DE102012001649A1

DE102012001649A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds

Info

Publication number: DE102012001649A1
Application number: DE201210001649
Authority: DE
Inventors: Andreas Schiergl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-28
Also published as: DE102012001649B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug (1) wirkenden Seitenwinds wird von einem an dem Kraftfahrzeug (1) angebrachten Ultraschallsender (3) ein Ultraschallsignal ausgesandt, das von einem mit Abstand von dem Ultraschallsender (3) an dem Kraftfahrzeug (1) angebrachten Ultraschallempfänger (4) empfangen wird. Aus der Zeit, die das Ultraschallsignal von dem Ultraschallsender (3) zu dem Ultraschallempfänger (4) benötigt, wird die Geschwindigkeit des Seitenwinds berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 5.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind. die verschiedensten Verfahren und Vorrichtungen zur Ermittlung bzw. Erfassung der Höhe bzw. der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds bekannt. Beispielsweise kann zu einer solchen Berechnung die Gierrate und/oder der Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs einbezogen werden, was jedoch zu einer teilweise erheblichen Verzögerung beim Erhalt des Messsignals führt.
Des Weiteren ist es bekannt, an der Karosserie des Kraftfahrzeugs Drucksensoren anzubringen, wobei über den Differenzdruck auf die Seitenwindgeschwindigkeit geschlossen wird.
Zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds ist es außerdem bekannt, aus dem Rauschsignal von Ultraschallsensoren auf die Höhe des Seitenwinds zu schließen.
Allen bekannten Verfahren ist jedoch gemeinsam, dass sie einen verhältnismäßig großen Aufwand erfordern und nur sehr ungenaue Ergebnisse liefern.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug wirkenden Seitenwinds zu schaffen, das einfach durchzuführen ist, exakte Ergebnisse liefert und möglichst geringe Kosten verursacht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, das das Aussenden eines Ultraschallsignals von einem Ultraschallsender zu einem Ultraschallempfänger und das Berechnen der Geschwindigkeit des Seitenwinds aus der Zeit, die das Ultraschallsignal von dem Ultraschallsender zu dem Ultraschallempfänger benötigt, vorsieht, ist sehr einfach durchzuführen und liefert, in Abhängigkeit von der Entfernung des Ultraschallsenders von dem Ultraschallempfänger, sehr exakte Ergebnisse.
Wenn in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger jeweils als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten ausgebildet sind, und dass jede Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit in zeitlichem Abstand jeweils wenigstens ein Ultraschallsignal aussendet, das jeweils die andere Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit empfängt, so lässt sich auf diese Weise die temperaturabhängige Ausbreitungsgeschwindigkeit kompensieren, da die Schallgeschwindigkeit durch ein entsprechendes Berechnungsverfahren eliminiert wird.
Sehr vorteilhaft kann des Weiteren sein, wenn bei der Ermittlung der Geschwindigkeit des Seitenwinds eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mitberechnet wird. Die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die ja in bekannter Weise zur Verfügung gestellt werden kann, wird bei einer solchen Berechnung der benötigten Laufzeit des Signals von dem Ultraschallsensor zu dem Ultraschallempfänger berücksichtigt, so dass unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ein exakter Wert für den jeweils auf dasselbe wirkenden Seitenwind berechnet werden kann.
Um bei sehr starkem Seitenwind das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs zu verbessern, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass die ermittelte Geschwindigkeit des Seitenwinds einer Stabilisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt wird.
Eine Vorrichtung, welche die oben genannte Aufgabe löst, ist in Anspruch 5 angegeben. Diese Vorrichtung kann sehr einfach und damit kostengünstig ausgeführt werden und gewährleistet eine sichere Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Wenn in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen ist, dass der Ultraschallempfänger in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs versetzt zu dem Ultraschallsender angeordnet ist, so können möglicherweise im Bereich des Ultraschallempfängers bzw. des Ultraschallsensors auftretende Verwirbelungen verringert werden.
In einer konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger auf einem Dach des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
Wenn dabei vorgesehen ist, dass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger an einer Dachreling angebracht sind, so führt dies nur zu einer unwesentlichen Störung des Designs des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs.
Um eine exakte Berechnung der Geschwindigkeit des Seitenwinds zu ermöglichen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der Ultraschallsender und der Ultraschallempfänger mit einer Auswerteeinheit verbunden sind.
Wenn das oben beschriebene Verfahren des gegenseitigen Aussendens und Empfangens von Ultraschallsignalen zur Kompensierung der Temperaturabhängigkeit auf einfache Weise durchgeführt werden soll, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass sowohl der Ultraschallsender als auch der Ultraschallempfänger als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten ausgebildet sind.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs aus 1; und
3 eine schematische Darstellung der Vorrichtung aus 1.
1 zeigt eine sehr schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 ist mit einer Vorrichtung 2 zur Ermittlung der Hohe bzw. der Geschwindigkeit des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds ausgestattet. Im vorliegenden Fall ist die Geschwindigkeit des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds bzw. die unter einem Winkel von 90° auf die mit ”x” bezeichnete Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 wirkende Komponente des Seitenwinds mit dem Pfeil v_s bezeichnet. Die Vorrichtung 2 weist in ihrer allgemeinen Ausführungsform einen an dem Kraftfahrzeug 1 angebrachten Ultraschallsender 3 und einen mit Abstand von dem Ultraschallsender 3 ebenfalls an dem Kraftfahrzeug 1 angebrachten Ultraschallempfänger 4 auf. Hierbei ist der Ultraschallempfänger 4 in der mit ”y” bezeichneten Querrichtung des Kraftfahrzeugs 1 versetzt zu dem Ultraschallsender 3 angeordnet. Des Weiteren ist der Ultraschallempfänger 4 auch in der Längsrichtung x des Kraftfahrzeugs 1 versetzt zu dem Ultraschallsender 3 angeordnet.
Bei der einfachsten Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds sendet der Ultraschallsender 3 ein Ultraschallsignal aus, das von dem Ultraschallempfänger 4 empfangen wird. Die Verarbeitung dieser Signale wird zu einem späteren Zeitpunkt detaillierter beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl der Ultraschallsender 3 als auch der Ultraschallempfänger 4 jeweils als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 ausgebildet, so dass ein Verfahren durchgeführt werden kann, bei dem jede Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 in zeitlichem Abstand jeweils ein Ultraschallsignal aussendet, das die andere Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 empfängt.
Wie aus der Seitenansicht von 2 hervorgeht, sind im vorliegenden Fall die beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 auf einem Dach 6 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, es wäre jedoch auch möglich, diese an einem anderen Ort des Kraftfahrzeugs 1 anzubringen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 an einer auf dem Dach 6 des Kraftfahrzeugs 1 befestigten Dachreling 7 angebracht. Die Dachreling 7 sollte so konstruiert sein bzw. die Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 sollten so an der Dachreling 7 angebracht sein, dass der Seitenwind möglichst gut auf die offene Strecke zwischen den beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 einströmen kann. Dabei ist es besonders zu bevorzugen, die Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 seitlich an einem Fuß 7a der Dachreling 7 anzubringen, da auf diese Weise eine einfache Befestigung der Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 ermöglicht wird, aber dennoch sichergestellt werden kann, dass der auf die Strecke zwischen den beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 wirkende Seitenwind nicht gestört wird.
Obwohl in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 der Ultraschallsender 3 und der Ultraschallempfänger 4 jeweils als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 ausgebildet sind, ist es auch möglich, eine ähnliche oder identische Anordnung vorzusehen, wenn der Ultraschallsender 3 lediglich zum Senden und der Ultraschallempfänger 4 lediglich zum Empfangen der Ultraschallsignale dient.
Oben wurde ein mit der Vorrichtung 2 durchführbares Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Seitenwinds kurz beschrieben. In 3 ist die Vorrichtung 2 detaillierter dargestellt und es wird ausführlicher auf dieses Verfahren eingegangen. Dabei sind der Ultraschallsender 3 und der Ultraschallempfänger 4 wiederum jeweils als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 ausgebildet, die im vorliegenden Fall über einen Umschalter 8 mit einem Empfänger 9, einer Auswerteelektronik 10 und einem Generator 11 verbunden sind. Der Umschalter 8, der Empfänger 9, die Auswerteelektronik 10 und der Generator 11 können zu einem Steuergerät zusammengefasst werden. Des Weiteren sind in 3 die Längsrichtung x und die Querrichtung y des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Wie oben beschrieben sendet jeweils eine Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 ein Ultraschallsignal, das von der gegenüberliegenden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 empfangen wird. Mithilfe der Laufzeit des Ultraschallsignals zu der gegenüberliegenden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 kann die Geschwindigkeit v_s des Seitenwinds ermittelt werden. Beispielsweise kann diese Laufzeit mit einer Laufzeit verglichen werden, die ein Ultraschallsignal für dieselbe Strecke bei Bedingungen ohne Seitenwind benötigt. Vorzugsweise wird jedoch, wie oben kurz beschrieben, in kurzem zeitlichem Abstand ein Ultraschallsignal in die eine Richtung und dann in die Gegenrichtung gesendet, d. h. die zuerst als Empfänger wirkende Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 wird dann zum Sender des Ultraschallsignals und umgekehrt, wodurch die Schallgeschwindigkeit eliminiert und die Temperaturabhängigkeit der Messung kompensiert wird.
Nachfolgend wird der mathematische Zusammenhang zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Seitenwinds dargelegt:
Grundsätzlich wird dabei nur die senkrecht auf das Kraftfahrzeug 1 wirkende Geschwindigkeitskomponente v_s des Seitenwinds betrachtet. Die Strömungsrichtung verläuft unter einem Winkel α gegen die Messstrecke zwischen den beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5, deren Länge mit ”l” bezeichnet ist. Mit v_c ist die Projektion der Strömungsgeschwindigkeit v_s des Seitenwinds auf die Messstrecke bezeichnet. Wenn die linke Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 zu der rechten Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 sendet, beträgt die Geschwindigkeit c_s – v_c bei einer mit t₁ bezeichneten Laufzeit.
Damit gilt: c_s – v_c = l/t₁ mit v_c = v_s × cosα, wobei c_s die Schallgeschwindigkeit, v_s die Komponente des Seitenwinds, v_c die Projektion von v_s auf die Messstrecke, l der Abstand der beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 voneinander, t₁ die Laufzeit des Ultraschallsignals und α der Winkel zwischen der Messstrecke und der Querrichtung y des Kraftfahrzeugs 1 ist.
Um die Abhängigkeit der Messung von der Temperatur zu kompensieren, wird die Schallgeschwindigkeit eliminiert. Dazu wird, wie oben kurz beschrieben, die Senderichtung zwischen den beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 in kurzen Abständen gewechselt, d. h. jede Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit 5 wird zunächst als Sender und dann als Empfänger betrieben. Dadurch, dass der Seitenwind dann zu der Schallgeschwindigkeit hinzuaddiert werden muss, gilt: c_s + v_c = l/t₂.
Durch Subtraktion der beiden oben genannten Formeln kann die Schallgeschwindigkeit eliminiert werden. Für die Geschwindigkeit des Seitenwinds folgt also:
Die Laufzeiten t₁ und t₂ werden in der Auswerteelektronik 10 ermittelt und anschließend wird zum Beispiel in der Auswerteelektronik 10 mit der oben genannten Formel die Geschwindigkeit des Seitenwinds berechnet. Bei der Ermittlung der beiden Laufzeiten t₁ und t₂ kann die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 mitberechnet werden. Die berechnete Geschwindigkeit des Seitenwinds kann anschließend einer nicht dargestellten Stabilisierungseinrichtung für das Kraftfahrzeug 1 zur Verfügung gestellt werden, welche durch Warnung und/oder Korrektur auf die mögliche Abweichung des Kraftfahrzeugs 1 von der gewünschten Fahrtrichtung reagieren kann.
Wenn in einer vereinfachten Ausführungsform die beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 in der Längsrichtung x des Kraftfahrzeugs 1 nicht zueinander versetzt sind, kann die oben genannten Formel ebenfalls angewendet werden, da in diesem Fall der Winkel α 0° beträgt, was dann zu einem Wert cosα = 1 führt.
Die Länge der Messstrecke, d. h. der Abstand der beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 voneinander sollte so gewählt werden, dass die Auswerteelektronik 10 problemlos in der Lage ist, aus der gemessenen Laufzeit des Ultraschallsignals die Geschwindigkeit des Seitenwinds zu berechnen. Grundsätzlich gilt dabei, dass ein größerer Abstand der beiden Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten 5 zu einer exakteren Auswertung führt.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug (1) wirkenden Seitenwinds, wobei von einem an dem Kraftfahrzeug (1) angebrachten Ultraschallsender (3) ein Ultraschallsignal ausgesandt wird, das von einem mit Abstand von dem Ultraschallsender (3) an dem Kraftfahrzeug (1) angebrachten Ultraschallempfänger (4) empfangen wird, und wobei aus der Zeit, die das Ultraschallsignal von dem Ultraschallsender (3) zu dem Ultraschallempfänger (4) benötigt, die Geschwindigkeit des Seitenwinds berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsender (3) und der Ultraschallempfänger (4) jeweils als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten (5) ausgebildet sind, und dass jede Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit (5) in zeitlichem Abstand jeweils wenigstens ein Ultraschallsignal aussendet, das jeweils die andere Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheit (5) empfängt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Geschwindigkeit des Seitenwinds eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) mitberechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Geschwindigkeit des Seitenwinds einer Stabilisierungseinrichtung des Kraftfahrzeugs (1) zur Verfügung gestellt wird.
Vorrichtung zur Ermittlung der Geschwindigkeit des auf ein Kraftfahrzeug (1) wirkenden Seitenwinds, mit einem an dem Kraftfahrzeug (1) angebrachten Ultraschallsender (3) und mit einem mit Abstand von dem Ultraschallsender (3) an dem Kraftfahrzeug (1) angebrachten Ultraschallempfänger (4), wobei der Ultraschallempfänger (4) in Querrichtung (y) des Kraftfahrzeugs (1) versetzt zu dem Ultraschallsender (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallempfänger (4) in Längsrichtung (x) des Kraftfahrzeugs (1) versetzt zu dem Ultraschallsender (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsender (3) und der Ultraschallempfänger (4) auf einem Dach (6) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsender (3) und der Ultraschallempfänger (4) an einer Dachreling (7) angebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ultraschallsender (3) und der Ultraschallempfänger (4) mit einer Auswerteeinheit (10) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Ultraschallsender (3) als auch der Ultraschallempfänger (4) als Ultraschall-Sende-Empfangs-Einheiten (5) ausgebildet sind.