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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Seitenwind bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Beim Durchfahren einer Seitenwindböe werden Fahrzeuge mehr oder weniger seitlich versetzt, so dass eine Lenkkorrektur seitens des Fahrers notwendig ist. Der Versatz eines Fahrzeugs hängt dabei wesentlich von seiner Fahrzeuggeometrie, der Eigengeschwindigkeit und Masse des Fahrzeugs ab. Zwar wird versucht den Einfluß des Seitenwinds durch entsprechende konstruktive Gestaltung der Fahrzeuggeometrie so gering wie möglich zu halten, allerdings ist es aus physikalischen Gründen nicht möglich, den Einfluß von Seitenwind auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs gänzlich zu beseitigen.
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So beschreibt die
EP 0 529 258 B1 die Bestimmung des Seitenwindeinflusses auf ein Kraftfahrzeug, wobei symmetrisch zueinander auf jeder Kraftfahrzeugseite ein Druckabnahmepunkt angeordnet ist und aus der gemessenen Druckdifferenz auf die auf das Fahrzeug wirkende Seitenwindkraft geschlossen und eine entsprechende Lenkwinkelkorrektur derart bewirkt wird, dass die Gierwinkeländerung des Fahrzeugs wieder gegen Null geht.
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Weiterhin zeigt die Druckschrift
DE 197 05 635 A1 eine Einrichtung zur Ermittlung des auf ein Kraftfahrzeugs wirkenden tatsächlichen Seitenwindwertes, wobei an jeder Längsseite des Fahrzeugs ein Windgeschwindigkeitssensor zur Messung der quer zur Fahrtrichtung auftretenden Seitenwindkomponente angeordnet ist.
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Bei den oben genannten bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen werden für die Druckmessung separate Drucksensoren verwendet, was einen zusätzlichen Kostenaufwand darstellt.
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Ferner beschreibt die
DE 10 2004 033 731 A1 ein Verfahren zur automatischen Korrektur des Einflusses von Seitenwind auf ein Kraftfahrzeug, wobei zur Korrektur ausschließlich Signale eines bereits im Kraftfahrzeug vorhandenen Spurhaltesystem (Lane-Departure-Warning-Systems) verwendet werden.
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Bei dem System, welches auf den Signalen eines Lane-Departure-Warning-Systems basiert, ist ein ursächlicher Bezug zu Seitenwind nicht sichergestellt, mit anderen Worten, eine Messung des Seitenwindes erfolgt nicht. Ferner kann das System nur auf eine Abweichung vom Kurs reagieren, so dass ein zeitlicher Verzug zu der Wirkung von Seitenwind auf ein Fahrzeug gegeben ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Seitenwind bei einem Kraftfahrzeugs mit Ultraschallsensoren zu schaffen, welches eine Messung des Seitenwindes ohne zusätzliche Sensoren ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von Seitenwind bei einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug an jeder seiner Längsseiten mindestens eine Ultraschalleinheit mit einer Sende- und einer Empfangseinheit aufweist, wird der Seitenwind aus der Differenz der Signallaufzeit zwischen Sende- und Empfangseinheit der mindestens einen Ultraschalleinheit der einen Längsseite und der Signallaufzeit zwischen Sende- und Empfangseinheit der mindestens einen Ultraschalleinheit der anderen Längsseite ermittelt, wobei die Sendesignale der Ultraschalleinheiten synchronisiert sind, und/oder der Seitenwind wird aus der Verschiebung der Frequenz zwischen Sende- und Empfangssignal der Ultraschalleinheiten ermittelt.
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Eine Ultraschalleinheit umfasst daher zwei Ultraschallsensoren, wobei der eine als Sendeinheit und der anderen als Empfangseinheit wirkt. Die Festlegung, ob ein Ultraschallsensor als Sender oder Empfänger wirkt, kann durch eine entsprechende Steuerung festgelegt werden.
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Weiter bevorzugt kann der Seitenwind aus der Differenz der Frequenzverschiebung zwischen der mindestens einen Ultraschalleineinheit der einen Längsseite und der mindestens einen Ultraschalleinheit der anderen Längsseite bestimmt.
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Vorzugsweise sind auf jeder Längsseite des Kraftfahrzeugs zwei Ultraschalleinheiten angeordnet, wobei die Ultraschalleinheiten insbesondere an den umströmten Ecken des Kraftfahrzeugs angeordnet sein können. Längsseiten des Kraftfahrzeugs bedeutet daher, dass ein Element einer Ultraschalleinheit auch im Frontbereich bzw. Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Die Ultraschalleinheiten müssen jedoch den Seitenbereich des Kraftfahrzeugs überwachen können, d. h. eine der Ultraschallsensoren der Ultraschalleinheit sollte an der Längsseite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Vorzugsweise gehen in die Bestimmung des Seitenwindes die Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder das Gier- und Rollmoment des Fahrzeugs und/oder Parameter des Fahrzeugaufbaus ein.
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Weiter bevorzugt werden die zeitliche Entwicklung der Differenzen der Signallaufzeiten und/oder die Frequenzverschiebungen der Ultraschallsignale für eine vorgegebene Zeit gespeichert, um die zeitliche Entwicklung der ausgewerteten Signale und damit die Historie des Seitenwinds zu bestimmen und auszuwerten.
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Weiterhin können Kartendaten eines Navigationssystems zur Bestimmung seitenwindempfindlicher Positionen der Fahrbahn zur Bestimmung des Seitenwindes verwendet werden. Dabei können digitale Karten unter Zugrundelegung eines entsprechenden Ortungssystems wie GPS verwendet werden. Dadurch können bereits im Voraus Abschnitte der Fahrbahn festgelegt werden, auf denen mit erhöhtem Seitenwind zu rechnen sein könnte.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des im vorangegangenen beschriebenen Verfahrens umfasst:
- – mindestens eine Ultraschalleinheit mit einer Sende- und einer Empfangseinheit für jede Längsseite des Kraftfahrzeugs, wobei die Anzahl der Ultraschalleinheiten der einen Längsseite gleich der Anzahl der Ultraschalleinheiten der anderen Längsseite ist,
- – eine Synchronisierungseinheit zum Synchronisieren von Sendesignale korrespondierender Ultraschalleinheiten,
- – eine Auswerteeinheit zum Bestimmen der Differenz der Signallaufzeiten korrespondierender Ultraschalleinheiten und/oder zum Bestimmen der Frequenzverschiebungen zwischen Sende- und Empfangsignal der Ultraschalleinheiten, und
- – eine Seitenwindbestimmungseinheit zum Bestimmen des Seitenwinds aus den Laufzeitdifferenzen und/oder des Frequenzverschiebungen.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Speicher zum Abspeichern des zeitlichen Verlaufs der Laufzeitdifferenzen und/oder der Frequenzverschiebungen auf. Durch die Bestimmung der Historie der Laufzeitänderungen bzw. der Frequenzverschiebungen kann die Seitenwindböe besser bestimmt und gegebenenfalls eine gewisse Vorhersage getroffen werden.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung vier Ultraschalleinheiten auf und es können insbesondere die Ultraschalleinheiten eines Parkassistenten verwendet werden. Dies hat den Vorteil einer wesentlichen Kostenersparnis, da keine zusätzlichen Sensoren benötigt werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit Sensoranordnung bei frontaler Anströmung,
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2 eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs der 1 bei schräg seitlicher Anströmung, und
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3 die Vorrichtung zur Bestimmung des Seitenwindes in schematischer Darstellung.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug K, welches sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit in Vorwärtsrichtung bewegt, was durch den Pfeil V dargestellt ist. Ohne Seitenwind erfährt daher das Kraftfahrzeug K einer frontale Anströmung A1 in entgegengesetzter Richtung zur Bewegungsrichtung V. Dies führt zu im wesentlichen symmetrischen Umströmungen L1, L2, L3 und L4 im Bereich der Ecken des Kraftfahrzeugs K.
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In den vier Eckbereichen ist jeweils eine Ultraschalleinheit S1 und S2, S3 und S4, S5 und S6 sowie S7 und S8 angeordnet, so dass jede Längsseite des Kraftfahrzeugs K zwei Sensoreinheiten aufweist. Mit anderen Worten, die linke Längsseite SL weist die Sensoreinheiten S1 und S2 sowie S7 und S8, während die rechte Längsseite SR die Sensoreinheiten S3 und S4 sowie S5 uns S6 aufweist.
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Dabei ist jede der genannten Ultraschalleinheiten aus zwei Ultraschallsensoren zusammengesetzt, wobei eine der Ultraschallsensoren als Sendeeinheit und der andere Ultraschallsensor als Empfangseinheit wirkt. Welche der Ultraschallsensoren als Sender oder Empfänger arbeitet, wird durch die Ansteuerung der Ultraschalleinheit festgelegt.
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Im vorliegenden Fall der 1 seien beispielsweise die Ultraschallsensoren S2, S3, S5 und S8 als Sendeeinheiten angesteuert, während die Ultraschallsensoren S1, S4, S6 und S8 als Empfänger wirken. Da die Strömungsverhältnisse um das Kraftfahrzeug bei frontaler Anströmung im wesentlichen symmetrisch verläuft und die Ultraschalleinheiten an den Längsseiten SL, SR des Kraftfahrzeugs K auch entsprechend symmetrisch angeordnet sind, ist die Signallaufzeit zwischen den Ultraschallsensoren S2 und S1 gleich der Signallaufzeit zwischen S3 und S4. Gleiches gilt für das andere Paar der Ultraschalleinheiten S5, S6 und S7, S8. Die Signallaufzeiten zwischen den Sender und Empfängern der Ultraschalleinheiten kann weiterhin eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit V sein, da die Luftdichte und damit die Schallgeschwindigkeit bei der Umströmung des Kraftfahrzeugs eine Funktion der Fahrzeugsgeschwindigkeit ist. Ferner können in den Umströmungen Luftwirbel und Dichteschwankungen der das Fahrzeug umströmenden Luft auftreten.
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Aufgrund der Fahrzeugbewegung und damit der Umströmung des Fahrzeugs tritt ebenso ein charakteristischer Dopplereffekt bezüglich der Frequenz der Schallwellen auf, der ebenso geschwindigkeitsabhängig sein kann. Da die Anströmung A1 symmetrisch frontal erfolgt, sind die Dopplerverschiebungen der Frequenz für korrespondierende Ultraschalleinheiten S1, S2 und S3, S4 sowie S5, S6 und S7, S8 gleich.
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2 zeigt nun die Situation bei Seitenwind. Durch den seitlichen Windeinfall findet eine Überlagerung mit der geschwindigkeitsbedingten frontalen Anströmung des Kraftfahrzeugs statt, so dass eine effektive schräge Anströmung A2 des Kraftfahrzeugs K erfolgt. Dadurch ändern sich die Umströmungen des Kraftfahrzeugs, was durch die Pfeile L1', L2', L3' und L4' schematisch dargestellt ist. Die Länge der Pfeile soll die Größe der Umströmungsgeschwindigkeit darstellen, wobei kleinere Umströmungsgeschwindigkeiten eine höhere Luftdichte und größere Umströmungsgeschwindigkeiten eine kleinere Luftdichte zur Folge haben.
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Es sei nun die Verteilung des Sender- und Empfängerstatus der Ultraschallsensoren S1 bis S8 wie diejenige der 1. Dann ist die Signallaufzeit zwischen den Sensoren S2 und S1 eine andere als die Signallaufzeit zwischen den Sensoren S3 und S4 aufgrund der unterschiedlichen Anströmungen und damit der unterschiedlichen Luftdichte. Gleiches gilt für die anderen beiden Ultraschalleinheiten S5, S6 und S7, S8. Die Differenz der unterschiedlichen Signallaufzeiten zwischen korrespondierenden Ultraschalleinheiten S1, S2 und S3, S4 sowie S5, S6 und S7, S8 ist daher ein Maß für den Seitenwind. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit V für die frontale Anströmung sorgt, ist deren Berücksichtigung bei der Bestimmung der Größe des Seitenwindes, d. h. der Seitenwindgeschwindigkeit, zumindest ab einer Minimalgeschwindigkeit sinnvoll bzw. notwendig. Ferner sollte noch die Geometrie des Fahrzeugs berücksichtigt werden, um die Wirkung der Seitenwindanströmung erfassen zu können.
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Gleiches gilt auch für den durch die Anströmung A2 verursachten Dopplereffekt. Die Frequenzverschiebung bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit V, wodurch die frontale Anströmung des Kraftfahrzeugs bekannt ist, der Sendefrequenz des Senders S2 von der empfangenen Frequenz am zugehörigen Empfänger S1 ist durch die Anströmung A2 eine andere als bei frontaler Anströmung A1 der 1. Daher kann diese Änderung der Frequenzverschiebung als Maß für den Seitenwind verwendet werden.
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Aufgrund der unterschiedlichen Luftumströmungen L2', L3' und L43' trifft das im Vorangegangenen für die Ultraschalleinheit S1, S2 ausgeführte auch für die anderen Ultraschalleinheiten S3 und S4, S5 und S6 sowie S7 und S8 zu.
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Ferner kann auch die Differenz der Frequenzverschiebungen korrespondierender Ultraschalleinheiten S1, S2 und S3, S4 sowie S5, S6 und S7, S8 betrachtet werden, die ebenfalls ein Maß für den Seitenwind darstellt.
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Eine Abschätzung der Größenordnungen für ein Fahrzeug der Marke Skoda Fabia bei einer Anströmung von 120 km/h und einem Schiebewinkel (Böenwinkel) von 5° ergibt eine maximale Frequenzverschiebung von 1 kHz bei einer Sendefrequenz von 40 kHz. Die Änderungen der Laufzeiten liegen im Bereich von Millisekunden, so dass die zur Bestimmung des Seitenwindes betrachteten Effekte messtechnisch erfassbar sind.
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Ferner kann aus den 1 und 2 auch das Beispiel der Anordnung nur einer Ultraschalleinheit auf jeder Längsseite des Kraftfahrzeugs K erläutert werden. Wenn durch eine entsprechende Ansteuerung der Ultraschallsensoren die Sensoren S2, S3, S6 und S7 ausgeschaltet werden, so können beispielsweise die Sensoren S1 und S4 auf den Längsseiten SL und SR des Kraftfahrzeugs als Sendeeinheiten und die Sensoren S5 und S8 als Empfangseinheiten geschaltet werden. Inder obigen Terminologie bedeutet dies, dass eine Ultraschalleinheit bestehend aus den Sensoren S1 und S8 der linken Längsseite SL des Kraftfahrzeugs und eine Ultraschalleinheit bestehend aus den Sensoren S4 und S5 der rechten Längsseite SR des Kraftfahrzeugs K vorhanden sind. Bei einer frontalen Anströmung A1 des Kraftfahrzeugs nach 1 wären die Laufzeiten der Signale zwischen S1 und S8 sowie S4 und S5 im wesentlichen identisch, d. h. bei symmetrischer Anordnung innerhalb der Messgenauigkeit identisch. Bei einer schrägen Anströmung A2 gemäß 2 wären die Laufzeiten unterschiedlich. Gleiches gilt für die Dopplersche Frequenzverschiebung.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung. Eine Synchronisiereinheit 1 triggert die Sender S2, S3, S5 und S8 der entsprechenden Ultraschalleinheiten, so dass die Sendesignale synchronisiert gesendet werden, ansonsten ist eine Auswertung der Laufzeiten aus verständlichen Gründen nicht möglich. Für die Betrachtung der Frequenzverschiebung ist die Synchronisierung nur zwingend, wenn die Differenz der Frequenzverschiebung korrespondierender Ultraschalleinheiten betrachtet wird.
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Die durch die Empfänger S1, S4, S5 und S7 erzeugten Messwerte werden einer Auswerteeinheit 2 zugeführt, die ebenfalls das Triggersignal für die Sendersensoren erhält. Sind die Trippersignale für die Sendeeinheiten korrespondierender Ultraschalleinheiten unterschiedlich, so müssen die Signale ebenfalls der Auswerteeinheit zugeführt werden. Die Ergebnisse der Auswerteeinheit 2, d. h. die Laufzeitänderungen und/oder Frequenzverschiebungen bzw. deren Differenzen, werden anschließend einer Seitenwindbestimmungseinheit, die aus den Ergebnissen, der Fahrzeuggeschwindigkeit und gegebenenfalls weiteren Randbedingungen den Seitenwind bestimmt.
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Ferner kann die Vorrichtung eine Speichereinrichtung 4 aufweisen, in der eine Historie der Ergebnisse der Auswerteeinheit 2 gespeichert und der Seitenwindbestimmungseinheit 3 zur Verfügung gestellt werden können. Nicht dargestellt ist, das weiterhin Ergebnisse eines Navigationssystems in die Auswertung einfließen können, wobei das Navigationssystem beispielsweise über deine digitale Karte und eine Ortung nach GPS verfügt, so dass seitenwindgefährdete Straßenabschnitte vorab bestimmt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- A1
- Anströmung frontal
- A2
- Anströmung seitlich
- K
- Kraftfahrzeug
- SL
- Längsseite links
- SR
- Längsseite rechts
- V
- Geschwindigkeitsvektor des Kraftfahrzeugs
- L1
- Umströmung bei erster Anströmung
- L2
- Umströmung bei erster Anströmung
- L3
- Umströmung bei erster Anströmung
- L4
- Umströmung bei erster Anströmung
- L1'
- Umströmung bei zweiter Anströmung
- L2'
- Umströmung bei zweiter Anströmung
- L3'
- Umströmung bei zweiter Anströmung
- L4'
- Umströmung bei zweiter Anströmung
- S1
- Sensor-Empfangseinheit
- S2
- Sensor-Sendeeinheit
- S3
- Sensor-Empfangseinheit
- S4
- Sensor-Sendeeinheit
- S5
- Sensor-Empfangseinheit
- S6
- Sensor-Sendeeinheit
- S7
- Sensor-Empfangseinheit
- S8
- Sensor-Sendeeinheit
- 1
- Synchronisiereinheit
- 2
- Auswerteeinheit
- 3
- Seitenwindbestimmungseinheit
- 4
- Speichereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0529258 B1 [0003]
- DE 19705635 A1 [0004]
- DE 102004033731 A1 [0006]
