DE102005018107B3

DE102005018107B3 - Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung von rotierenden Körpern

Info

Publication number: DE102005018107B3
Application number: DE102005018107A
Authority: DE
Inventors: Alexander Fink; Oliver Dr. Nelles
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: US20060235641A1; FR2884614A1; FR2884614B1; US7487670B2

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung eines rotierenden Körpers (1) um seine Drehachse (2) durch die Messung von zwei Beschleunigungssignalen x und y durch wenigstens einen Beschleunigungssensor (3). DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass DOLLAR A - die beiden Beschleunigungssignale x und y im 90 DEG -Winkel zueinander stehen, nicht parallel zur Drehachse (2) ausgerichtet sind und sowohl eine durch eine Kreisbewegung erzeugte Zentrifugalbeschleunigung als auch eine Gravitationsbeschleunigung g berücksichtigt werden; DOLLAR A - die gemessenen Beschleunigungssignale x und y mathematisch differenziert werden und DOLLAR A - das differenzierte x-Beschleunigungssignal ein weiteres Mal differenziert wird und mit einem einmalig differenzierten y-Signal korreliert wird, zwecks dem Erhalt einer Korrelationsfunktion (Korr1). DOLLAR A Alternativ oder kumulativ zum letzten Merkmal kann das differenzierte y-Beschleunigungssignal ein weiteres Mal differenziert werden und mit dem einmalig differenzierten x-Signal korreliert werden, zwecks dem Erhalt einer zweiten Korrelationsfunktion (Korr2). DOLLAR A Die Erfindung eignet sich besonders für die Bestimmung der Drehrichtung rotierender Reifen eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung eines rotierenden Körpers um seine Drehachse durch die Messung von zwei Beschleunigungssignalen x und y durch wenigstens einen Beschleunigungssensor.
Eine Funktion von Reifendruckkontrollsystemen ist die automatische Lokalisierung der einzelnen Räder. Diese Funktion wird eingesetzt, um die Position eines Rads bzw. der in dem Rad verbauten Radelektronik automatisch festzustellen. Dadurch wird dem Fahrer die Anzeige von Warnungen bezüglich eines Reifens ermöglicht, die direkt mit der entsprechenden Radposition gekoppelt sind. Bei der Lokalisierung wird zwischen der vollständigen Lokalisierung (Position aller vier Räder), der Achslokalisierung (vorne/hinten) sowie der Seitenlokalisierung (rechts/links) unterschieden.
Ein Ansatz zur Seitenlokalisierung beinhaltet die Feststellung der Drehrichtung der Radelektronik, welche an das zentrale Steuergerät übermittelt wird. Basierend auf dem Drehrichtungssignal kann die Radposition (links/rechts) mit Hilfe der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs festgestellt werden. Alternativ kann die Radposition direkt von der Radelektronik ermittelt werden; entweder basierend auf Plausibilitätsprüfungen oder unter der Annahme, dass das Fahrzeug vorrangig vorwärts fährt.
Ein Ansatz zur Drehrichtungserkennung in der Radelektronik wird mit Hilfe von zweidimensionalen Beschleunigungssensoren umgesetzt. Die Sensoren messen Beschleunigungssignale der festgelegten Richtungen x und y. Die Drehrichtungserkennung basiert auf der Auswertung der Phasenverschiebung der Be schleunigungssignale der Sensoren für die x- und y-Richtung, hervorgerufen durch die Gravitation g.

Aus der EP 0 760 299 B1 ist ein Reifdruck-Kontrollsystem bekannt, das die Reifendrehrichtung und die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs mit jeweils einem Sensor ermittelt, und dadurch die Reifenposition bestimmt. Die Drehrichtung des Rads wird über einen sog. Rollschalter ermittelt, der eine Anzahl von Schaltern in einer drehrichtungsabhängigen Reihenfolge auslöst.

Aus der EP 1 172 656 A1 ist bekannt, dass die Seitenlokalisierung basierend auf der Phasenverschiebung zwischen den Signalen von zwei Beschleunigungssensoren innerhalb der Radelektronik stattfindet. Eine spezielle Lösung, wie die Phasenverschiebung ausgewertet, d.h. wie das Lokalisierungsergebnis gewonnen wird, ist nicht gegeben. Ferner wird beschrieben, dass die Zentrifugalbeschleunigung keinen wesentlichen Einfluss auf die Auswertung der Phasenlage habe.

Aus der US 2003/0197603 A1 ist ebenfalls bekannt, dass die Seitenlokalisierung basierend auf der Phasenverschiebung zwischen den Signalen von zwei Beschleunigungssensoren innerhalb der Radelektronik stattfindet. Eine spezielle Lösung, wie die Phasenverschiebung ausgewertet, d.h. wie genau das Lokalisierungsergebnis gewonnen wird, ist auch hier nicht gegeben. Es wird beschrieben, dass der Einfluss der Zentrifugalbeschleunigung vorhanden ist, jedoch für die Auswertung unerheblich sei.

Aus der WO 2004/048131 A1 ist bekannt, dass die Seitenlokalisierung basierend auf der Phasenverschiebung zwischen den Signalen von zwei Beschleunigungssensoren innerhalb der Radelektronik stattfindet. Eine spezielle Lösung zur Auswertung wird auch hier nicht gegeben. Die dort beschriebenen sog. Schocksensoren sind in der Funktionalität als Beschleunigungssensor spezifiziert.

Aus der DE 103 16 074 A1 ist eine Reifendruckkontrollvorrichtung bekannt, wobei jedes Radmodul, abgesehen von einem Drucksensor, mit einem weiteren Sensor ausgestattet ist. Im Verlauf einer Initialisierungsphase zur Zuordnung des von einem Radmodul erzeugten Funktelegramms zu dessen Radposition bei stehendem Fahrzeug und bei/nach einem Lenkeinschlag der Vorderräder erzeugt dieser weitere Sensor ein Signal. Basierend auf diesem Signal ist eine Unterscheidung dahingehend möglich, ob sich der signalerzeugende Sender gerade am, in Fahrtrichtung des Fahrzeugs, linken Vorderrad oder am rechten Vorderrad des Fahrzeugs befindet. Damit wird eine Zuordnung der Radmodule zu den Reifen ermöglicht.

Aus der DE 198 56 861 B4 und der DE 197 35 686 A1 ist ein Verfahren zum Zuordnen von Kennungen, die in Signalen enthalten sind, welche von Sendern in einem Reifendrucküberwachungssystem ausgesandt werden, bekannt. Die am jeweiligen Rad vorhandene Radelektronik ist dahingehend ausgebildet, dass sie nicht nur den Reifendruck misst und an die zentrale Auswerteelektronik übermittelt, sondern zusätzlich noch Informationen über den Bewegungszustand des Rades ermittelt. Aus dem Bewegungszustand des Rades wird in der Auswerteelektronik eine Information über die Position des betreffenden Rades am Fahrzeug gewonnen.

Aus der US 6 142 026 ist ein Reifeninformationssystem bekannt, das den Bewegungszustand des Reifens bestimmt.

Aus der DE 199 21 413 C1 ist ein Verfahren zur Zuordnung von Reifendruckkontrollvorrichtungen zu Radpositionen bekannt. Es wird vorgeschlagen, dass jede Reifendruckkontrollvorrichtung kennzeichnende Daten mittels sogenannter verlängerter Hochfrequenzsignale aussendet. In einer fahrzeugseitigen Auswerteeinrichtung wird die Charakteristik der Hochfrequenzsignale, die unter anderem durch die Rotation des Rades beschrieben werden, analysiert. Schließlich kann auf die relative Winkelposition des jeweiligen Rades rückgeschlossen werden, dass in der weiteren Auswertung eine Zuordnung ermöglicht.

Nachteil des Standes der Technik ist, dass die Phasenlage der Beschleunigungssignale bzw. der entsprechenden Sinusschwingungen zueinander und die damit verbundene Bestimmung der Drehrichtung des rotierenden Körpers nicht bestimmt werden können. Darüber hinaus ist die Verarbeitung der Sinussignale, welche durch die Zentrifugalkräfte mit drehzahlabhängigen Gleichwerten überlagert sind, nicht gelöst.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung von rotierenden Körpern, insbesondere zur Bestimmung der Rotationsrichtung des Rads eines Kraftfahrzeugs, darzulegen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung eines rotierenden Körpers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung macht von dem Gedanken gebrauch, für die Drehrichtungserkennung von rotierenden Körpern, z.B. Reifen von Kraftfahrzeugen, zwei Beschleunigungssignale innerhalb eines Körpers zu messen und diese in einem mathematischen Verfahren derart weiterzuverarbeiten, dass die Drehrichtung des Körpers bestimmt werden kann. In Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen wird aus den Informationen der Drehrichtung und der zu bestimmenden Fahrtrichtung schließlich die Seitenlokalisierung der Reifen bestimmt.

Darüber hinaus macht die Erfindung von folgenden mathematischen Zusammenhängen gebrauch:
Bei Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung eines rotierenden Körpers entstehen bei einem im Uhrzeigersinn rotierenden Körper an den Sensoren folgende Beschleunigungssignale x bzw. y: x(t) = A·sin (ωt) + A0 y(t) = B·sin (ωt – π/2) + B0 (nacheilend)

Bei einem im Gegenuhrzeigersinn rotierenden Körper entstehen an den Sensoren folgende Beschleunigungen: x(t) = A·sin (ωt) + A0 y(t) = B·sin (ωt + π/2) + B0 (vorauseilend)

Zwischen den beiden Signalen x und y liegt eine 0°/90°-Phasenanordnung vor. Mit anderen Worten, sie müssen im Wesentlichen im 90°-Winkel zueinander justiert werden, also in den definierten Richtungen x (0°) für die horizontale Bewegungsrichtung und y (90°) für die vertikale Bewegungsrichtung. Das Verfahren ist gegenüber kleinen Winkelabweichungen von z.B. 5°, wie sie insb. durch Einbautoleranzen entstehen, stabil. Generell muss die Sensorausrichtung nicht horizontal und vertikal sein. Das Verfahren ist auch anwendbar auf Sensorausrichtungen, bei denen die komplette Sensoranordnung gedreht ist und der Winkel von 90° zwischen x und y beibehalten ist.

Die absolute Phase des x(t)-Signals ist ohne Einschränkung der Allgemeinheit auf 0 gesetzt, da es nur auf die Phasendifferenz der beiden Signale x(t) und y(t) ankommt. Mit ω ist hierbei die Kreisfrequenz des rotierenden Körpers bezeichnet, die wiederum von der Rotationsgeschwindigkeit des Körpers abhängt. Die Frequenz der Schwingungen muss nicht explizit bestimmt, berechnet oder geschätzt werden. Dies ist von Vorteil, da sich z.B. eine Raddrehzahl abhängig von einer Fahrzeuggeschwindigkeit permanent ändern kann. Die Amplitude der Schwingungen muss ebenfalls nicht explizit bestimmt, berechnet oder geschätzt werden. Die Gleichwerte A₀ und B₀ entsprechen der Zentrifugalbeschleunigung an den Sensoren und hängen damit von der Raddrehzahl und dem exakten Einbauwinkel der Sensoren ab. Da die Sensoren wegen Einbau- und Fertigungstoleranzen nie im exakt selben Winkel angebracht werden können, sind die Gleichwerte für x(t) und y(t) im Allgemeinen verschieden. Eine wesentliche Anforderung an eine praxisrelevante Lösung ist die effektive Eliminierung dieser Gleichwerte, da diese typischerweise unbekannt sind.

Die Gleichwerte können durch eine mathematische Differenzierung eliminiert werden. Die Beschleunigungssignale x und y liefern folgende Signale für die Rotation im Uhrzeigersinn: xs(t) = As·cos (ωt) ys(t) = Bs·cos (ωt – π/2) = Bs·sin (ωt) (nacheilend)und im Gegenuhrzeigersinn: xs(t) = As·cos (ωt) ys(t) = Bs·cos (ωt + π/2) = –Bs·sin (ωt) (vorauseilend)

Alternativ (ggf. auch kumulativ) ist es möglich, die Messung der Beschleunigungssignale mittels sog. Schocksensoren durchzuführen: Schocksensoren liefern bereits ein einmal differenziertes Signal. Dadurch würde ein erstes mathematisches Differenzieren vorweggenommen werden.

Nach dieser Elimination der Gleichwerte kann zwischen den zwei obigen Fällen unterschieden werden. Die weitere Verarbeitung beruht auf der Differentiation eines der beiden Sensorsignale mit einer anschließenden Korrelation mit dem anderen Sensorsignal. Für den Fall, dass x_s(t) ein weiteres Mal differenziert wird, ergibt sich für die Rotation im Uhrzeigersinn: x's(t) = –A's·sin (ωt) Korr1 {x's(t), ys(t)} = ∫ x's(t)·ys(t) dt = –A's·Bs [t/2 – sin(2ωt)/(4ω)]

Hierbei bezeichnet Korr1 {x'_s(t), y_s(t)} die Korrelation des Signals x'_s(t) mit dem Signal y_s(t).

Und für die Rotation im Gegenuhrzeigersinn entsprechend: x's(t) = –A's·sin (ωt) Korr1 {x's(t), ys(t)} = ∫ x's(t)·ys(t) dt = A's·Bs [t/2 – sin(2ωt)/(4ω)]

Für große Zeiten t wird der Term t/2 in der eckigen Klammer dominant; dann wird die Rotation im Uhrzeigersinn von der Rotation gegen den Uhrzeigersinn durch das Vorzeichen, negativ für im Uhrzeigersinn bzw. positiv für im Gegenuhrzeigersinn, unterschieden. Mit einer steigenden Anzahl an Messwerten führt die anschließende Korrelation (Korr1) zu einem stabileren Endwert, da sich der Signal/Rauschabstand vergrößert. Das Signalrauschen wird auf Kosten der Entscheidungszeit oder Messhäufigkeit auf die gewünschte Größenordnung reduziert. Daraus resultiert ein extrem geringer Rechenaufwand und die Drehrichtungserkennung wird in beliebiger Güte durchgeführt.

Eine verbesserte Rauschunterdrückung wird dadurch erreicht, dass eine Differenz von zwei Korrelationsfunktionen (Korr1; Korr2) gebildet wird. Hierbei wird y_s(t) differenziert und mit x_s(t) korreliert. Dies ergibt bei der Rotation im Uhrzeigersinn: y's(t) = B's·cos (ωt) Korr2 {xs(t), y's(t)} = ∫ xs(t)·y's(t) dt = As·B's [t/2 + sin(2ωt)/(4ω)]

Bei der Rotation im Gegenuhrzeigersinn entsprechend: y's(t) = –B's·cos (ωt) Korr2 {xs(t), y's(t)} = ∫ xs(t)·y's(t) dt = –As·B's [t/2 + sin(2ωt)/(4ω)]

Die Kombination der beiden Korrelationen (Korr1; Korr2) in Form von Korr = Korr1 {x'_s(t), y_s(t)} – Korr2 {x_s(t), y'_s(t)} liefert dann eine bessere Rauschunterdrückung, weil eine Mittelwertbildung zwischen zwei unabhängigen Rauschquellen (Sensor x und Sensor y) durchgeführt wird.

Die praktische Realisierung des oben beschriebenen Verfahrens erfordert mindestens zwei, möglichst schnell aufeinander folgende Messungen durch die Sensoren, um mittels eines Differenzenquotienten DQ_x bzw. DQ_y eine Differentiation annähern zu können für x beispielsweise: DQx = x's(t) ≈ [xs(t) – xs(t – ΔT)]/ΔTwobei ΔT das Zeitintervall zwischen zwei Messungen darstellt. Liegen keine Signale x_s(t), y_s(t) eines Schocksensors sondern Signale x(t) y(t) eines Beschleunigungssensors vor, so müssen erst die Signale x_s(t), y_s(t) durch Differentiation in der oben beschriebenen Weise erzeugt werden, die dann wiederum abgeleitet werden. Hierbei sind insgesamt mindestens drei möglichst schnell aufeinander folgende Messungen durch die Beschleunigungssensoren erforderlich.

Bei der Durchführung von mehr als zwei Messungen in kurzem zeitlichem Abstand, wird eine entstehende Redundanz zur Rauschreduktion genutzt. Dies kann durch klassische Finite Impuls Response (FIR)- oder Infinite Impuls Response (IIR)-Filterung geschehen. Eine Alternative hierzu ist das Ermitteln einer Näherungsfunktion der Messwerte, wie z.B. einer Regressionsgeraden oder eines Regressionspolynoms.

Die praktische Berechnung der Korrelation kann durch die Aufsummierung der Terme x'_s(t_i)·y_s(t_i) zu den Zeitpunkten t_i geschehen, d.h. das Integral wird durch eine Summe approximiert. Die Zeitpunkte t_i können dabei in beliebigen Abständen liegen und zu beliebigen Phasen innerhalb einer Sinus- Schwingung erfolgen, vorausgesetzt sie treffen nicht immer einen Nulldurchgang.

Darüber hinaus ist ein extrem geringer Datentransfer von den Sensoren zum zentralen Empfänger vorteilhaft. Eine Kalibrierung der freien Parameter gestaltet sich einfach.

Dies vorangestellt wird erfindungsgemäß zunächst ein Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung eines rotierenden Körpers um seine Drehachse durch die Messung von zwei Beschleunigungssignalen x und y durch wenigstens einen Beschleunigungssensor beansprucht,
wobei

– die beiden Beschleunigungssignale x und y im 90°-Winkel zueinander stehen, nicht parallel zur Drehachse (2) aus gerichtet sind und sowohl eine durch eine Kreisbewegung erzeugte Zentrifugalbeschleunigung als auch eine Gravitationsbeschleunigung g berücksichtigt werden;
– die gemessenen Beschleunigungssignale x und y mathematisch differenziert werden; und wobei
– das differenzierte x-Beschleunigungssignal ein weiteres Mal differenziert wird und mit einem einmalig differenzierten y-Signal korreliert wird, zwecks dem Erhalt einer ersten Korrelationsfunktion (Korr1).

Alternativ oder kumulativ hierzu wird ein Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung eines rotierenden Körpers um seine Drehachse durch die Messung von zwei Beschleunigungssignalen x und y durch wenigstens einen Beschleunigungssensor (3) beansprucht,
wobei

– die beiden Beschleunigungssignale x und y im 90°-Winkel zueinander stehen, nicht parallel zur Drehachse (2) ausgerichtet sind und sowohl eine durch eine Kreisbewegung erzeugte Zentrifugalbeschleunigung als auch eine Gravitationsbeschleunigung g berücksichtigt werden;
– die gemessenen Beschleunigungssignale x und y mathematisch differenziert werden; und wobei
– das differenzierte y-Beschleunigungssignal ein weiteres Mal differenziert wird und mit dem einmalig differenzierten x-Signal korreliert wird, zwecks dem Erhalt einer zweiten Korrelationsfunktion (Korr2).

Erfindungsgemäß bevorzugt wird von den so entstandenen Funktionen (Korr1; Korr2) die Differenz (Korr) gebildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird mittels eines Differenzenquotienten (DQ_x; DQ_y) eine Differentiation angenähert.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Integrale der Korrelationsfunktionen (Korr1; Korr2) in einer Näherung durch eine Summe berechnet.

Die Erfindung eignet sich besonders für die Bestimmung der Drehrichtung des rotierenden Reifens eines Kraftfahrzeuges.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung erläutert.
Darin zeigen schematisch:
1 eine schematische Darstellung eines rotierenden Körpers mit seinen Beschleunigungskomponenten;
2 einen zeitlichen Verlauf von Beschleunigungskomponenten für zwei Drehrichtungen bei Vernachlässigung der Zentrifugalkräfte;
3 einen zeitlichen Verlauf von Beschleunigungskomponenten für eine Drehrichtung bei Berücksichtigung der Zentrifugalkräfte;
4 einen zeitlichen Verlauf der Beschleunigungskomponenten x_s(t) und y_s(t); und
5 einen zeitlichen Verlauf von zwei Korrelationsfunktionen für zwei verschiedene Drehrichtungen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines rotierenden Körpers 1 um eine Drehachse 2 mit seinen Beschleunigungskomponenten in der horizontalen x- und der vertikalen y-Richtung. Die Sensoren 3 messen die Beschleunigungskomponenten x und y. Die Beschleunigungssignale x und y sind um 90° phasenverschoben angeordnet. In der konkreten Ausführung ist das x-Signal parallel zur horizontalen Achse bei 0° und das y-Signal parallel zur vertikalen Achse bei 90° angeordnet.
Alternative Abordnungen sind denkbar. Insbesondere können die Signale x und y bei –45° bzw. 45° angeordnet sein (nicht dargestellt). Das hat vorteilhaft zur Folge, dass die Zentrifugalbeschleunigung jeweils nur teilweise auf den/die Sensor/en 3 wirkt und diese mit einem geringeren Messbereich ausgeführt werden können.
Grundsätzlich ist das Verfahren gegenüber kleinen Winkelabweichungen, wie sie z.B. durch Einbautoleranzen entstehen, stabil. Dargestellt ist ebenfalls die Richtung der Gravitationsbeschleunigung g.
2 zeigt einen zeitlichen Verlauf der Beschleunigungskomponenten x und y für zwei Drehrichtungen 2 bei Vernachlässigung der Zentrifugalkräfte. Bei gleichen Amplituden ist das Nach- bzw. Vorauseilen um 90° der x- bzw. y-Beschleunigungskomponente, abhängig von der Drehrichtung 2, dargestellt. Ei ne Bestimmung der Phasen der Sinusschwingungen zueinander ist bisher mit hohem Aufwand verbunden. Die einzelnen Beschleunigungssignale müssten sehr häufig über eine Periode, die von der Drehzahl des Reifens bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, abgetastet werden. Basierend darauf würde eine Phasenverschiebung ermittelt, die eine explizite Bestimmung, Berechnung oder Schätzung der Signalfrequenz sowie der Signalamplitude beinhaltet. Dieses Verfahren ist rechentechnisch sehr aufwändig und benötigt sehr viel Energie, was z.B. für einen batteriebetriebenen Ansatz wie er in der Radelektronik verwendet wird ungeeignet ist. Außerdem ist das Verfahren empfindlich in Bezug auf sich schnell ändernde Raddrehzahlen, wie sie beim starken Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs entstehen.
3 zeigt eine Darstellung der Beschleunigungskomponenten x und y für eine Drehrichtung 2 unter Einbeziehung der Zentrifugalkräfte. Beide Beschleunigungskomponenten, x und y, breiten sich als Sinusschwingung parallel zur x-Achse aus. Die Beschleunigungskomponente in y-Richtung weist in diesem Fall einen höheren Gleichwert auf als die Beschleunigungskomponente in x-Richtung und schwingt daher um einen höheren Nullpunkt. Die jeweiligen Gleichwerte sind von der jeweiligen Rotationsgeschwindigkeit abhängig. Die Gleichwerte sind daher streng genommen nicht konstant. Die Änderungen der Gleichwerte gehen in der Regel jedoch viel langsamer von statten als die inhärenten Änderungen der Sinuskurve. Die Ermittlung der Phasen der Sinusschwingungen ist bisher mit dem gleichen hohen Aufwand verbunden wie in der Beschreibung zur 2 dargestellt.
4 zeigt den Verlauf der Beschleunigungskomponenten x_s(t) und y_s(t). An den mit Kreisen gekennzeichneten Stellen wurden kurz hintereinander zwei Messwerte für die anschließende Korrelation aufgenommen. Es sind im einfachsten Fall nur zwei kurz aufeinander folgende Messungen der Sensoren nötig, die sich in beliebigen Abständen wiederholen können.
5 zeigt den Verlauf einer Korrelationsfunktion (entweder Korr1 oder Korr2) für zwei verschiedene Drehrichtungen. Dabei ist festzustellen, dass sich die beiden Kurven mit zunehmender Anzahl von Messwerten von einander entfernen. Abhängig von den Startbedingungen kann den Kurven in diesem Fall in etwa ab Messwert 15 eine Drehrichtung zugeordnet werden. Mit zunehmender Anzahl der Messwerte ist damit eine eindeutigere Aussage hinsichtlich der Drehrichtung des rotierenden Körpers möglich.
In Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug ist die Fragestellung der Seitenlokalisierung von Interesse; d.h. auf welcher Seite sich ein Reifen befindet. Die Bestimmung, ob ein Rad "rechts" oder "links" verbaut ist, kann basierend auf der Fahrzeugbewegung geschehen. Bei Vorwärtsfahrt dreht sich das rechte Rad im Uhrzeigersinn und das linke Rad im Gegenuhrzeigersinn. Bei Rückwärtsfahrt sind die Verhältnisse gerade umgekehrt. Ist die Fahrzeugbewegung unbekannt, geht man davon aus, dass das Fahrzeug hauptsächlich voraus fährt und der prozentuale Anteil an Rückwärtsfahrten gering ist. Die Methode der Korrelation eliminiert damit den Einfluss der Rückwärtsfahrten.
Schließlich ist eine Entscheidung für "rechts" oder "links" anhand des zeitlichen Verlaufs der Korrelation Korr1 oder Korr2 beziehungsweise korrespondierende Korrelationsfunktionen (Korr) nötig. Hierfür sind viele Methoden vorstellbar. Beispielsweise könnte man fordern, dass sich Korr1 bzw. Korr2 oder Korr zu einem bestimmten prozentualen Anteil, z.B. 98%, im negativen Bereich bewegt haben muss, um für "rechts" zu entscheiden. Auch ist eine Entscheidung bei Erreichen eines bestimmten Schwellwerts für Korr1 bzw. Korr2 oder Korr möglich. Zusätzlich könnte man eine bestimmte Mindestanzahl an verarbeiteten Messwerten fordern, z.B. mehr als 100, um die Entscheidung bzgl. des Signalrauschens zu stabilisieren. Des Weiteren ist es sinnvoll, die Korrelationen Korr1 bzw. Korr2 oder Korr erst auszuwerten, wenn sie auf mehr als einer be stimmten Anzahl von Messgrößen, z.B. 20, beruhen. Es ist auch möglich die Korrelationen (Korr1; Korr2; Korr) selbst wieder zu filtern, um eine höhere Zuverlässigkeit zu erreichen. Bei all diesen Vorgehensweisen wird durch die Wahl der Parameter (98%, 100, 20, Zeitkonstante des Filters, etc.) eine Abwägung zwischen benötigter Messdatenmenge und damit benötigter Zeitdauer für eine Entscheidung und der Zuverlässigkeit der Entscheidung vorgenommen.
Die vorliegende Erfindung eignet sich daher besonders für die Bestimmung der Drehrichtung des rotierenden Reifens eines Kraftfahrzeugs.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung eines rotierenden Körpers (1) um seine Drehachse (2) durch die Messung von zwei Beschleunigungssignalen x und y durch wenigstens einen Beschleunigungssensor (3), wobei – die beiden Beschleunigungssignale x und y im 90°-Winkel zueinander stehen, nicht parallel zur Drehachse (2) ausgerichtet sind und sowohl eine durch eine Kreisbewegung erzeugte Zentrifugalbeschleunigung als auch eine Gravitationsbeschleunigung g berücksichtigt werden; – die gemessenen Beschleunigungssignale x und y mathematisch differenziert werden; und wobei – das differenzierte x-Beschleunigungssignal ein weiteres Mal differenziert wird und mit einem einmalig differenzierten y-Signal korreliert wird, zwecks dem Erhalt einer ersten Korrelationsfunktion (Korr1).
Verfahren zur Bestimmung der Drehrichtung eines rotierenden Körpers (1) um seine Drehachse (2) durch die Messung von zwei Beschleunigungssignalen x und y durch wenigstens einen Beschleunigungssensor (3), wobei – die beiden Beschleunigungssignale x und y im 90°-Winkel zueinander stehen, nicht parallel zur Drehachse (2) ausgerichtet sind und sowohl eine durch eine Kreisbewegung erzeugte Zentrifugalbeschleunigung als auch eine Gravitationsbeschleunigung g berücksichtigt werden; – die gemessenen Beschleunigungssignale x und y mathematisch differenziert werden; und wobei – das differenzierte y-Beschleunigungssignal ein weiteres Mal differenziert wird und mit dem einmalig differenzierten x-Signal korreliert wird, zwecks dem Erhalt einer zweiten Korrelationsfunktion (Korr2).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die so entstandenen Funtkionen (Korr1; Korr2) in einem gemeinsamen Auswerteverfahren benutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, bei dem von den so entstandenen Funktionen (Korr1; Korr2) die Differenz (Korr) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem mittels eines Differenzenquotienten (DQ_x; DQ_y) eine Differentiation angenähert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Integrale der Korrelationsfunktionen (Korr1; Korr2) in einer Näherung durch eine Summe berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem rotierenden Körper (1) um den Reifen eines Kraftfahrzeugs handelt.