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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selbsttätigen
Radpositionserkennung in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In
der
US 2005/0156722
A1 wird ein Verfahren zur Radpositionserkennung in einem
Kraftfahrzeug beschrieben, bei dem aus Sensorsignalen von den Fahrzeugrädern
zugeordneten Beschleunigungssensoren auf die Relativposition des
betreffenden Fahrzeugrades im linken bzw. rechten Fahrzeugseitenbereich
geschlossen werden kann. Die Beschleunigungssensoren sind Bestandteil
von jedem Fahrzeugrad zugeordneten, zweiachsigen Accelerometern,
die eine Sensierung von Beschleunigungen in zwei um 90° zueinander
versetzte Richtungen pro Fahrzeugrad erlauben. Die radfesten Accelerometer liefern
jeweils phasenversetzte, sinusförmige Beschleunigungssignale.
Die Phasenverschiebung wird in einer Radelektronik detektiert und
an einen fahrzeugseitigen Empfänger übermittelt,
wobei aufgrund der individuellen Phasenverschiebung im linken und rechten
Fahrzeugrad auf die jeweilige Position des Fahrzeugrades im linken
bzw. rechten Fahrzeugseitenbereich geschlossen werden kann.
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Die
aus der
US 2005/0156722
A1 bekannte Vorrichtung erlaubt es aber nicht, auf die
Position des Fahrzeugrades an der Vorderachse oder der Hinterachse
zu schließen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Position eines Fahrzeugrades
an der Vorderachse oder der Hinterachse mit einfachen Maßnahmen zuverlässig
zu bestimmen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben
zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur selbsttätigen
Radpositionserkennung erfolgt ein Vergleich zwischen gemessenen
Beschleunigungswerten mit an sich bekannten Motorvibrationen, wobei aus
dem Maß der Übereinstimmung auf die Radposition
an der Vorderachse bzw. an der Hinterachse des Fahrzeugs geschlossen
wird.
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Das
Verfahren kann in motorisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt
werden, die als Antriebsmotor bevorzugt eine Brennkraftmaschine
aufweisen, wobei grundsätzlich im Rahmen der Erfindung auch
alternative Antriebseinrichtungen bzw. -motoren in Betracht kommen,
welche im laufenden Betrieb ein charakteristisches Frequenzspektrum
erzeugen. So ist es beispielsweise auch denkbar, elektromotorische
Antriebe als Antriebseinrichtung vorzusehen, wobei das Frequenzspektrum
entweder des elektromotorischen Antriebs oder eines dem Elektromotor zugeordneten
Aggregats berücksichtigt wird.
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Das
Verfahren setzt des Weiteren zumindest einen Beschleunigungssensor
voraus, der einem Fahrzeugrad zugeordnet ist und im laufenden Betrieb des
Fahrzeuges die aktuellen Beschleunigungen misst. Zur Bestimmung
der Fahrzeugradposition an der Vorderachse bzw. an der Hinterachse
des Fahrzeuges werden die Daten des Beschleunigungssensors auf Übereinstimmung
mit den Motorvibrationen des Antriebsmotors verglichen. Aus dem
Maß der Übereinstimmung des Beschleunigungssignals
mit den Motorvibrationen kann auf die Radposition an der Vorderachse
bzw. der Hinterachse des Fahrzeugs geschlossen werden.
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Diese
Vorgehensweise besitzt verschiedene Vorteile im Vergleich zu Radpositionserkennungsverfahren,
welche aus dem Stand der Technik bekannt sind und zur Positionsbestimmung
an der Vorder- bzw. Hinterachse eingesetzt werden. Bei derartigen, bekannten
Verfahren wird aus der Signalstärke des drahtlos übermittelten
Beschleunigungssignals von einer einem Fahrzeugrad zugeordneten Radelektronik
zu einem zentralen Empfänger auf die jeweilige Radposition
geschlossen. Dieses Verfahren ist allerdings störanfällig,
da der Signalstärkeunterschied zwischen einem einem Vorderrad
zugeordneten Beschleunigungssensor und einem einem Hinterrad zugeordneten
Beschleunigungssensor nur gering ist.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren spielt dagegen die
Signalstärke bei der drahtlosen, per Funk übermittelten
Signalübertragung von einer Radelektronik zu einem zentralen
Empfänger für die Radpositionserkennung keine
Rolle. Schwankungen in der Signalstärke können
die Qualität der Positionserkennung nicht beeinträchtigen,
so dass das erfindungsgemäße Verfahren mit höherer
Zuverlässigkeit die korrekte Radposition an der Vorder-
bzw. Hinterachse liefert.
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Ein
weiterer Vorteil liegt darin, dass zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens keine aufwändige
und kostenintensive Hardware erforderlich ist. Benötigt
wird lediglich ein Beschleunigungssensor, der in hinreichender Qualität
ein Beschleunigungssignal liefert, das in einer Auswerteeinheit
dem Vergleich mit dem abgespeicherten Motorvibrationsprofil unterzogen
wird. Für den Fall einer Funkübermittlung zwischen
der Auswerteeinheit und einem zentralen Empfänger werden
keine erhöhten Anforderungen an die Signalübertragung
gestellt, da lediglich das Auswerteergebnis im Hinblick auf die Radpositionserkennung übertragen
wird. Hierfür ist es grundsätzlich ausreichend, Übertragungseinheiten
zu nutzen, welche zwischen einem Rad bzw. einer Radelektronik und
einem Empfänger bzw. einem zentralen Regel- bzw. Steuergerät
beispielsweise zur Reifendruckübermittlung vorhanden sind.
Darüber hinausgehend sind hardwareseitig keine zusätzlichen Vorrichtungen
erforderlich.
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Bei
dem Vergleich zwischen dem gemessenen Vibrationsspektrum und dem
hinterlegten Vibrationsspektrum des Antriebsmotors kann sowohl die Amplitude
der Motorvibration als auch die Frequenz herangezogen werden. Gemäß bevorzugter
Ausführung ist vorgesehen, dass nur Abschnitte mit gleicher oder
zumindest annähern gleicher Frequenz im Signalverlauf des
Beschleunigungsverlaufs mit zugeordneten Motorvibrationen verglichen
werden. Dies erfolgt beispielsweise in der Weise, dass zunächst
Abschnitte mit zumindest annähernd gleicher Frequenz identifiziert
und anschließend die Amplituden miteinander verglichen
werden. Hierbei ist es zweckmäßig, ein Motorvibrationsspektrum
als Vibrationsmus ter abzuspeichern, welches zum Vergleich mit dem
Signal des Beschleunigungssensors herangezogen wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass
zur Entscheidung über die Position des Beschleunigungssensors
an einem Rad der Vorderachse oder einem Rad der Hinterachse ein Vergleich
des Sensorsignals mit einem hinterlegten Vibrations-Schwellenwert
durchgeführt wird. Hierzu wird insbesondere die Amplitude
in den Vibrationen herangezogen, wobei im Falle eines benachbart
zur Vorderachse positionierten Motorblocks auf ein Vorderachsrad
geschlossen wird, wenn die Amplitude des untersuchten Beschleunigungssignals
oberhalb eines Vibrations-Schwellenwertes liegt, wohingegen ein
Hinterachsrad vorliegt, wenn der Schwellenwert unterschritten wird.
Im Falle eines benachbart zur Hinterachse positionierten Antriebsmotors
liegen die Verhältnisse umgekehrt vor. Auch bei Untersuchung nur
eines einzelnen Amplituden-Schwellenwertes kann es zweckmäßig
sein, zunächst über eine Frequenzuntersuchung
Bereiche zumindest annähernd gleicher Frequenz zu identifizieren.
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Grundsätzlich
möglich ist es außerdem, nicht nur einen einzelnen
Amplituden-Schwellenwert zu untersuchen, sondern mehrere Amplituden-Schwellenwerte
zu berücksichtigen. Diese liegen vorzugsweise innerhalb
des untersuchten und übereinstimmenden Frequenzspektrums.
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Darüber
hinaus kann es zweckmäßig sein, nicht nur die
Position des Rades an der Vorderachse bzw. Hinterachse, sondern
zusätzlich auch im linken bzw. rechten Fahrzeugseitenbereich
zu identifizieren. Dies erfolgt beispielsweise im Falle von zweiachsigen
Accelerometern pro Fahrzeugrad über die Phasenverschiebung
zwischen den sinusförmigen Beschleunigungssignalverläufen,
von denen pro Rad zwei Verläufe vorliegen, wobei zwischen
den Beschleunigungssignalverläufen in den Rädern
einer gemeinsamen Achse eine an sich bekannte Phasenverschiebung
vorliegt, aus der auf die Radposition im linken bzw. rechten Fahrzeugseitenbereich
geschlossen werden kann.
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Zur
Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung vorgesehen,
die mindestens einen Beschleunigungssensor, welcher einem Fahrzeugrad zugeordnet
ist und eine Auswerteeinheit umfasst. Über den Beschleunigungssensor
werden im laufenden Betrieb die Beschleunigungssignale aufgenommen,
welche in der Auswerteeinheit einer Auswertung unterzogen werden,
insbesondere einem Vergleich mit einem abgespeicherten Motorvibrationsmuster.
Der Beschleunigungssensor und die Auswerteeinheit sind zweckmäßigerweise
Teil einer Radelektronik, die einem der Fahrzeugräder zugeordnet ist.
Bevorzugt ist jedem Fahrzeugrad eine derartige Radelektronik mit
einem Beschleunigungssensor und einer Auswerteeinheit zugeordnet.
Der Beschleunigungssensor ist hierbei zweckmäßigerweise radfest
angeordnet, so dass der Beschleunigungssensor auch die Radumdrehungen
mit ausführt.
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Als
Beschleunigungssensoren werden beispielsweise Piezosensoren eingesetzt.
Zweckmäßigerweise sind die Beschleunigungssensoren
Bestandteil eines Accelerometers, bestehend aus zwei Einzelsensoren,
deren Messrichtung einen Winkel von beispielsweise 90° einschließen.
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Die
Vorrichtung umfasst des Weiteren vorteilhafterweise eine Sendeeinheit,
die insbesondere der Radelektronik zugeordnet ist, um die ausgewerteten
Signale an einen ebenfalls der Vorrichtung zugeordneten, zentralen
Empfänger im Fahrzeug zu übermitteln, der beispielsweise
Bestandteil eines Regel- bzw. Steuergerätes bzw. einem
derartigen Gerät zugeordnet ist.
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Die
Vorrichtung kann in Fahrzeugassistenzsystemen verwendet werden,
beispielsweise einem elektronischen Stabilitätsprogramm.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit im Bereich der
Vorderachse angeordnetem Antriebsmotor, wobei jedem Rad an der Vorderachse
und der Hinterachse jeweils eine Radelektronik mit einem Accelerometer,
einer Auswerteeinheit und einer Sendeeinheit zugeordnet ist, sowie mit
einem zentralen Empfänger, der einem Regel- bzw. Steuergerät
zugeordnet ist,
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2 in
schematischer Darstellung ein Ablaufdiagramm zur Durchführung
des Verfahrens zur selbsttätigen Radpositionserkennung.
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In 1 ist
in schematischer Weise ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt,
welches an der Vorderachse die Vorderräder 2 und 3 und
an der Hinterachse die Räder aufweist. Die Raddrehachsen
sind im Bereich der Vorderachse und der Hinterachse mit den Bezugszeichen 6 bzw. 7 gekennzeichnet.
Das Kraftfahrzeug 1 ist mit einem im Bereich der Vorderachse
angeordneten Antriebsmotor 8 ausgestattet, bei dem es sich
vorzugsweise um eine Brennkraftmaschine handelt.
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Jedes
Rad des Kraftfahrzeuges ist mit einer Radelektronik 9, 10, 11, 12 ausgestattet,
die beispielsweise Bestandteil eines Reifendruckkontrollsystems
sein kann. Jede Radelektronik 9, 10, 11, 12 umfasst
einen Accelerometer zur zweiachsigen Beschleunigungsmessung, eine
Auswerteeinheit zur Auswertung der gemessenen Beschleunigungssignale
sowie eine Sendeeinheit zur Funkübertragung der gemessenen
und/oder ausgewerteten Signale an einen zentralen Empfänger 13 im
Kraftfahrzeug, welcher insbesondere Bestandteil eines Regel- bzw. Steuergerätes
ist oder der einem derartigen Regel- bzw. Steuergerät zugeordnet
ist.
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Der
Accelerometer in jeder Radelektronik besteht aus einem zweiachsigen
Beschleunigungssensor bzw. zwei Einzelsensoren, deren Sensierachsen
zueinander in einem Winkel von beispielsweise 90° stehen.
Die Beschleunigungssensoren sind drehfest mit dem Rad verbunden,
so dass beim Umlaufen pro Rad zwei phasenversetzte, sinusförmige
Beschleunigungssignale in den Accelerometern erzeugt werden.
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Über
die individuelle 90°-Phasenverschiebung zwischen den Beschleunigungssignalen
am linken und rechten Rad einer Achse kann auf die jeweilige Achsseite
des betreffenden Rades geschlossen werden. Dies wird durch die entstehende
180°-Phasenverschiebung erkannt, welche sich aus der Differenz
der beiden empfangenen Signalinformationen bei der Auswertung im
Empfänger 13 bzw. dem zugeordneten Regel- bzw.
Steuergerät ergibt.
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Um
mit hoher Zuverlässigkeit eine Information über
die Position des jeweiligen Rades an der Vorderachse oder der Hinterachse
zu erhalten, werden die Beschleunigungssignale in jedem Rad einer
weiteren Auswertung unterzogen, bei der der Verlauf der Beschleunigungssignale
mit einem hinterlegten Vibrationsmuster verglichen wird, welches
typisch ist für die von dem Antriebsmotor 8 ausgehenden
Vibrationen. Das Vibrationsmuster kann in den Auswerteeinheiten
in jeder Radelektronik hinterlegt sein, in der auch der Vergleich
der gemessenen Beschleunigungssignale mit dem Vibrationsmuster durchgeführt wird.
Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Auswertung
in dem zentralen Regel- bzw. Steuergerät, in dem die Beschleunigungssignale
von jeder Radelektronik zu dem Empfänger 13 übermittelt
werden und dort bzw. in dem angeschlossenen Regel- bzw. Steuergerät
ausgewertet und dem Vergleich mit dem Vibrationsmuster unterzogen
werden.
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Bei
dem Vergleich mit dem hinterlegten Vibrationsmuster werden vorzugsweise
Bereiche gleicher oder ähnlicher Frequenz miteinander verglichen.
Der Vergleich findet über eine Betrachtung der Amplituden
statt, indem beispielsweise übergeprüft wird,
ob die Amplitude eines gemessenen Beschleunigungssignalwertes einen
hinterlegten Schwellenwert, welcher Teil des Vibrationsmusters ist
bzw. sich aus diesem ergibt, übersteigt. Sofern dies der
Fall ist, liegt ein verhältnismäßig starkes
Beschleunigungssignal vor, woraus auf eine unmittelbare Nähe
des betreffenden Beschleunigungssensors zum Antriebsmotor geschlossen
werden kann. Im Falle des Ausführungsbeispiels mit dem
Antriebsmotor 8 im Bereich der Vorderachse bedeutet dies,
dass bei Überschreitung des hinterlegten Schwellenwertes
aufgrund des verhältnismäßig starken
Messsignals auf die Position des betreffenden Beschleunigungssensors
und damit des jeweiligen Rades an der Vorderachse geschlossen werden
kann. Wird dagegen der Schwellenwert nicht erreicht, so liegt ein
schwächeres Messsignal vor und es kann auf die Position
an der Hinterachse geschlossen werden.
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Bei
einer Anordnung des Antriebsmotors im Bereich der Hinterachse sind
die Verhältnisse umgekehrt, da aufgrund der größeren
Nähe der hinteren Beschleunigungssensoren zum Antriebsmotor
diese Beschleunigungssensoren einen entsprechend höheren
Beschleunigungswert liefern.
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In 2 ist
in schematischer Weise ein Ablaufdiagramm zur Durchführung
des Verfahrens zur Radpositionserkennung an der Vorderachse bzw.
der Hinterachse dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt V1
werden zunächst mittels der Accelerometer bzw. der Beschleunigungssensoren
die aktuellen Fahrzeugbeschleunigungen a ermittelt. In einem Verfahrensschritt
V2 werden die gemessenen Beschleunigungen einer Filterung und Auswertung
unterzogen, was insbe sondere in den Auswerteeinheiten erfolgt, die
den jeweiligen Radelektroniken zugeordnet sind. Über die
Filterung des Beschleunigungssignals wird der Pegel der Motorvibrationen
ermittelt. Die ermittelten Motorvibrationen können außerdem
zur weiteren Auswertung einem zusätzlichen Algorithmus
unterzogen werden.
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Im
nächsten Verfahrensschritt V3 erfolgt eine Abfrage, ob
die gefilterten und gegebenenfalls eine Vorauswertung unterzogenen
Beschleunigungen a einen Schwellenwert alimit überschritten.
Der Schwellenwert alimit repräsentiert
ein Motorvibrationsmuster. Sofern die Abfrage nach Verfahrensschritt
V3 zutrifft, wird der Ja-Verzweigung („Y”) folgend
zum Verfahrensschritt V4 fortgefahren, wo die Feststellung getroffen
wird, dass es sich um ein Rad an der Vorderachse des Fahrzeuges
handelt; in Verfahrensschritt V4 ist dies über die Zuordnung
des Beschleunigungswertes a zum Beschleunigungswert af an
der Vorderachse repräsentativ dargestellt.
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Sofern
die Abfrage gemäß Verfahrensschritt V3 nicht zutrifft,
also der gemessene Beschleunigungswert a unterhalb des Schwellenwertes
alimit liegt, wird der Nein-Verzweigung
(„N”) folgend zum Verfahrensschritt V5 fortgefahren,
in welchem eine Zuordnung zum Beschleunigungswert ar an
der Hinterachse erfolgt.
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Die
Auswertungen gemäß den Verfahrensschritten V4
und V5 erfolgen jeweils in den betreffenden Radelektroniken. Im
nächsten Verfahrensschritt V6 werden die Signale, dass
es sich um ein Rad an der Vorderachse bzw. der Hinterachse handelt,
per Funk zu dem zentralen Regel- bzw. Steuergerät übertragen,
in welchem die Information über die aktuelle Radposition
weiter verarbeitet werden kann.
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Zusätzlich
kann über die Phasenverschiebung zwischen den Accelerometern
im linken und rechten Fahrzeugseitenbereich auch auf die aktuelle Position
links/rechts des betreffenden Rades geschlossen werden. Die Bestimmung
der seitlichen Position des Rades kann der Bestimmung der Position
an der Vorderachse bzw. Hinterachse vor- oder nachgeschaltet oder
gegebenenfalls auch gleichzeitig ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2005/0156722
A1 [0002, 0003]