DE102009002360B4 - Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit in einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit (vref) in einem Fahrzeug, bei dem eine modellbasierte Modellreferenzgeschwindigkeit (vref,0) mit einer aus Messgrößen bestimmten Korrekturgeschwindigkeit (vcorr) verglichen und die Referenzgeschwindigkeit (vref) auf den kleineren Wert von Modellreferenzgeschwindigkeit (vref,0) und Korrekturgeschwindigkeit (vcorr) gesetzt wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit in einem Fahrzeug.
• Stand der Technik
• Aus der DE 199 36 710 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Referenzgeschwindigkeit bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Radgeschwindigkeiten des Fahrzeuges ermittelt, denen jeweils Gewichtungsgrößen zugeordnet werden. Durch Mittelwertbildung aus den gewichteten Radgeschwindigkeiten wird eine Stützgröße gebildet, die der Bestimmung der Referenzgeschwindigkeit zu Grunde gelegt wird. Die Referenzgeschwindigkeit wird in diversen Fahrzeugassistenzsystemen benötigt, beispielsweise in ESP-Systemen (elektronisches Stabilitätsprogramm).
• In bestimmten Fahrsituationen, beispielsweise auf glattem Untergrund, können jedoch auf Grund eines hohen Radlängsschlupfes im Antriebsfall Radgeschwindigkeiten gemessen werden, die zum Teil erheblich höher sind als die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit.
• Aus der DE 195 27 531 A1 ist ein System und ein Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines allradgetriebenen Fahrzeugs bekannt. In einer Steuereinheit werden sensorische Informationen zu Raddrehzahlen sowie zur Längsbeschleunigung zu einer Referenz-Fahrzeuggeschwindigkeit verarbeitet.
• Auch in der DE 10 2007 044 195 A1 wird ein Verfahren und ein System zum Ermitteln der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs beschrieben. In einer Steuereinheit werden Raddrehzahlsensorinformationen verarbeitet und hieraus unter Berücksichtigung eines aktuell durchgeführten Regeleingriffs die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit ermittelt.
• Offenbarung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Referenzgeschwindigkeit in einem Fahrzeug in unterschiedlichen Fahrsituationen mit hoher Genauigkeit anzugeben.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug eingesetzt, wobei die Referenzgeschwindigkeit in verschiedenartigen Fahrerassistenzsystemen als Grundlage zur Berechnung von Stelleingriffen herangezogen werden kann, beispielsweise in ESP-Systemen (elektronisches Stabilitätsprogramm) oder auch in Antriebsschlupfregelsystemen (ASR). Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in Fahrsituationen eingesetzt, in denen die Radgeschwindigkeit mindestens eines Fahrzeugrads um einen Mindestbetrag von der Fahrzeuggeschwindigkeit abweicht, und zwar bevorzugt im Antriebsfall. Insbesondere bei kleinen Reibwerten zwischen Fahrbahn und Reifen des Fahrzeugs kann ein erhöhter Radschlupf auftreten, beispielsweise bei einem Durchdrehen der angetriebenen Räder, was an den Radsensoren zu einem überhöhten Geschwindigkeitswert führt. Verfügt das Fahrzeug beispielsweise über einen Allradantrieb, so ist allein auf Grund eines Vergleichs zwischen den verschiedenen sensorisch ermittelten Radgeschwindigkeiten nur bedingt eine Abweichung von der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit erkennbar.
• Um zu verhindern, dass die überhöhten, sensorisch ermittelten Radgeschwindigkeiten zu einer verfälschten Referenzgeschwindigkeit führen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Referenzgeschwindigkeit auf den kleineren Wert von einer Modellreferenzgeschwindigkeit und einer Korrekturgeschwindigkeit gesetzt wird. Die Modellreferenzgeschwindigkeit basiert auf einem Fahrzeugmodell, in das ggf. auch Messgrößen einfließen können. Die Korrekturgeschwindigkeit wird aus Messgrößen bestimmt. Da nun beim erfindungsgemäßen Verfahren die Referenzgeschwindigkeit auf den Minimumwert von Modellreferenzgeschwindigkeit und Korrekturgeschwindigkeit gesetzt wird, erhält man eine Limitierung bzw. eine Gradientenbegrenzung für die Referenzgeschwindigkeit, wodurch sichergestellt ist, dass bei unsicherem Informationsgehalt der Radgeschwindigkeiten in Bezug auf eine Schätzung der tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit eine verbesserte Referenzgeschwindigkeit in Fahrerassistenzsystemen verwendet und eine unerwünschte Überhöhung der Referenzgeschwindigkeit vermieden wird. Ein unsicherer Informationsgehalt der Radgeschwindigkeiten liegt beispielsweise vor, wenn ein signifikanter Radschlupf auftritt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in Fahrzeugen mit einer Antriebsschlupfregelung ASR eingesetzt. Grundsätzlich kommt aber auch eine Anwendung in Fahrzeugen mit sonstigen Fahrerassistenzsystemen wie beispielsweise ESP in Betracht.
• Des Weiteren eignet sich das Verfahren in besonderer Weise auch für allradgetriebene Fahrzeuge, wobei das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit grundsätzlich auch für Fahrzeuge mit nur einer angetriebenen Achse angewandt werden kann.
• Des Weiteren wird das Verfahren bevorzugt bei Fahrsituationen mit unsicherem Informationsgehalt der Radgeschwindigkeiten in Bezug auf eine Schätzung der Fahrzeuggeschwindigkeit angewandt, bei denen mindestens ein Fahrzeugrad um einen Mindestwert von der Fahrzeuggeschwindigkeit abweicht, also einen verhältnismäßig hohen Schlupfwert aufweist. Vorzugsweise werden hierbei sämtliche angetriebenen Räder des Fahrzeuges berücksichtigt. Vorteilhafterweise wird die Begrenzung der Referenzgeschwindigkeit auf den kleineren Wert des Wertepaares, gebildet von Modellreferenzgeschwindigkeit und Korrekturgeschwindigkeit, nur in derartigen Fahrsituationen durchgeführt. Ist dagegen die Fahrsituation so, dass die Fahrzeugräder lediglich einen unterhalb des Mindestwertes liegenden Radschlupf aufweisen, bleibt vorteilhafterweise die Korrekturgeschwindigkeit außer Betracht, so dass die Referenzgeschwindigkeit der Modellreferenzgeschwindigkeit entspricht. Grundsätzlich möglich ist aber auch die Berücksichtigung des Korrekturterms in stabilen Fahrsituationen, wobei ggf. in diesen Situationen der Korrekturterm zusätzlichen Begrenzungen unterliegen kann, beispielsweise dergestalt, dass die Korrekturgeschwindigkeit oder ein Term der Korrekturgeschwindigkeit an die Modellreferenzgeschwindigkeit angenähert wird.
• Die verminderte Aussagekraft der Radgeschwindigkeiten in Bezug auf eine Schätzung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann auch über die Radbeschleunigungen festgestellt werden. Dieser Fall liegt vor, wenn die Radbeschleunigung eines oder mehrerer bzw. sämtlicher Fahrzeugräder um einen Mindestwert von der Fahrzeugbeschleunigung abweicht.
• Die Korrekturgeschwindigkeit wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit einer Radstützgeschwindigkeit und der Fahrzeuglängsbeschleunigung ermittelt, wobei sowohl die Radstützgeschwindigkeit als auch die Fahrzeuglängsbeschleunigung zweckmäßigerweise aus Messgrößen bestimmt werden. Zweckmäßigerweise wird die Radstützgeschwindigkeit aus den gemessenen Radgeschwindigkeiten berechnet, beispielsweise als Mittelwert aller Radgeschwindigkeiten. Die Fahrzeuglängsbeschleunigung wird direkt gemessen bzw. aus einer gemessenen Längsbeschleunigung bestimmt. Die Korrekturgeschwindigkeit wird zweckmäßigerweise durch Addition der Radstützgeschwindigkeit und dem Produkt aus Fahrzeuglängsbeschleunigung mit einer festgelegten Abtastzeit bestimmt. Zweckmäßigerweise wird hierbei die Fahrzeuglängsbeschleunigung auf das Maximum eines Wertepaares gesetzt, das gebildet wird von einem Beschleunigungsreferenzwert und einem Parameter, wobei der Beschleunigungsreferenzwert vorzugsweise aus dem gemessenen Beschleunigungswert unter Berücksichtigung eines Offsets bestimmt wird. Der Parameter hängt insbesondere von dem Reibwert zwischen Fahrbahn und Fahrzeugrädern ab, wobei gemäß vorteilhafter Ausführung eine Abhängigkeit vom kleinsten Reibwert zwischen den Fahrzeugrädern und der Fahrbahn besteht. Mittels dieses Parameters wird aus Robustheitsgründen eine Mindeststeigung in der Fahrzeuglängsbeschleunigung erzwungen, die über die Korrekturgeschwindigkeit in die Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit einfließt.
• Der Beschleunigungs-Offset, der bei der Berechnung des Beschleunigungsreferenzwerts berücksichtigt wird, wird vorzugsweise in Abhängigkeit der Differenz von der Radstützgeschwindigkeit und einem Geschwindigkeitsvergleichswert bestimmt, welcher wiederum vom gemessenen Beschleunigungswert abhängt. Zweckmäßigerweise wird jedoch der Beschleunigungs-Offset auf einen Maximalwert begrenzt. Der Beschleunigungs-Offset erlaubt eine Korrektur des Beschleunigungssignals insbesondere in Fahrsituationen, in denen das Fahrzeug auf einer Gefällstrecke fährt oder in denen dem Beschleunigungssensor ein negativer Offset überlagert ist. In diesen Situationen ist der Rohwert des Beschleunigungssensors kleiner als die tatsächliche Fahrzeugbeschleunigung, was im Falle eines nicht-kompensierten Beschleunigungswerts zu einer Begrenzung auf einen zu geringen Beschleunigungswert führen würde. Als weitere Folge würde dies zu einer zu geringen Referenzgeschwindigkeit und damit einhergehend zu einer unerwünschten Reduktion des Motormoments durch das Antriebsschlupfregelsystem ASR führen. Durch die Verwendung der korrigierten Referenzbeschleunigung wird somit verhindert, dass bei Fahrten auf Steigungen oder Gefällstrecken oder in Fällen eines nicht erkannten Sensor-Offsets die Referenzgeschwindigkeit in Phasen instabiler Radgeschwindigkeiten auf einen fehlerhaften Gradienten begrenzt wird.
• Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass die Berücksichtigung der Korrekturgeschwindigkeit bei der Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit auf eine festgelegte Zeitspanne begrenzt ist. Damit soll sichergestellt werden, dass (z.B. mathematische) Integrationsfehler nicht über ein zulässiges Maß hinaus anwachsen. Derartige Fehler könnten zu einer zu geringen Referenzgeschwindigkeit führen, was in einer Antriebsschlupfregelung des Fahrzeugs zu einer Rücknahme des Motormoments führen würde. Auf Grund der zeitlichen Begrenzung können derartige Fehler minimiert werden.
• Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung können mithilfe des Verfahrens auch Sensordaten auf Plausibilität untersucht werden. Beispielsweise dürfen die Radsensoren im Fahrzeugstillstand nur den Wert null bzw. einen kleinen Wert unterhalb eines Grenzwertes liefern. Auch muss die Schwankungsbreite innerhalb der gemessenen Beschleunigungssensorwerte innerhalb eines Grenzwertes liegen.
• Bei stillstehendem Fahrzeug kann außerdem die Fahrbahnneigung ermittelt werden und die Initialisierung des Offsets vorgenommen werden.
• Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des Verfahrens dargestellt ist.
• Die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit v_ref wird aus dem kleineren Wert eines Wertepaares ermittelt, gebildet von einer Modellreferenzgeschwindigkeit v_ref,0 und einer Korrekturgeschwindigkeit v_corr: $$v_{ref}\left(k\right)=Min\left(v_{ref\mathrm{,0}}\left(k\right),v_{corr}\left(k\right)\right)$$

  
• Die Berechnung der Referenzgeschwindigkeit v_ref erfolgt in einem rekursiven Algorithmus, wobei mit k diskrete Zeitschritte bezeichnet sind. Die Korrekturgeschwindigkeit v_corr ermittelt sich gemäß $$v_{corr}\left(k\right)=v_{Supp}\left(k-1\right)+T_0\cdot a_{x,ref,L}\left(k\right)$$

  
• In Abhängigkeit einer Radstützgeschwindigkeit v_supp einer limitierten Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x,ref,L und einer Abtastzeit T₀. Die Radstützgeschwindigkeit v_supp wird aus gemessenen Radgeschwindigkeiten v₁, v₂, v₃ bzw. v₄ ermittelt, beispielsweise durch Mittelwertbildung.
• Setzt man den vorstehenden Term für die Korrekturgeschwindigkeit v_corr in die Berechnungsvorschrift für die Referenzgeschwindigkeit v_ref ein, so erhält man $$v_{ref}\left(k\right)=Min\left(v_{ref\mathrm{,0}}\left(k\right),v_{Supp}\left(k-1\right)+T_0\cdot a_{x,ref,L}\left(k\right)\right).$$

  
• Die limitierte Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x,ref,L wird gemäß der Vorschrift $$a_{x,ref,L}=Max\left(a_{x,ref},P_{ax}\right)$$

  

  aus dem größeren Wert eines Beschleunigungsreferenzwertes a_x,ref und eines Parameters P_ax ermittelt, wobei der Parameter P_ax einen angenommenen Minimumreibwert zwischen einem der Fahrzeugräder und der Fahrbahn darstellt. Der Beschleunigungsreferenzwert a_x,ref hängt gemäß $$a_{x,ref}\left(k\right)=a_{x,s}\left(k\right)+a_{x,off,s}\left(k-1\right)$$

  

  von einem Beschleunigungssensorwert a_x,s und einem Beschleunigungs-Offset a_x,off,s ab. Der Beschleunigungssensorwert a_x,s wird unmittelbar mithilfe eines Beschleunigungssensors im Fahrzeug gemessen. Der Beschleunigungs-Offset a_x,off,s wird rekursiv nach der Vorschrift $$a_{x,off,s}\left(k\right)=a_{x,off,s}\left(k-1\right)+C_{ax}\left(v_{Supp}\left(k\right)-v_{x,s}\left(k-1\right)\right)$$

  

  in Abhängigkeit der Differenz von Stützgeschwindigkeit v_supp und einem Geschwindigkeitsvergleichswert v_x,s ermittelt ist. Der Geschwindigkeitsvergleichswert v_x,s wird rekursiv gemäß der Vorschrift $$v_{x,s}\left(k\right)=v_{x,s}\left(k-1\right)+T_0\left(a_{x,s}\left(k\right)+a_{x,off,s}\left(k-1\right)\right)+C_{vx}\left(v_{Supp}\left(k\right)-v_{x,s}\left(k-1\right)\right)$$

  

  berechnet, wobei C_ax und C_vx Parameter darstellen, die mit Hilfe der Radstabilitätsbewertung bestimmt werden.
• Die Modellreferenzgeschwindigkeit v_ref,0 wird ebenfalls nach rekursiver Vorschrift gemäß der Beziehung $$v_{ref\mathrm{,0}}\left(k\right)=v_{ref\mathrm{,0}}\left(k-1\right)+T_0{a}_{x,off,s}\left(k-1\right)+T_0{a}_{x,mod}\left(k\right)+C_{vx}\left(v_{Supp}\left(k\right)-v_{ref\mathrm{,0}}\left(k-1\right)\right)$$

  

  berechnet. Bei der Modellreferenzgeschwindigkeit v_ref,0 wird eine modellbasierte Längsbeschleunigung a_x,mod berücksichtigt, die aus einem Fahrzeugmodell rechnerisch gewonnen wird. Außerdem stützt sich die Berechnung für die Modellreferenzgeschwindigkeit v_ref,0 auf die Radstützgeschwindigkeit v_supp, die auf der Grundlage gemessener Radgeschwindigkeiten ermittelt wird.
• In der Figur ist ein stark vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 1 werden mithilfe einer fahrzeugeigenen Sensorik die Radgeschwindigkeiten v_i an allen Fahrzeugrädern sowie die Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x,s gemessen. Die Durchführung des Verfahrens mit Berücksichtigung einer Gradientenbegrenzung setzt durchdrehende Räder voraus, was mithilfe der Abfrage im Verfahrensschritt 2 überprüft wird. Gemäß Verfahrensschritt 2 wird abgefragt, ob die Differenz zwischen den Radbeschleunigungen a_i, welche durch Differenziation aus dem Radgeschwindigkeiten v_i ermittelt werden, und der gemessenen Fahrzeugbeschleunigung a_x,s einen Grenzwert Δa_x überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so liegt eine stabile Fahrsituation vor, in der die Fahrzeugräder nicht durchdrehen. In diesem Fall erfolgt die Ermittlung der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit nicht nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, sondern wird vielmehr ohne die Gradientenbegrenzung durchgeführt. Es wird der nein-Verzweigung („N“) folgend wieder zum Beginn des Verfahrens zurückgekehrt oder zu einem hier nicht dargestellten Zweig fortgefahren, in welchem die nicht-begrenzte Berechnung der Referenzgeschwindigkeit durchgeführt wird.
• Sofern die Abfrage im Verfahrensschritt 2 erfüllt ist, muss von durchdrehenden Rädern ausgegangen werden; in diesem Fall wird der ja-Verzweigung („Y“) folgend zum nächsten Verfahrensschritt 3 fortgefahren.
• Der Vergleich der Radbeschleunigungen a_i mit einem zugeordneten Beschleunigungswert kann entweder auf der Grundlage einer gemessenen Fahrzeugbeschleunigung a_x,s durchgeführt werden, so wie dies auch im Verfahrensablauf dargestellt ist. Möglich ist aber auch die Berücksichtigung einer Fahrzeugbeschleunigung, die nicht auf einer Messung beruht, sondern aus einem Fahrzeugmodell gewonnen wird. Da jedoch der berechnete Wert mit einer größeren Unsicherheit behaftet ist, muss eine Anpassung über die Höhe des Grenzwertes Δa_x erfolgen, der bei gemessenen Längsbeschleunigungen kleiner sein kann als bei berechneten Längsbeschleunigungen.
• Im Verfahrensschritt 3 werden in einem rekursiven Algorithmus verschiedene Größen berechnet, die erforderlich sind, um die Referenzgeschwindigkeit v_ref bestimmen zu können. Es handelt sich hierbei, wie vorbeschrieben, um den Geschwindigkeitsvergleichswert v_x,s, den Beschleunigungs-Offset a_x,off,s, den Beschleunigungsreferenzwert a_x,ref, die limitierte Fahrzeuglängsbeschleunigung a_x,ref,L sowie die Modellreferenzgeschwindigkeit v_ref,0. Bei Kenntnis dieser Größen kann schließlich die Referenzgeschwindigkeit v_ref einschließlich der Gradientenbegrenzung ermittelt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung einer Referenzgeschwindigkeit (v_ref) in einem Fahrzeug, bei dem eine modellbasierte Modellreferenzgeschwindigkeit (v_ref,0) mit einer aus Messgrößen bestimmten Korrekturgeschwindigkeit (v_corr) verglichen und die Referenzgeschwindigkeit (v_ref) auf den kleineren Wert von Modellreferenzgeschwindigkeit (v_ref,0) und Korrekturgeschwindigkeit (v_corr) gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus Messgrößen eine Radstützgeschwindigkeit (v_supp) und eine Fahrzeuglängsbeschleunigung (a_x,ref,L) bestimmt wird und die Korrekturgeschwindigkeit (v_corr) aus der Radstützgeschwindigkeit (v_supp) und der Fahrzeuglängsbeschleunigung (a_x,ref,L) berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radstützgeschwindigkeit (v_supp) aus einer gemessenen Radgeschwindigkeit (v₁, v₂, v₃, v₄) mindestens eines Fahrzeugrads bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturgeschwindigkeit (v_corr) aus dem Zusammenhang $$v_{corr}=v_{Supp}+T_0\cdot a_{x,ref,L}$$

   

   bestimmt wird, wobei T₀ eine Abtastzeit bezeichnet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuglängsbeschleunigung (a_x,ref,L) aus dem größeren Wert eines aus Messgrößen bestimmten Beschleunigungsreferenzwerts (a_x,ref) und eines Parameters (P_ax) bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter (P_ax) vom kleinsten Reibwert zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrbahn abhängt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungsreferenzwert (a_x,ref) aus einem gemessenen Beschleunigungswert (a_x,s) und einem hinzuaddierten Beschleunigungs-Offset (a_x,off,s) bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Offset (a_x,off,s) in Abhängigkeit der Differenz von der Radstützgeschwindigkeit (v_supp) und einem Geschwindigkeitsvergleichswert (v_x,s) bestimmt wird, der vom gemessenen Beschleunigungswert (a_x,s) abhängt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungs-Offset (a_x,off,s) auf einen Maximalwert begrenzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellreferenzgeschwindigkeit (v_ref,0) aus einer modellbasierten Längsbeschleunigung (a_x,mod) und mindestens einer gemessenen Radgeschwindigkeit (v₁, v₂, v₃, v₄) bzw. einer daraus abgeleiteten Größe (v_supp) bestimmt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Berücksichtigung der Korrekturgeschwindigkeit (v_corr) bei der Ermittlung der Referenzgeschwindigkeit (v_ref) auf eine definierte Zeitspanne begrenzt ist.

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