DE102009045305B4

DE102009045305B4 - Verfahren zur Ermittlung einer Drehrichtung eines rotierenden Körpers und Radsensormodul

Info

Publication number: DE102009045305B4
Application number: DE102009045305.9A
Authority: DE
Inventors: Dominik Geisler; Axel Wenzler; Markus Brockmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2029-10-03
Also published as: US8751190B2; US20110082663A1; DE102009045305A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Drehrichtung (di) eines rotierenden Körpers, insbesondere eines Fahrzeugrades (1) oder einer Welle, bei dem in mehreren (N) Messungen jeweils eine Drehrichtung (di, i= 1,„N) und eine die Drehfrequenz (fi, i= 1,„N) des rotierenden Körpers (1) wiedergebende Drehgeschwindigkeitsgröße (fi, ωi) ermittelt wird, die Drehgeschwindigkeitsgrößen (fi, ωi) der mehreren Messungen miteinander verglichen werden, und aus den ermittelten Drehrichtungen (di) und dem Vergleich der Drehgeschwindigkeitsgrößen (fi, ωi) eine Drehrichtung (d) des rotierenden Körpers (1) ermittelt oder eine ermittelte Drehrichtung (d) überprüft wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung, insbesondere zur Plausibilisierung oder Verifikation, einer Drehrichtung eines rotierenden Körpers, insbesondere eines Fahrzeugrades oder einer Welle.
Stand der Technik
Zur Ermittlung der Drehrichtung und/oder der Drehgeschwindigkeit rotierender bzw. sich drehender Systeme ist der Einsatz von Beschleunigungssensoren bekannt. Insbesondere werden in Fahrzeugrädern Radsensormodule eingesetzt, die unterschiedliche Messgrößen erfassen, z. B. den Reifenluftdruck, eine Temperatur und die Beschleunigungen selbst, und diese Messgrößen oder einen Teil dieser Messgrößen über eine Sendeeinrichtung an einen Empfänger an der Fahrzeugkarosserie übertragen. Hierbei ist zum Teil vorgesehen, dass die Radsensormodule selbst keine Daten mit Lokalisierungsinformationen empfangen und auch keine Daten vom Fahrzeug derart gesendet werden, dass aus der Empfangscharakteristik der Elektronik deren Position am Fahrzeug zu erkennen ist. Die Position am Fahrzeug ist auch nicht durch Programmierung der Radelektronik bekannt. Somit ist bei derartigen Systemen vorgesehen, dass das Radsensormodul selbst die Drehrichtung ermittelt und aus der Drehrichtung festgestellt werden kann, ob sich das Fahrzeugrad links oder rechts am Fahrzeug befindet.
Aus der DE 10 2007 046 308 A1 ist es bekannt, Beschleunigungssensoren am Fahrzeugrad in Tangentialrichtung mit 90° Phasenversatz anzubringen, so dass die Beschleunigungssensoren jeweils das Produkt aus der Gravitationsbeschleunigung und der Sinusfunktion bzw. Cosinusfunktion eines die Drehposition des Fahrzeugrades bestimmenden Winkels wiedergeben. Je nach Vorzeichen des Phasenversatzes bei der Drehbewegung kann somit auf die Drehrichtung geschlossen werden; zur Auswertung der ermittelten Phasendifferenzen wird ein Nonius-Verfahren herangezogen. Zusätzlich zur Drehrichtung wird weiterhin auch die Drehgeschwindigkeit bzw. Drehfrequenz des Fahrzeugrades ermittelt.
Eine derartige indirekte Ermittlung der Drehrichtung aus ermittelten Phasendifferenzen und Zuordnung der Phasendifferenzen zu einer Sinus- und CosinusFunktion bzw. zwei phasenverschobenen Sinusfunktionen ist jedoch nicht immer eindeutig, auch nicht nach Abzug der Offsets der Signale. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Messsignale von einem reinen Sinus/Cosinus abweichen, z.B. durch einen rauen Untergrund oder eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Es zeigt sich, dass bei mehreren Messungen und entsprechenden Auswertungen durch Zuordnung der Phasendifferenz zu einer Drehrichtung zum Teil widersprüchliche Ergebnisse der ermittelten Drehrichtung auftreten können.
Die Anbringung von zwei Sensoreinrichtungen am Rad mit 90° Phasenversatz ermöglicht zwar reine Tangentialbeschleunigungs-Messungen ohne Beitrag der Zentrifugalbeschleunigung; sie ist aber aufwendig und kostenträchtig. Bei Verwendung von Beschleunigungssensoren mit anderen Detektionsrichtungen ist eine Radialbeschleunigungskomponente zu berücksichtigen, die bei drehendem Fahrzeugrad insbesondere durch die Zentrifugalkraft bestimmt wird. Der Zentrifugalanteil der Beschleunigungswerte kann durch Abziehen eines Mittelwertes oder Bestimmung eines linearen oder polynomalen Fits aus den Quelldaten herausgerechnet werden.
Die DE 603 08 213 T2 zeigt eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugrades, die insbesondere bei einem Reifendruck-Sensormodul einsetzbar ist. Die Vorrichtung weist zwei Beschleunigungssensoren auf, deren Detektionsrichtungen jeweils eine Komponente in der senkrechten Ebene mit einer Winkelversetzung von 0° und 180° aufweisen. Auch bei diesem System wird die Phasenverschiebung zwischen den gemessenen Beschleunigungssignalen ermittelt und hieraus die Drehrichtung des Fahrzeugrades bestimmt, woraus das Rad am Fahrzeug lokalisiert werden kann.
Die WO 2005/069993 A2 beschreibt ein Reifensensormodul für Fahrzeugräder, das ein Paar von Bewegungssensoren aufweist, aus deren Messsignalen eine Position des Fahrzeugreifens ermittelt wird, wobei drahtlose Signale an eine Empfangseinrichtung am Fahrzeug abgegeben werden.
Aus der Schrift DE 10 2005 018 107 B3 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Drehrichtung eines rotierenden Körpers um seine Drehachse bekannt. Hierzu werden die Beschleunigungssignale x und y wenigstens eines Beschleunigungssensors verwendet. Ein weiteres Verfahren zur Drehrichtungserfassung mittels zweiter Beschleunigungsmesser ist aus der DE 600 27 558 T2 bekannt.
Ein Verfahren zur Bestimmung der Drehzahl eines Rades an einem Fahrzeug mittels Beschleunigungssignalen ist aus der DE 100 12 458 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden zunächst in mehreren Messungen die Drehrichtung und eine Drehgeschwindigkeitsgröße ermittelt, und nachfolgend diese Messungen miteinander verglichen, wobei auch die ermittelten Drehgeschwindigkeitsgrößen miteinander verglichen werden. Auf Grundlage dieses Vergleichs wird nachfolgend eine resultierende Drehrichtung ermittelt. Diese erfindungsgemäße Ermittlung kann insbesondere eine Verifizierung bzw. Plausibilisierung, d.h. eine Überprüfung einer zuvor ermittelten Drehrichtung sein.
Erfindungsgemäß wird unter einer Drehgeschwindigkeitsgröße eine physikalische Größe verstanden, die die Drehfrequenz bzw. Drehzahl oder die Winkelgeschwindigkeit des Körpers wiedergibt; dies kann insbesondere die Drehfrequenz f, oder die Winkelgeschwindigkeit bzw. Kreisfrequenz ω= 2πf sein.
Somit wird eine Verifikation der Drehrichtung aus mehreren Messungen ermöglicht, wobei nicht lediglich die in den Messungen ermittelten jeweiligen Drehrichtungen selbst, sondern auch die hierbei ermittelten Drehgeschwindigkeitsgrößen herangezogen werden. Erfindungsgemäß wird hierdurch eine höhere Genauigkeit und somit Sicherheit ermöglicht. Die Übertragung falsch ermittelter Daten kann ganz oder weitgehend verhindert werden. Falls festgestellt wird, dass eine vorherige Messung bzw. einige vorherige Messungen bereits korrekt waren, da die ermittelten Drehrichtungen verifiziert werden konnten, kann erfindungsgemäß eine Wiederholung der Messungen entfallen.
Neben der ermittelten Drehrichtung kann zusätzlich die ermittelte Drehfrequenz und/oder die bei der Plausibilisierung geschätzte Sicherheit der Korrektheit des Ergebnisses übertragen werden.
Erfindungsgemäß kann die Bestimmung der Drehrichtungen und Drehfrequenzen aus den mehreren Messwerten mittels einer Nonius-Funktion erfolgen, z. B. gemäß der DE 10 2007 046 308 A1 , bei der die Ermittlung der Drehfrequenzen bereits Teil des Verfahrens der Drehrichtungsbestimmung ist. Da die Messwerte der Drehfrequenzen somit bereits bekannt sind, ist der erfindungsgemäße Zusatzaufwand gering.
Erfindungsgemäß kann grundsätzlich jeder rotierende Körper untersucht werden; insbesondere kann ein Fahrzeugrad oder eine Welle überprüft werden.
Das erfindungsgemäße Sensormodul weist eine Beschleunigungssensoreinrichtung zur Messung von Beschleunigungswerten in unterschiedlichen Detektionsrichtungen und/oder unterschiedlichen Positionen an dem drehbaren Körper auf; es kann insbesondere ein Radsensormodul für ein Fahrzeugrad sein, das z. B. an der Felge, insbesondere im Bereich des Ventils vorgesehen sein kann, wobei grundsätzlich auch eine Anordnung in der Lauffläche eines Reifens möglich ist. Die Beschleunigungssensoreinrichtung kann z. B. durch ein zweiachsiges Sensorsystem bzw. durch zwei unter einem Winkel angebrachte Beschleunigungssensoren ausgebildet werden, z. B. mit einem Sensor in Tangentialrichtung bzw. Laufrichtung des Reifens und dem anderen Sensor in einer anderen Richtung, z. B. Radialrichtung, so dass ein Phasenversatz von 90° oder einem anderen Winkel gegeben ist und die gemessenen Komponenten der Gravitationsbeschleunigung als Sinus und Kosinus eines Phasenwinkels der Gravitation dargestellt werden können, wobei die Zentrifugalbeschleunigung herauszurechnen ist. Weiterhin ist auch z. B. die Verwendung von zwei in Umfangsrichtung beabstandeten Tangential- Beschleunigungssensoren möglich.
Erfindungsgemäß können gemäß einer Ausführungsform mehrere Messungen innerhalb eines hinreichend kurzen Zeitraumes aufgenommen werden, so dass angenommen werden kann, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit sich nicht schlagartig ändern wird und sich die Drehfrequenzen der Räder somit entsprechend ähneln müssen und die Drehrichtung unverändert bleibt. Somit können durch einen geeigneten Vergleich der mehreren Messungen falsche Ermittlungen aussortiert und lediglich die richtigen Messungen herangezogen werden. Hierbei kann die Überprüfung insbesondere durch Vergleich der Drehgeschwindigkeitsgrößen der mehreren Messungen erfolgen, wobei z. B. statistische Auswerteverfahren herangezogen werden können. Hierbei sind z. B. Bewertungen der Messungen mit Bewertungspunkten bzw. Bewertungszahlen, oder auch eine Diskretisierung des relevanten Frequenzspektrums der Messungen und Bewertung der diskretisierten Frequenzen möglich. Hierbei kann die gewählte Bewertungsfunktion z.B. je nach geschätzter Geschwindigkeit oder Signalqualität ausgewählt oder unterschiedlich parametrisiert werden
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann aus vorherigen Messungen eine Beziehung zwischen der zu ermittelnden Radialbeschleunigung und der ermittelten Kreisfrequenz bzw. Drehfrequenz des Rades ermittelt werden. Hierbei kann z. B. ein Proportionalitätsfaktor des Verhältnisses zwischen der Radialbeschleunigung und dem Quadrat der Kreisfrequenz bzw. Drehfrequenz ermittelt werden, der somit für weitere Messungen zur Verifikation herangezogen werden kann.
Erfindungsgemäß können bei der Auswertung Messungen mit positiver und negativer Drehrichtung getrennt voneinander bewertet werden, oder auch gleich behandelt werden.
Das erfindungsgemäße Sensormodul, insbesondere Radsensormodul, kann autark sein und lediglich Daten zu einer Empfangseinrichtung, z. B. an einer Karosserie eines Fahrzeugs, übertragen. Als Sensoren können AMR (Anisotropie Magnet Resistance)- oder GMR (Giant Magneto Resistance)- Sensoren, weiterhin Hallsensoren sowie optische oder mikromechanische Geber eingesetzt werden. Das Radsensormodul kann z. B. einen Reifenluftdruck und/oder eine Temperatur messen und diese Werte zusammen mit den ermittelten Werten der Drehzahl und/oder Drehfrequenz als drahtloses Signal ausgeben.
Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Computerprogramm vorgesehen, das computerausführbare Anweisungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem Rechner aufweist. Weiterhin ist ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Programm auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Darstellung eines Fahrzeugrades mit zwei Beschleunigungssensoren;
2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 die Darstellung der Drehrichtung und Drehfrequenz mehrerer Messungen in einem Diagramm;
4 ein Flussdiagramm eines in 2 verwendbaren Verfahrens gemäß einer Ausführungsform;
5 ein Flussdiagramm eines in 2 einsetzbaren Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 eine der 3 entsprechende Darstellung mit einer erfindungsgemäßen Bewertung gemäß a) 4 und b) 5;
7 ein Flussdiagramm eines in 2 einsetzbaren Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8 ein Blockschaltbild des Sensormoduls.

Beschreibung der Ausführungsformen
In 1 ist schematisch ein Fahrzeugrad 1 dargestellt, das auf einem Untergrund 2 abrollt. An oder in dem Fahrzeugrad 1 ist ein Radsensormodul 5 vorgesehen, das zwei in einem Abstand r vom Radmittelpunkt beabstandete Beschleunigungssensoren 3, 4 und gemäß dem schematischen Aufbau der 8 eine Steuereinrichtung 7, eine Sendeeinrichtung 8 zum Aussenden von drahtlosen Signalen S1 sowie ein Sensorgehäuse 9 aufweist. Eine Detektionsrichtung 3a des ersten Beschleunigungssensors 3 verläuft in Tangentialrichtung, eine Detektionsrichtung 4a des zweiten Beschleunigungssensors 4 in Radialrichtung. Die Beschleunigungssensoren 3, 4 können insbesondere an einer Reifenfelge, z.B. am Ventil des Fahrzeugrades 1 angebracht sein. Der erste Beschleunigungssensor 3 misst eine Beschleunigung a3, die sich zusammensetzt aus einer Komponente der Gravitationsbeschleunigung g und gegebenenfalls einer Beschleunigung in Umfangsrichtung, d.h. einer zeitlichen Änderung des Betrages der Bahngeschwindigkeit v= r * ω, wobei ω = dφ/dt die Drehgeschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit) ist. Hierbei misst der erste Beschleunigungssensor 3 als Komponente der Gravitationsbeschleunigung g einen Wert g*cos φ, mit φ als eingezeichnetem Phasenwinkel der Kreisposition gegenüber der Horizontalen; der dynamische Beitrag r*dω/dt durch die Änderung der Drehgeschwindigkeit ist gering und kann ggf. später aus der Kenntnis der verschiedenen ermittelten Werten von ω oder aus der Änderung der Zentrifugalbeschleunigung ermittelt werden.
Der zweite Beschleunigungssensor 4 misst eine Beschleunigung a4, die sich aus der Zentrifugalbeschleunigung az = r*ω² und der Gravitationskomponente g * sin(-φ) zusammensetzt.
Die aus den beiden Messsignalen a3 und a4 ermittelten Gravitationskomponenten bilden somit Funktionen der Form cos φ und sin (-φ), d.h. entsprechend sin φ und cos φ, so dass sie einen Phasenversatz von 90° oder π/2 aufweisen, oder auch einem anderem Wert. Alternativ zu 1 kann auch ein System gemäß der DE 10 2007 046 308 A1 verwendet werden, d.h. mit zwei im oder am Fahrzeugrad 1 um 90° in Umfangsrichtung versetzt angebrachten und jeweils in Tangentialrichtung ausgerichteten Beschleunigungssensoren; bei einem derartigen System tritt keine relevante Zentrifugalbeschleunigung auf, es sind jedoch zwei getrennte Sensoren erforderlich.
Erfindungsgemäß werden zunächst mehrere Messungen für verschiedene Phasenwinkel φi, mit i= 1, 2,... vorgenommen, wobei φ aus den Signalen x = cos φ und y = sin φ durch eine Arcustangensfunktion oder eine Annäherung dieser Funktion berechnet wird. Entsprechend z. B. dem in der DE 10 2007 046 308 A1 beschriebenen Verfahren kann an Hand der Winkelinformationen die Drehrichtung di und die Drehgeschwindigkeit ωi ermittelt werden; dies kann insbesondere mittels eines Noniusverfahrens erfolgen. Die Frequenz- und Phaseninformationen könnten allerdings auch z.B. mittels einer Fourier-Transformation oder einer Fast-Fourier-Transformation ermittelt werden. Auch kann die Rotationsfrequenz und -Richtung ermittelt und mit dem beschriebenen Verfahren plausibilisiert werden.
2 gibt zunächst allgemein ein Flussdiagramm eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens wieder, das grundsätzlich vollständig in dem Sensormodul 5, d.h. insbesondere in der Steuereinrichtung 7, durchgeführt werden kann. Das Verfahren wird in Schritt St0 gestartet, z.B. bei Erkennen einer Drehbewegung des Fahrzeugrades 1 durch die Beschleunigungssensoren 3, 4, wodurch das Sensormodul 5 von einem Stand-By-Modus in den Rechenmodus geschaltet wird. Nachfolgend werden in Schritt St1 mehrere aufeinander folgende Messungen vorgenommen, d.h. es werden für verschiedene Phasenwerte φi, i=1, 2, 3... Messungen mittels der Beschleunigungssensoren 3, 4 durchgeführt und weiterhin aus den Messwerten jeweils gemäß z.B. dem in der DE 10 2007 046 308 A1 beschriebenen Verfahren Werte für die Drehgeschwindigkeit ωi und die Drehrichtung di ermittelt. Grundsätzlich ist eine Betrachtung der Drehgeschwindigkeit (Kreisfrequenz, Winkelgeschwindigkeit) ωi oder der Drehzahl bzw. Drehfrequenz fi = ωi/(2π) gleichwertig; es können erfindungsgemäß auch andere Drehgeschwindigkeitsgrößen, die eineindeutig mit f bzw. ω zusammen hängen, betrachtet werden.
Nachfolgend werden in Schritt St2 Verifikationsverfahren und/oder Auswerteverfahren gemäß alternativer Ausführungsformen durchgeführt, von denen nachfolgend gemäß den 4 bis 7 verschiedene Beispiele gezeigt sind, die jeweils in den Block des Schritt St2 einzusetzen sind.
Nachfolgend wird in Schritt St3 die erfindungsgemäße Ermittlung der Drehrichtung d durchgeführt, insbesondere durch Plausibilisierung.
Weiterhin kann gemäß Schritt St4 ergänzend zu der Ermittlung der Drehrichtung p auch eine Neuberechnung der Drehgeschwindigkeit ω erfolgen, wie anhand der nachfolgenden Beispiele ausgeführt wird. Anschließend kann das Verfahren vor den Schritt St1 zurückgesetzt werden, so dass es gemäß der Schleife von 2 fortlaufend durchgeführt werden kann.
In Schritt St2 wird ein Vergleich der Drehgeschwindigkeiten ωi bzw. der Drehzahlen fi = ωi/(2π) mehrerer Messungen miteinander durchgeführt und in Abhängigkeit dieses Vergleichs nachfolgend in Schritt St3 eine Ermittlung bzw. Plausibilisierung der ermittelten Drehrichtung d durchgeführt. Somit werden erfindungsgemäß nicht lediglich die in Schritt St1 ermittelten Drehrichtungen di der aufeinander folgenden Messungen, sondern auch die Werte ωi der Drehgeschwindigkeiten bzw. der Drehfrequenzen fi herangezogen.
3 zeigt die Verteilung von sechs Messungen von fi, di, d.h. i=1 ,...N=6 Messungen, wobei die Drehfrequenz f auf der horizontalen Achse eingezeichnet ist und nach rechts einem positiven Wert, d.h. positive Drehrichtung, entsprechend nach links eine negative Drehrichtung angibt. Somit wurden aus drei Messungen negative Drehrichtungen ermittelt, die weite relative Abstände zueinander aufweisen, und drei Messungen in positiver Drehrichtung, deren ermittelte Drehfrequenzen nahe beieinander liegen. Während z.B. alleine auf Grundlage des in der DE 10 2007 046 308 A1 ermittelten Verfahrens keine Aussage über die Drehrichtung möglich wäre, da gleich viele Messungen die positive und negative Drehrichtung anzeigen, wird erfindungsgemäß auch die Drehfrequenz f berücksichtigt. Hierbei kann erkannt werden, dass in positiver Drehrichtung drei Messungen mit gut übereinstimmender Drehfrequenzermittelt wurden, so dass durch ergänzende Hinzuziehung der Drehfrequenz f eine Verifikation der positiven Drehrichtung erfolgen kann, wohingegen die Messungen in negativer Drehrichtung aufgrund deutlich unterschiedlicher Drehfrequenzen f als falsch verifiziert werden können.
Gemäß einem ersten Verfahren werden die Drehrichtung di und Drehfrequenz fi jeweils mehrmals kurz hintereinander bzw. in einem hinreichend kleinen Zeitraum hintereinander ermittelt.
Für diese verschiedene Berechnungen kann ein komplett neuer Satz an Messdaten benutzt werden, es kann aber auch eine Überlappung der Verwendung der Messwerte stattfinden, d.h. für eine neue Frequenzberechnung werden einige der aufgenommenen Beschleunigungswerte wiederverwendet.
Dem liegt die erfindungsgemäße Überlegung zugrunde, dass sich im Allgemeinen die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges und somit die Drehfrequenz fi nicht schlagartig ändern wird und somit in einem hinreichend kleinen Zeitraum sich die ermittelten Drehfrequenz fi ähneln werden. Durch Vergleich der Messergebnisse in einem hinreichend kleinen Zeitraum können somit falsche Berechnungen aussortiert werden. Der hierfür relevante Zeitraum kann dabei größer als die Drehdauer T=1/f = 1/(2 π ω) des Fahrzeugrades 1 sein, er kann z. B. einige Sekunden betragen. Erfindungsgemäß wird erkannt, dass das Fahrzeug eine relativ hohe Masse besitzt und die Drehzahl f der Räder zunächst von der Fahrgeschwindigkeit abhängt, wenn kein Schlupf oder Blockieren der Räder vorliegt.
Im Falle eines Regeleingriffs an den Fahrzeugrädern 1, z.B. einer Bremsregelung oder Antriebschlupfregelung, kann dieses erste Verfahren zu Falschaussagen führen. Dies ist grundsätzlich jedoch nicht erheblich, da dann in beiden Drehrichtungen, d.h. in 3 nach links und rechts, eine derartige Falschaussage ermittelt wird und somit erkannt wird, dass aufgrund der derzeitigen Fahrsituation bzw. Reifenkontaktsituation keine Ermittlung der Drehrichtung möglich ist, und erst nachfolgend bei Erreichen eines hinreichend stabilen Fahrzustandes wieder die Drehrichtung ermittelt wird.
Erfindungsgemäß sind unterschiedliche Implementierungen dieser Ausführungsform möglich, um die Werte der Drehfrequenz bzw. deren Verteilung zu beurteilen. Nachfolgend werden zwei unterschiedliche Implementierungsbeispiele erläutert, die entsprechend Schritte St2 bzw. St2 und St3 in 2 darstellen.
Implementierungsbeispiel 1:
Es wird die beste der in den Messungen gemessenen Drehfrequenz fi ermittelt. Dies kann insbesondere durch eine statistische Auswertung oder Gewichtung erfolgenden. Gemäß dem in 4 gezeigten Beispiel kann insbesondere für jede ermittelte Frequenz fn = ωn/(2π) die der Betrag d_n,m der Differenz zu den anderen m errechneten Frequenzen der weiteren Messpunkte bestimmt werden. Jede Distanz bzw. Differenz d_n,m wird vorteilhafterweise anhand einer Bewertungsfunktion B(d_n,m) mit Bewertungspunkten bewertet. Beispielsweise kann eine Differenz d_n,m < 1 Hz mit drei Bewertungspunkten, eine Differenz d_n,m < 2 Hz mit zwei Bewertungspunkten und eine Differenz > 2 Hz mit 0 Bewertungspunkten bewertet werden. Für jede Frequenz fn wird die Summe Sn aller Bewertungspunkte der Differenzen zu den weiteren Frequenzen ermittelt, d.h. $S n = \sum_{m} B (d_{n m})$
ermittelt. Dann wird die Drehfrequenz fn mit der höchste Summe Sn ermittelt. Anhand der Höhe von Sn kann zusätzlich die Wahrscheinlichkeit abgeschätzt werden, ob diese Frequenz tatsächlich richtig ist; weiterhin kann ein Minimalwert für Sn festgelegt werden, sodass Sn diesen Minimalwert erreichen oder überschreiten muss, um als signifikante Messung angesehen zu werden, wodurch z. B. ein Blockier- oder Schlupfzustand ausgeschlossen werden kann.
Auch ein möglicher Fehlschluss der Drehrichtung und/oder -Frequenz aufgrund stark beeinträchtigter Messdaten durch einen rauen Untergrund kann erkannt werden.
4 zeigt eine derartige Implementierung als Schleife mit den Parametern n und m, wobei Schritt St5 sich an Schritt St1 aus 2 anschließt. Für alle fn mit n= 1,.. N, wobei in 3 N=6 ist, werden in Schritt St5 die Parameter n und m auf 1 und die Summen Sn auf gleich gesetzt. Nachfolgend kann optional Schritt St6 durchgeführt werden, wobei überprüft wird, ob n ≠m ist, und in diesem Fall die Differenz d_n,m = | fn - fm I berechnet und nachfolgend der Wert der Bewertungsfunktion B ermittelt, und der Summenwert Sn um diesen Bewertungswert B(d_n,m) erhöht wird. Dieser Schritt St6 kann aber grundsätzlich auch entfallen. Die Entscheidungsschritte St7, St8 mit den Verzweigungen y für ja und n für nein bilden zusammen mit den Inkrementierungen St8, St10 die vollständige Schleife aus, so dass nachfolgend in Schritt St11 die Drehfrequenz fn mit der höchsten Summe Sn ermittelt werden kann, wobei dieser höchste Wert Sn auch die Zuverlässigkeit des Ergebnisses wiedergibt.
Implementierungsbeispiel 2:
Diese Implementierung gemäß 5 ist vom Grundsatz her ähnlich wie das erste Implementierungsbeispiel der 4; allerdings werden nicht die errechneten Frequenzen mit Punkten bewertet, sondern es wird in Schritt St12 das gesamte relevante Frequenzspektrum diskretisiert, d.h. in diskrete Frequenzbereiche fd, für i = 1 bis Z unterteilt. Anschließend werden in Schritt St13 alle diskretisierten Frequenzen fd, mit Bewertungspunkten mindestens einer Bewertungsfunktion B(fd_i) bewertet, die z. B. der oben mit Bezug zu 4 beschriebenen Funktion entsprechen oder eine andere Gewichtung aufweisen kann. Dann wird in Schritt St14 diejenige diskretisierte Frequenz fd, als beste ermittelt, deren Summe Si den höchsten Wert hat. Somit kann bei diesem Implementierungsbeispiel anders als bei dem oben beschriebenen ersten Implementierungsbeispiel als beste Frequenz also auch eine Frequenz fd, ermittelt werden, die nicht in einer der Messungen errechnet wurde.
6 zeigt im oberen Diagramm a das erste Implementierungsbeispiel der 4 und im unteren Diagramm b das zweite Implementierungsbeispiel der 5 . Gemäß der Darstellung 6,a werden die in 3 gezeigten Messungen mit Bewertungspunkten der Bewertungsfunktion B bewertet, wobei die weit auseinander liegenden Frequenzen mit negativer Drehrichtung hier die Gesamtpunktzahl 0 erhalten. Die drei in positiver Drehrichtung liegenden Messungen erhalten hohe Gesamtpunktzahlen, nämlich S= 5, 6 und 5. Die mittlere dieser drei Messungen erhält hierbei die höchste Gesamtpunktzahl und ist somit die vorteilhafte Frequenz. Somit wird zum einen die positive Drehrichtung bestätigt, und weiterhin als beste ermittelte Drehfrequenz die mittlere Messung bei der positiven Drehrichtung ermittelt.
Gemäß dem Diagramm b der 6 sind einige diskretisierte Frequenzen fd, beispielhaft eingezeichnet. Diejenigen diskretisierten Frequenzen fd_i die von den ermittelten Frequenzwerten der Messungen weiter entfernt liegen, erhalten die Gesamtpunktzahl 0 und sind somit nicht weiter dargestellt. Bei den drei Messwerten der negativen Drehrichtung weisen z. B. die diskretisierten Frequenzen fd_i), in denen ein einziger Messwert liegt, die Gesamtpunktzahl S = 2 auf, die jeweils benachbarten bzw. übernächsten diskretisierten Frequenzen fd_i+1 und fd_i+2 erhalten eine Gesamtpunktzahl von z. B. S = 1. In der positiven Drehrichtung erhalten -je nach Gewichtung der Bewertungsfunktion - z. B. die drei diskretisierten Frequenzen fd_i, in denen jeweils ein Messwert liegt, die Gesamtpunktzahl S = 5, die benachbarten diskretisierten Frequenzen fd_n entsprechend weniger.
Gemäß einer schematisch in 7 gezeigten zweiten Ausführungsform können die ermittelten Beschleunigungswerte aufgrund vorheriger Messungen quantitativ bewertet werden. Hierbei kann insbesondere der Wert der Zentrifugalbeschleunigung az ermittelt werden, der gemäß der Formel az = × ω² von der Kreisfrequenz ω = 2 π f und einem Proportionalitätsfaktor x abhängt. Das Messsignal a4 des zweiten Beschleunigungssensors 4 setzt sich hierbei aus der Zentrifugalbeschleunigung az und der oben genannten Gravitationskomponente g * sin(-φ) zusammen, die bei höheren Drehfrequenzen nicht mehr erheblich ist. Erfindungsgemäß können die beiden Komponenten des ermittelten Radialbeschleunigungs-Messwertes a4 iterativ ermittelt und korrigiert werden. Der Proportionalitätsfaktor x ist hierbei abhängig vom Radialabstand r, d.h. z. B. dem Felgendurchmesser, und der exakten Anordnung des Radialbeschleunigungssensors auf der Felge, d. h. insbesondere dem Winkel seiner Messrichtung gegenüber der Radialrichtung. Somit kann der Proportionalitätsfaktor nur innerhalb gewisser Grenzen liegen und in dem Sensormodul selbst ermittelt werden, indem die ermittelte Drehfrequenz f bzw. Kreisfrequenz ω und die Zentrifugalbeschleunigung az mehrerer Messungen (azi, i= 1, 2,..) miteinander verglichen werden.
Somit wird gemäß dieser zweiten Ausführungsform in Schritt St15 zunächst der Proportionalitätsfaktor x aus mehreren Messungen ermittelt; bei dieser ersten Ermittlung kann z. B. die mit Bezug zur 4 bis 6 beschriebene erste Ausführungsform herangezogen werden.
Nachfolgend können in Schritt St16 künftige Messungen bezüglich der Drehrichtung und Drehfrequenz verifiziert werden. Hierzu kann zunächst aus einer gemessenen Zentrifugalbeschleunigung az die entsprechende Drehfrequenz ωz ermittelt wird gemäß der Formel $ω z = {(az / x)}^{1 / 2}$
Dann kann überprüft wird, ob eine Differenz zwischen dem berechneten Wert ωz und dem Betrag |ωn| des nach dem oben beschriebenen Verfahren 1 ermittelten Werts ωn hinreichend klein ist. Hierzu kann vorteilhafterweise eine Bewertungsfunktion D eingeführt werden, die den Abstand, d.h. die Differenz zwischen ωz und |ωn| bewertet. Diese Bewertungsfunktion D kann sukzessive den Ergebniswert Si verändern bzw. manipulieren, z. B. durch Addition oder Multiplikation.
Diese Berechnung und Bewertung kann somit auch in die Gesamtwertung eingehen. Somit kann die oben beschriebene Summe Sn entsprechend geändert werden. Mit der Summe Sn (z. B. n=4, d.h. S4) vor der aktuellen Verifikation kann sich dann gemäß einer Ausbildung für S(n+1) (somit z. B. S5) ergeben: $S5 = S4 * D (| w_n | - w_z)$
bei einer multiplikativen.Korrecktur.
Hierbei wird erfindungsgemäß eine Betragsbildung vor der Bewertung durchgeführt, da aus der Zentrifugalbeschleunigung selbst das Vorzeichen nicht ermittelt wird.
Eine mögliche Bewertungsfunktion D kann z. B. überprüfen, ob die Differenz innerhalb akzeptabler Toleranzgrenzen liegt, z. B. D(x)=1 für -delta w < x < delta_w, und D(x)=0 für sonstige x.
Bei der zweiten Ausführungsform ist hierbei vorteilhaft, dass bei dem in der DE 10 2007 046 308 A1 beschriebenen Verfahren bei einer falschen Ermittlung der Drehrichtung typischerweise auch die Drehfrequenz f bzw. Kreisfrequenz ω falsch ermittelt wird. Somit kann bei Verifikation der Drehfrequenz f wiederum auf eine korrekte Drehrichtung geschlossen werden. Somit sind Fehlmessungen anhand der sehr genau messbaren Zentrifugalbeschleunigung az sofort zu erkennen und ggf. zu verwerfen. Insbesondere ist bei dem in der DE 10 2007 046 308 A1 beschriebenen Verfahren aufgrund der nicht linearen Eigenschaft im Falle einer Fehlmessung der Fehler in der Drehfrequenz f, so dass die Plausibilisierung gemäß der zweiten Ausführungsform erleichtert wird.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Drehrichtung (di) eines rotierenden Körpers, insbesondere eines Fahrzeugrades (1) oder einer Welle, bei dem in mehreren (N) Messungen jeweils eine Drehrichtung (di, i= 1,„N) und eine die Drehfrequenz (fi, i= 1,„N) des rotierenden Körpers (1) wiedergebende Drehgeschwindigkeitsgröße (fi, ωi) ermittelt wird, die Drehgeschwindigkeitsgrößen (fi, ωi) der mehreren Messungen miteinander verglichen werden, und aus den ermittelten Drehrichtungen (di) und dem Vergleich der Drehgeschwindigkeitsgrößen (fi, ωi) eine Drehrichtung (d) des rotierenden Körpers (1) ermittelt oder eine ermittelte Drehrichtung (d) überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Messungen jeweils mittels mindestens zwei Beschleunigungssensoren (3, 4) Messwerte (a3, a4) ausgegeben werden, wobei die Beschleunigungssensoren (3, 4) eine Gravitationsbeschleunigung (g) unter einem Phasenversatz (90°) messen, und aus den mindestens zwei Messwerten (a3, a4) jeweils eine Drehgeschwindigkeitsgröße (fi) und eine Drehrichtung (di) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Vergleich auch die ermittelten Drehrichtungen (di) miteinander verglichen werden, und weiterhin eine Drehgeschwindigkeitsgröße (f, ω) des rotierenden Körpers (1) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu mehreren innerhalb eines Zeitraums aufgenommenen Messungen Abstände (dm,n) der ermittelten Drehgeschwindigkeitsgrößen (fi, ωi) relativ zueinander und/oder Abstände (dm,n) zu weiteren Hilfs-Drehgeschwindigkeitsgrößen (dfi) ermittelt und bewertet werden und die Drehrichtung des Körpers (1) in Abhängigkeit dieser Bewertung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bewertung eine beste oder signifikanteste Drehgeschwindigkeitsgröße (fn, ωn) ermittelt wird und die der besten oder signifikantesten Drehgeschwindigkeitsgröße (fn, ωn) zugeordnete Drehrichtung (dn) als überprüfte oder verifizierte Drehrichtung genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der besten oder signifikantesten Drehgeschwindigkeitsgröße (fn, ωn) durch eine Bewertungsfunktion (B(dm,n)), die den Abständen (dm,n) Bewertungsgrößen zuordnet, und/oder durch mathematische oder statistische Verarbeitung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungsfunktion den Abständen (dm,n) der Drehgeschwindigkeitsgrößen (fn, ωn) jeweils Bewertungsgrößen (B(dm,n)) zuordnet, die für geringere Abstände (dm,n) bessere oder signifikantere Bewertungen darstellen, und für jede ermittelte Drehgeschwindigkeitsgröße (ni, ωn) und/oder für jede Hilfs- Drehgeschwindigkeitsgröße (dfi) eine Summe (Sn) der Bewertungsgrößen (B(dm,n)) der Abstände gebildet wird, und aus der Summe (Sn) eine beste oder signifikantere Drehgeschwindigkeitsgröße (fn, ωn; dfi) ermittelt wird, deren Drehrichtung (dn) als ermittelte oder überprüfte Drehrichtung des Körpers (1) genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass den ermittelten Abständen (dm,n) in Abhängigkeit ihrer Größe nach einer Funktion oder nach mehreren Bewertungsfunktionen B(fd_i) Bewertungspunkte zugeteilt werden, und eine beste oder signifikanteste Drehgeschwindigkeitsgröße (fn, ωn; dfi) als die Drehgeschwindigkeitsgröße ermittelt wird, deren Summe der Bewertungspunkte die größte oder kleinste ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzbereich, innerhalb von dem die Drehgeschwindigkeitsgrößen (fn, ωn) der ermittelten Messungen liegen, in diskretisierte Drehgeschwindigkeitsgröße (dfi) unterteilt oder diskretisiert wird und die diskretisierten Drehgeschwindigkeitsgrößen (dfi) in Abhängigkeit von ihrem Abstand zu den ermittelten Drehgeschwindigkeitsgrößen (fi, ωi) der Messungen beurteilt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, welche wenigstens auf den Anspruch 2 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messwerte (a4) eines Beschleunigungssensors (4) Werte der Zentrifugalbeschleunigung (az) ermittelt werden und aus ersten Messungen eine Beziehung oder Funktion zwischen den ermittelten Zentrifugalbeschleunigungen (az) und Drehgeschwindigkeitsgrößen (fn, ωn) ermittelt wird, und nachfolgende Messungen mit der Beziehung oder Funktion verglichen werden und in Abhängigkeit dieses Vergleichs ermittelt wird, ob die nachfolgenden Messungen verifizierbar oder fehlerhaft sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aus den gemessenen Zentrifugalbeschleunigungen (az) und Drehgeschwindigkeitsgrößen (fn, ωn) der ersten Messungen ein Proportionalitätsfaktor (x) ermittelt wird und auf Grundlage des Proportionalitätsfaktors (x) bei den nachfolgenden Messungen überprüft wird, ob diese verifizierbar oder fehlerhaft sind.
Radsensormodul für ein Fahrzeugrad (1), wobei das Radsensormodul mindestens aufweist: eine Beschleunigungssensoreinrichtung (3, 4) zur Messung von zwei Beschleunigungen (a3, a4) in unterschiedliche Richtungen (3a, 4a) und/oder an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugrades (1) und Ausgabe von mehreren Beschleunigungs-Messwerten (a3, a4), eine Steuereinrichtung (7) zur Aufnahme der mehreren Beschleunigungs-Messwerte (a3, a4) und Ermittlung von Drehgeschwindigkeitsgrößen (fn, ωn) und Drehrichtungen (dn) des Fahrzeugrades (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) die Drehgeschwindigkeitsgrößen (fn, ωn) und die Drehrichtungen (dn) jeweils mehrmals hintereinander ermittelt und miteinander vergleicht und in Abhängigkeit des Vergleichs eine Drehrichtung (d) des Fahrzeugrades (1) ermittelt.
Radsensormodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoreinrichtung eine Tangentialbeschleunigung (a3) und eine Radialbeschleunigung (a4) misst, aus der ermittelten Radialbeschleunigung (a4) eine Zentrifugalbeschleunigung (az) herausrechnet und nachfolgend die so ermittelten Messsignale als phasenversetzte Funktionen, insbesondere Sinus- und Kosinus-Funktion einer einwirkenden Gravitationsbeschleunigung (g) heranzieht und hieraus die Drehrichtung des Fahrzeugrades (1) ermittelt.