sinusförmige Verlauf der in 1 bis 3 dargestellten Sensorbeschleunigungen basiert auf der Erdbeschleunigung, welche bei einer Raddrehung sinusförmig einfließt bzw. das Beschleunigungssignal in Umfangsrichtung sinusförmig überlagert.
Bei konstanter Geschwindigkeit ist die Beschleunigung in Radumfangsrichtung wie in 1 dargestellt gleich Null, so dass der Sensor nur das sinusförmige Signal der Erdbeschleunigung detektiert.
Bei einer konstanten Beschleunigung von 0,5 g, wie in 2 dargestellt, erfährt der Sensor eine konstante Beschleunigung in Umfangsrichtung als Gleichanteil, ebenfalls überlagert von der sinusförmigen Erdbeschleunigung. Gemäß 2 ist der Sensor auf der linken Fahrzeugseite bzw. linken Radposition derart ausgerichtet, dass er die Fahrzeugbeschleunigung (positive Beschleunigung in Vorwärtsrichtung) positiv erfasst, so dass der Gleichanteil von 0,5 g, wie in 2 dargestellt, positiv in das Messergebnis eingeht.
Auf der rechten Fahrzeugseite bzw. Radposition geht bei derselben Fahrzeugbeschleunigung von 0,5 g durch die umgekehrte Einbaulage des Rades und damit des Sensors bzw. der Radeinheit der Gleichanteil von 0,5 g negativ in das Messergebnis ein.
Wie vorstehend erläutert, zeigt 1 die von einem Beschleunigungssensor gemessene Sensorbeschleunigung a_mess bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit und damit konstanter Raddrehzahl und Kreisfrequenz ω und dessen zeitlicher Verlauf (Zeitachse waagrecht).
Der sinusförmige Verlauf der in 1 dargestellten Sensorbeschleunigungen a_mess basiert auf der Erdbeschleunigung a_grav, welche bei einer Raddrehung auf einen außerhalb der Radmitte M, beispielsweise im Bereich des Radumfangs oder Radmantels angeordneten Beschleunigungssensor sinusförmig einwirkt bzw. das Beschleunigungssignal a_mess in Umfangsrichtung sinusförmig überlagert (bei nicht konstanter Geschwindigkeit).
Bei konstanter Geschwindigkeit ist die Beschleunigung in Radumfangsrichtung, also die Tangentialbeschleunigung a_Tang wie in 1 dargestellt gleich Null, so dass der Sensor nur das hier dargestellte sinusförmige Signal der Erdbeschleunigung a_grav mit einer Amplitude von +/– 1 g detektieren sollte. Weicht die Amplitude hiervon ab, ist dies ein Maß für einen Verstärkungsfehler f_Ver welcher multiplikativ in die Berechnung der Sensorbeschleunigung a_mess eingeht.
Zusätzlich kann ein Offsetfehler a_Offset der Sensorelektronik auftreten, welcher additiv in das Messergebnis einfließt. Verstärkungsfehler E_Ver und Offsetfehler a_Offset sind hierbei von der Güte des Sensors abhängig.
Bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit lässt sich daher eine vom Sensor gemessene Beschleunigung folgendermaßen beschreiben: amess = aOffset + fVer·(agrav + aTang) und mit aTang = 0 amess = aOffset + fVer·agrav mit agrav = g·sin (ωt)
Berücksichtigt man, wie in 4 dargestellt, einen Winkelfehler α zu einer idealen Einbaulage E des Sensors, in welcher der Sensor S idealerweise nur die vorstehenden Parameter misst, so tritt im Messergebnis zusätzlich ein entsprechender Anteil a_Z' (= a_Z·sin(α)) der Zentripetalbeschleunigung a_Z auf. Eine Verringerung des Tangentialbeschleunigungsanteils kann zumindest bei kleinen Abweichungen vernachlässigt werden, da bei geringen Abweichungen und damit kleinen Winkeln α dieser Anteil a_Tang' nahezu unverändert bleibt (a_Tang' = a_Tang·cos (α) näherungsweise gleich a_Tang)
Bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit lässt sich daher eine vom Sensor gemessene Beschleunigung unter Berücksichtigung eines Einbaulagefehlers folgendermaßen beschreiben: amess = aOffset + fVer·(agrav + aZ·sinα) mit aZ = ω2R
Vor einer nachfolgend beschriebenen Aufsummierung von Einzelmesswerten zu einem Gesamtmesswert kann der Verstärkungsfehler E_Ver durch eine Frequenzanalyse des sinusförmigen Signalanteils des Messsignals a_mess ermittelt werden. Wie vorstehend erläutert beträgt die Amplitude dieses Signalanteils real 1 g, so dass eine Abweichung hiervon multiplikativ durch den Verstärkungsfehler E_Ver verursacht wird. Entsprechend ist bei dieser Betrachtung der Verstärkungsfehler E_Ver (* 1 g) gleich der mittels Frequenzanalyse ermittelten Amplitude des sinusförmigen Signalanteils.
Ebenfalls lässt sich die Raddrehzahl bzw. Kreisfrequenz ω über die Frequenz des sinusförmigen Anteils ermitteln. Allerdings ist es auch denkbar, das die Raddrehzahl und damit (bei bekanntem Radradius) die Fahrzeuggeschwindigkeit auch über andere Funktionen in der Auswerteeinheit, insbesondere einem Steuergerät, wie beispielsweise Tachosignal etc. vorhanden ist.
Misst man zudem die Beschleunigungen für wenigstens zwei unterschiedliche vorzugsweise konstante Fahrzeuggeschwindigkeiten amess1 = aOffset + fVer·sinα·Rω1 amess2 = aOffset + fVer·sinα·Rω2 lassen sich (unter Elimination des über eine Raddrehung zu Null werdenden Anteils der Gravitationsbeschleunigung a_grav) die in diesen beiden (unterschiedlichen) Gleichungen vorkommenden Unbekannten a_Offset und α nunmehr ermitteln.
Vorzugsweise können in beiden Messungen eventuelle Auswertungsfehler zur Bestimmung des Verstärkungsfehlers f_Ver, wie vorstehend mittels Frequenzanalyse beschrieben, verringert oder beseitigt werden, indem in beiden Messungen mit unterschiedlichen konstanten Fahrzeuggeschwindigkeiten der jeweilige Verstärkungsfehler f_Ver ermittelt und nachfolgend gemittelt wird.
Diese Berechnungen werden pro Sensor durchgeführt, so dass nachfolgend alle Parameter pro Sensor bekannt sind.
Die auf diese Weise ermittelten Fehlerparameter a_Offset, f_Ver und α sind für weitere Messungen (auch für Fahrzeugbeschleunigungen konstant, so dass bei nachfolgenden Messungen diese Fehler berücksichtigt und eliminiert werden können.
Auf diese Weise können auch bei einer Winkelabweichung α und/oder Toleranz des Sensors S (Güte) gemessene Beschleunigungen a_mess mit amess = aOffset + fVer·(agrav + aZ·sinα + aTang·sinα) eindeutig und fehlerfrei berechnet werden.
Die auf diese Weise ermittelten Messergebnisse ergeben bei einer Fahrzeugbeschleunigung positive oder negative Messsignale oder Messwerte (über eine entsprechende Signalauswertung, Aufsummierung oder Integration). Bei bekannter Einbaurichtung (vorzugsweise gleiche Richtung bei allen Rädern) der Sensoren erfassen die Sensoren gegenüberliegenden Fahrzeugseiten durch die umgekehrte Einbaulage der Räder Beschleunigungen mit umgekehrten Vorzeichen. Bei bekannter Fahrtrichtung (oder meist zutreffend angenommener Vorwärtsfahrt) lässt sich hieraus auf unterschiedliche Radpositionen, beispielsweise die Fahrzeugseite schließen.
Um Signale, wie beispielsweise in 1 bis 3 dargestellt, zu erfassen und auszuwerten wird beispielsweise folgendermaßen vorgegangen. Der Beschleunigungssensor S, welcher in Umfangsrichtung des Rades die Beschleunigung detektiert, tastet das Signal mit einer Abtast- bzw. Samplerate ab, um gegenüber einem kontinuierlichen Erfassen Energie zu sparen und die Batterielebensdauer des Sensors S bzw. der Radeinheit zu erhöhen. Die sinusförmigen Signale sind in 1 bis 3 schematisch vereinfacht dargestellt, wobei weitere Einflüsse, wie beispielsweise die tatsächliche Fahrzeugbeschleunigung in translatorischer Richtung, vernachlässigt sind.
Die Abtastrate sowie die Pausen und der gesamte Erfassungszeitraum sind hierbei vordefiniert oder werden dynamisch an die jeweilige tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst. Bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 30 km/h ist die Zeit für eine Radumdrehung (selbstverständlich abhängig von Radgröße bzw. Radradius) ca. 250 ms. Um ein aussagekräftiges Messergebnis zu erhalten, muss die Beschleunigung zigfach, beispielsweise 40-fach bzw. 40 mal abgetastet werden, wobei die mittlere Zeit zwischen zwei Messungen, multipliziert mit der Anzahl der Messungen, also 40, sehr viel größer, also beispielsweise zehnmal so lange sein soll, wie die Dauer einer Radumdrehung.
Die Gesamtzeit für ein Messergebnis durch Abtastung (Gesamtabtastzeit) beträgt nach dieser Forderung demzufolge bei 30 km/h zehnmal 250 ms, also gleich 2,5 s. Da in dieser Zeit 40 Messungen erfolgen sollen, ist die mittlere Zeit (Pausen) zwischen zwei Messungen 2,5 s/40, also 62,5 ms, welche die eigentliche Messung von beispielsweise nur 2 ms und Pause von 60,5 ms umfasst. Wie vorstehend erläutert können die Pausen bzw. die mittlere Zeit zwischen zwei (Einzel-)Messungen zufällig innerhalb bestimmter Grenzen (z.B. 20ms bis 80 ms) variieren.
Indem die gesamte Zeitspanne des Abtastens, also die Samplegesamtzeit, lang gegen die Zeit für eine Radumdrehung gewählt wurde, gelingt es, das dem Gleichanteil sinusförmig überlagerte Signal der Erdbeschleunigung möglichst gleichmäßig zu erfassen.
Im Folgenden können die Messwerte, also einzelne Abtastwerte vorzugsweise in der Radeinheit innerhalb einer Auswerte- oder Berechnungseinheit aufsummiert bzw. integriert werden oder insgesamt in der Auswerteeinheit einer Frequenzanalyse unterzogen werden.
Im Folgenden werden die Messwerte, also einzelne Abtastwerte vorzugsweise in der Radeinheit innerhalb einer Auswerte- oder Berechnungseinheit aufsummiert bzw. integriert oder analysiert. Hierdurch ergibt sich bei einem Signal gemäß 2 am Ende der Gesamtabtastzeit ein positiver Gesamtwert, da bei zufälligem Abtasten mehr (Einzel-)Messwerte positiv als negativ sind. Zudem ist die Amplitude der positiven Messwerte im Mittel größer als die Amplitude der negativen Messwerte, nämlich +0,5 g bei unendlich langer Gesamtabtastzeit.
Im Falle des Signals gemäß 3 ergibt sich am Ende der Gesamtabtastzeit dagegen ein negativer Gesamtwert, nämlich –0,5 g bei unendlich langer Gesamtabtastzeit, da hier bei zufälligem Abtasten mehr Messwerte negativ als positiv sind. Zudem ist die Amplitude der negativen Messwerte im Mittel größer als die Amplitude der positiven Messwerte.
Der Anteil der Erdbeschleunigung am Gesamtwert ist durch die Integration Null bzw. annähern Null. Weitere Einflüsse wie Vibrationen integrieren sich als statistische Fehlerquelle mit vergleichsweise hohen Frequenzen ebenfalls zu Null oder annähern Null heraus.
Andererseits ist die Gesamtabtastzeit aber auch kurz genug zu wählen, um nicht gegenläufige Fahrzeugbeschleunigungen während der Gesamtmessung bzw. des Erfassungszeitraums für einen Gesamtwert zu erfassen, welche das Ergebnis stark verfälschen und die Aussagekraft beeinträchtigen würden.
Die Gesamtabtastzeit bzw. die Samplegesamtzeit liegt – wie vorstehend erläutert – im Bereich einiger Sekunden, insbesondere kleiner oder gleich 2,5 s. Die Einzelmesswerte (zumindest zur Ermittelung der Fehlerparameter) und der optional durch Aufsummierung ermittelte Gesamtwert oder zumindest dessen Vorzeichen (+,–) wird von der Radelektronik bzw, einer von ihr umfassten Sendeeinrichtung an die Auswerteeinheit, insbesondere ein Steuergerät des Fahrzeuges per Funk (RF, LF, etc.) übertragen.
Aus Energiespargründen kann vorgesehen sein, dass die Radeinheit nur Gesamtwerte oberhalb bzw. unterhalb einer bestimmten vordefinierten positiven bzw. negativen Schwelle überträgt, so dass vorteilhafterweise der stärkste Energieverbraucher in der Radeinheit, nämlich die Sendeeinrichtung nur bei Über- bzw. Unterschreiten dieser Schwellen aktiviert werden muss. Die nicht übertragenen Gesamtwerte werden in diesem Fall als nicht relevante Beschleunigungen bzw. konstante Fahrzeugge schwindigkeit erachtet und bieten daher keinen oder nur geringen Rückschluss auf die Seitenposition der Radeinheit.
In bevorzugter Ausgestaltung wird die Übertragung des Gesamtwertes, also des Integrals gegenüber einer Übertragung nur des Vorzeichens vorgezogen, da durch ein Bekanntsein des Gesamtwertes dann auf Steuergeräteseite leichter weitere Analysen zur Qualität der bestimmten und übertragenen Tangentialbeschleunigungs- bzw. Umfangsbeschleunigungsdaten durchgeführt werden können.
Hierbei ist anzumerken, dass auf Steuergeräteseite üblicherweise Fahrzeuggeschwindigkeit und Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit während der letzten Sekunden aufgrund verschiedener bekannter oder detektierter Ereignisse wie Tachometersignal, andere Sensoren, insbesondere Verzögerungssensoren und ESP Fahrstabilitätssystemen vorliegen oder analysiert werden können, so dass der übermittelte Wert, nämlich das Vorzeichen oder insbesondere auch der Gesamtwert, weiter analysiert werden kann, um Fehlinterpretationen zu verhindern.
Beispielsweise können ermittelte Gesamtwerte ignoriert oder als nicht aussagekräftig gekennzeichnet werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb oder oberhalb im Messzeitraum über einer bestimmten Schwelle liegt oder im Messzeitraum gegenläufige Beschleunigungsvorgänge detektiert wurden.
Zudem kann auf Steuergeräteseite aufgrund anderer Ereignisse und Sensoren bzw. deren Signal ausgewertet werden, ob tatsächlich im Messzeitraum eines Gesamtwertes ein Beschleunigungs- bzw. Bremsvorgang des Fahrzeugs stattgefunden hat und im Falle eines Fehlens eines solchen Vorgangs die übermittelten Daten bzw. die ermittelten Gesamtwerte als unplausibel gekennzeichnet und daher verworfen werden.
In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bewegungsrichtung (vorwärts oder rückwärts) des Fahrzeugs zumin dest auf der Steuergeräteseite bekannt, beispielsweise durch Stellung des Schaltgetriebes oder Automatikgetriebes, Analyse des Tachosignals, Analyse von anderen Sensoren, insbesondere Verzögerungssensoren von ESP und Fahrstabilitätssystemen etc. Hierbei ist es möglich, durch die unterschiedlichen Signale von linker oder rechter Radposition eine eindeutige Zuordnung bzw. Lokalisierung der übermittelten Ergebnisse und damit der Radeinheiten, deren Sensoren zu Radpositionen, nämlich links oder rechts vorzunehmen.
Ist dagegen die Bewegungsrichtung des Fahrzeuges nicht bekannt, bleibt der Fehler trotzdem im geringen Bereich, da die Mehrheit z.B. 95 % aller Fahrsituationen vorwärts erfolget und zudem mittels weiterer Plausibilitätsprüfungen, wie beispielsweise durch die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit etc., Aussagen möglich sind, wie "aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit wäre im Rückwärtsgang nicht erreichbar" und auf diesem Wege der Fehler der Aussage weiter verringert werden kann.
Weist die Radeinheit zusätzlich einen Beschleunigungssensor in Zentripetalrichtung auf, wodurch die Radialbeschleunigung und die hiermit direkt zusammenhängende Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelbar ist, können die Gesamtabtastzeit sowie die Grenzen der zufälligen Abtastintervalle optimal in Abhängigkeit der Radialbeschleunigung gewählt werden. Selbstverständlich muss hierbei wiederum eine Gesamtabtastzeit gewählt werden, die lang genug ist gegen die Zeit für eine Radumdrehung und kurz genug, um nicht gegenläufige Fahrzeugbeschleunigung zu erfassen.
Sind die Grenzen der zufälligen Abtastzeiten in der Radeinheit dagegen fest einprogrammiert, kann die Qualität des Integrals bzw. des ermittelten Gesamtwertes im Steuergerät auf Fahrzeugseite weiter bewertet werden. Wie vorstehend erläutert, reicht hier wiederum die Prüfung, ob die gesamte Messzeit auch tatsächlich lang gegen die Dauer einer Radumdrehung bei der (im Steuergerät bekannten) aktuellen Geschwindigkeit war. Gleichzeitig kann das Steuergerät auf Fahrzeugseite weitere (störende) Ereignisse, wie beispielsweise, dass während der Messzeit keine gegenläufigen Fahrzeugbeschleunigungen vorlagen, überprüfen und damit fehlerhafte Gesamtwerte von einer Analyse ausschließen.
Um in einer Radeinheit Energie zu sparen, kann die Signalabtastung bzw. zumindest die Aktivierung der Radeinheit-eigenen Sendeeinrichtung auf die ersten 5, 10 oder 15 Minuten nach dem Losfahren beschränkt werden. Ein Losfahren kann hierbei aus einem Übergang des Parkmodus in einen Fahrmodus auf Seiten der Radeinheit erkannt werden, wie es im Folgenden erläutert wird.
Der Beschleunigungssensor in Umfangsrichtung kann zusätzlich auch zum Detektieren des Losfahrens bzw. Anhaltens des Fahrzeuges verwendet werden und damit einen Moduswechsel in der Radeinheit herbeiführen. In einem Parkmodus tastet der Beschleunigungssensor – im Unterschied zu einem Fahrmodus mit wesentlich kürzeren Zeiten zwischen zwei Messungen von beispielsweise 2,5 s, wie vorstehend erläutert – nur in wesentlich größeren Zeiträumen, beispielsweise alle 20 Sekunden die Beschleunigung in Radumfangsrichtung ab.
Entspricht der aktuelle Messwert dem letzten innerhalb vordefinierter Grenzen, bleibt die Radeinheit in dem Parkmodus, da im Parken die Radeinheit bzw. deren Sensor nur den konstanten Anteil der Erdbeschleunigung erfasst und sich die Messwerte in diesem Zustand nicht über vordefinierte Grenzen hinaus unterscheiden.
Ist der Unterschied zwischen dem aktuellen Messwert und dem letzten Messwert dagegen außerhalb dieser vordefinierten Grenzen, so wechselt die Radeinheit in einen aktiveren Fahrmodus, in welchem, wie vorstehend erläutert, die Abtastrate erhöht ist. Um zu vermeiden, dass bei konstanter Geschwindigkeit aufgrund gleicher Messwerte des aktuellen und des letz ten Messwertes zu schnell in den Parkmodus geschalten wird, kann für den Wechsel aus dem Fahrmodus in den Parkmodus zudem eine höhere Zeitschranke vorgesehen sein, beispielsweise aktueller und letzter Messwert müssen für die Dauer von mehreren Minuten, beispielsweise 10 Minuten innerhalb vordefinierter Grenzen übereinstimmen, um aus dem Fahrmodus in den Parkmodus zu wechseln.
Umgekehrt ist – falls gewünscht – eine Zeitschranke für den Wechsel von Parkmodus in Fahrmodus wesentlich kürzer, beispielsweise 5 oder 10 Sekunden zu wählen, um das Ereignis "Losfahren" nicht zu lange unentdeckt zu lassen. Alternativ zu den vorgenannten Zeiten für die Wechsel ist es selbstverständlich auch denkbar mehrere, insbesondere im Fall des Wechsels von Fahrmodus in Parkmodus, einer größeren Anzahl von beispielsweise 20 oder 50 zurückliegenden Messungen zu nutzen. Hierbei kann darauf abgestellt werden, dass alle zurückliegenden Messungen oder eine größere Mehrheit dieser Messungen dasselbe Ergebnis hinsichtlich eines Wechsels liefern.

Claims

Verfahren zur Lokalisierung wenigstens eines Rades eines Fahrzeuges, bei dem Signale (a_mess) eines am Rad angeordneten Beschleunigungssensors (S) mittels einer Auswerteeinheit ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (S) aufgrund seiner Einbaulage die Beschleunigung im Wesentlichen in Radumfangsrichtung erfasst, wobei der Sensor (S) als Messsignal (a_mess) eine Beschleunigung in Radumfangsrichtung durch entsprechende Einbaulage des Sensors an unterschiedlich positionierten Rädern unterschiedlich erfasst, in der Auswerteeinheit ein Verstärkungsfehler (f_Ver) des Sensors (S) mittels Frequenzanalyse der Amplitude eines sinusförmig im Messsignal (a_mess) auftretenden Erdbeschleunigungsanteils (a_grav) bei konstanter Geschwindigkeit ermittelt wird und/oder in der Auswerteeinheit mittels Messung der Beschleunigung (a_mess1, a_mess2) bei wenigstens zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ein Offsetfehler (a_Offset) des Sensors (S) und/oder eine Winkelabweichung (α) zu einer idealen Einbaulage (E) des Beschleunigungssensors (S) ermittelt wird und die ermittelten Fehler (f_Ver, a_Offset, α) bei der Ermittelung der gemessenen Beschleunigung (a_mess) einberechnet werden und das Messergebnis (a_mess) hinsichtlich der Radposition ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Sensor und eine Sendeeinrichtung umfassende Radeinheit die Messergebnisse (a_mess) an eine fahrzeugfeste Empfangs- und Auswerteeinheit sendet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Messung impulsartig mit einer Gesamtabtastzeit im Sekundenbereich, vorzugsweise 2 bis 5 Sekunden, und einer Abtastzeit im Millisekundenbereich, vorzugsweise 2 bis 5 Millisekunden, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Beschleunigungswerte in Radumfangsrichtung zu einem Gesamtwert aufsummiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtwert oder das Vorzeichen des Gesamtwertes in einer den Beschleunigungssensor umfassenden Radeinheit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der übermittelten Messwerte oder des Gesamtwertes in der Auswerteeinheit zur Lokalisierung eines jeweiligen Rades in Abhängigkeit einer im Messzeitraum bekannten oder detektierten Fahrtrichtung des Fahrzeuges erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der übermittelten Gesamtwerte eine zusätzliche Plausibilitätsprüfung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine ausreichend große Erfassungszeit für die Messung der Radumfangsbeschleunigung (a_Tang), vorzugsweise zehnmal so lang, gegenüber der Zeit für eine Radumdrehung, welche mittels der während der Messung aufgetretenen Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird, gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung die zeitliche Variation der übermittelten Gesamtwerte analysiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung in Abhängigkeit mehrerer Gesamtwerte, insbesondere des Unterschieds zwischen zwei oder mehreren aufeinander folgenden Messwerten, ein Parkmodus oder ein Fahrmodus eingeleitet wird.