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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines aktualisierten Radumfangs zumindest eines Rades eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8, sowie die Verwendung des Verfahrens in einer Fahrzeugodometrie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Die Kenntnis des aktuellen Durchmessers beziehungsweise des Umfangs eines Rades an einem Fahrzeug ist zur exakten Bestimmung vieler Größen, beispielsweise der Radgeschwindigkeit, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der gefahrenen Strecke, der Fahrzeugposition und der Fahrzeugausrichtung, notwendig. Auf der Geschwindigkeit der Räder basieren viele Fahrzeugsysteme, wie beispielsweise auch der Parklenkassistent.
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Herkömmlicherweise wird die Radgeschwindigkeit durch die Verknüpfung von gemessenen Radimpulsen mit dem absoluten Radumfang ermittelt. Während die Anzahl der Radimpulse pro Radumdrehung bei einem Radimpulssensor unveränderlich und mechanisch festgelegt ist, bilden der Raddurchmesser und damit der Radumfang variable Größer. Der Raddurchmesser und in Folge der Radumfang kann je nach Reifentyp, also beispielsweise Sommer- oder Winterreifen, Reifenhersteller, dem Grad der Abnutzung und dem Reifendruck, um bis zu etwa 5% variieren.
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Üblicherweise wird der Radumfang der Fahrzeugräder in dem Steuergerät des Parklenkassistenten einmal eingestellt und als ”gültig” angenommen. Im Fall eines Reifenwechsels muss er jedoch wieder neu ermittelt und in einer Werkstatt, beispielsweise mittels eines Diagnosegeräts, neu eingestellt werden, was mit einem hohen Aufwand verbunden ist. Sollte bei einem Reifenwechsel die Neueinstellung unterbleiben, so besteht die Gefahr, das der Parklenkassistent nicht mehr zufriedenstellend funktioniert.
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Wie bereits erwähnt, benötigt der Parklenkassistent zur Positionsbestimmung mittels Odometrie den absoluten Wert des Reifenumfangs. In der heutigen Generation des Parklenkassistenten wird dieser Wert über ein Modul zur Erkennung des Reifenumfangs realisiert, welches die Radimpulse und den gemessenen Lenkwinkel auswertet. Der verwendete Algorithmus liefert den Radumfang mit einer Genauigkeit von ±2 cm. Eine derartige Abweichung von 2 cm beeinflußt das Einparkergebnis derart, dass das Fahrzeug entweder zu nahe oder zu weit entfernt vom Bordstein zu stehen kommt.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 058 567 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines aktuellen Radumfangs eines an einem Fahrzeug angeordneten Rades bekannt, bei dem eine von der ermittelten Radgeschwindigkeit unabhängige Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeuges und/oder des Rades ermittelt wird. Anschließend wird die Abweichung der Radgeschwindigkeit von der Referenzgeschwindigkeit bestimmt und in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung der Radumfang des Rades aktualisiert. Die unabhängige Referenzgeschwindigkeit des Fahrzeuges wird mittels einer zweiten Messeinrichtung, die beispielsweise ein GPS-Empfänger sein kann, ermittelt.
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Ferner ist aus der Druckschrift
DE 10 2006 060 456 A1 ein Verfahren zum Lenken eines Fahrzeugs in eine Parklücke bekannt, bei dem die Parklücke vermessen und in einem Berechnungsmodell ein Sollweg in die Parklücke berechnet wird. Dabei kann mit der Vermessung der Parklücke durch eine entsprechende Umfeldsensorik der absolute Reifenabrollumfang der Räder des Fahrzeugs ermittelt werden, die später in der Berechnung des Sollweges einfließen. Die so ermittelten Reifenabrollumfänge können nach dem Einfahren in die Parklücke durch Abweichungen zwischen dem berechneten Sollweg und tatsächlich erfolgtem Einparkweg weiter korrigiert werden. Die so ermittelten Reifenabrollumfänge werden für eine spätere Verwendung gespeichert.
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Nachteilig bei den bekannten Verfahren zu Ermittlung des aktuellen Radumfangs ist, dass die Genauigkeit der ermittelten Radumfänge nicht ausreichend ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ermittlung der aktuellen Radumfänge eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie durch die Verwendung des Verfahrens in einem Parklenkassistenten mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des aktuellen Radumfangs von zumindest einem Rad eines Kraftfahrzeugs weist die folgenden Schritte auf:
- – Messung des aktuellen Radumfangs des Rads bei einer konstanten Messgeschwindigkeit des Fahrzeugs für eine vorgegebene Wegstrecke, die durch zwei durch Satellitennavigation bestimmte Fahrzeugpositionen definiert ist, und
- – Bestimmung des aktuellen Radumfangs für einen vorgegebenen Parkgeschwindigkeitsbereich durch Kompensation des Einflusses der Messgeschwindigkeit auf den gemessenen aktuellen Radumfang.
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Es ist daher nicht ausreichend, bei einer konstanten Messgeschwindigkeit und hinreichend langer Wegstrecke, den Radumfang zu vermessen. Erst durch die Kompensation des Geschwindigkeitseinflusses ergibt sich der aktuelle Radumfang. Als Satellitennavigation kommt beispielsweise GPS in Frage.
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Vorzugsweise erfolgt die Kompensation des Einflusses der Messgeschwindigkeit auf den gemessenen Radumfang durch Verknüpfung des gemessenen Radumfangs mit einem Kompensationsfaktor bezüglich der Messgeschwindigkeit. Dieser Kompensationsfaktor kann einer Kennlinie entnommen werden, die beispielsweise in Form einer Look-up-Tabelle vorliegt. Dabei werden vorzugsweise für Vorder- und Hinterräder unterschiedliche Kennlinien verwendet.
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Weiter bevorzugt werden zur Bestimmung des aktuellen Radumfangs nur Wegstrecken verwendet, bei denen der Lenkradwinkel kleiner als eine vorgegebene Lenkradwinkelschwelle, insbesondere kleiner als |5°| ist und der Gierwinkel kleiner als eine Gierwinkelschwelle, insbesondere kleiner als |2°/s|, ist. Mit anderen Worten, dass Fahrzeug soll sich im Wesentlichen mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus bewegen.
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Weiter bevorzugt soll während der Messung des aktuellen Radumfangs kein Schlupf und/oder ESP-Eingriff (ESP: elektronisches Stabilitäts-Programm) erfolgen. Erfolgt ein solcher Eingriff oder ist Schlupf vorhanden, so erfolgt die Abrollung des Reifens des Rades nicht gleichmäßig und die Messung liefert keine sicheren Ergebnisse. Sie wird daher abgebrochen.
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Vorzugsweise wird die Kennlinie als Funktion des Kraftfahrzeugs, des Reifentyps sowie der Reifengröße bestimmt. Die Aufnahme der Kennlinien der Räder erfolgt separat jeweils für einen Fahrzeugtyp und die für den Fahrzeugtyp vorgesehenen Rad- und Reifengrößen und wird dem Verfahren zur Verfügung gestellt. Insbesondere werden Kennlinien für Vorderräder und Hinterräder ermittelt.
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Weiter bevorzugt erfolgt die Messung des aktuellen Radumfangs für einen vorgegebenen Zeitraum, der insbesondere 4 bis 5 Minuten beträgt. Dabei sind Unterbrechungen möglich, um ausreichend Messzeit bei einer konstanten Geschwindigkeit zu erhalten.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des im Vorangegangenen erläuterten Verfahrens zur Ermittlung des aktuellen Radumfangs von zumindest einem Rad eines Kraftfahrzeugs umfasst neben einem Radsensor zur Bestimmung von Radimpulsen und einem Satellitennavigationssystem zur Bestimmung von Fahrzeugpositionen,
- – eine Einheit zur Bestimmung des aktuellen Radumfangs auf einer Wegstrecke, die durch zwei durch das Satellitennavigationssystem bestimmten Fahrzeugpositionen definiert ist, bei einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit, und
- – eine Kompensationseinrichtung zur Kompensation des Einflusses der Fahrzeuggeschwindigkeit auf den bestimmten aktuellen Radumfang.
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Weiter bevorzugt weist die Vorrichtung eine Bewertungslogik zur Bewertung der kompensierten aktuellen Radumfänge auf. Mit dieser Bewertungslogik können die ermittelten kompensierten Radumfänge untereinander verglichen und plausibilisiert werden.
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Vorzugsweise erfolgt eine Verwendung des geschilderten Verfahrens zur Ermittlung des aktuellen Radumfangs von zumindest einem Rad eines Kraftfahrzeugs sowie der entsprechenden Vorrichtung in einem Parklenkassistenten mit einer Odometrie zur Berechnung von Sollwegen zum unterstützten Einparken in eine Parklücke anhand kompensierter aktueller Radumfänge. Durch die Verwendung der aktuellen kompensierten Radumfänge wird das Einparkergebnis des Parklenkassistenten verbessert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
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1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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2 eine Graphik von Kennlinien der Vorderräder und der Hinterräder zur Korrektur gemessener Radumfangswerte.
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1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Ablaufdiagramms. Das Verfahren wird mit dem Beginn α angestoßen, wobei der Aufruf des Verfahrens beispielsweise von einem Zeitkriterium oder Fahrleistungskriterium initiiert werden kann. Die bedeutet, dass zumindest nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitkriteriums oder als Funktion der Fahrleistung eine Bestimmung neuer Radumfänge erfolgt. Im Schritt 1 wird überprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant ist. Dies kann mit einer vorgegebenen Überprüfungsdauer und einer geeigneten Prognose verknüpft sein. Ist dies nicht der Fall, was mit ”n” gekennzeichnet ist, so wird wieder auf Beginn α zurückgekehrt. Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant, so wird im nächsten Schritt 2 überprüft, ob der Lenkradwinkel kleiner ist als ein vorbestimmter Lenkradwinkel, der in der bevorzugten Ausführungsform |5°| beträgt. Ist dies nicht der Fall (Ausgang ”n”), so geht das Verfahren wieder zu Beginn zurück. Ist die Lenkradwinkelbedingung erfüllt, so wird im Schritt 3 überprüft, ob der Gierwinkel kleiner ist als eine vorbestimmte Gierwinkelschwelle, in diesem Fall kleiner als |2°/s|. Trifft die Bedingung nicht zu, d. h. das Fahrzeug fährt eine Kurve, so geht das Verfahren wieder zu Beginn α zurück. Ist dagegen der Gierwinkel klein genug, so wird im Schritt 4 überprüft, ob das ESP (ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm) den Zustand ”Aus” hat, mit anderen Worten, das Fahrzeug schleudert nicht und/oder es tritt kein Reifenschlupf auf. Ist der ESP aktiv oder tritt Schlupf auf, so kehrt das Verfahren zu Beginn α zurück. Ist ESP inaktiv und/oder tritt kein Schlupf auf, so sind die Voraussetzungen zur Bestimmung der Radumfänge des Fahrzeugs erfüllt.
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Im Schritt 5 wird mittels einer Satellitennavigation die Position des Kraftfahrzeugs bestimmt, die bezüglich der Wegstreckendefinition die Anfangsposition bildet. Als Satellitennavigation wird üblicherweise GPS verwendet. Im Schritt 8 erfolgt die Messung der Radimpulse, d. h. es wird der zurückgelegte Weg ab der Anfangsposition des Schritts 5 ermittelt. Dabei werden die Radimpulse jedes Rades, d. h. der beiden Vorderräder und der beiden Hinterräder ermittelt.
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Im Schritt 7 wird überprüft, ob die vorgesehene Messzeit abgelaufen ist oder nicht. Mit anderen Worten, es wird überprüft, ob die bereits aktuelle Messzeit größer als die vorgesehene Messzeit ist. Trifft dies nicht zu, so geht das Verfahren zurück zu Schritt 6 und es werden weiter Radimpulse registriert. Ist die vorgesehene Messzeit abgelaufen, so wird im nachfolgenden Schritt 8 überprüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant ist, da bei einer Geschwindigkeitsänderung die Bestimmung der Radumfänge nicht möglich ist. Ist eine Geschwindigkeitsänderung registriert worden, so wird die Messung verworfen und das Verfahren kehrt in den Zustand Beginn α zurück. Ist keine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit während der Messung registriert worden, bzw. die Änderung bewegt sich innerhalb eine zulässigen Bereichs, so liegt eine zulässige Messung vor und das Verfahren bestimmt im Schritt 9 die aktuelle Position des Fahrzeugs zum Zeitpunkt des Ablaufs der Messung, d. h. die Endposition.
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Im Schritt 10 wird aus der Anfangsposition des Schritts 5 und der Endposition des Schritts 9 die während der Messung zurückgelegte Wegstrecke bestimmt. Mittels der zurückgelegten Wegstrecke, der Fahrzeuggeschwindigkeit und den Radimpulsen der einzelnen Räder kann für jedes Rad der Radumfang bestimmt werden.
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Nun ist der Radumfang eine Funktion des Fahrzeuggeschwindigkeit, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten aufgrund der Fliehkräfte. Zur Ermittlung der aktuellen Radumfänge muss der Einfluss der Fahrzeuggeschwindigkeit auf den Radumfang kompensiert werden. Dies wird im Schritt 11 durchgeführt, indem aus Kennlinien 12 ein zu der Fahrzeuggeschwindigkeit gehörender Kompensationsfaktor entnommen wird, der mit dem ermittelten Raddurchmesser verknüpft wird. Dies bedingt bei dem in 2 dargestellten Kennlinien eine Division des ermittelten Radumfangs mit dem Kompensations- oder Korrekturfaktor. Die Kompensation führt also den ermittelten Radumfang bei der Messgeschwindigkeit, die üblicherweise bei hohen Geschwindigkeiten erfolgt, auf den Radumfang bei kleinen Geschwindigkeiten zurück, d. h. Geschwindigkeit im Bereich Null.
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Nach der Kompensation des Geschwindigkeitseinflusses wird im Schritt 13 eine Plausibilitätsprüfung der aktuellen kompensierten Radumfänge durchgeführt. Ferner gehört zum Umfang der Plausibilitätsprüfung der Vergleich der Radumfänge untereinander. Fällt die Plausibilitätsprüfung positiv aus, so werden die aktuellen kompensierten Radumfänge im Schritt 14 zur weiteren Verwendung gespeichert. Damit ist das Verfahren mit Schritt ω beendet.
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2 zeigt in Form einer Kennlinie VR für die Vorderräder und einer Kennlinie HR für die Hinterräder den Kompensationsfaktor KF als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v in einem Bereich von 20 km/h bis 230 km/h. Es ist zu erkennen, das sich die Kennlinien VR und HR voneinander unterscheiden, was fahrzeugspezifisch ist und sich die Kompensationsfaktoren in einem Bereich von 0,995 bis 1,020 bewegen. Aufgrund der Mehrdeutigkeit der Kennlinien im Bereich zwischen 40 km/h und 70 km/h wird eine Bestimmung aktueller Radumfänge vorzugsweise in dem Bereich größer 80 km/h durchgeführt, insbesondere, da die Kennlinie in diesem Bereich stetig ansteigt.
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Wie bereits erwähnt, muss der Radumfang im Bereich der Einparkgeschwindigkeit (bis 12 km/h) möglichst genau bekannt sein, damit die Odometrie des Fahrzeuges zur Positionsbestimmung während des Parkvorgangs optimal funktioniert. Da sich der Reifenumfang durch verschiedenartige Krafteinwirkungen während der Fahrt, insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten, verändert, wird im Folgenden das Vorgehen zur Aufnahme einer Kennlinie beschrieben, die diese Einflüsse in Abhängigkeit der Geschwindigkeit korrigiert.
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Zu Beginn einer Messfahrt werden der Referenzreifenumfang aller vier Räder des verwendeten Fahrzeuges gemessen. Dies geschieht durch Markierung der aktuellen Position aller Räder am Reifen sowie der Fahrbahn. Nach anschließendem Zurücklegen von 5 Radumdrehungen bei einem Lenkwinkel von 0° wird entsprechend der Reifenmarkierung die Position erneut auf die Fahrbahn übertragen. Abschließend wird die Entfernung zwischen den Start- und Endmarkierungen gemessen. Ein Fünftel der jeweiligen Entfernung entspricht dem zugehörigen Reifenumfang.
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Zur Aufnahme der Kennlinie werden verschiedene Geschwindigkeiten von 20 bis 225 km/h in 10 km/h Schritten durchfahren. Als Referenzfahrzeug diente für die Bestimmung der Kennlinien der 2 ein VW Eos 2.0 TSI mit Sommerreifen der Größe 215/55 R16. Für jeden Geschwindigkeitsschritt werden auf einem geradeaus verlaufenden Streckenabschnitten etwa 400 bis 600 gültige Messwerte aufgenommen. Gültige Messwerte sind Fahrzustände in denen das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus fährt sowie kein Schlupf auftritt und ein gültiges GPS-Signal vorliegt.
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Ein GPS-Logger zeichnet jede Sekunde die aktuelle GPS-Position des Fahrzeuges auf. Zusätzlich wird für das Zeitintervall zwischen zwei GPS-Koordinaten die Anzahl der Wegimpulse pro Rad gezählt. Unter Einhaltung der oben genannten Messbedingungen kann mit Hilfe des Abstands zwischen zwei Fahrzeugpositionen und der Wegimpulse der Reifenumfang berechnet werden.
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Die Reifenumfänge werden mit aufsteigender Geschwindigkeit sortiert. Nach Bildung von Blöcken in 10 km/h-Schritten werden die Reifenumfänge für jeden dieser Blöcke gemittelt und anhand der anfangs gemessenen Referenzreifenumfänge normiert. Die normierten Reifenumfänge, die dem Kompensationsfaktor entsprechen, sind in Abhängigkeit der Geschwindigkeit in 2 aufgetragen. Anhand des Diagramms wird jeweils für die Vorder- und Hinterachse eine quadratische Regression der zugehörigen Kennlinie ab 100 km/h gebildet.
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Mit Hilfe der Regression können die Reifenumfänge korrigiert werden. Dazu wird während der Fahrt bei Einhaltung der Messbedingungen der Reifenumfang jede Sekunde berechnet. Entsprechend der während dieser Sekunde gefahrenen Geschwindigkeit kann der Kennlinie der zugehörige Kompensationsfaktor entnommen werden. Der berechnete Reifenumfang kann somit durch Division mit dem Kompensationsfaktor so korrigiert werden, dass er dem Reifenumfang im Bereich der Einparkgeschwindigkeit entspricht. Dadurch wird es auch bei Autobahnfahrten ermöglicht, die für Einparkvorgänge benötigten Reifenumfänge zu ermitteln. Der untere Teil der Kennlinie bis 100 km/h wird üblicherweise nicht aktiv genutzt, da insbesondere im Bereich um 50 km/h bei Messfahrten auf öffentlichen Straßen die Unterschiede beim Reifenumfang zu hoch sind. Eine Korrektur in diesem Bereich hat daher ggf. keine positive Wirkung. Der Vergleich mit anderen Fahrzeugen hat die Übertragbarkeit der Kennlinie bestätigt. Bei Fahrzeugen mit Niederquerschnittsreifen verläuft sie geringfügig flacher, aber muss nicht zwingend angepasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- α
- Beginn
- 1
- Überprüfe Konstanz Fahrzeuggeschwindigkeit
- 2
- Überprüfe Lenkradwinkel
- 3
- Überprüfe Gierwinkel
- 4
- Überprüfe ESP – ”Aus”
- 5
- Bestimme Fahrzeugposition
- 6
- Messung Radimpulse
- 7
- Überprüfe Ablauf Messzeit
- 8
- Überprüfe Konstanz Fahrzeuggeschwindigkeit
- 9
- Bestimme Fahrzeugposition
- 10
- Berechne Wegstrecke und Radumfänge
- 11
- Kompensation Radumfänge
- 12
- Kennlinien
- 13
- Plausibilisierung Radumfänge
- 14
- Speichern kompensierte Radumfänge
- ω
- Ende
- KF
- Kompensationsfaktor
- HR
- Kennlinie Hinterräder
- Vr
- Kennlinie Vorderräder
- V
- Fahrzeuggeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006058567 A1 [0006]
- DE 102006060456 A1 [0007]
