DE102007030432B4

DE102007030432B4 - Verfahren zur Drehrichtungserkennung eines Encoders

Info

Publication number: DE102007030432B4
Application number: DE102007030432.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Fischer; Dr. Grießer Martin; Markus Irth; Dr. Köbe Andreas; Dr. Schreiner Frank; Christian Sussmann
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2027-06-30
Also published as: DE102007030432A1

Abstract

Verfahren zur Drehrichtungserkennung eines Encoders (1a)- 1d)), der einen Maßstab mit mehreren Maßstabsteilungen aufweist, wobei Drehbewegungen des Encoders(1a)-1d)) von einem Sensor(1a)- 1d)) umfassend mindestens ein Sensorelement und eine Signalverarbeitungseinheit berührungslos erfasst werden und mehreren dieser Maßstabsteilungen durch Auswertung der Sensorsignale in einer elektronischen Kontrolleinheit jeweils eine Maßstabstei- lungsfehler-Kenngröße zugeordnet wird (2), dadurch gekennzeichnet, dassaus der Reihenfolge (10) der den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen die Drehrichtung des Encoders ermittelt wird (4),und dassin einem Kraftfahrzeug mit mehreren Encoder-Sensor-Anordnungen (1a, 1b, 1c, 1d), welche jeweils mit der elektronischen Kontrolleinheit verbunden sind, für jede Encoder-Sensor-Anordnung (1a, 1b, 1c, 1d) im Zuge einer im Wesentlichen gemeinsamen Encoderbewegung eine Drehrichtung ermittelt wird (4), wobei aus diesen ermittelten Drehrichtungen (S2) durch eine Majoritätsauswertung die Fahrtrichtung (S3) des Kraftfahrzeugs ermittelt wird (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Druckschrift DE 40 38 284 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung der Drehrichtung eines Encoders, bei welchem der Encoder mit unterschiedlichen Maßstabsteilungen, nämlich einerseits großen und andererseits kleinen Maßstabsteilungen, codiert ist. Die Drehbewegungen des Encoders werden von einem Sensor erfasst. Im Zuge einer Drehbewegung des Encoders wird aus dem Signalmuster des Sensors, welches mit dem Maßstabsmuster des Encoders korreliert, bzw. dem zeitlichen Verlauf der Sensorsignale die Drehrichtung des Encoders ermittelt. Solch eine Codierung des Encoders ist insofern nachteilig, als dass zur Berechnung der Drehzahl des Encoders im Wesentlichen ganzzahlige Vielfache einer Umdrehung des Encoders herangezogen werden müssen, wodurch eine Drehzahlmessung mit einem solchen Encoder eine relativ schlechte Auflösung bietet.
In Druckschrift DE 197 21 488 A1 wird ein Verfahren zum Ausgleich von Ungenauigkeiten eines Raddrehzahlsensors vorgeschlagen, im dem jeder Maßstabsteilung ein Korrekturfaktor zugeordnet wird, welcher wenigstens von dem Maßstabsteilungsfehler abhängig ist. Dieser Korrekturfaktor wird bei der Drehzahlberechnung berücksichtigt.
Die Druckschrift DE 41 04 902 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erkennen einer Drehrichtung, bei welchem aus den Ausgangssignalen von zwei zueinander, gegenüber einem alternierend magnetisierten Encoder versetzt angeordneten Magnetfeldsensorelementen einerseits ein Summensignal und andererseits ein Differenzsignal gebildet werden und aus diesen Signalen die Drehrichtung des Encoders bestimmt wird.
EP 0 974 479 A2 offenbart ein Verfahren zur Drehrichtungserkennung eines Encoders, der einen Maßstab mit mehreren Maßstabsteilungen aufweist, wobei Drehbewegungen des Encoders von einem Sensor, umfassend mindestens ein Sensorelement und eine Signalverarbeitungseinheit, berührungslos erfasst werden und mehreren dieser Maßstabsteilungen durch Auswertung der Sensorsignale in einer elektronischen Kontrolleinheit jeweils eine Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße zugeordnet wird, wobei aus der Reihenfolge der erfassten Maßstabsteilungen die Drehrichtung des Encoders ermittelt wird.
Druckschrift DE 198 51 942 A1 schlägt einen Sensor zur Erfassung der Drehbewegungen eines Encoders und zur Ermittlung dessen Drehrichtung vor. Dabei wird ein Encoder verwendet, bei dem die Maßstabsteilung über charakteristische Abweichungen zwischen den einzelnen Maßstabsteilungen verfügt. Um bei diesem Encoder die Drehrichtung zu ermitteln, wird aus der Reihenfolge der den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten charakteristischen Maßstabsteilungs-Kenngrößen die Drehrichtung des Encoders ermittelt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Drehrichtungserkennung eines Encoders vorzuschlagen, wobei insbesondere der Encoder ebenfalls zur relativ hochauflösenden Messung der Drehzahl geeignet sein soll und der Sensor, welcher die Drehbewegungen des Encoders erfasst, kein zusätzliches Sensorelement oder eine zusätzliche Signalverarbeitungsschaltung zur Bestimmung der Drehrichtung benötigt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, den erfassten Maßstabsteilungen des Encoder jeweils durch Auswertung der Sensorsignale eine Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße zuzuordnen und im Zuge einer Drehbewegung aus der Reihenfolge der den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen die Drehrichtung des Encoders zu ermitteln.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass der Encoder insbesondere nicht speziell für eine Drehrichtungserkennung codiert sein muss, sondern dass zweckmäßigerweise ein handelsüblicher Encoder mit einem inkrementellen Winkelmaßstab verwendet werden kann. Zusätzlich benötigt der Sensor vorzugsweise nur ein Sensorelement und keine zusätzliche Signalverarbeitungsschaltung bzw. Signalverarbeitungseinheit zur Drehrichtungserkennung, da die Berechnung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen und die Ermittlung der Drehrichtung bevorzugt in einer elektronischen Kontrolleinheit durchgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also zweckmäßigerweise als reine Softwarelösung verwendet werden, die lediglich mindestens eine inkrementell messende Low-Cost-Encoder-Sensor-Anordnung benötigt.
Unter einem Encoder wird bevorzugt ein Maschinenelement verstanden, dass einen inkrementellen Winkelmaßstab trägt. Als Encoder können sowohl, insbesondere ferromagnetische, Zahnräder oder Lochscheiben dienen, die in Kombination mit einem Permanentmagneten einen veränderlichen magnetischen Luftspalt erzeugen, zum anderen können es eine ganzzahlige Folge permanent magnetisierter Nord-/Südpolareale sein, die in alternierender Folge eine, besonders bevorzugt zum Kreis geschlossene, Encoderspur bilden, welche beispielsweise in eine Radlagerdichtung eingebracht ist. Der Encoder dient ganz besonders bevorzugt als Impulsgeber innerhalb der Sensoranordnung.
Unter einem Maßstabsteilungsfehler wird zweckmäßigerweise ein Polteilungsfehler und/oder ein Einzelteilungsfehler und/oder eine Teilungseinzelabweichung verstanden, die/der aus den Toleranzen bzw. unerwünschten Unregelmäßigkeiten der Pollängen und/oder Einzelteilungslängen des inkrementellen Winkelmaßstabs herrührt.
Unter einem Sensorelement wird bevorzugt ein magnetoelektrisches Wandlerelement, wie ein AMR-Element, ein GMR-Element, ein anderes magnetoresistives Sensorelement oder ein Hallelement, verstanden.
Alternativ vorzugsweise ist der Maßstab des Encoders bezüglich der Maßstabsteilungen bereits mit einem Muster versehen. Dieses Muster ist in der elektronischen Kontrolleinheit gespeichert und benötigt insbesondere kein Nachlernen. Besonders bevorzugt weist das Muster nur relativ geringe Unterschiede der Maßstabsteilungen auf, wobei der Encoder ganz besonders bevorzugt mit sehr geringen Toleranzen gefertigt ist, und verfahrensgemäß werden diese codierten, relativ geringen Maßstabsteilungsunterschiede als Maßstabsteilungsfehler ausgewertet und diesen entsprechend Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen zugeordnet, auch wenn es sich hierbei um ein künstlich erzeugtes Muster handelt.
Unter einem Muster beziehungsweise einem Muster aus, den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten, Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen, wird zweckmäßigerweise eine Sequenz und/oder ein Datensatz aus zumindest zwei Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen verstanden.
Unter einem Referenzmuster wird vorzugsweise eine Sequenz und/oder ein Datensatz aus mindestens zwei Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen verstanden. Insbesondere weist ein Referenzmuster wenigstens eine Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße für jede Maßstabsteilung des Encoders auf. Besonders bevorzugt umfasst das Referenzmuster eine Sequenz der Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen zu allen Maßstabsteilungen des Encoders angeordnet in einer Reihenfolge, welche einer Vorwärtsdrehrichtung des Encoders entspricht.
Unter einem Vorwärtsdrehungs-Referenzmuster wird bevorzugt eine Sequenz und/oder ein Datensatz aus Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen verstanden, welcher eine Reihenfolge der Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen entsprechend einer Vorwärtsdrehung des Encoders aufweist.
Unter einem Rückwärtsdrehungs-Referenzmuster wird bevorzugt eine Sequenz und/oder ein Datensatz aus Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen verstanden, welcher eine Reihenfolge der Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen entsprechend einer Rückwärtsdrehung des Encoders aufweist.
Der Sensor ist vorzugsweise ein aktiver Sensor, der seine Energie insbesondere über seine Verbindungsleitungen zur elektronischen Kontrolleinheit bezieht.
Der Encoder weist zweckmäßigerweise einen inkrementellen Winkelmaßstab auf, dessen Maßstabsteilungen sich im Wesentlichen jeweils durch einen Maßstabsteilungsfehler, insbesondere einen Polteilungsfehler beziehungsweise einen Einzelteilungsfehler beziehungsweise eine Teilungseinzelabweichung von durchschnittlich maximal fünf Prozent unterscheiden. Hierdurch kann auch eine Drehrichtungserkennung eines Encoders durchgeführt werden, welcher nur relativ geringe Maßstabsteilungsabweichungen aufweist, insbesondere lediglich fehlerhafte Maßstabsteilungsabweichungen, welche nicht im Zuge der Encoderfertigung absichtlich herbeigeführt werden. Solche Encoder eigenen sich besonders gut für die Erfassung einer Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit, da auch Drehgeschwindigkeitsänderungen innerhalb einer Teilumdrehung erfasst werden können.
Mehrere, insbesondere eine definierte Anzahl von, den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten, Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen bildet vorzugsweise ein Muster, welches zur Bestimmung der Drehrichtung des Encoders mittels eines Vergleichs mit in der elektronischen Kontrolleinheit gespeicherten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen ausgewertet wird. Insbesondere wird ein Abgleich durchgeführt, ob das gesamte Muster oder zumindest Teile des Musters mit einem Referenzmuster oder einem Teilreferenzmuster, bestehend aus gespeicherten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen, im Wesentlichen übereinstimmt und/oder mit diesem zu mindestens einem definierten Grad korreliert. Dieser Abgleich wird besonders bevorzugt jeweils mit einem Referenzmuster bzw. Teilreferenzmuster gemäß einer Encoderdrehung in Vorwärtsrichtung und gemäß einer Encoderdrehung in Rückwärtsrichtung durchgeführt. Ganz besonders bevorzugt wird aus einem unterschiedlichen Übereinstimmungsgrad mit zumindest Teilen des Referenzmusters für die Vorwärtsrichtung und für die Rückwärtsrichtung die Drehrichtung des Encoders ermittelt.
Es ist bevorzugt, dass im Zuge einer Drehrichtungsermittlung Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen zu einem Muster zusammengefasst werden, welches jeweils mit zumindest einem Teilmuster eines Vorwärtsdrehungs-Referenzmusters und zumindest einem Teilmuster eines Rückwärtsdrehungs-Referenzmusters, die aus in der elektronischen Kontrolleinheit gespeicherten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen direkt oder indirekt gebildet werden, verglichen werden, wobei jeweils eine Übereinstimmungs-Kenngröße des Musters mit zumindest einem Teil eines der beiden Referenzmuster berechnet wird, wonach aus dem Vergleich der beiden Übereinstimmungs-Kenngrößen die Drehrichtung des Encoders bestimmt wird. Die Übereinstimmungs-Kenngrößen werden insbesondere jeweils mittels einer Korrelationsrechnung zwischen dem Muster und dem Referenzmuster gebildet beziehungsweise berechnet. Besonders bevorzugt weist zumindest eine der Übereinstimmungs-Kenngrößen einen definierten Mindestwert auf, wodurch eine Drehrichtungserkennung bei nur relativ geringer Korrelation zwischen dem Muster und dem ähnlichen Referenzmuster vermieden und somit eine definierte Zuverlässigkeit des Verfahrens gewährleistet werden kann. Ganz besonders bevorzugt sind die beiden Übereinstimmungs-Kenngrößen jeweils ein Korrelationskoeffizient, der sich aus der Korrelation zwischen dem Muster und dem jeweiligen Referenzmuster errechnet.
Die den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen werden zweckmäßigerweise ständig oder zu definierten Zeitpunkten in der elektronischen Kontrolleinheit gespeichert oder zur Anpassung wenigstens eines gespeicherten Referenzmusters beziehungsweise Referenzdatensatzes von Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen verarbeitet. Insbesondere werden die den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen beziehungsweise ein entsprechendes Muster bei einer definierten, besonders bevorzugt gleichförmigen Drehbewegung des Encoders, ermittelt und gespeichert. Ganz besonders bevorzugt wird dies am Ende einer Produktion durchgeführt, bei welcher mindestens eine Encoder-Sensor-Anordnung in ein Kraftfahrzeug eingebaut wurde. Es ist bevorzugt, dass die Daten des Musters einen Filter durchlaufen, der den direkten Einfluss des aktuellen Musters bei der Anpassung des Referenzdatensatzes beziehungsweise des Referenzmusters vermindert und/oder begrenzt, wodurch ein relativ langfristiges Anpassen des Referenzdatensatzes an Veränderungen des Encoders und seines individuellen Maßstabsteilungsfehler-Musters durchgeführt werden kann und statistische Ausreißer, beispielsweise aufgrund von Störsignalen und insbesondere Richtungswechseln nur begrenzt oder stark vermindert zur Anpassung des Referenzdatensatzes beitragen. Veränderungen des Encoders ergeben sich beispielsweise durch Umwelteinflüsse auf das Rad und den Encoder sowie beispielsweise durch Felgen- und Reifenwechsel.
Der Sensor überträgt bevorzugt in Folge des Erfassens jeder Maßstabsteilung ein Zählsignal an die elektronische Kontrolleinheit, welches eine Dauer im Wesentlichen in Abhängigkeit der jeweiligen Drehgeschwindigkeit des Encoders aufweist, wobei aus diesem Zählsignal ebenfalls die Drehgeschwindigkeit sowie weitere Informationen berechnet werden können. Insbesondere wird die Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße jeweils berechnet als der Quotient aus der Zeitdauer des Zählsignals geteilt durch die Zeitdauer eines Mittelwertzählsignals, das insbesondere aus der Summe der Zeitdauern von Zählsignalen einer vollständigen Encoderumdrehung geteilt durch die Anzahl der Maßstabsteilungen berechnet wird. Alternativ vorzugsweise wird die Zeitdauer des Mittelwertzählsignals aus der Zeitdauer einer vollständigen Encoderumdrehung geteilt durch die Anzahl der Maßstabsteilungen berechnet. Durch obige Berechnungsarten kann eine im Wesentlichen geschwindigkeitsunabhängige Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße berechnet. Die Berechnung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße x_k ergibt sich besonders bevorzugt aus der folgenden Gleichung: $X_{k} = \frac{Δ tk}{\begin{matrix} k + \frac{n}{2} \\ \frac{1}{n} \sum Δ ti \\ i = k - \frac{n}{2} \end{matrix}}$
In Gleichung (1) wird die Dauer eines Zählsignals Δt_k, dessen Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße x_k berechnet werden soll, durch die durchschnittliche Dauer von n Zählsignalen dividiert, wobei n die Anzahl der Maßstabsteilungen ist, bezogen auf eine Anzahl n/2 Zählsignale, welche vor dem Zählsignal Δt_k erfasst wurden, und eine Anzahl n/2 nach diesem Zählsignal Δt_k erfasste Zählsignale. Hierdurch wird eine im Wesentlichen geschwindigkeitsunabhängige Berechnung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße x_k ermöglicht, da diese Mittelwertbildung eine gewisse Linearisierung des Drehgeschwindigkeitsverlaufs umfasst, so dass nicht nur Schwankungen in erster Näherung linearisiert werden, sondern auch im Wesentlich konstante Drehbeschleunigungen.
Es ist zweckmäßig, dass die Berechnung der den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen nur bei Unterhalb einer definierten maximalen Geschwindigkeitsänderung durchgeführt wird, wodurch diese nur zu einem vernachlässigbaren Anteil in die Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße eingeht. Insbesondere erfolgt diese Berechnung nur bei einer im Wesentlichen gleichförmigen Drehbewegung, besonders bevorzugt im Zuge einer im Wesentlichen gleichförmigen Drehbewegung von zumindest einer Umdrehung.
Bei der Auswertung der Sensorsignale und der Zuordnung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße zu einer erfassten Maßstabsteilung wird vorzugsweise ein Encoder-Abbildungsfehler berücksichtigt, welcher zumindest von der Luftspaltlänge zwischen Encoder und Sensor abhängt. Durch diesen Verfahrensschritt kann die Berechnung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße direkt an den Einfluss von Luftspaltlängenänderungen angepasst werden. Insbesondere wird der Encoder-Abbildungsfehler beziehungsweise der Abbildungsfehler in einer Encoder-Sensor-Anordnung dadurch bestimmt, dass die mittlere Magnetfeldstärke im Luftspalt gemessen wird, wonach der tatsächliche Abbildungsfehler der Polteilung des Encoders aus der mittleren Magnetfeldstärke im magnetischen Luftspalt und der Auswertung einer Referenzkennlinie, welche elektronisch gespeichert ist und den Zusammenhang zwischen normierter Luftspaltlänge und Abbildungsfehler und normierter Feldstärke angibt, ermittelt wird. Besonders bevorzugt wird die Berechnung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße aus dem jeweiligen, tatsächlichen Maßstabsteilungsfehler auf dem Encoder, welcher beispielsweise mittels eines Winkelmessgeräts gemessen wird, ganz besonders bevorzugt vor Einbau der Encoder-Sensor-Anordnung, und dem Encoder-Abbildungsfehler durchgeführt.
Erfindungsgemäß wird in einem Kraftfahrzeug mit mehreren Encoder-Sensor-Anordnungen, welche jeweils mit der elektronischen Kontrolleinheit verbunden sind, für jede Encoder-Sensor-Anordnung im Zuge einer im Wesentlichen gemeinsamen Encoderbewegung eine Drehrichtung ermittelt, wobei aus diesen ermittelten Drehrichtungen, durch eine Majoritätsauswertung, die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Hierdurch wird beispielsweisedurch die Zuverlässigkeit der ermittelten, gemeinsamen Drehrichtung, welche der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht, im Vergleich zu einer einzeln ermittelten Drehrichtung einer Encoder-Sensor-Anordnung gesteigert.
Vorzugsweise wird anlässlich einer Deaktivierung der Zündung des Kraftfahrzeugs die der letzten erfassten Maßstabsteilung zugeordnete Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße jeder Encoder-Sensor-Anordnung durch die elektronische Kontrolleinheit abgespeichert.
Es ist bevorzugt, dass nach einem Aktivieren der Zündung des Kraftfahrzeugs zumindest eine gespeicherte, die der letzten erfassten Maßstabsteilung zugeordnete, Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße bei der Ermittlung der Drehrichtung des jeweiligen Encoders und/oder der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt wird. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Erkennung der gemeinsamen Drehrichtung bzw. der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs schneller durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird bei der Ermittlung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs mindestens eine Zusatzinformation, insbesondere eine Lenkwinkelinformation, welche beispielsweise von einem Lenkwinkelsensor bereitgestellt wird, und/oder eine Getriebeinformation, beispielsweise die Information, ob ein Vorwärts- oder ein Rückwärtsgang eingelegt ist, und/oder eine Gierrateninformation und/oder eine Querbeschleunigungsinformation und/oder eine Geschwindigkeitsinformation, die beispielsweise von einem zusätzlichen im Wesentlichen absolut messenden Geschwindigkeitssensor bereitgestellt wird, bei der Ermittlung der Drehrichtung berücksichtigt. Diese mindestens eine Information dient insbesondere zur Plausibilisierung einer ermittelten Fahrtrichtung. Besonders bevorzugt wird durch die Berücksichtigung der zusätzlichen Geschwindigkeitsinformation die Berechnung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße vereinfacht. Ganz besonders bevorzugt wird nicht eine Anzahl von n Zählsignalen zur Mittelwertbildung, wie oben beschrieben, verwendet, sondern die Zeitdauer eines Mittelwertzählsignals wird aus der Zeitdauer einer vollständigen Encoderumdrehung, die aufgrund der vorliegenden Geschwindigkeitsinformation jeweils berechenbar ist, geteilt durch die Anzahl der Maßstabsteilungen berechnet.
Es ist bevorzugt, dass bei der Ermittlung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs Informationen und/oder vorverarbeitete Signale, welche durch ein System und/oder ein Verfahren zur indirekten Reifendruckverlustbestimmung bereitgestellt werden, berücksichtigt werden.
Der Encoder ist zweckmäßigerweise alternierend magnetisiert und weist mehrere Polteilungen auf. Dabei überträgt der Sensor bei Erfassung jeder Polteilung einen Raddrehzahlimpuls, dessen Pulsdauer die Information über die Drehgeschwindigkeit und/oder die Drehzahl des Encoders beinhaltet, an die elektronische Kontrolleinheit. Es hat sich herausgestellt, dass solch eine Ausbildung der Encoder-Sensor-Anordnung besonders geeignet für die Verwendung in Kraftfahrzeugen ist.
Es ist bevorzugt, dass bei der Ermittlung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs die zeitliche Reihenfolge des Auftretens der Zählsignale bezüglich der einzelnen Encoder-Sensor-Anordnungen berücksichtigt wird. Aus der Reihenfolge des Auftretens der Zählsignale zwischen den Encoder-Sensor-Anordnungen untereinander kann die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs auch schon bei relativ geringen Geschwindigkeiten und relativ wenigen erfassten Maßstabsteilungen ermittelt werden. Dieser Verfahrensschritt beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass die Encoderstellungen bezüglich des jeweiligen Sensors zueinander unterschiedlich sind und die Maßstabsteilungen deshalb asynchron durch den Sensor erfasst werden. Besonders bevorzugt wird die letzte Reihenfolge des Auftretens der Zählsignale bezüglich der einzelnen Encoder-Sensor-Anordnungen anlässlich einer Deaktivierung der Zündung des Kraftfahrzeugs gespeichert und ganz besonders bevorzugt wird diese gespeicherte Reihenfolge bei einem Aktivieren der Zündung des Kraftfahrzeugs genutzt, um die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Hierdurch kann schon nach einer relativ kleinen Bewegungsstrecke des Kraftfahrzeugs die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.
Das Kraftfahrzeug weist neben den Raddrehzahlsensoranordnungen ohne Drehrichtungserkennung bevorzugt zusätzlich bzw. alternativ zumindest eine Raddrehzahlsensoranordnung auf, welche eigenständig eine Drehrichtung ihres Encoders und damit im Wesentlichen eine Fahrtrichtung bestimmen kann. Insbesondere ist eine solche Raddrehzahlsensoranordnung einem Rad einer nicht-angetriebenen Achse zugeordnet. Besonders bevorzugt wird die Drehrichtungsinformation dieser Raddrehzahlsensoranordnung zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Verfahrens bei der Berechnung der Fahrtrichtung, als im Wesentlichen redundante Plausibilisierungsinformation, berücksichtigt.
Das Verfahren wird zweckmäßigerweise zur Steigerung der Zuverlässigkeit in Kraftfahrzeugen zusätzlich durchgeführt, welche andere Mittel zur Fahrtrichtungsbestimmung aufweisen, wie insbesondere Raddrehzahlsensoranordnungen zur eigenständigen Drehrichtungserkennung des jeweiligen Encoders.
Alternativ vorzugsweise weist der Encoder ein im Wesentlichen vorgegebenes Muster unterschiedlicher Maßstabsteilungen auf, wodurch die den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen deutlicher zu unterscheiden sind beziehungsweise größere Unterschiede aufweisen, wodurch eine Drehrichtungserkennung schneller und mit größerer Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung aller erfindungsgemäßen Verfahrensschritte.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Bestimmung der Drehrichtung in den Bereichen der Automatisierungstechnik und Kraftfahrzeugtechnik verwendet werden. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Verwendung für alle Arten von Kraftfahrzeugen, also in sicherheitskritischen Systemen, vorgesehen, welche mindestens ein Raddrehzahlerfassungssystem beziehungsweise eine entsprechende Encoder-Sensor-Anordnung aufweisen. Darunter fallen besonders bevorzugt Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, alle Arten von Anhängern sowie einspurige Kraftfahrzeuge, wie Krafträder. Die Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens ist ganz besonders bevorzugt dann sinnvoll, wenn Low-Cost-Raddrehzahlsensoren verwendet werden, welche keine eigenständige Bestimmung einer Drehrichtung durchführen können. Es ist beispielhaft vorgesehen das erfindungsgemäße Verfahren zur Drehrichtungserkennung für eine elektronische Einparkhilfe zu verwenden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
Es zeigen in schematischer Darstellung

1 beispielhafte Muster von Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen, für die vier Encoder-Sensor-Anordnungen eines Kraftfahrzeugs,
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines beispielhaften Verfahrens, und
3 das Diagramm eines Verfahrensbeispiels mit zusätzlichen Zweigen zur Bestimmung der Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs.

In 1 sind beispielhafte Muster der Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen von vier Encoder-Sensor-Anordnungen (1 a) bis d)) eines Kraftfahrzeugs abgebildet. Diese Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen weisen Werte im Bereich von 0 auf, wobei der Wert 0 für eine fehlerfreie Maßstabsteilung steht. Die Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen sind als Sequenz in einer Vorwärtsdrehrichtung des jeweiligen Encoders erfasst. Eine Sequenz für die Rückwärtsdrehrichtung ist entsprechend durch eine Spiegelung bzw. Reihenfolgeumkehr erzeugbar. Die Summe aller Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen für die n Maßstabsteilungen eines Encoders ist 0. Aus den 1 a) bis d) sind für die jeweilige Encoder-Sensor-Anordnung charakteristische Muster erkennbar. Aus der Musterstruktur bzw. der Reihenfolge der Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen lässt sich die Drehrichtung des jeweiligen Encoders bestimmen.
2 zeigt den Ablauf eines beispielhaften Verfahrens in einem Diagramm, bei welchem aus den Zählsignalen S1 von vier Encoder-Sensor-Anordnungen 1a) bis d) eines Kraftfahrzeugs durch Auswertung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen die Fahrtrichtung S3 des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
Encoder-Sensor-Anordnungen 1a) bis d) umfassen jeweils einen alternierend magnetisierten Encoder, welcher sich mit einem Rad des Kraftfahrzeugs dreht, und einen Raddrehzahlsensor, der für jede erfasste Maßstabsteilung bzw. Polteilung des Encoders ein Zählsignal an die elektronische Kontrolleinheit des Kraftfahrzeugregelungssystems ECU überträgt. Die Funktionsblöcke 2 bis 6 werden in der ECU abgearbeitet. In Funktionsblock 2 wird aus jedem Zählsignal, welches einer erfassten Maßstabsteilung einer Encoder-Sensor-Anordnungen zugeordnet ist, eine Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße berechnet. Die Berechnung erfolgt beispielgemäß wie oben beschrieben entsprechend Gleichung (1). Funktionsblock 2 stellt die vier Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen der Zählsignale aller vier Encoder-Sensor-Anordnungen bereit. Diese werden an Funktionsblock 4 übertragen, in welchem für die Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen jedes Encoders inkrementell ein Muster bzw. eine Sequenz aus Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen erzeugt wird. Außerdem ist in Funktionsblock 3 jeweils ein Referenzmuster für jede Encoder-Sensor-Anordnung hinterlegt, wobei dieses Referenzmuster beispielgemäß jeweils eine Sequenz aus Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen zugeordnet allen Maßstabsteilungen des entsprechenden Encoders in der Reihenfolge eines Vorwärtsdrehbewegung des Encoders umfasst. Diese vier Referenzmuster werden ebenfalls an Funktionsblock 4 übertragen. In Funktionsblock 4 werden die vier Muster jeweils mit dem entsprechenden Referenzmuster der jeweiligen Encoder-Sensor-Anordnung korreliert und mittels der Berechnung einer Übereinstimmungs-Kenngröße zwischen Muster und Referenzmuster wird der Grad der Übereinstimmung bestimmt. Dabei wird jeweils das Muster mit einem Vorwärtsdrehungs-Referenzmuster und einem in umgekehrter Reihenfolge angeordneten Rückwärtsdrehungs-Referenzmuster verglichen und jeweils eine Übereinstimmungs-Kenngröße berechnet. Im Fall, dass eine der beiden Übereinstimmungskenngrößen um eine definierte Relation größer ist als die andere Übereinstimmungskenngröße und einen definierten Mindestwert charakterisierend den Übereinstimmungsgrad zwischen dem jeweiligen Muster und dem Referenzmuster aufweist, wird die Drehrichtung entsprechend dem Referenzmuster mit der größeren Übereinstimmung mit dem Muster erkannt. Falls keine Drehrichtung erkennbar ist, wird das Muster um eine weitere Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße ergänzt und die vorherigen Verfahrensschritte wiederholt. Wenn im Zuge einer gemeinsamen Encoderdrehung für jede Encoder-Sensor-Anordnung bzw. deren Muster eine Drehrichtung in Funktionsblock 4 erkannt wird, werden diese Drehrichtungen S2 an Funktionsblock 5 übertragen, welcher eine Fahrtrichtungserkennung des Kraftfahrzeugs auf Basis einer Majoritätsentscheidung umfasst und die Fahrtrichtungsinformation S3 weiteren Funktionen des Kraftfahrzeugregelungssystems bzw. Systemen des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellt.
Zusätzlich werden im Rahmen des beispielhaften Verfahrens die Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen des Funktionsblocks 2 an eine Nachlerneinheit 6 übertragen, in welcher die vier Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen gefiltert werden, so dass sie nach Übertragung an Funktionsblock 3, in welchem die Referenzmuster bzw. Maßstabsteilungsfehler-Referenzdaten für alle vier Encoder-Sensor-Anordnungen gespeichert sind, mit einer definierten Gewichtung in die Referenzdaten eingehen.
Das in 3 abgebildete Diagramm stellt ein Verfahrensbeispiel dar, welches ausgehend von 2 zusätzliche Verfahrenszweige zur Erkennung der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs aufweist. Funktionsblöcke 2 bis 6 entsprechen im Wesentlichen denen aus 2. Im Rahmen des Verfahrensbeispiels in 3 wird aus einem Eingangssignal S1, welches inkrementell vier Zählsignale von vier nicht dargestellten Encoder-Sensor-Anordnungen bereitstellt, die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs S5 berechnet.
S1 wird auch an Funktionsblock 10 übertragen, der die zeitliche Reihenfolge des Auftretens der Zählsignale bezüglich der einzelnen Encoder-Sensor-Anordnungen, bespielsweise „HR--> VL→ VR→ HL“, bestimmt. In Funktionsblock 11 ist die Reihenfolge, beispielsweise beinhaltend die Information „HL→ VR→ VL→ HR“, des Auftretens der vorherigen Zählsignale der einzelnen Encoder-Sensor-Anordnungen in einem Speicher hinterlegt. Aus dieser vorherigen Reihenfolge wird in Funktionsblock 12 eine Reihenfolge entsprechend einer Vorwärtsfahrtrichtung „HL→ VR→ VL→ HR“ und eine Reihenfolge entsprechend einer Rückwärtsfahrtrichtung „HR→ VL→ VR→ HL“ gebildet. Diese beiden Reihenfolgen werden mit der Reihenfolge aus Funktionsblock 11, also der aktuellen Reihenfolge der erfassten Zählsignale, in einem Funktionsblock 13 verglichen. Ausgehend von diesen beiden Vergleichen, wird in Funktionsblock 14 eine Entscheidung betreffend die aktuelle Fahrtrichtung durchgeführt. Diese Entscheidung kann eine erkannte Vorwärts- oder Rückwärtsfahrtrichtung und/oder eine Fahrtrichtungsänderung oder eine undefinierte Erkennung als Ergebnis haben. Dieses Ergebnis der Fahrtrichtungserkennung wird an Funktionsblock 40 übertragen. Aus der erfassten Reihenfolge „HR→ VL→ VR→ HL“ und der damit identischen vorherigen Reihenfolge entsprechend einer Rückwärtsfahrtrichtung wird beispielgemäß eine Rückwärtsfahrtrichtung erkannt.
Die Fahrtrichtungserkennung S3 aus Funktionsblock 5, welche im Wesentlichen wie obig erläutert (zu 2) ermittelt wird, wird ebenfalls an Funktionsblock 40 übertragen.
Zusätzlich wird mittels der vier Zählsignale S1 in Funktionsblock 20 eine Stillstandserkennung durchgeführt. Die Information bezüglich eines möglichen Fahrzeugstillstands aus Funktionsblock 20 wird auch an Funktionsblock 40 übertragen.
Außerdem umfasst das Verfahrensbeispiel einen Verfahrenszweig mit Funktionsblock 30, in welchem Zusatzinformationen S4, beispielgemäß eine Getriebeinformation, ob ein Vorwärts- oder Rückwärtsgang eingelegt ist und eine Lenkwinkelinformation im Rahmen einer Richtungserkennung ausgewertet werden. Beispielsgemäß zusätzlich, insbesondere im Rahmen eines alternativen Beispiels, wird die Richtungserkennung aus der Gierrate (Ψ') und der Querbeschleunigung (a_y) oder der Gierrate (Ψ') und dem Lenkwinkel ermittelt. Aus folgender Formel kann, insbesondere unter Vernachlässigung des Schwimmwinkels β auf die Fahrtrichtung geschlossen werden, indem das Vorzeichen der sich formelgemäß ergebenden Geschwindigkeit ausgewertet wird: $v = a_{y} * (ψ' + β') = a_{y} * ψ'$
Das Ergebnis dieser Richtungserkennung wird zusätzlich an Funktionsblock 40 übertragen.
In Funktionsblock 40 wird eine gemeinsame Auswertung der Fahrtrichtungsinformationen, welche von den Funktionsblöcken 14, 5 und 30 bereitgestellt werden, sowie der Stillstandsinformation aus Block 20 durchgeführt. Dabei wird eine definierte Gewichtung der Informationen vorgenommen. Am Ausgang von Funktionsblock 40 wird Fahrtrichtung S5 zur Verfügung gestellt, wobei diese Information über die Fahrtrichtung eine relativ hohe Zuverlässigkeit und Plausibilität aufweist. S5 wird beispielgemäß zumindest als Eingangssignal für ein Einparkhilfesystem verwendet.

Claims

Verfahren zur Drehrichtungserkennung eines Encoders (1a)- 1d)), der einen Maßstab mit mehreren Maßstabsteilungen aufweist, wobei Drehbewegungen des Encoders(1a)-1d)) von einem Sensor(1a)- 1d)) umfassend mindestens ein Sensorelement und eine Signalverarbeitungseinheit berührungslos erfasst werden und mehreren dieser Maßstabsteilungen durch Auswertung der Sensorsignale in einer elektronischen Kontrolleinheit jeweils eine Maßstabstei- lungsfehler-Kenngröße zugeordnet wird (2), dadurch gekennzeichnet, dass aus der Reihenfolge (10) der den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen die Drehrichtung des Encoders ermittelt wird (4), und dass in einem Kraftfahrzeug mit mehreren Encoder-Sensor-Anordnungen (1a, 1b, 1c, 1d), welche jeweils mit der elektronischen Kontrolleinheit verbunden sind, für jede Encoder-Sensor-Anordnung (1a, 1b, 1c, 1d) im Zuge einer im Wesentlichen gemeinsamen Encoderbewegung eine Drehrichtung ermittelt wird (4), wobei aus diesen ermittelten Drehrichtungen (S2) durch eine Majoritätsauswertung die Fahrtrichtung (S3) des Kraftfahrzeugs ermittelt wird (5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Encoder (1a)- 1d)) einen inkrementellen Winkelmaßstab aufweist, dessen Maßstabsteilungen sich im Wesentlichen durch Maßstabteilungsfehler, insbesondere einem Polteilungsfehler und/oder Einzelteilungsfehler von durchschnittlich maximal fünf Prozent, unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere eine definierte Anzahl, von den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen ein Muster bilden, welches zur Bestimmung der Drehrichtung des Encoders mittels eines Vergleichs mit in der elektronischen Kontrolleinheit gespeicherten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen ausgewertet wird (4).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge einer Drehrichtungsermittlung Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen zu einem Muster zusammengefasst werden, welches jeweils mit einem Vorwärtsdrehungs-Referenzmuster (3) und einem Rückwärtsdrehungs-Referenzmuster (3), die aus in der elektronischen Kontrolleinheit gespeicherten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen direkt oder indirekt gebildet werden, verglichen werden (4), wobei jeweils eine Übereinstimmungs-Kenngröße des Musters mit zumindest einem Teil eines der beiden Referenzmuster berechnet wird, wonach aus dem Vergleich der beiden Übereinstimmungs-Kenngrößen die Drehrichtung des Encoders bestimmt wird (4).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übereinstimmungs-Kenngrößen jeweils mittels einer Korrelationsrechnung zwischen dem Muster und dem Referenzmuster gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Übereinstimmungs-Kenngrößen einen definierten Mindestwert aufweisen muss.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu definierten Zeitpunkten oder ständig die den erfassten Maßstabsteilungen zugeordneten Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen in der elektronischen Kontrolleinheit gespeichert werden oder zur Anpassung (6) wenigstens eines gespeicherten Referenzdatensatzes von Maßstabsteilungsfehler-Kenngrößen verarbeitet werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1a)- 1d)) in Folge des Erfassens jeder Maßstabsteilung ein Zählsignal (S1), welches eine Dauer im Wesentlichen in Abhängigkeit der jeweiligen Drehgeschwindigkeit des Encoders aufweist, an die elektronische Kontrolleinheit überträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße jeweils berechnet wird als der Quotient aus der Zeitdauer des Zählsignals (S1) geteilt durch die Zeitdauer eines Mittelwertzählsignals, das insbesondere aus der Summe der Zeitdauern von Zählsignalen (S1) einer vollständigen Encoderumdrehung geteilt durch die Anzahl der Maßstabsteilungen berechnet wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung der Sensorsignale und der Zuordnung der Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße zu einer erfassten Maßstabsteilung ein Encoder-Abbildungsfehler berücksichtigt wird, welcher zumindest von einer Luftspaltlänge zwischen Encoder (1a)-1d))und Sensor (1a)-1d)) abhängt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass anlässlich einer Deaktivierung der Zündung des Kraftfahrzeugs die der letzten erfassten Maßstabsteilung zugeordnete Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße jeder Encoder-Sensor-Anordnung (1a, 1b, 1c, 1d) durch die elektronische Kontrolleinheit abgespeichert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Aktivieren der Zündung des Kraftfahrzeugs zumindest eine gespeicherte, die der oder den letzten erfassten Maßstabsteilung zugeordnete, Maßstabsteilungsfehler-Kenngröße bei der Ermittlung der Drehrichtung des jeweiligen Encoders berücksichtigt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Fahrtrichtung (S5) des Kraftfahrzeugs mindestens eine Zusatzinformation (S4), insbesondere eine Lenkwinkelinformation und/oder eine Getriebeinformation und/oder eine Gierrateninformation und/oder eine Querbeschleunigungsinformation und/oder eine Geschwindigkeitsinformation, berücksichtigt wird (30).
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 und mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Fahrtrichtung (S5) des Kraftfahrzeugs die zeitliche Reihenfolge des Auftretens der Zählsignale (S1) bezüglich der einzelnen Encoder-Sensor-Anordnungen (1a, 1b, 1c, 1d) berücksichtigt wird (10).