DE102013014198A1

DE102013014198A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer fehlerhaften Parametrierung von Radumfängen

Info

Publication number: DE102013014198A1
Application number: DE102013014198.2A
Authority: DE
Inventors: Timo Pascal Behrens
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer fehlerhaften Parametrierung von Radumfängen von Rädern (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) eines Fahrzeugs (1), wobei das Fahrzeug (1) mindestens aufweist: einen Gierraten-Sensor (13) und mindestens zwei weitere Sensoren (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) zum Ermitteln fahrdynamischer Kenngrößen, mit mindestens den folgenden Schritten: Ermitteln einer Ist-Gierrate aus einem Gierraten-Signal (S3) des Gierraten-Sensors (13) sowie einer ersten Vergleichs-Gierrate aus einem ersten Sensor-Signal (S1, S2, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4) des ersten Sensors (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) und einer mindestens zweiten Vergleichs-Gierrate aus einem mindestens zweiten Sensor-Signal (S1, S2, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4) des mindestens zweiten Sensors (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11), Ermitteln eines ersten Skalierungsfaktors aus der ersten Vergleichs-Gierrate und der Ist-Gierrate und eines mindestens zweiten Skalierungsfaktors aus der mindestens zweiten Vergleichs-Gierrate und der Ist-Gierrate, Vergleichen der mindestens zwei Skalierungsfaktoren zum Ermitteln, ob eine fehlerhafte Parametrierung von Radumfängen vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer fehlerhaften Parametrierung von Radumfängen von Rädern eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren insbesondere in parametrierbaren Brems- oder Regelsystemen anwendbar ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In elektronischen Bremssystemen (EBS) von Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, werden elektronische Brems-Signale verwendet, um an Rädern des Fahrzeugs angeordnete Bremszylinder derartig anzusteuern, dass ein Bremsdruck aufgebaut und das Fahrzeug dementsprechend abgebremst wird. Die Brems-Signale werden dabei in einer EBS-Steuereinrichtung z. B. aus einem Betätigungs-Signal, das beispielsweise von einem Fahrer durch Betätigung eines Bremswertgebers oder von einem Regelsystem im Fahrzeug erzeugt werden kann, ermittelt.
An die EBS-Steuereinrichtung können dabei weitere externe Steuergeräte, z. B. ein Zentralmodul eines Regelsystems, insbesondere einer Fahrdynamikregelung (ESC) oder einer ABS-Regelung, angeschlossen sein. Die Steuergeräte können mit der EBS-Steuereinrichtung Signale, insbesondere Betätigungs-Signale, austauschen, wobei die EBS-Steuereinrichtung dann den Bremsdruck an den einzelnen Rädern des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Anforderung des jeweiligen Regelsystems einstellt.
Herkömmlicherweise erzeugt z. B. das ESC-Zentralmodul die Betätigungs-Signale, indem es eine oder mehrere Gierraten des Fahrzeugs aus unterschiedlichen Quellen berechnet und diese mit vorgegebenen Grenzwerten vergleicht, wobei die Grenzwerte beispielsweise angeben, ab wann ein Fahrzeug umkippt, beginnt zu wanken oder ins Schleudern gerät. Wird eine solche fahrkritische Situation vom ESC-Zentralmodul erkannt, gibt dieses, wenn nötig, ein entsprechendes Betätigungs-Signal für die jeweiligen Bremsen an die EBS-Steuereinrichtung aus, so dass dieses die Bremsdrücke korrigierend anpassen kann; die Fahrsicherheit wird somit erhöht.
Zum Ermitteln der Gierrate weist das ESC-Zentralmodul herkömmlicherweise einen Gierraten- sowie einen Querbeschleunigungs-Sensor auf, aus dessen Signalen jeweils eine Gierrate bestimmt werden kann. Dazu können von der EBS-Steuereinrichtung weitere Daten, die zur Bewertung des aktuellen Fahrzustands des Fahrzeugs erforderlich sind, wie z. B. die Radgeschwindigkeiten, an das ESC-Zentralmodul übermittelt werden. Aus all diesen Daten bewertet das ESC-Zentralmodul dann den Fahrzustand bzw. die Fahrdynamik und gibt entsprechende Betätigungs-Signale an die EBS-Steuereinrichtung aus.
Nachteilig dabei ist, dass die Berechnung der Gierraten bzw. die Bewertung der Fahrdynamik im ESC-Zentralmodul in Abhängigkeit der Radgeschwindigkeiten erfolgt. Hierbei werden die Radgeschwindigkeiten herkömmlicherweise über Raddrehzahl-Sensoren an den jeweiligen Rädern bestimmt, wobei dazu insbesondere Angaben zu den jeweiligen Radumfängen bzw. zu einem mittleren Radumfang aller Räder des Fahrzeuges nötig sind. Diese Angaben werden herkömmlicherweise einmalig, z. B. nach einem Reifenwechsel, in der EBS-Steuereinrichtung gespeichert, d. h. die EBS-Steuereinrichtung wird anfänglich mit den entsprechenden Werten der Radumfänge parametriert. Während der Fahrt können sich die Radumfänge allerdings z. B. durch Verschleiß bzw. Abrieb verändern.
Im Laufe der Zeit ergibt sich somit durch diese Veränderung der Radumfänge eine Abweichung der über die Raddrehzahlen bestimmten Radgeschwindigkeiten von den tatsächlichen Geschwindigkeiten der Räder, da die in der jeweiligen Steuereinrichtung parametrierten Radumfänge zu diesem Zeitpunkt nicht mit den tatsächlichen Radumfängen übereinstimmen und somit fehlerhaft sind; somit ist auch die von den Raddrehzahlen abhängige Gierrate fehlerbehaftet und die Bewertung der Fahrdynamik durch das ESC-Zentralmodul wird ungenau, was zu fehlerhaften Betätigungs-Signalen und Bremseingriffen durch die EBS-Steuereinrichtung führt; die Sicherheit im Fahrzeug sinkt.
Um diese Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, ist in der DE 10 2010 007 309 A1 ein Verfahren zum Bestimmen einer momentanen Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objektes beschrieben, wobei vorgesehen ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht über die Raddrehzahl zu bestimmen, sondern mittels eines Beschleunigungssensors, mit dem eine Longitudinalgeschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen wird, sowie eines Ortungssystems, insbesondere eines Satellitenortungssystems. Über die Longitudinalgeschwindigkeit und die Position des Fahrzeugs wird dann eine tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet.
In der DE 10 2006 040 297 B4 ist weiterhin eine Geschwindigkeitserfassung für ein Tachografensystem angegeben, wobei vorgesehen ist, mindestens drei unabhängige Sensoren einzusetzen, die die Fahrzeuggeschwindigkeit erfassen, wobei einer der Sensoren ein Raddrehzahlsensor ist, mit dem in Abhängigkeit des Radumfangs eine Geschwindigkeit bestimmt werden kann. In einer Recheneinheit werden die Signale der drei Sensoren verglichen und plausibilisiert und bei einer signifikanten Abweichung der Signale der Sensoren ein Fehlersignal ausgeben, so dass der Fahrer des Fahrzeugs darüber informiert wird, dass einer der Sensoren falsche Werte ausgibt.
Nachteilig bei diesen Lösungen ist, dass das Ortungssystem ungenau ist und zudem keine hohe Dynamik aufweist, so dass die Berechnung der Geschwindigkeit nicht schnell genug durchgeführt werden kann. Zudem kann bei schlechter Signalqualität, z. B. in Tunneln, keine zuverlässige Positionsbestimmung stattfinden.
In der Offenlegungsschrift DE 101 48 093 A1 ist weiterhin ein Radkontrollsystem offenbart, bei dem Korrekturfaktoren bestimmt werden, die den Radumfang so anpassen, dass z. B. ein Verschleiß des jeweiligen Rades kompensiert wird und somit aus dem Radumfang wieder eine zuverlässige Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Radgeschwindigkeit bestimmt werden kann. Die Korrekturfaktoren werden dabei durch eine Analyse der Raddrehzahl-Signale der Raddrehzahl-Sensoren ermittelt, wobei über die Raddrehzahl-Signale insbesondere Impulse übertragen werden, die durch ein sich mitdrehendes Polrad bzw. Zahnrad an den Rädern verursacht werden. Die gemessenen Impulse werden in einer Steuereinrichtung z. B. über eine Fourier-Analyse ausgewertet, wobei aus der Fourier-Analyse Schwingungen höherer Ordnungen identifiziert werden können. Aus den Verläufen der höheren Ordnungen kann die Steuereinrichtung Rückschlüsse auf Fehler in den Reifen, so z. B. auch einen sich verändernden Reifenumfang, schließen und daraus einen Korrekturfaktor berechnen, der diesen Fehler kompensiert. Daraus kann dann wieder eine im Wesentlichen genaue Raddrehgeschwindigkeit berechnet werden.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Auswertung rechenintensiv ist und somit viel Zeit und Rechenleistung in Anspruch nimmt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln einer fehlerhaften Parametrierung von Radumfängen von Rädern eines Fahrzeugs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, mit dem mit wenig Aufwand eine fehlerhafte Parametrierung von Radumfängen zuverlässig erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung nach Anspruch 13 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, aus Signalen von im Fahrzeug angeordneten Sensoren, die eine fahrdynamische Kenngröße aufnehmen, mehrere Gierraten zu ermitteln und die ermittelten Gierraten miteinander in Relation zu setzen, um daraus eine fehlerhafte Parametrierung von Radumfängen zu erkennen, wobei die Gierraten zumindest teilweise in Abhängigkeit einer Radgeschwindigkeit berechnet werden. Als fahrdynamische Kenngrößen werden dabei Messgrößen, wie z. B. eine Querbeschleunigung, eine Raddrehzahl oder eine Geschwindigkeit einer Antriebswelle, aber auch Steuergrößen, wie z. B. ein Lenkradeinschlag oder ein Steuersignal des Motors, verstanden. Eine weitere aufgenommene fahrdynamische Kenngröße ist die tatsächliche Gierrate des Fahrzeugs, d. h. eine Ist-Gierrate.
Zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß mindestens ein Gierraten-Sensor, der herkömmlicherweise als Teil einer Fahrdynamikregelung (ESC) bereits im Fahrzeug integriert sein kann, vorgesehen, um die tatsächliche Ist-Gierrate des Fahrzeuges bestimmen zu können. Außerdem sind mindestens zwei weitere Sensoren vorgesehen, wobei ein erster Sensor eine erste fahrdynamische Kenngröße aufnimmt und als erstes Sensor-Signal ausgibt und ein mindestens zweiter Sensor eine davon abweichende, zweite fahrdynamische Kenngröße aufnimmt und als zweites Sensor-Signal ausgibt.
Aus dem ersten Sensor-Signal wird dann eine erste Vergleichs-Gierrate und aus dem zweiten Sensor-Signal eine zweite Vergleichs-Gierrate ermittelt. Im Fahrzeug können dabei auch weitere Sensoren angeordnet sein, aus deren Sensor-Signalen dann entsprechend weitere Vergleichs-Gierraten ermittelt werden können. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Vergleichs-Gierraten aus den entsprechenden Sensor-Signalen in Abhängigkeit einer oder mehrerer Geschwindigkeiten, vorzugsweise einer Schwerpunktsgeschwindigkeit oder von Radgeschwindigkeiten der Räder, die wiederum von einem oder mehreren Radumfängen oder einem mittleren Radumfang abhängig sind, bestimmt wird. Der mittlere Radumfang ergibt sich dabei beispielsweise aus einem Mittelwert der Radumfänge aller Räder des Fahrzeugs unter Berücksichtigung mehrerer fahrdynamischer Kenngrößen, z. B. einem Radschlupf oder einem Schräglaufwinkel der Räder. D. h. Sensor-Signale, aus denen sich unabhängig von den Geschwindigkeiten und den Radumfängen eine Vergleichs-Gierrate ermitteln lässt, bleiben für die Vergleichs-Gierraten unberücksichtigt.
Nachdem die Vergleichs-Gierraten ermittelt wurden, wird anschließend für jede Vergleichs-Gierrate ein Skalierungsfaktor bestimmt, der angibt, ob und wie stark die mindestens zwei Vergleichs-Gierraten von der Ist-Gierrate abweichen; d. h. ein erster Skalierungsfaktor gleicht die erste Vergleichs-Gierrate an die Ist-Gierrate und ein zweiter Skalierungsfaktor die zweite Vergleichs-Gierrate an die Ist-Gierrate an, mögliche Abweichungen können somit erkannt und kompensiert werden; der Skalierungsfaktor gibt somit einen relativen Fehler an. Bei weiteren Sensoren können entsprechend weitere Skalierungsfaktoren bestimmt werden. Jedem Skalierungsfaktor ist somit ein Sensor im Fahrzeug zugeordnet.
Stimmt die entsprechende Vergleichs-Gierrate mit der Ist-Gierrate überein, so ist der zugeordnete Skalierungsfaktor innerhalb eines ersten Toleranzbereiches beispielsweise gleich Eins und bei Nichtübereinstimmung dementsprechend ungleich Eins. Der erste Toleranzbereich berücksichtigt dabei kleine Abweichungen, die z. B. durch eine ungenaue Messung verursacht werden können. Vorzugsweise kann bei der Bestimmung der Skalierungsfaktoren weiterhin eine Fahrdynamik berücksichtigt werden. So kann beispielsweise bei einer instabilen Fahrdynamik, z. B. bei großen Schräglaufwinkeln oder kleinen Signalwerten eine Berechnung der Skalierungsfaktoren unterbrochen werden, da in diesen Fällen von vornherein falsche Werte für die Vergleichs-Gierrate zu erwarten sind.
Durch die Bestimmung der Skalierungsfaktoren kann somit bereits der Vorteil erreicht werden, dass fehlerhaft berechnete Vergleichs-Gierraten erkannt und diesen ein Sensor zugeordnet werden kann. Eine falsche Ist-Gierrate kann dabei ebenfalls erkannt werden, allerdings ist ein Erkennen eines Fehlers in der Ist-Gierrate nicht Teil dieses Verfahrens und wird vorzugsweise bereits in einem diesem vorgeschalteten Verfahren ermittelt. Daher wird zunächst davon ausgegangen, dass die Ist-Gierrate nicht fehlerbehaftet ist.
Vorzugsweise kann vor dem Ermitteln der Skalierungsfaktoren bereits eine Abweichung durch einen Vergleich der Vergleichs-Gierraten mit der Ist-Gierrate bestimmt werden. Erst wenn sich unter Berücksichtigung eines zweiten Toleranzbereiches eine Abweichung ergibt, werden die den abweichenden Vergleichs-Gierraten zugeordneten Skalierungsfaktoren bestimmt. Somit kann bei nicht-abweichenden Gierraten die Bestimmung der Skalierungsfaktoren entfallen. Die Abweichungen können dabei z. B. auch über ein Zeitintervall bestimmt werden, um Messungenauigkeiten ausgleichen zu können
Abweichende Vergleichs-Gierraten, bzw. Skalierungsfaktoren ungleich Eins können dabei insbesondere einem defekten Sensor und/oder falsch parametrierten Radumfängen zugerechnet werden, in dessen Abhängigkeit die Geschwindigkeiten der Räder und darüber die Vergleichs-Gierraten bestimmt werden. Um welchen Fehler es sich handelt, kann beispielsweise in einer Plausibilitätsprüfung ermittelt werden:
Weichen die mindestens zwei Skalierungsfaktoren unter Berücksichtigung des ersten Toleranzbereiches in gleichem Maße von Eins ab, so kann insbesondere auf eine fehlerhafte Parametrierung der Radumfänge geschlossen werden. Dem liegt die Tatsache zugrunde, dass ein fehlerhafter Radumfang die davon abhängigen Vergleichs-Gierraten in gleichem Maße beeinflusst und somit die relativen Abweichungen der Vergleichs-Gierraten von der tatsächlichen Ist-Gierrate des Fahrzeugs ebenfalls gleich sind. Die Ist-Gierrate hingegen wird unabhängig von den Radumfängen aus dem Sensor-Signal des Gierraten-Sensors bestimmt und entspricht somit im Wesentlichen der tatsächlichen Gierrate des Fahrzeugs.
Die Radumfänge können z. B. einmalig nach einem Reifenwechsel in den Regel- und Steuersystemen des Fahrzeugs gespeichert werden, d. h. die Systeme werden entsprechend mit den Radumfängen parametriert. Allerdings kann es aufgrund von z. B. Verschleiß oder defekten Reifen zu einer nachträglichen Veränderung der Reifenumfänge kommen, die nicht durch die Sensoren erfasst wird, was zu einer fehlerhaften Parametrierung und somit zu fehlerhaften Vergleichs-Gierraten führen kann.
Um die auf der falschen Parametrierung basierenden Abweichungen für zukünftige Messungen vermeiden zu können, kann das Verfahren vorzugsweise dadurch erweitert werden, dass in Abhängigkeit der mindestens zwei ermittelten Skalierungsfaktoren ein neuer mittlerer Radumfang berechnet wird, indem beispielsweise durch Bilden eines Mittelwertes aus den mindestens zwei ermittelten Skalierungsfaktoren zunächst ein mittlerer Skalierungsfaktor berechnet wird, aus dem dann ein mittlerer Radumfang folgt. Mit diesem mittleren Radumfang können dann diverse Regel- und Steuersysteme des Fahrzeuges, z. B. ein herkömmlichen elektronischen Bremssystem (EBS), eine Fahrdynamikregelung (ESC) oder ein Antiblockiersystem (ABS), neu parametriert werden, so dass in zukünftigen Berechnungen in diesen Systemen ein nahezu korrekter mittlerer Radumfang verwendet werden kann, um z. B. erneut eine Gierrate zu bestimmen.
Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass Gierraten, die in einem Regelsystem, z. B. dem ESC-System, zur Bewertung des Fahrzustands bzw. der Fahrdynamik des Fahrzeugs verwendet werden, einem annähernd tatsächlichen Wert der Gierrate entsprechen. Ein ESC-System beispielsweise ermittelt aus gemessenen bzw. berechneten Gierraten einen Fahrzustand bzw. eine Fahrdynamik des Fahrzeugs und übermittelt bei Erkennen einer fahrkritischen Situation ein Betätigungs-Signal an das EBS-System, vorzugsweise an eine EBS-Steuereinrichtung. Die EBS-Steuereinrichtung veranlasst daraufhin einen entsprechenden Bremseingriff, um das Fahrzeug z. B. bei einem Über- oder Untersteuern zu stabilisieren. Fehleingriffe durch die EBS-Steuereinrichtung können somit durch eine korrekte Bestimmung des mittleren Radumfangs weitestgehend vermieden werden; die Sicherheit im Fahrzeug steigt.
Wird in der Plausibilitätsprüfung festgestellt, dass die ermittelten mindestens zwei Skalierungsfaktoren innerhalb des ersten Toleranzbereiches ungleich Eins sind und weiterhin innerhalb eines dritten Toleranzbereiches nicht übereinstimmen, so kann insbesondere auf einen defekten Sensor geschlossen und dieser auch identifiziert werden, wobei durch die Zuordnung der Skalierungsfaktoren zu den Sensoren der defekte Sensor, z. B. durch eine weitere Plausibilitätsprüfung, erkannt werden kann. Die Steuer- und Regelsysteme können in diesem Fall das Signal des defekten Sensors unberücksichtigt lassen und lediglich die noch funktionsfähigen Sensoren zur Bestimmung der Gierrate oder anderen fahrdynamischen Kenngrößen verwenden. Dem Fahrer des Fahrzeugs kann dies über ein Fehler-Signal ausgegeben werden und in der Werkstatt kann der defekte Sensor identifiziert und ausgetauscht werden.
In der weiteren Plausibilitätsprüfung kann z. B. bei Verwendung von drei Sensoren geprüft werden, ob der erste Skalierungsfaktor innerhalb des dritten Toleranzbereiches gleich dem zweiten Skalierungsfaktor ist und der dritte Skalierungsfaktor unter Berücksichtigung des dritten Toleranzbereiches abweicht. Dies deutet dann auf einen Defekt des dem dritten Skalierungsfaktor zugeordneten dritten Sensors hin. Entsprechendes gilt bei einem Defekt eines anderen Sensors. In diesem Fall kann z. B. vorgesehen sein, den neuen mittleren Radumfang lediglich in Abhängigkeit der den funktionsfähigen Sensoren zugeordneten Skalierungsfaktoren zu verwenden, während der Skalierungsfaktor des defekten Sensors unberücksichtigt bleibt.
Dadurch kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass durch die Bestimmung der Skalierungsfaktoren auch defekte Sensoren identifiziert und dies dem Fahrer entsprechend angezeigt werden kann. Dadurch greifen die Regelsysteme nicht auf defekte Sensoren zu; die Sicherheit im Fahrzeug steigt. Weiterhin kann durch das Ermitteln der Skalierungsfaktoren unterschieden werden zwischen einer fehlerhaften Parametrierung der Radumfänge und einem defekten Sensor, so dass bei einer abweichenden Vergleichs-Gierrate nicht fälschlicherweise die Sensoren im Fahrzeug ausgetauscht werden, obwohl lediglich die Radumfänge falsch parametriert sind.
Das Verfahren kann vorzugsweise in einer Vorrichtung, z. B. einem Steuermodul durchgeführt werden, wobei die Vorrichtung über mehrere Schnittstellen mit einem EBS-System und/oder einer Fahrdynamikregelung (ESC) und/oder einem ABS-System, zum Austausch von Signalen verbunden sein kann; somit kann die Vorrichtung beispielsweise Sensor-Signale von an einer EBS-Steuereinrichtung angeschlossenen Sensoren auslesen und verarbeitete Signale wieder an diese ausgeben. Diese können dann in der EBS-Steuereinrichtung oder einem Zentralmodul des ESC-Systems zum Regeln der Bremsen verwendet werden.
Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass im Fahrzeug keine doppelten Sensoren eingebaut werden müssen, da die von den Sensoren gelieferten Signale für mehrere Systeme verwendet werden können. Dadurch kann der Platz- und Kostenaufwand minimiert werden.
Die Vorrichtung kann dabei eine Recheneinheit aufweisen, in der das Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere kann die Vorrichtung auch in der EBS-Steuereinrichtung oder in dem Zentralmodul des ESC-Systems integriert sein, um Platz zu sparen. Vorzugsweise kann aber auch vorgesehen sein, dass die Berechnungen, die herkömmlicherweise im ESC-System, im ABS-System oder im EBS-System durchgeführt werden, in die Vorrichtung verlagert werden. Dadurch kann ein einziges zentrales System geschaffen werden, in dem alle Berechnungen durchgeführt werden können. Dadurch kann vorteilhafterweise Material und Rechenzeit gespart werden, da die einzelnen Module und Steuereinrichtungen zur Durchführung der Berechnungen nicht miteinander verbunden werden müssen, um zu kommunizieren, und somit keine Signale hin und zurück geschickt werden müssen. Es sind lediglich Kabel zur Anbindung der Sensoren nötig.
Die im Fahrzeug angeordneten Sensoren zum Ermitteln der Vergleichs-Gierraten können dabei insbesondere einen Lenkradwinkel-Sensor, der an einer Lenksäule des Fahrzeugs befestigt ist und Informationen über die Lenkbewegung bzw. die Lenkanforderung des Fahrers, insbesondere einen Lenkwinkel, erfasst und in Abhängigkeit davon ein Winkel-Signal ausgibt, umfassen. Herkömmlicherweise ist ein derartiger Lenkradwinkel-Sensor als Teil des EBS bereits vorhanden und mit der EBS-Steuereinrichtung verbunden.
Außerdem kann ein Querbeschleunigungs-Sensor vorgesehen sein, der herkömmlicherweise bereits in dem Zentralmodul des ESC-Systems, vorzugsweise mittig im Fahrzeug, angeordnet sein kann, wobei der Querbeschleunigungs-Sensor die Querbeschleunigung des Fahrzeugs misst und ein entsprechendes Querbeschleunigungs-Signal an das ESC-Zentralmodul ausgibt.
Zudem sind an allen Rädern des Fahrzeugs Raddrehzahl-Sensoren vorgesehen, die im Fahrzeug z. B. als Teil eines ABS-Regelsystems bereits vorhanden sein können und die in bekannter Weise die Raddrehzahlen aller Räder ermitteln und in Abhängigkeit davon Raddrehzahl-Signale ausgeben. Aus diesen Raddrehzahl-Signalen können beispielsweise in der EBS-Steuereinrichtung Radgeschwindigkeiten der jeweiligen Räder und daraus die Schwerpunktsgeschwindigkeit des Fahrzeuges berechnet werden.
Die Sensoren können dabei aber auch beliebig mit der EBS-Steuereinrichtung, dem ESC-Zentralmodul oder auch der Vorrichtung verbunden sein. Die obige Ausführung bezieht sich lediglich auf die Anbindung von Sensoren in herkömmlichen Nutzfahrzeugen, die allerdings nicht einschränkend ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Fahrzeug mit einem elektronischen Bremssystem und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 Fahrdynamik des Fahrzeugs gemäß 1 während einer Kurvenfahrt,
3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer fehlerhaften Parametrierung, und
4a, b Beispielkennlinien unterschiedlicher Gierraten betrachtet über die Zeit.
Gemäß der gezeigten Ausführungsform ist ein Fahrzeug 1 mit einem elektronischen Bremssystem (EBS) 100 vorgesehen, das jeweils zwei Räder 2.1, 2.2 an einer Vorderachse 2 sowie zwei Räder 3.1, 3.2 an einer Hinterachse 3 aufweist. Die Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 einer Achse weisen eine Spurweite sw sowie die Achsen 2, 3 des Fahrzeugs 1 einem Radstand L auf. Die Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 können in herkömmlicher Weise über Bremszylinder 2.3, 2.4, 3.3, 3.4, die einen einem Betätigungs-Signal S0 entsprechenden Druck p aufbauen können, abgebremst werden. Das Betätigungs-Signal S0 kann dabei entweder von einem Fahrer, z. B. durch Betätigung eines Bremspedals 4, oder von einem Regelsystem, z. B. einem ABS-Regelsystem 5 oder einer Fahrdynamikregelung 6 (ESC), erzeugt werden.
Im Fahrzeug 1 ist weiterhin eine Steuereinrichtung 7 als Teil des EBS 100 angeordnet, die beispielsweise über einen CAN-Bus über die Schnittstelle 16 das Betätigungs-Signal S0 aufnehmen und ein entsprechendes Brems-Signal SB zur Steuerung des EBS 100 erzeugen und an die jeweiligen Bremszylinder 2.3, 2.4, 3.3, 3.4 ausgeben kann, um die Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 abzubremsen.
Über die Schnittstelle 16 können gemäß dieser Ausführungsform weiterhin Raddrehzahl-Signale S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 sowie ein Lenkwinkel-Signal S1, die als fahrdynamische Kenngrößen Raddrehzahlen der Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 des Fahrzeugs 1 bzw. eine Lenkanforderung beinhalten, aufgenommen werden. Diese Sensor-Signale S1, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 kann die EBS-Steuereinrichtung 7 beispielsweise über ein Daten-Signal S6 an das ABS-Regelsystem 5 und/oder die Fahrdynamikregelung 6 ausgeben, die in Abhängigkeit davon ein Betätigungs-Signal S0 ermitteln und dieses an die EBS-Steuereinrichtung 7 zurück übertragen können.
Insbesondere ist die EBS-Steuereinrichtung 7 dazu mit einem Lenkradwinkel-Sensor 8 verbunden, so dass in herkömmlicher Weise eine Drehung bzw. eine Lenkanforderung eines Lenkrades 9 gemessen und in Abhängigkeit davon das Lenkwinkel-Signal S1 an die EBS-Steuereinrichtung 7 übermittelt werden kann; der Lenkradwinkel-Sensor 8 erfasst somit einen Fahrerwunsch bzw. einen Lenkradwinkel δ, der angibt, in welche Richtung sich das Fahrzeug 1 auf einer Straße 10 bewegen soll. Ein derartiger Lenkradwinkel-Sensor 8 ist in herkömmlichen Nutzfahrzeugen bereits Teil des EBS 100.
Weiterhin ist im Fahrzeug 1 ein Querbeschleunigungs-Sensor 11 vorgesehen, der die auf das Fahrzeug 1 wirkende Querbeschleunigung aq misst und in Abhängigkeit davon ein Querbeschleunigungs-Signal S2 ausgibt. Der Querbeschleunigungs-Sensor 11 ist dabei herkömmlicherweise in einem Zentralmodul 12 der Fahrdynamikregelung 6 (ESC) bereits integriert; vorzugsweise mittig im Fahrzeug 1, so dass die Querbeschleunigung aq des Fahrzeugschwerpunktes gemessen werden kann. Die Querbeschleunigungs-Signale S2 werden vorzugsweise vom ESC-Zentralmodul 12 verarbeitet, das in Abhängigkeit davon ein Betätigungs-Signal S0 erzeugt und an die EBS-Steuereinrichtung 7 übermittelt, die daraufhin die Bremsen bzw. die Bremszylinder 2.3, 2.4, 3.3, 3.4 über die Brems-Signale SB entsprechend ansteuern kann, um das Fahrzeug 1 z. B. zu stabilisieren.
Teil des ESC-Zentralmoduls 12 ist weiterhin ein Gierraten-Sensor 13, der eine Ist-Gierrate GIst, d. h. im Wesentlichen die Winkelgeschwindigkeit ω des Fahrzeuges 1 bei einer Umdrehung bzw. einer Kurvenfahrt, misst. Die Ist-Gierrate GIst wird dabei über ein Gierraten-Signal S3 an das ESC-Zentralmodul 12 übermittelt, das auch in Abhängigkeit davon ein Betätigungs-Signal S0 ermitteln kann, das dann wiederum an die EBS-Steuereinrichtung 7 übermittelt wird, um einen entsprechenden Bremseingriff zu veranlassen.
Weiterhin sind im Fahrzeug 1 vorzugsweise an allen Rädern 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 Raddrehzahl-Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6 angeordnet, die in hinreichend bekannter Weise die Drehzahlen der Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 messen und in Abhängigkeit davon die Raddrehzahl-Signale S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 an die EBS-Steuereinrichtung 7 ausgeben. In der EBS-Steuereinrichtung 7 können daraus für jedes Rad 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 Radgeschwindigkeiten v1, v2, v3, v4 bestimmt werden, wobei gilt: vi = URad·f/N, mit i = 1, 2, 3, 4, (F1) wobei URad ein Radumfang des jeweiligen Rades, f eine gemessene Frequenz des jeweiligen Raddrehzahlsensors und N eine Zähnezahl eines Polrades bzw. Zahnrades eines herkömmlichen Raddrehzahlsensors ist. Im Folgenden entspricht dabei v1 der Geschwindigkeit vL des linken vorderen Rades 2.1 und v2 der Geschwindigkeit vR des rechten vorderen Rades 2.3. Für URad kann dabei auch ein mittlerer Radumfang Um verwendet werden, der sich beispielsweise aus einem Mittelwert der Radumfänge URad aller Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 des Fahrzeugs 1 unter Berücksichtigung mehrerer fahrdynamischer Kenngrößen, z. B. einem Radschlupf oder einem Schräglaufwinkel der Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 ergibt.
Die Raddrehzahlsensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6 sind dabei, wie allgemein bekannt, so ausgeführt, dass ein mit den jeweiligen Rädern 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 verbundenes magnetisches Zahnrad mit N-Zähnen vorgesehen ist, wobei im Wirkungsbereich des Magnetfelds der Zähne ein induktiver Sensor angeordnet ist, der das wirkende Magnetfeld sensiert. Durch den Aufbau des Zahnrades, nimmt der induktive Sensor pulsartige Magnetfeldänderungen auf, die abhängig von der Drehgeschwindigkeit des jeweiligen Zahnrades und somit des entsprechenden Fahrzeugrades 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 sind. Aus der Frequenz f des „pulsierenden” Magnetfeldes kann mit dem funktionalen Zusammenhang der Formel F1 die Geschwindigkeit des jeweiligen Rades 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 bestimmt werden.
In 2 ist ein Fahrzustand des Fahrzeuges 1 in einer Kurvenfahrt gezeigt. Die dargestellten fahrdynamischen Kenngrößen können in Abhängigkeit der im Fahrzeug 1 vorhandenen Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11, 13 ermittelt und über die Daten-Signale S6 an die entsprechenden Einrichtungen 5, 6, 7 im Fahrzeug 1 übertragen werden. Insbesondere kann dabei auch ein Schräglaufwinkel α zur Bewertung der Fahrdynamik ermittelt werden, um z. B. einen seitlichen Schlupf des Fahrzeuges 1 abschätzen zu können. Weiterhin ist es auch denkbar, eine Wellengeschwindigkeit einer nicht dargestellten Antriebswelle zur Bewertung der Fahrdynamik zu verwenden.
Die ermittelten fahrdynamischen Kenngrößen des Fahrzeugs 1 können daraufhin von der EBS-Steuereinrichtung 7, der Fahrdynamikregelung 6 oder auch dem ABS-Regelsystem 5 verarbeitet und eine entsprechende Betätigung der Bremsen 2.3, 2.4, 3.3, 3.4 veranlasst werden. Die Anbindung der Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11, 13 an die EBS-Steuereinrichtung 7 bzw. das ESC-Zentralmodul 12 ist dabei nicht auf die beschriebene Ausführung beschränkt. Somit können jegliche Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11, 13 auch nur an die EBS-Steuereinrichtung 7, das ESC-Zentralmodul 12 oder an ein externes, nicht dargestelltes Modul angeschlossen sein. Die Signale S1, S2, S3, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 der Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11, 13 können dann beispielsweise über ein Bussystem an die Brems- und Regelsysteme 100, 5, 6 im Fahrzeug 1 übertragen werden.
Aus den fahrdynamischen Kenngrößen bzw. aus den ermittelten Signalen S1, S2, S3, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 können in herkömmlichen Steuer- und Regelsystemen Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 bzw. eine Ist-Gierrate GIst z. B. zur Bewertung der Fahrdynamik bestimmt werden, wobei die Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 insbesondere in Abhängigkeit der Radgeschwindigkeiten v1, v2, v3, v4 oder einer Schwerpunktsgeschwindigkeit vSP des Fahrzeuges 1 bestimmt werden. Die Schwerpunktsgeschwindigkeit vSP ergibt sich dabei aus den Radgeschwindigkeiten v1, v2, v3, v4 der Raddrehzahl-Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, z. B. durch Anwendung eines Algorithmus, der z. B. Radschlüpfe, Übersteuern, Untersteuern, etc. berücksichtigt. Aus obiger Formel F1 folgt dabei unmittelbar, dass zur Berechnung der Radgeschwindigkeiten v1, v2, v3, v4 die Angabe von Radumfängen URad, Um nötig ist.
Um diese Angabe zu erhalten, können die Brems- und Regelsysteme 100, 5, 6 im Fahrzeug 1 einmalig mit den entsprechenden Radumfängen URad oder mit dem mittleren Radumfang Um parametriert werden, die dann in der Formel F1 verwendet werden können. Da sich die Radumfänge URad aber z. B. aufgrund von Verschleiß oder Abrieb der Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 verändern können und diese Veränderung nicht von den Sensoren erfasst wird, ist die vorher durchgeführte Parametrierung fehlerhaft und somit werden mit der Zeit auch die Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 ungenau und es können Fehleingriffe z. B. durch die EBS-Steuereinrichtung 7 auftreten.
Um diese Fehleingriffe zu vermeiden, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 14 eine derartige Fehlparametrierung der Radumfänge URad, Um erkannt werden. Mit entsprechenden Maßnahmen kann anschließend in die Steuerung und/oder Regelung eingegriffen werden, indem beispielsweise ein neuer mittlerer Radumfang Um berechnet wird oder ein Fehler ausgegeben wird. Die Vorrichtung 14 ist dabei gemäß 1 mit dem ESC-Zentralmodul 12 und/oder der EBS-Steuereinrichtung 7 über Schnittstellen 17.1, 17.2 verbunden, so dass die Sensor-Signale S1, S2, S3, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 auch an die Vorrichtung 14 übertragen werden können und diese die Sensor-Signale S1, S2, S3, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 auswerten und weiterverarbeiten kann. Dazu ist in der Vorrichtung 14 eine Recheneinheit 18 integriert, in der die Sensor-Signale S1, S2, S3, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 ausgewertet werden können. Die Vorrichtung 14 kann aber auch Teil der EBS-Steuereinrichtung 7 oder des ESC-Zentralmoduls 12 sein; insbesondere kann die Vorrichtung 14 auch direkt mit den Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11, 13 verbunden sein. Das Verfahren läuft dabei wie folgt ab:
Gemäß 3 wird das Verfahren im Schritt St0 gestartet, im Allgemeinen beim Starten des Fahrzeugs 1 oder beim Initialisieren der EBS-Steuereinrichtung 7 und/oder der Regelsysteme 5, 6. Nachfolgend werden in einem Schritt St1 das Lenkwinkel-Signal S1, das Querbeschleunigungs-Signal S2, das Gierraten-Signal S3 sowie die Raddrehzahl-Signale S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 aufgenommen und an die Vorrichtung 14 übermittelt.
In einem darauffolgenden Schritt St2 werden in der Vorrichtung 14 aus den Sensor-Signalen S1, S2, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 der jeweiligen Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11 Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 sowie aus dem Gierraten-Signal S3 des Gierraten-Sensors 13 eine Ist-Gierrate GIst bestimmt:
Die Vorrichtung 14 bestimmt dabei insbesondere aus dem Lenkwinkel-Signal S1 des Lenkradwinkel-Sensors 8, in dem der Lenkwinkel δ enthalten ist, und der aus den Raddrehzahl-Signalen S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 ermittelten Schwerpunktsgeschwindigkeit vSP eine erste Vergleichs-Gierrate G1 mithilfe der folgenden Formel: G1 = [δ/iPAR + δkorr]/[L(x1·vSP) + kEG·x1·vSP], (F2) wobei L der Radstand, vSP die Schwerpunktgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1, kEG einen Eigenlenk-Faktor, der ein dynamisches Fahrverhalten, z. B. einen seitlichen Schlupf, berücksichtigt, δ der Lenkradwinkel, δkorr einen Korrekturwinkel, in dem z. B. Einflüsse der Beladung berücksichtigt sein können, und iPAR eine Lenkübersetzung der Vorderachse 2 bzw. der zu lenkenden Achse bezeichnet. Zudem ist x1 ein erster Skalierungsfaktor, der die Schwerpunktsgeschwindigkeit vSP skaliert und im Verlauf des Verfahrens verwendet wird.
Alle nicht durch die Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11, 13 ermittelten Parameter können dabei entweder in der EBS-Steuereinrichtung 7, in dem ESC-Zentralmodul 12 oder der Vorrichtung 14 gespeichert sein oder werden darin über hinreichend bekannte Algorithmen während der Fahrt ermittelt. Die berechnete erste Vergleichs-Gierrate G1 entspricht somit einer Soll-Gierrate, da die erste Vergleichs-Gierrate G1 direkt aus dem Fahrerwunsch (Drehung des Lenkrades 9) folgt.
Eine zweite Vergleichs-Gierrate G2 wird in der Vorrichtung 14 aus dem Querbeschleunigungs-Signal S2 des Querbeschleunigungs-Sensors 11, aus dem die Querbeschleunigung aq folgt, und über die aus den Raddrehzahl-Signalen S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 ermittelten Schwerpunktsgeschwindigkeit vSP bestimmt, wobei gilt: G2 = aq/(x2·vSP), (F3) wobei aq die Querbeschleunigung des Fahrzeugs 1 und x2 ein zweiter Skalierungsfaktor, der die Schwerpunktgeschwindigkeit vSP skaliert, ist.
Eine dritte Vergleichs-Gierrate G3 kann direkt aus den Raddrehzahlsignalen S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 der Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 einer Achse 2, 3 bestimmt werden, wobei vorzugsweise nur die Raddrehzahlen einer nichtangetriebenen Achse 2, 4 berücksichtigt werden, um insbesondere bei einem auftretendem Radschlupf beim Anfahren des Fahrzeuges 1 oder beim Übersteuern keine ungenaue Vergleichs-Gierrate G3 zu erhalten. Gemäß dieser Ausführung wird die dritte Vergleichs-Gierrate G3 in Abhängigkeit der Raddrehzahl-Signale S4.1, S4.2 bzw. der Radgeschwindigkeiten vL, vR der Vorderräder 2.1, 2.2 ermittelt: G3 = (vR – vL)·x3/sw, (F4) wobei vR bzw. vL die aus den Raddrehzahl-Signalen S4.1, S4.2 über die Formel F1 berechneten Radgeschwindigkeiten v1, v2 des rechten bzw. linken Vorderrades 2.1, 2.2 sind, x3 einen dritter Skalierungsfaktor und sw die Spurweite angibt.
Weiterhin wird die Ist-Gierrate GIst aus dem Gierraten-Signal S3 des Gierraten-Sensors 11 ermittelt, wobei die Ist-Gierrate GIst direkt aus dem Gierraten-Signal S3 unabhängig von den Radgeschwindigkeiten v1, v2, v3, v4 bzw. der Schwerpunktsgeschwindigkeit vSP folgt.
Die Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 können insbesondere auch im ESC-Zentralmodul 12 oder in der EBS-Steuereinrichtung 7 bereits mit den jeweiligen Formeln F2, F3, F4 bestimmt werden und anschließend das Ergebnis an die Vorrichtung 14 übermittelt werden.
In einem nachfolgenden, optionalen Schritt St3 können die berechneten Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 mit der Ist-Gierrate GIst verglichen und daraus jeweils eine Abweichung Δ1, Δ2, Δ3 ermittelt werden, indem die folgenden Differenzen gebildet werden: Δ1 = GIst – G1 Δ2 = Gist – G2 Δ3 = GIst – G3 (F5)
Vorzugsweise werden die Differenzen dabei über ein Zeitintervall (ZI) gebildet, um „ausreißende” Messwerte weitestgehend ausschließen zu können. Die Abweichungen Δ1, Δ2, Δ3 geben somit an, wie stark die jeweiligen Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 von der Ist-Gierrate GIst abweichen. Im Idealfall sollten alle Abweichungen Δ1, Δ2, Δ3 innerhalb eines zweiten Toleranzbereiches TB2, der mögliche Fehler, z. B. Signal-Rauschen, in der Messung berücksichtigt, Null sein, da alle berechneten Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 gleich der Ist-Gierrate sein sollten. In diesem Fall wird das Verfahren im Schritt St1 neu gestartet; das Verfahren beginnt also von vorn, da kein Fehler festgestellt werden konnte.
Ist allerdings mindestens eine Abweichung Δ1, Δ2, Δ3 ungleich Null (unter Berücksichtigung des zweiten Toleranzbereiches TB2) so kann insbesondere auf einen defekten Sensor 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11, 13 oder auf eine Fehlberechnung der Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 geschlossen werden.
Um dies möglichst zuverlässig bestimmen zu können, werden zunächst in einem Schritt St4 die in den obigen Formeln F2, F3, F4 angegebenen Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 bestimmt. Die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 dienen dabei in den Formeln F2, F3, F4 der Anpassung der Schwerpunkts-Geschwindigkeit vSP oder der Radgeschwindigkeiten vL, vR, indem diese miteinander multipliziert werden. Zur Bestimmung der Skalierungsfaktoren x1, x2, x3, werden die obigen Formeln F2, F3, F4 nach den Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 umgestellt und anschließend jeweils die Vergleichs-Gierrate G1, G2, G3 durch die Ist-Gierrate GIst ersetzt: x1 ≈ δ/[2·kEG·v·GIst] ± sqrt[d²/(4·kEG²·v²·GIst²) – L/(kEG·v2)] x2 = aq/(GIst·v) x3 = GIst·sw/(vR – vL) (F6)
Somit wird jeweils ein Skalierungsfaktor x1, x2, x3 bestimmt, der die Schwerpunktsgeschwindigkeit vSP bzw. die Radgeschwindigkeiten vR, vL so anpasst, dass die jeweilige Vergleichs-Gierrate G1, G2, G3 im Wesentlichen wieder mit der Ist-Gierrate GIst übereinstimmt. Die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 geben somit relative Abweichungen bzw. relative Fehler in den jeweiligen Geschwindigkeiten vSP, vR, vL an, die insbesondere aus einer Fehlparametrierung der Radumfänge URad oder einem defekten Sensor 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11, 13 folgen können.
In einem folgenden Schritt St5 werden erfindungsgemäß die im Schritt St4 bestimmten Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 miteinander verglichen. Dabei sind insbesondere zwei Ergebnisse möglich: Entweder die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 stimmen alle überein oder einzelne Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 weichen voneinander ab.
Zunächst soll der Fall beschrieben werden, dass die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 innerhalb eines dritten Toleranzbereiches TB3 gleich sind:
Für den Fall, dass die in dem Schritt St3 bestimmten Abweichungen Δ1, Δ2, Δ3 innerhalb des zweiten Toleranzbereiches TB2 Null sind, ist zu erwarten, dass alle Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 innerhalb eines ersten Toleranzbereiches TB1 ungefähr gleich Eins sind; d. h. die Geschwindigkeiten vSP, vR, vL müssen nicht angepasst werden, da die Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 der Ist-Gierrate GIst entsprechen.
Sind die Abweichungen Δ1, Δ2, Δ3 allerdings ungleich Null (unter Berücksichtigung von TB2), so ergeben sich Skalierungsfaktoren x1, x2, x3, die ungleich Eins sind (unter Berücksichtigung von TB1). In diesem Fall werden die Geschwindigkeiten vSP, vL, vR in den Formeln F2, F3, F4 also entsprechend angepasst.
Somit kann der Schritt St3 zur Bestimmung der Abweichungen Δ1, Δ2, Δ3 grundsätzlich auch entfallen, da auch indirekt über die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 bestimmt werden kann, ob die Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 von der Ist-Gierrate abweichen.
Bei übereinstimmenden Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 ungleich Eins wird dabei insbesondere davon ausgegangen, dass zur Berechnung der Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 falsche Radumfänge URad, Um verwendet wurden, d. h. die Steuer- und Regelsysteme 100, 5, 6 falsch parametriert sind. Denn unter der Annahme eines falschen Radumfangs URad, Um weichen alle berechneten Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 in gleichem Maße von der Ist-Gierrate GIst ab, da der Radumfang URad, Um linear in die Berechnung der Geschwindigkeiten vSP, vR, vL, von denen die Formeln F2, F3, F4 abhängen, eingeht. Dementsprechend müssen alle Geschwindigkeiten vSP, vR, vL in gleichem Maße durch die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 angepasst werden, um diese Abweichungen zu kompensieren.
Stimmen die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 somit innerhalb des dritten Toleranzbereiches TB3 überein, so kann auf falsch parametrierte Radumfänge URad, Um geschlossen werden und in einem folgenden Schritt St6.1 aus den Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 ein mittlerer Skalierungsfaktor xm gebildet werden, der insbesondere auch über einen Zeitraum dt gebildet werden kann, um z. B. „ausreißende” Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 ausschließen zu können. Aus diesem mittleren Skalierungsfaktor xm wird über die Formel F1 Um = vSP·xm·Nm/fm ein mittlerer Radumfang Um ermittelt, der in etwa einem tatsächlichen Radumfang URad der Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 entspricht und zur Parametrierung der EBS-Steuereinrichtung 7, des ESC-Zentralmoduls, der Vorrichtung 14 oder eines anderen Regelsystems weiterverwendet werden kann. Nm und fm sind die entsprechenden Mittelwerte der Zähnezahl N und der von den jeweiligen Raddrehzahl-Sensoren 2.3, 2.4, 3.3, 3.4 ermittelten Frequenzen f.
Über den mittleren Radumfang Um können dabei keine Veränderungen an einzelnen Rädern 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 festgestellt werden, sondern lediglich eine „gemittelte” Veränderung, z. B. ein gleichmäßiger Abrieb, aller Räder 2.1, 2.2, 3.1, 3.2. Für ein ESC-Regelsystem 6 reicht aber bereits das Erkennen dieses gleichmäßigen Abriebs, um eine möglichst sichere und genaue Regelung zu gewährleisten.
Nach dem Schritt St6.1 beginnt das Verfahren von vorn. Schritt St6.1 ist dabei optional. Es kann z. B. auch vorgesehen sein, lediglich ein Warnsignal auszugeben, dass eine Fehlparametrierung vorliegt.
Wir im Schritt St5 festgestellt, dass die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 innerhalb des dritten Toleranzbereiches TB3 nicht übereinstimmen und ungleich Eins sind, so kann die Vorrichtung 14 in einem Schritt St6.2 auf einen defekten Sensor 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11 schließen. Die Vorrichtung 14 kann in diesem Fall z. B. durch eine Plausibilitätsprüfung ermitteln, welcher Sensor 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11 defekt ist. Eine solche Plausibilitätsprüfung kann dabei z. B. beinhalten, dass die Vorrichtung 14 überprüft, ob beispielsweise lediglich ein erster und ein zweiter Skalierungsfaktor x1, x2 übereinstimmen und der dritte Skalierungsfaktor x3 einen davon abweichenden Wert aufweist. Daraus kann die Vorrichtung 14 schließen, dass die den ersten und zweiten Skalierungsfaktoren x1, x2 zugeordneten Sensoren 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11 funktionsfähig sind und der dem dritten Skalierungsfaktor x3 zugeordnete Sensor 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11 einen Defekt aufweist.
Diesen Defekt kann die Vorrichtung 14 oder die EBS-Steuereinrichtung 7 beispielsweise in einem Fehlersignal S5 ausgeben, das dann z. B. auf einer Anzeigeeinrichtung 15 angezeigt werden kann, so dass der Fahrer bzw. die Werkstatt darüber informiert ist und den entsprechenden defekten Sensor 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11 austauschen kann. Wird festgestellt, dass alle drei Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 unterschiedlich sind, so kann die Vorrichtung 14 insbesondere über das Fehlersignal S5 ausgeben, dass eine Berechnung des mittleren Radumfangs Um nicht möglich ist, da eine Identifizierung des defekten Sensors 2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11 nicht möglich ist, und dementsprechend ein Warnsignal ausgeben oder die Regelsysteme 5, 6 abschalten, so dass die Regelsysteme 5, 6 keine falschen Betätigungs-Signale S0 an die EBS-Steuereinrichtung 7 zur Regelung des Fahrzeugs 1 ausgeben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist außerdem möglich, den Radumfang URad oder den mittleren Radumfang Um nach einem Reifenwechsel im Bremssystem zunächst beliebig zu parametrieren. In einer Lernphase, in der zunächst nur das Verfahren durchgeführt wird, d. h. die Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3, die Ist-Gierrate GIst und die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 während einer Fahrt ermittelt und verglichen werden, kann dann ein tatsächlicher mittlerer Radumfang Um ermittelt werden. In der Lernphase ist ein auf den mittleren Radumfang Um zugreifendes Regelsystem 5, 6 dabei zunächst deaktiviert, so dass eine fehlerhafte Regelung vermieden werden kann. Die Vorrichtung 14 ermittelt dann z. B. nach einer vorbestimmten Zeit, ob die Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 im Wesentlichen alle Eins sind, und veranlasst erst dann die Aktivierung des Regelsystems.
In 4a sind beispielhaft zeitabhängige Kennlinien K1, K2, K3, K4 gezeigt, wobei K1, den zeitlichen Verlauf der ersten Vergleichs-Gierrate G1, K2 den Verlauf der zweiten Vergleichs-Gierrate G2, K3 den Verlauf der dritten Vergleichs-Gierrate G3 und K4 den Verlauf der Ist-Gierrate GIst bei einem fehlerhaft parametrierten Radumfang URad zeigen. Zu sehen ist insbesondere, dass die berechneten Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 in etwa ab einem ersten Zeitpunkt t1 bis zu einem zweiten Zeitpunkt t2 signifikant von der Ist-Gierrate GIst abweichen. In diesem Zeitraum befindet sich das Fahrzeug 1 beispielsweise in einer Kurvenfahrt, da die Ist-Gierrate – sowie auch alle berechneten Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 – von Null abweicht und das Fahrzeug 1 somit seine Winkelgeschwindigkeit ω ändert.
Die gemäß 4b gezeigten korrigierten Kurven K1', K2', K3' sind mit den im erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Skalierungsfaktoren x1, x2, x3 multipliziert, so dass die Kurven K1', K2', K3' annähernd wieder aufeinander liegen und aus den jeweiligen Sensor-Signalen S1, S2, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4 wieder annähernd korrekte Vergleichs-Gierraten G1, G2, G3 bestimmt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Vorderachse
2.1/2.2: Räder d. VA
2.3/2.4: Bremszylinder an 2.1/2.2
2.5/2.6: Raddrehzahl-Sensoren VA
3: Hinterachse
3.1/3.2: Räder der HA
3.3/3.4: Bremszylinder an 3.1/3.2
3.5/3.6: Raddrehzahl-Sensoren HA
4: Bremspedal
5: ABS-Regelsystem
6: Fahrdynamikregelung (ESC)
7: EBS-Steuereinrichtung
8: Lenkradwinkel-Sensor
9: Lenkrad
10: Straße
11: Querbeschleunigungs-Sensor
12: ESC-Zentralmodul
13: Gierraten-Sensor
14: Vorrichtung
15: Anzeigeeinrichtung
16: Schnittstellen EBS-Steuermodul
17.1/17.2: Schnittstellen Vorrichtung
18: Recheneinheit Vorrichtung
100: Elektronisches Bremssystem (EBS)
S0: Betätigungs-Signal
S1: Lenkwinkel-Signal
S2: Querbeschleunigungs-Signal
S3: Gierraten-Signal
S4.1, ..., 4.4: Raddrehzahl-Signale
S5: Fehler-Signal
S6: Daten-Signal zw. EBS und ESC bzw. ABS
α: Schräglaufwinkel
aq: Querbeschleunigung
δ: Lenkwinkel
δkorr: Korrekturwinkel
Δ1, Δ2, Δ3: Abweichungen der berechneten Gierraten von den Ist-Gierraten
dt: Zeitraum
f: Frequenz
F1: Formel: Geschwindigkeit aus Radumfang
F2: Formel: Gierrate Lenkradwinkel
F3: Formel: Gierrate Querbeschleunigung
F4: Formel: Gierrate Raddrehzahl
F5: Formel: Abweichung
F6: Formel: Skalierungsfaktoren
G1, G2, G3: erste, zweite, dritte Vergleichs-Gierrate
GIst: Ist-Gierrate
iPAR: Lenkübersetzung
kEG: Eigenlenkfaktor
K1, K2, K3, K4: Kennlinien vor Korrektur
K1', K2', K3', K4': Kennlinien nach Korrektur
L: Radstand
N: Zähnezahl der Zahnräder der Raddrehzahl-Sensoren
St1, ..., 6.1/.2: Verfahrensschritte
t1, t2: Zeitpunkte
TB1: erster Toleranzbereich (x1, x2, x3 ~ Eins)
TB2: zweiter Toleranzbereich (Δ1, Δ2, Δ3 <> 0)
TB3: dritter Toleranzbereich (x1 ~ x2 ~ x3)
sw: Spurweite
Um: mittlerer Radumfang
URad: Radumfang
vi: Radgeschwindigkeiten i = 1, 2, 3, 4
vL, vR: Radgeschwindigkeiten der Räder vorne links, vorne rechts
ω: Winkelgeschwindigkeit
x1, x2, x3: Skalierungsfaktoren
xm: mittlerer Skalierungsfaktor
ZI: Zeitintervall

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010007309 A1 [0008]
DE 102006040297 B4 [0009]
DE 10148093 A1 [0011]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer fehlerhaften Parametrierung von Radumfängen (URad, Um) von Rädern (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) eines Fahrzeugs (1), wobei das Fahrzeug (1) mindestens aufweist: einen Gierraten-Sensor (13) und mindestens zwei weitere Sensoren (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) zum Ermitteln fahrdynamischer Kenngrößen, mit mindestens den folgenden Schritten: Ermitteln einer Ist-Gierrate (GIst) aus einem Gierraten-Signal (S3) des Gierraten-Sensors (13) sowie einer ersten Vergleichs-Gierrate (G1) aus einem ersten Sensor-Signal (S1, S2, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4) des ersten Sensors (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) und einer mindestens zweiten Vergleichs-Gierrate (G2) aus einem mindestens zweiten Sensor-Signal (S1, S2, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4) des mindestens zweiten Sensors (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) (St1; St2), Ermitteln eines ersten Skalierungsfaktors (x1) aus der ersten Vergleichs-Gierrate (G1) und der Ist-Gierrate (GIst) und eines mindestens zweiten Skalierungsfaktors (x2) aus der mindestens zweiten Vergleichs-Gierrate (G2) und der Ist-Gierrate (GIst) (St4), Vergleichen der mindestens zwei Skalierungsfaktoren (x1, x2, x3) zum Ermitteln, ob eine fehlerhafte Parametrierung von Radumfängen (URad, Um) vorliegt (St5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Skalierungsfaktor (x1) durch in Relation setzen der ersten Vergleichs-Gierrate (G1) mit der Ist-Gierrate (GIst) und der mindestens zweite Skalierungsfaktor (x2) durch in Relation setzen der mindestens zweiten Vergleichs-Gierrate (G2) mit der Ist-Gierrate (GIst) gebildet werden, so dass nach einer Skalierung der ersten Vergleichs-Gierrate (G1) mit dem ersten Skalierungsfaktor (x1) bzw. der mindestens zweiten Vergleichs-Gierrate (G2) mit dem mindestens zweiten Skalierungsfaktor (x2) die erste bzw. die mindestens zweite Vergleichs-Gierrate (G1, G2) mit der Ist-Gierrate (GIst) innerhalb des zweiten Toleranzbereiches (TB2) übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Vergleichs-Gierraten (G1, G2, G3) mindestens ein Sensor (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) benutzt wird aus der Gruppe, die besteht aus: Lenkradwinkel-Sensor (8), Querbeschleunigungs-Sensor (11) und Raddrehzahl-Sensor (2.5, 2.6, 3.5, 3.6).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vergleichs-Gierrate (G1) aus einem Winkel-Signal (S1) des Lenkradwinkel-Sensors (8) bestimmt wird, insbesondere in Abhängigkeit eines Lenkrad-Winkels (δ), eines Korrekturwinkels (δkorr), einer Lenkübersetzung (iPAR), eines Radstandes (L) und eines Eigenlenkfaktors (kEG), die zweite Vergleichs-Gierrate (G2) aus einem Querbeschleunigungs-Signal (S2) des Querbeschleunigungs-Sensors (11) bestimmt wird, und eine dritte Vergleichs-Gierrate (G3) aus Raddrehzahl-Signalen (S4.1, S4.2) der Raddrehzahl-Sensoren (2.5, 2.6, 3.5, 3.6) bestimmt wird, insbesondere in Abhängigkeit einer Spurweite (sw).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Vergleichs-Gierraten (G1, G2, G3) in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit (v1, v2, v3, v4, vR, vL, vSP) bestimmt werden und die Ist-Gierrate (GIst) unabhängig von der Geschwindigkeit (v1, v2, v3, v4, vL, vR, vSP) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit eine Schwerpunkts-Geschwindigkeit (vSP) ist, die aus den über die Raddrehzahl-Signale (S4.1, S4.2, S4.3, S4.4) bestimmten Radgeschwindigkeiten (v1, v2, v3, v4, vL, vR) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Fehlparametrierung der Radumfänge (URad, Um) geschlossen wird, wenn die Skalierungsfaktoren (x1, x2, x3) innerhalb eines ersten Toleranzbereiches (TB1) ungleich Eins sind und innerhalb eines dritten Toleranzbereiches (TB3) übereinstimmen (St5).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ermitteln einer Fehlparametrierung der Radumfänge (URad, Um) ein mittlerer Radumfang (Um) in Abhängigkeit eines mittleren Skalierungsfaktors (xm) bestimmt wird, wobei der mittlere Skalierungsfaktor (xm) über einen Zeitraum (dt) aus einem Mittelwert der mindestens zwei ermittelten Skalierungsfaktoren (x1, x2, x3) bestimmt wird, und der ermittelte mittlere Radumfang (Um) zur Neuparametrierung verwendet wird (St6.1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren neu gestartet wird, wenn die mindestens zwei Skalierungsfaktoren (x1, x2, x3) innerhalb eines ersten Toleranzbereiches (TB1) gleich Eins sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen defekten Sensor (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) geschlossen und ein Fehlersignal (S5) ausgegeben wird, wenn die mindestens zwei Skalierungsfaktoren (x1, x2, x3) innerhalb eines dritten Toleranzbereiches (TB3) nicht übereinstimmen. (St6.2).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Plausibilitätsprüfung ermittelt wird, welcher Sensor (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) defekt ist und ein entsprechendes Fehlersignal (S5), z. B. an eine Anzeigeeinrichtung (15), ausgegeben wird, wobei in der Plausibilitätsprüfung ermittelt wird, ob ein erster und ein zweiter Skalierungsfaktor (x1, x2) innerhalb des dritten Toleranzbereiches (TB3) übereinstimmen und daraus darauf geschlossen wird, dass die entsprechenden ersten und zweiten Sensoren (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) funktionsfähig sind und aus dem abweichenden dritten Skalierungsfaktor (x3) auf einen Defekt des dritten Sensors (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ermitteln der mindestens zwei Skalierungsfaktoren (x1, x2, x3) eine erste Abweichung (Δ1) der ersten Vergleichs-Gierrate (G1) von der Ist-Gierrate (GIst) und eine mindestens zweite Abweichung (Δ2) der zweiten Gierrate (G2) von der Ist-Gierrate (GIst) bestimmt wird (St3) und das Verfahren neu gestartet wird, wenn die mindestens zwei ermittelten Abweichungen (Δ1, Δ2, Δ3) innerhalb eines zweiten Toleranzbereiches (TB2) gleich Null sind.
Vorrichtung (14) zum Ermitteln einer fehlerhaften Parametrierung von Radumfängen (URad, Um) von Rädern (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) eines Fahrzeugs (1), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mindestens aufweisend: Schnittstellen (17.1, 17.2) zum Aufnehmen und Ausgeben von Sensor-Signalen (S1, S2, S3, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4), und eine Recheneinheit (18) zum Ermitteln einer Ist-Gierrate (GIst) aus einem Gierraten-Signal (S3) des Gierraten-Sensors (13) sowie einer ersten Vergleichs-Gierrate (G1) aus einem ersten Sensor-Signal (S1, S2, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4) des ersten Sensors (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11) und einer mindestens zweiten Vergleichs-Gierrate (G2) aus einem mindestens zweiten Sensor-Signal (S1, S2, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4) des mindestens zweiten Sensors (2.5, 2.6, 3.5, 3.6, 8, 11), Ermitteln eines ersten Skalierungsfaktors (x1) aus der ersten Vergleichs-Gierrate (G1) und der Ist-Gierrate (GIst) und eines mindestens zweiten Skalierungsfaktors (x2) aus der mindestens zweiten Vergleichs-Gierrate (G2) und der Ist-Gierrate (GIst), Vergleichen der mindestens zwei Skalierungsfaktoren (x1, x2, x3) zum Ermitteln, ob eine fehlerhafte Parametrierung von Radumfängen (URad, Um) vorliegt.
Vorrichtung (14) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) mit einer EBS-Steuereinrichtung (7) und/oder einem ESC-Zentralmodul (12) verbindbar ist zum Austausch von Sensor-Signalen (S1, S2, S3, S4.1, S4.2, S4.3, S4.4) und Betätigungs-Signalen (SB).
Fahrzeug (1) mindestens aufweisend: einen Lenkradwinkel-Sensor (8) und/oder einen Querbeschleunigungs-Sensor (11), einen Gierraten-Sensor (13) und Raddrehzahl-Sensoren (2.5, 2.6, 3.5, 3.6) an den Rädern (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) des Fahrzeugs (1) sowie einer Vorrichtung (14) nach Anspruch 13 oder 14, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.