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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Raddrehzahlsensoren eines Kraftfahrzeuges, insbesondere von Raddrehzahlsensoren, deren Signale zur Erkennung einer Schlechtwegstrecke herangezogen werden.
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Aus den Signalen von Raddrehzahlsensoren eines Kraftfahrzeuges leiten verschiedene elektronische Steuergeräte wie beispielsweise Steuergeräte der Antriebsschlupfregelung (ASR), des Antiblockiersystems (ABS) oder des Elektronischen Stabilitätsprogrammes (ESP) die Drehgeschwindigkeit der Räder des Kraftfahrzeuges ab. Diese Drehgeschwindigkeiten werden mittels Steuerprogrammen ausgewertet und weiterverarbeitet, um letztendlich ein Durchdrehen bzw. Blockieren der Räder zu verhindern und damit die Stabilität und Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs zu sichern.
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Außerdem werden die Signale dieser Raddrehzahlsensoren vielfach zur Erkennung einer Schlechtwegstrecke herangezogen.
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Eine Erkennung von Schlechtwegstrecken ist beispielsweise notwendig bei Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung, welche hierzu die Laufunruhe einer Brennkraftmaschine auswerten. Eine solche Verbrennungsaussetzererkennung basiert auf einer Segmentzeitmessung an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Dazu ist die Schwungscheibe je nach Zylinderzahl der Brennkraftmaschine in entsprechende Segmente unterteilt und die Durchlaufzeiten dieser Segmente (Segmentzeiten) werden mittels eines Sensors an den Vertiefungen in der Schwungscheibe gemessen und miteinander verglichen. Die an der Kurbelwelle beobachteten Schwankungen der Umdrehungsgeschwindigkeit rühren in erwünschter Weise her vom zu überwachenden Verbrennungsvorgang und in unerwünschter Weise von äußeren Einflüssen auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, wie sie zum Beispiel beim Überfahren einer holperigen, unebenen Straße, im folgenden als Schlechtwegstrecke bezeichnet, auftreten.
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Aus Dokument
DE 4 122 484 A1 ist eine Schaltungsanordnung zur Erkennung von Radsensordefekten bekannt, für Kraftfahrzeug-Bremsanlagen mit elektronischer Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung, mit Schaltkreisen, welche die Sensorsignale aufbereiten und auswerten, die Geschwindigkeit, Verzögerung und Beschleunigung der einzelnen Räder ermitteln und diese Werte untereinander sowie mit vorgegebenen Schwellwerten vergleichen und die beim Erkennen eines Sensordefekts die Regelung zumindest zeitweise abschalten.
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Weiterhin ist aus Dokument
DE 10 2011 089 534 A1 ein Verfahren zur Erkennung einer Drehzahlanormalität zumindest eines Rades eines Fahrzeuges bekannt. Durch am Rad montierte Sensoren werden Daten gemessen, aus denen eine Drehzahl für jedes Rad des Fahrzeugs ermittelt werden kann. Eine Abweichung einer ersten Drehzahl eines ersten Rades von einer Drehzahl zumindest eines weiteren Rades der zu überwachenden Räder wird ermittelt. Basierend auf der Abweichung und einem Schwellwert wird eine Drehzahlanormalität des ersten Rades erkannt.
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Aus der
EP 0 602 277 A1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Schlechtwegstrecken bekannt, wobei eine, die Beschleunigung mindestens eines Rades eines Fahrzeuges repräsentierende Auslösegröße ermittelt wird und eine Schlechtwegstrecke erkannt wird, wenn der Betrag dieser Auslösegröße einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Die Auslösegröße ist dabei abhängig von mindestens zwei Segmentzeiten, die ein Rad zum Durchlaufen zugeordneter Winkelsegmente benötigt.
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Da beim Befahren von Schlechtwegstrecken hohe Raddrehzahlgradienten auftreten, können zur Erkennung einer Schlechtwegstrecke aus den von den eingangs genannten Steuergeräten zur Verfügung gestellten Raddrehzahlsignalen die Raddrehzahlgradienten berechnet werden und der größte dieser Raddrehzahlgradient mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden.
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Überschreitet dieser Raddrehzahlgradient einen vorgegebenen Schwellenwert, wird auf das Vorhandensein einer Schlechtwegstrecke geschlossen und das Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern ausgeblendet, d.h. gesperrt, da es sonst zu Fehlinterpretationen des Ergebnisses kommen kann.
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Die von den Raddrehzahlsensoren gelieferten Signale dienen somit als Basis zur Entscheidung, ob ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern durchgeführt werden kann oder nicht.
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Für nach dem Otto-Prinzip arbeitende Brennkraftmaschinen ist eine Verbrennungsaussetzererkennung gesetzlich vorgeschrieben, da Verbrennungsaussetzer einen im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Abgaskatalysator schädigen können, was wiederum zu einer unzulässigen Erhöhung der Emissionen führen kann.
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Da die von den Raddrehzahlsensoren gelieferten Signale als Basis zur Entscheidung herangezogen werden, ob ein Verfahren zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern durchgeführt werden kann oder nicht, müssen auch diese Raddrehzahlsignale überwacht und auf Plausibilität überprüft werden, um nicht fälschlich die Verbrennungsaussetzererkennung zu sperren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. bei der auf einfache Weise die ordnungsgemäße Funktion von Raddrehzahlsensoren in Kraftfahrzeugen überprüft werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Raddrehzahlsensoren, welche Raddrehzahlen von Rädern eines Kraftfahrzeuges erfassen, wobei mittels einer elektronischen Steuerungsvorrichtung aus den erfassten Raddrehzahlen die zugehörigen Raddrehzahlgradienten gebildet werden, aus den Raddrehzahlgradienten die beiden Raddrehzahlgradienten mit den größten Werten ermittelt werden, der Quotient aus dem zweitgrößten Raddrehzahlgradienten und dem größten Raddrehzahlgradienten gebildet wird, wenn der größte Raddrehzahlgradient über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg einen Schwellenwert überschreitet und wobei der Quotient mit einem Schwellenwert verglichen wird, und bei Unterschreiten dieses Schwellenwerts über eine vorgegebene Zeitspanne das Signal des Raddrehzahlsensors mit dem größten Raddrehzahlgradienten als unplausibel erkannt wird.
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Dem beschriebenen Verfahren bzw. der Vorrichtung liegt folgende Erkenntnis zugrunde: Wenn für ein Rad des Kraftfahrzeuges über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise 2-5 Sekunden auf eine Schlechtwegstrecke erkannt wird, muss mindestens ein weiteres Rad des Kraftfahrzeuges ein ähnliches Verhalten aufweisen. Dieses Verhalten muss entweder auf der gleichen Fahrzeugseite, z.B. aufgrund unterschiedlicher Fahrbahnbeläge oder aufgrund des Befahrens des unbefestigten Seitenstreifens mit den Rädern einer Fahrzeugseite auftreten oder auf einer Achse (Vorderachse, Hinterachse) des Kraftfahrzeuges, beispielsweise durch angelegte Schneeketten an den Rädern der Antriebsachse oder durch Rückkoppelungen an der Antriebsachse.
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Da in modernen Kraftfahrzeugen die Drehzahlsignale der einzelnen Räder des Kraftfahrzeuges für die Steuerung und Regelung des Fahrverhaltens des Kraftfahrzeuges wie Antiblockiersystem (ABS), Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), Antriebsschlupfregelung (ASR) ohnehin vorhanden sind, werden für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der Vorrichtung keinerlei zusätzliche Komponenten benötigt.
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Durch Vergleichen der aus den Raddrehzahlen gebildeten Raddrehzahlgradienten gegeneinander und Quotientenbildung der beiden größten Raddrehzahlgradienten und anschließendem Schwellenwertvergleich ergibt sich ein sehr einfaches Verfahren, das aufwandarm an Rechnerleistung mit Standardfunktionen in der Steuerungsvorrichtung der das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann.
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Bei Unterschreiten dieses Schwellenwerts über eine vorgegebene Zeitspanne, vorzugsweise 2-10 Sekunden, wird das Signal des Raddrehzahlsensors mit dem größten Raddrehzahlgradienten als unplausibel erkannt, welcher durch falsche Werte, z.B. durch elektromagnetischen Einfluss mit Rauschen beaufschlagt oder mit einem Offset behaftet, das Verfahren zur Verbrennungsaussetzererkennung sperrte.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Figuren eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit zugeordneten Steuerungsvorrichtungen und
- 2 ein Ablaufdiagramm zur Diagnose von Raddrehzahlsensoren eines Kraftfahrzeuges, welches von dieser Brennkraftmaschine angetrieben wird.
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In 1 ist in schematischer Darstellung eine, ein Kraftfahrzeug antreibende Brennkraftmaschine 10 mit mehreren Zylindern Z1-Z4 gezeigt, die u.a. einen Ansaugtrakt 11, einen Abgastrakt 12, sowie eine Kraftstoffversorgungseinrichtung 13 aufweist. Die Ausgestaltung der Kraftstoffversorgungseinrichtung 13 (Direkteinspritzsystem und/oder Saugrohreinspritzsystem) ist für die Erfindung nicht von Bedeutung. Ferner sind weitere, zum Betrieb der Brennkraftmaschine 10 nötige Aggregate und Komponenten, wie beispielsweise eine Zündanlage bei einer Otto-Brennkraftmaschine weggelassen.
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Von dem Kraftfahrzeug sind lediglich vier Räder R1-R4 dargestellt, wobei jedem dieser Räder ein eigener Raddrehzahlsensor 14-17 zugeordnet ist. Dabei können sogenannte passive, also nach dem Induktionsprinzip arbeitende Sensoren oder aktive, basierend auf dem Halleffekt oder nach dem magnetoresistiven Prinzip arbeitende Sensoren eingesetzt werden.
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Die von den Raddrehzahlsensoren 14-17 erhaltenen Drehzahlsignale Ni werden einer elektronischen Steuerungseinrichtung 18 zur weiteren Aufbereitung und/oder Weiterverarbeitung zugeführt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Steuerungseinrichtung 18 um eine Steuerungseinrichtung für ein Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) zur Regelung der Fahrzeugstabilität durch elektronisch geregelten Eingriff auf die Bremsen und ein Drosselklappenstellglied. Die elektronische Steuerungseinrichtung 18 kann aber auch eine Steuerungseinrichtung des Antiblockiersystems (ABS) oder der Antriebsschlupfregelung (ASR) sein.
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Die elektronische Steuerungseinrichtung 18 ist mittels einer Datenleitung 19, vorzugsweise mittels eines CAN-Busses mit einer elektronischen Steuerungsvorrichtung 20 (ECU, electronic control unit) der Brennkraftmaschine 10 verbunden. Über diese Datenleitung 19 werden u.a. die Drehzahlsignale Ni an die elektronische Steuerungsvorrichtung 20 übertragen. Diese wird üblicherweise auch als Motorsteuergerät bezeichnet.
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Der elektronischen Steuerungsvorrichtung 20 werden Eingangssignale ES zugeführt, die zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 10, sowie zur Steuerung und Regelung von Nebenaggregaten notwendig sind. Die Steuerungsvorrichtung 20 ermittelt abhängig von den Eingangssignalen ES Stellgrößen, die dann in Stellsignale (Ausgangssignale) AS zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Hierzu ist die elektronische Steuerungsvorrichtung 20 mittels einer nur symbolisch dargestellten Signal- und Datenleitung 27 mit der Brennkraftmaschine 10 gekoppelt.
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Solche elektronischen Steuerungsvorrichtungen 20, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten und die neben der Steuerung der Brennkraftmaschine 10 noch eine Vielzahl weitere Steuer- und Regelaufgaben durchführen, sind an sich bekannt, sodass im Folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird.
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Die Steuerungsvorrichtung 20 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 21, die mit einem Programmspeicher 22 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 23 gekoppelt ist. In dem Programmspeicher 22 und dem Wertespeicher 23 sind Programme bzw. Werte gespeichert, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine, sowie der Nebenaggregate nötig sind. Unter anderem sind in dem Programmspeicher 22 softwaremäßig eine kennfeldbasierte Funktion FKT_VBE zur Verbrennungsaussetzererkennung sowie ein Steuerprogramm FKT_DIAG zum Diagnostizieren der Funktionstüchtigkeit der Raddrehzahlsensoren 14-17 des Kraftfahrzeuges implementiert, das anhand der Beschreibung der 2 noch näher erläutert wird.
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In dem Wertespeicher 23 sind u.a. Grenz- bzw. Schwellenwerte v_FMIN, v_FMAX, SW1, SW2 und ZS_MAX gespeichert, deren Bedeutungen später noch näher erläutert werden.
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Ferner ist in der Steuerungsvorrichtung 20 ein Fehlerspeicher 24 zum Speichern und Auswerten von verschiedenen Diagnoseergebnissen, insbesondere von Ergebnissen der Überprüfungen der Funktionstüchtigkeit der Raddrehzahlsensoren 14-17 des Kraftfahrzeuges vorgesehen. Negative Diagnoseergebnisse können dem Fahrzeugführer zusätzlich zu der Speicherung in dem Fehlerspeicher 24 auch akustisch und/oder optisch mit Hilfe einer Fehleranzeigevorrichtung 25 übermittelt werden. Um die Diagnosesicherheit zu erhöhen, erfolgt nicht sofort bei einem einmaligen Abweichen der Messwerte von den Grenz- bzw. Schwellenwerten ein Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 24 und ein Ansteuern der Fehleranzeigevorrichtung 25, sondern es erfolgt eine statistische Auswertung mittels eines Entprellzählers 26, wie es ebenfalls anhand der Beschreibung der 2 noch näher erläutert wird.
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Das Verfahren zur Diagnose der Raddrehzahlsensoren 14-17 wird bei jedem Start der Brennkraftmaschine 10 aufgerufen und wird mit einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variable initialisiert werden, insbesondere wird ein Zählerstand ZS des Entprellzählers 26 zurückgesetzt.
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In einem Schritt S2 wird überprüft, ob die Geschwindigkeit v_F des mittels der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Kraftfahrzeugs innerhalb eines von einem unteren Schwellenwert v_FMIN und einen oberen Schwellenwert v_FMAX begrenzten Bereich liegt. Dieser Voraussetzung zur Freigabe der Diagnose liegt die Überlegung zugrunde, dass bei sehr geringen und sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten keine sinnvolle Auswertung der Raddrehzahlsignale Ni erfolgen kann, da bei geringen Geschwindigkeiten (0 km/h ... 3 km/h) hohe Gradienten durch Anfahren entstehen, diese sind plausibel. Bei hohen Geschwindigkeiten muss keine Einschränkung vorliegen, jedoch wird die Schlechtwegerkennung ausgeblendet, da bei diesen Geschwindigkeiten (ab ca. 150 km/h) auch bei Schlechtwegstrecke keine hohen Gradienten auftreten. Das Geschwindigkeitsdelta ist bei kleinen Geschwindigkeiten durch die Anregung verursacht durch Straßeneinflüsse sehr groß, bei hohen Geschwindigkeiten ist das Delta durch Massenträgheit der Räder und Schlupf zwischen Untergrund und Rad wesentlich geringer. Auf die Diagnose der Raddrehzahlsensoren hat die hohe Geschwindigkeit keinen Einfluss.
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Die beiden Schwellenwerte v_FMIN und v_FMAX werden empirisch bzw. durch Fahrversuche ermittelt und in dem Wertespeicher 23 abgelegt.
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Ist die Bedingung in dem Schritt S2 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung, gegebenenfalls nach einer vorgegebenen Wartzeitdauer T_WAIT, erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
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Andernfalls wird die Bearbeitung in einem Schritt S3 fortgesetzt. Es werden die von den Raddrehzahlsensoren 14-17 ermittelten Raddrehzahlen Ni eingelesen und in einem nachfolgenden Schritt S4 daraus die Raddrehzahlgradienten ΔNi gebildet. Unter dem Begriff Raddrehzahlgradient ΔNi ist in diesem Zusammenhang der Raddrehzahländerungswert über der Zeit (dN/dt in U/min/s) zu verstehen. Aus den so erhaltenen Raddrehzahlgradienten ΔNi werden die beiden Raddrehzahlgradienten separiert, welche den größten und den zweitgrößten Wert aufweisen und zur späteren Weiterverarbeitung in dem Wertespeicher 23 zwischengespeichert. Der größte Raddrehzahlgradient ist dabei mit MAX_1(ΔNi), der zweitgrößte Raddrehzahlgradient mit MAX_2(ΔNi) bezeichnet.
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In einem Schritt S5 wird überprüft, ob der größte Raddrehzahlgradient MAX_1(ΔNi) über einen längeren Zeitraum hinweg einen vorgegebenen Schwellenwert SW1 überschreitet. Durch Beobachten über eine gewisse Zeitspanne hinweg, welche empirisch oder durch Fahrversuche festgelegt ist, kann sichergestellt werden, dass sporadisch auftretende Erhöhungen der Drehzahlen aufgrund von parasitären Einflüssen keine negativen Auswirkungen auf das Diagnoseergebnis haben.
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Ergibt die Abfrage in Schritt S5, dass der Schwellenwert SW1 nicht über die vorgegebene Zeitspanne überschritten wird, erfolgt ein Rücksprung zu dem Schritt S2, andernfalls wird das Verfahren mit einem Schritt S6 fortgesetzt.
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In dem Schritt S6 wird das Verhältnis, also der Quotient zwischen dem zweitgrößten Raddrehzahlgradienten MAX_2(ΔNi) und dem größten Raddrehzahlgradienten (MAX_1(ΔNi) gebildet und das Ergebnis mit einem Schwellenwert SW2 verglichen. Wird dieser Schwellenwert SW2 über einen längeren Zeitraum hinweg nicht unterschritten, so erfolgt ein Rücksprung zu dem Schritt S2, andernfalls wird das Verfahren mit einem Schritt S7 fortgesetzt.
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Auch diese Zeitspanne wird empirisch oder durch Fahrversuche festgelegt.
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Unterschreitet das Ergebnis der Quotientenbildung über der vorgegebenen Zeitspanne den Schwellenwert SW2, so wird in einem Schritt S7 ein Zählerstand ZS des Entprellzählers 26 (1) um den Wert 1 inkrementiert.
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In einem Schritt S8 wird überprüft, ob der Zählerstand ZS einen vorgegebenen Maximalwert ZS_MAX erreicht hat. Der Maximalwert ZS_MAX bestimmt, nach wie vielen Unterschreitungen des Schwellenwertes SW2 auf einen Fehler erkannt werden soll und ist in dem Wertespeicher 23 abgelegt. Ist der Maximalwert ZS_MAX noch nicht erreicht, so erfolgt ein Rücksprung zu dem Schritt S2.
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Ist dagegen der Maximalwert ZS_MAX an Unterschreitungen erreicht, so wird in einem Schritt S9 das Signal desjenigen Raddrehzahlsensors 14-17 als unplausibel erkannt, der den größten Raddrehzahlgradienten ΔNi aufweist und eine entsprechende Fehlermeldung wird in den Fehlerspeicher 26 eingetragen. Zusätzlich kann dem Führer des Kraftfahrzeuges das Vorhandensein eines Fehlers mittels der Fehleranzeigevorrichtung 25 übermittelt werden. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt S10 beendet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brennkraftmaschine
- 11
- Ansaugtrakt
- 12
- Abgastrakt
- 13
- Kraftstoffversorgungseinrichtung
- 14-17
- Raddrehzahlsensor
- 18
- elektronische Steuerungseinrichtung
- 19
- Datenleitung, CAN-Bus
- 20
- elektronische Steuerungsvorrichtung der BKM
- 21
- Steuereinheit, Recheneinheit, Prozessor
- 22
- Programmspeicher
- 23
- Datenspeicher, Wertespeicher
- 24
- Fehlerspeicher
- 25
- Fehleranzeigevorrichtung
- 26
- Entprellzähler
- 27
- Signal- und Datenleitung
- ABS
- Antiblockiersystem
- AS
- Stellsignale, Ausgangssignale
- ASR
- Antriebsschlupfregelung
- ECU
- Electronic Control Unit
- ES
- Eingangssignale
- ESP
- Elektronisches Stabilitätsprogramm
- BKM
- Brennkraftmaschine
- FKT_DIAG
- Funktion zur Überprüfung Raddrehzahlsensoren
- FKT_VBE
- Funktion zur Verbrennungsaussetzererkennung
- Ni
- Raddrehzahl
- ΔNi
- Raddrehzahlgradient
- MAX_1(ΔNi)
- größter Raddrehzahlgradient
- MAX_2(ΔNi)
- zweitgrößter Raddrehzahlgradient
- R1-R4
- Räder des Kraftfahrzeuges
- S1-S10
- Verfahrensschritte
- SW1
- Schwellenwert für größten Raddrehzahlgradienten
- SW2
- Schwellenwert für Verhältnis größter zu zweitgrößter Raddrehzahlgradient
- T_WAIT
- Wartezeitdauer
- v_F
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- v_FMIN
- unterer Grenzwert für Fahrzeuggeschwindigkeit
- v_FMAX
- oberer Grenzwert für Fahrzeuggeschwindigkeit
- Z1-Z4
- Zylinder der Brennkraftmaschine
- ZS
- Zählerstand
- ZS_MAX
- Maximalwert Zählerstand
