DE102005002240A1

DE102005002240A1 - Radsensor zum Erkennen einer Fahrzeugbewegung

Info

Publication number: DE102005002240A1
Application number: DE102005002240A
Authority: DE
Inventors: Harald Emmerich; Hans-Peter Klose
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-07-20
Also published as: SE531619C2; SE0600071L; FR2880953A1; FR2880953B1; US20060161327A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Fahrzeugbewegung, umfassend einen an einem Rad (1) angeordneten Beschleunigungssensor (2) und eine zugehörige Auswerteschaltung (4). Die Sensorik arbeitet besonders genau und zuverlässig, wenn der Beschleunigungssensor (2) derart am Rad (1) montiert ist, dass die Haupt-Sensierrichtung (A) im Wesentlichen in Tangentialrichtung des Rades (1) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen an einem Rad montierten Sensor zum Erkennen des Bewegungszustands eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Kfz-Rad mit einem solchen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.

Moderne Fahrzeuge enthalten i. d. R. verschiedene Sensoren, die den Zustand von Fahrzeugkomponenten überwachen und im Fahrbetrieb aktiv und im Stillstand des Fahrzeug im Stand-By-Betrieb geschaltet sind. Aus dem Stand der Technik ist z. B. ein Reifendruck-Überwachungssystem bekannt, das mehrere Reifendrucksensoren umfasst, die zusammen mit einer Sendeelektronik in den Rädern eines Kfz angeordnet sind und im Falle eines Druckverlusts ein Funksignal an ein Steuergerät senden. Das Reifendruck-Überwachungssystem wird von einer ebenfalls im Rad enthaltenen Batterie mit elektrischer Leistung versorgt. Aus Gründen der Energieeinsparung befindet sich der Reifendrucksensor im Stillstand des Fahrzeugs im Stand-By-Betrieb und wird erst mit Aufnahme des Fahrbetriebs wieder aktiv geschaltet. Um diese Aktivierungs- bzw. Deaktivierungsfunktion zu verwirklichen, umfassen bekannte Systeme i.d.R. eine Sensorik, mit der der Zustand „Fahrbetrieb" bzw. „Fahrzeugstillstand" erkannt werden kann.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, hierzu einen am Rad montierten Beschleunigungssensor einzusetzen, der die Zentrifugalbeschleunigung des Rades misst. Dadurch kann in einfacher Weise erkannt werden, ob sich das Fahrzeug bewegt oder nicht. Nachteilig ist bei diesem Radsensor, dass er eine relativ hohe Erkennungsschwelle hat und somit eine Fahrzeugbewegung erst ab relativ hohen Geschwindigkeiten detektieren kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radsensor zum Erkennen des Bewegungszustands eines Fahrzeugs zu schaffen, der eine höhere Genauigkeit aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, einen Beschleunigungssensor am Rad vorzusehen, der die Tangentialbeschleunigung des Rades misst, und dessen Sensorsignal auszuwerten, um den Bewegungszustand zu erkennen. Der Beschleunigungssensor ist erfindungsgemäß derart montiert, dass die Haupt-Sensierrichtung in Tangentialrichtung bezüglich eines Radumfangs liegt. Die Messung der Tangentialbeschleunigung hat den wesentlichen Vorteil, dass die Größe des Messbereichs im Vergleich zur Messung der Zentrifugalbeschleunigung wesentlich kleiner ist und der Messbereich somit besser aufgelöst werden kann. Es wird daher möglich, bereits kleinere Fahrzeuggeschwindigkeiten mit höherer Genauigkeit zu messen.

Der erfindungsgemäße Radsensor kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Zustand eines Raddruck-Überwachungssystems zu steuern und das Raddruck-Überwachungssystem bei Erkennen einer Fahrzeugbewegung von einem deaktiven Zustand (z. B. Stand-by) in einen aktiven Zustand zu schalten und umgekehrt. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Bewegungssensor auch zum Aktivieren bzw. Deaktivieren anderer Systeme genutzt werden.

Das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Sensors wird vorzugsweise von einer ebenfalls im Rad angeordneten Auswerteschaltung verarbeitet. Im Falle eines analogen Sensorsignals wird das Signal vorzugsweise mit einer vorgegebenen Abtastrate abgetastet. Die Auswerteschaltung berechnet vorzugsweise die Differenz zwischen zwei Abtastwerten und führt einen Schwellenwertvergleich durch, um eine Fahrzeugbewegung zu erkennen.

Die Auswerteschaltung ist vorzugsweise derart gestaltet, dass eine Fahrzeugbewegung erkannt wird, wenn die Differenz zweier Abtastwerte einen vorgegebenen Schwellenwert von z. B. 100 mG überschreitet. Große Differenzen zwischen zwei Abtastwerten sind ein Indiz für schnelles Anfahren bzw. eine schnelle Beschleunigung. In diesem Fall erzeugt die Auswerteschaltung vorzugsweise direkt ein Ausgangssignal, mit dem ein zugehöriges Subsystem, wie z. B. ein Reifendruck-Überwachungssystem, aktiviert wird.

Bei kleinen Differenzen schaltet die Auswerteschaltung vorzugsweise in einen zweiten Messmodus, in dem das Sensorsignal des Beschleunigungssensors genauer ausgewertet wird. Kleine Differenzen sind in der Regel zu beobachten, wenn das Fahrzeug langsam anfährt oder bremst, aber auch dann, wenn die Abtastfrequenz bezüglich des Sensorsignals ungünstig gewählt ist (Aliasing). Im zweiten Messmodus kann z. B. eine höhere Abtastfrequenz gewählt und/oder eine Nulldurchgangsdetektion durchgeführt werden. Wahlweise können die Abtastwerte auch mit einer höheren Auflösung gemessen werden. Wesentlich ist, dass das ungenaue bzw. nicht eindeutige Ergebnis aus dem ersten Messmodus in einem zweiten, genaueren Messmodus nochmals überprüft wird.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteschaltung derart realisiert, dass sie das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors mit einer unregelmäßigen Abtastrate abtastet. Die Abtastzeitpunkte können z. B. mittels eines Zufallsgenerators generiert sein. Eine unregelmäßige Abtastung hat den Vorteil, dass das sinusförmige Signal des Beschleunigungssensors nicht zufällig immer am gleichen Punkt abgetastet wird (d.h. die Differenz zweier Messwerte gleich Null ist, obwohl das Fahrzeug beschleunigt) und somit Fehlmessungen vermieden werden können.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist der Beschleunigungssensor derart am Rad angeordnet, dass seine Haupt-Sensierrichtung geringfügig von der Tangentialrichtung abweicht. Die Abweichung ist vorzugsweise kleiner als 10°. In diesem Fall misst der Beschleunigungssensor auch einen kleinen Anteil der Zentrifugalbeschleunigung. Dadurch ist es möglich, eine Fahrzeugbewegung zu erkennen, wenn der Absolutwert des Sensorsignals einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung eines Systems zur Reifendrucküberwachung mit einem Bewegungssensor;
2a eine schematische Darstellung eines am Rad befestigten Bewegungssensors im Stillstand des Fahrzeugs;
2b das Messsignal des Bewegungssensors von 2a in verschiedenen Positionen;
3a eine schematische Darstellung eines an einem Rad befestigten Bewegungssensors bei einem Beschleunigungsvorgang;
3b den Signalverlauf des Bewegungssensors von 3a bei einem Beschleunigungsvorgang;
4a eine schematische Darstellung eines Bewegungssensors, der geringfügig außerhalb der Tangentialrichtung am Rad montiert ist;
4b den zugehörigen Signalverlauf des Bewegungssensors von 4a; und
5 die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Auswertung des Sensorsignals.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 3, 4, 5 zur Reifendrucküberwachung mit einem im Rad 1 integrierten Bewegungssensor 2. Das Reifendruck-Überwachungssystem 3, 4, 5 umfasst im wesentlichen einen Drucksensor 3, eine Auswerteschaltung 4 und einen Sender 5, der mit einem im Fahrzeug angeordneten Empfänger 7 kommuniziert.
Während des Fahrbetriebs misst der Drucksensor 3 den Reifendruck und erzeugt ein entsprechendes analoges Ausgangssignal, das von der Auswerteschaltung 4 verarbeitet wird. Der aktuelle Druckwert wird mittels des Senders 5 an den Empfänger 7 und das externe Steuergerät 6 übertragen. Bei einem Druckverlust kann der Fahrer somit gewarnt oder andere Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden. Die Komponenten 2–5 werden von einer Batterie 8 mit elektrischer Leistung versorgt, die ebenfalls im Rad 1 angeordnet ist.
Aus Gründen der Energieeinsparung ist das Reifendruck-Überwachungssystem derart eingerichtet, dass es nur im Fahrbetrieb aktiv ist. Im Stillstand des Fahrzeugs, der in der Regel den zeitlich bei weitem am größten Anteil ausmacht, ist das System dagegen im Stand-by-Modus geschaltet. Der Zustand „Fahrbetrieb" bzw. „Fahrzeugstillstand" wird hier mit Hilfe des Bewegungssensors 2 erkannt, der die Tangentialbeschleunigung des Rades 1 misst. Das Ausgangssignal des Sensors 2 wird von der Auswerteschaltung 4 abgetastet und ausgewertet.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kfz-Rades 1 mit einem Beschleunigungssensor 2, der in insgesamt vier verschiedenen Positionen dargestellt ist. Der Beschleunigungssensor 2 ist derart am Rad 1 befestigt, dass seine Haupt-Sensierrichtung A in Tangentialrichtung bezüglich eines Radumfangs liegt. Im Stillstand des Fahrzeugs, der hier dargestellt ist, misst der Beschleunigungssensor 2 in jeder Position nur eine tangentiale Komponente a' der Erdbeschleunigung g. Im höchsten und niedrigsten Punkt des Rades gilt für den Messwert somit a' = 0 und für den vordersten (rechtesten) bzw. hintersten (linkesten) Punkt a' = g bzw. a' = –g.
Der zugehörige Signalverlauf 9 ist in 2b dargestellt. Wie zu erkennen ist, hat das Signal 9 eine sinusförmigen Verlauf und schwankt zwischen den beiden Extremwerten +g und –g.
3a zeigt das Rad 1 mit Beschleunigungssensor 2 bei einem Beschleunigungsvorgang in Richtung des Pfeils b. Der Beschleunigungssensor misst jeweils die tangentiale Radbeschleunigung a, die von der Erdbeschleunigung g überlagert wird.
3b zeigt den zugehörigen Signalverlauf des Beschleunigungssensors 2. Dieses Signal 9 wird von der Auswerteschaltung 4 im ersten Messmodus M1 mit einer vorgegebenen, relativ geringen Abtastrate abgetastet. Die Abtastwerte sind mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Auswerteschaltung 4 berechnet aus zwei aufeinander folgenden Abtastwerten jeweils eine Differenz Δg und bestimmt daraus, ob sich das Fahrzeug bewegt oder nicht. Hierzu kann z. B. das in 5 dargestellte Verfahren durchgeführt werden.
5 zeigt die wesentlichen Verfahrensschritte des Verfahrens in Form eines Flußdiagramms. In einem ersten Schritt 15 wird das Sensorsignal 9 zunächst in einem ersten Messmodus M1 mit einer relativ geringen Abtastrate abgetastet. In Schritt 16 wird die Differenz Δg aus zwei aufeinander folgenden Messwerten berechnet und in Schritt 17 ein Schwellenwertvergleich durchgeführt. Wenn die Differenz Δg sehr groß ist – hier größer als ein relativ hoher Schwellenwert SW1 von z. B. 100 mG – gilt eine Fahrzeugbewegung als erkannt und es wird in Schritt 18 unmittelbar ein Ausgangssignal zum Aktivieren des Raddruck-Überwachungssystems 3, 4, 5 erzeugt. Sofern die Differenz Δg kleiner ist als der Schwellenwert SW1 (Fall N), wird in Schritt 19 überprüft, ob die Differenz Δg größer ist als ein zweiter, kleinerer Schwellenwert SW2 von z. B. 20 mG.
Relativ kleine Differenzen Δg treten insbesondere bei einer langsamen Fahrzeugbewegung auf, aber auch dann, wenn die Abtastrate ungünstig gewählt ist, so dass trotz einer schnellen Fahrzeugbewegung nur Abtastwerte mit etwa gleichem Wert aufgenommen werden oder das Abtasttheorem verletzt ist (Aliasing). Bei detektierten kleinen Differenzen ist es aus Energiespargründen (unnötiges Senden) daher sinnvoll, mittels eines zweiten Messmodus M2 zwischen Messartefakten und einer tatsächlichen Fahrzeugbewegung zu unterscheiden. Um das Ergebnis der ersten Messung zu überprüfen, schaltet die Auswerteschaltung 4 in Schritt 20 in einen zweiten, genaueren Messmodus M2, in dem das Signal 9 genauer ausgewertet wird. Im zweiten Messmodus M2 kann z. B. eine höhere Abtastrate verwendet und wiederum eine Differenz Δg ausgewertet und/oder eine Nulldurchgangsdetektion durchgeführt werden. Wahlweise können die Abtastwerte 10 auch mit einer höheren Auflösung gemessen werden.
Wenn die Auswertung im zweiten Messmodus M2 eine Fahrzeugbeschleunigung ergibt (Fall J), wird in Schritt 21 ein Ausgangssignal zur Aktivierung des Raddruck- Überwachungssystems 3–5 erzeugt. Andernfalls endet das Verfahren.
4a zeigt eine schematische Darstellung eines Kfz-Rades 1 bei dem der Beschleunigungssensor 2 so montiert ist, dass seine Haupt-Sensierrichtung geringfügig von der Tangentialrichtung abweicht. Der Differenzwinkel ist hier als Winkel α bezeichnet und ist vorzugsweise kleiner als 10°. Der Beschleunigungssensor 2 misst somit neben dem tangentialen Anteil auch einen geringen Anteil der Zentrifugalbeschleunigung, der ausgewertet werden kann.
4b zeigt die zugehörige Ausgangskennlinie 9 des Sensors 2 bei einem Anfahrvorgang mit konstanter Beschleunigung, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit stetig steigt (Kennlinie 11). Aufgrund der zunehmenden Zentrifugalkräfte steigt auch der vom Beschleunigungssensor 2 gemessene Absolutwert. Bei dieser Ausführungsform ist es daher möglich, eine Fahrzeugbewegung durch Auswertung des Absolutwerts des Messsignals 9 zu erkennen. Wenn der Absolutwert einen vorgegebenen Schwellenwert SW3 überschreitet, gilt die Fahrzeugbewegung als erkannt.
Alternativ oder zusätzlich kann z. B. auch eine Signalauswertung durchgeführt werden, wie sie vorstehend bezüglich 5 erläutert wurde.

1: Rad
2: Beschleunigungssensor
3: Reifendrucksensor
4: Auswerteeinheit
5: Sender
6: Steuergerät
7: Empfänger
8: Batterie
9: Sensorsignal
10: Abtastwerte
11: Fahrzeuggeschwindigkeit
15–22: Verfahrensschritte
SW1, SW2: Schwellenwerte
a': Beschleunigungs-Messwert
g: Erdbeschleunigung
t: Zeit

Claims

Vorrichtung zum Erkennen des Bewegungszustands eines Fahrzeugs, umfassend einen an einem Rad (1) angeordneten Beschleunigungssensor (2) und eine zugehörige Auswerteschaltung (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (2) derart am Rad (1) montiert ist, dass die Haupt-Sensierrichtung (A) im wesentlichen in Tangentialrichtung liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) eine Differenz zwischen zwei Beschleunigungswerten (10) berechnet und die Differenz (Δg) auswertet, um eine Fahrzeugbewegung festzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) ein Ausgangssignal zum Aktivieren eines Raddruck-Überwachungssystems (3, 5) erzeugt, wenn die Differenz (Δg) größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert (SW1).
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) in einen zweiten, genaueren Messmodus (M2) umschaltet, wenn die Differenz (Δg) eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) im zweiten Messmodus (M2) zeitlich näher zusammenliegende Messwerte (10) auswertet.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) im zweiten Messmodus (M2) eine Nulldurchgangsdetektion durchführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors (2) mit einer ungleichmäßigen Abtastrate abtastet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (2) mit seiner Haupt-Sensierrichtung (A) geringfügig abweichend von der Tangentialrichtung montiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (4) eine Fahrzeugbewegung erkennt, wenn der Absolutwert des Sensorsignals (9) einen vorgegebenen Schwellenwert (SW3) überschreitet.
Rad (1), insbesondere Kfz-Rad, mit einem daran befestigten Beschleunigungssensor (2) und einer zugehörigen Auswerteschaltung (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (2) derart am Rad (1) montiert ist, dass die Haupt-Sensierrichtung (A) im wesentlichen in Tangentialrichtung des Rades (1) liegt.