DE102014002176A1 - Verfahren zum Betrieb einer Fahrsicherheitsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrsicherheitsvorrichtung eines Fahrzeugs, bei dem radrotationsabhängige Größen zumindest eines, eine Radsensoreinheit (2n) umfassenden Rads (1n) erfasst und ausgewertet werden. Dabei ist vorgesehen, eine Position der zumindest einen Radsensoreinheit (2n) zu einem vorgegebenen Sendezeitpunkt (tφRX) eines von der Radsensoreinheit (2n) gesendeten Signals anhand einer Umfangsgeschwindigkeit (VFelge) der Radsensoreinheit (2n) innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer bestimmt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Fahrsicherheitsvorrichtung.
• Es ist bekannt, dass zum Betrieb einer Fahrsicherheitsvorrichtung, insbesondere einer Reifendrucküberwachungseinrichtung, sogenannte ABS-Signale einer Antiblockiervorrichtung erfasst und entsprechend ausgewertet werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Fahrsicherheitsvorrichtung anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Fahrsicherheitsvorrichtung eines Fahrzeugs werden radrotationsabhängige Größen zumindest eines, eine Radsensoreinheit umfassenden Rads erfasst und ausgewertet. Erfindungsgemäß wird eine Position der zumindest einen Radsensoreinheit zu einem vorgegebenen Sendezeitpunkt eines von der Radsensoreinheit gesendeten Signals anhand einer Umfangsgeschwindigkeit der Radsensoreinheit innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer bestimmt.
• Die Positionsbestimmung der Radsensoreinheit ermöglicht die Generierung eines virtuellen ABS-Signals, welches beispielsweise zur Reifendruckkontrolle verwendet werden kann. Das Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine nachträgliche Einbindung der Radsensoreinheit in ein Fahrzeug-Bussystem, z. B. CAN-Bus, nur sehr zeit- und/oder kostenaufwendig möglich ist. Damit ist das Verfahren auch für wenig hochtechnisierte Fahrzeuge anwendbar.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch eine Seitenansicht eines einzelnen Rads eines Fahrzeugs mit einer Radsensoreinheit in verschiedenen Positionen gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
• 2 ein Koordinatensystem mit zwei rekonstruierten Sägezahnimpulsen für ein Rad des Fahrzeugs,
• 3 das Koordinatensystem gemäß 2 mit einem interpolierten Wert zur Positionsbestimmung der Radsensoreinheit,
• 4 das Koordinatensystem gemäß der 2 und 3 mit drei Sägezahnimpulsen drei verschiedener Räder des Fahrzeugs und interpolierten Werten zur Positionsbestimmung der jeweils den Rädern zugeordneten Radsensoreinheiten und
• 5 schematisch eine Ansicht des Rads mit der Radsensoreinheit gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Die 1 zeigt in stark vereinfachter Weise ein Rad 1 _n mit einer Radsensoreinheit 2 _n und einem Felgenhorn 3 _n eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs in Seitenansicht.
• Das Rad 1 _n umfasst im Rahmen dieser Anmeldung auch nicht dargestellte Bestandteile, also insbesondere einen Reifen, eine Felge, ein Ventil, eine Radnabe, ein gezahntes Polrad und gegebenenfalls angeordnete Dichtungs- und/oder Sicherungsringe, Bremsscheiben und Antriebswellen.
• Die Radsensoreinheit 2 _n ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel an dem Felgenhorn 3 _n des Rads 1 _n befestigt und ist somit Bestandteil einer rotierenden Kette des Rads 1 _n. Dabei können sowohl alle Räder 1 _n als auch nur eines oder mehrere der Räder 1 _n des Fahrzeugs jeweils eine Radsensoreinheit 2 _n aufweisen.
• Die Radsensoreinheit 2 _n ist als eine Elektronikeinheit ausgebildet, die zumindest einen Drucksensor, einen Temperatursensor und einen sogenannten Schock- oder Beschleunigungssensor umfasst. Die Radsensoreinheit 2 _n ist dabei mit einem Steuergerät des Fahrzeugs vorzugsweise drahtlos gekoppelt und übermittelt an dieses entsprechende Signale der Sensoren.
• Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass beispielsweise zur Reifendrucküberwachung radrotationsabhängige Größen des Rads 1 _n bzw. der Räder 1 _n erfasst werden und ausgewertet werden. Beispielsweise wird dabei das gezahnte Polrad des Rads 1 _n induktiv abgegriffen, woraus eine graphische Funktion aus mehreren Sägezahnimpulsen entsteht, die auch als sogenannte ABS-Signale bezeichnet werden und mittels derer eine Korrelation zu einer Position und einem Zeitpunkt zum Senden eines Signals der Radsensoreinheit 2 _n ermittelt wird.
• Unter Umständen ist eine derartige Realisierung zur Ermittlung der oben beschriebenen ABS-Signale nicht möglich, beispielsweise weil eine nachträgliche Einbindung der Radsensoreinheit 2 _n in ein Fahrzeug-Bussystem, z. B. CAN-Bus, nur sehr zeit- und/oder kostenaufwendig möglich ist. Daher schlägt die Erfindung vor, die ABS-Signale mit Hilfe von anderen Signalen zu rekonstruieren.
• Zur Rekonstruktion der ABS-Signale, welche beispielhaft in den 2 bis 4 als eine Impulskette 4 dargestellt sind, ist als Grundlage eine Umfangsgeschwindigkeit V_Felge des Rads 1 _n erforderlich, wobei die Umfangsgeschwindigkeit V_Felge einer Drehgeschwindigkeit der Radsensoreinheit 2 _n entsprechend einer Montageposition der Radsensoreinheit 2 _n entspricht. Die Montageposition ist dabei als die Position der Radsensoreinheit 2 _n definiert, an der diese fest an dem Felgenhorn 3 _n angeordnet ist.
• Zur Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit V_Felge schlägt die Erfindung drei verschiedene Lösungsvarianten vor.
• Gemäß einer ersten in der 1 dargestellten Lösungsvariante ist die als Vektor dargestellte Umfangsgeschwindigkeit V_Felge durch Ermittlung einer Sendezeitpunktdifferenz Δt zwischen zwei aufeinanderfolgenden gesendeten Positionssignalen ermittelbar.
• Dazu wird die Radsensoreinheit 2 _n in einem sogenannten Burst-Modus betrieben, in welchem dieser in vorbestimmbaren Zeitintervallen Positionssignale an das Steuergerät übermittelt. Beispielsweise ist die Zeitdauer des Burst-Modus auf 20 Minuten festgelegt, wobei die Radsensoreinheit 2 _n innerhalb dieser Zeitdauer in etwa alle 10–20 Sekunden ein Positionssignal übermittelt.
• Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 sendet die Radsensoreinheit 2 _n ein erstes Positionssignal an einer ersten Sendeposition P1 und ein zweites Positionssignal an einer zweiten Sendeposition P2. Die Zeitpunkte, an dem das Steuergerät die Positionssignale empfängt, werden als Sendezeitpunkte t₀, t1 festgelegt, wobei ein erster Sendezeitpunkt t₀ einer ersten Sendeposition P1 und ein zweiter Sendezeitpunkt t₁ einer zweiten Sendeposition P2 zugeordnet ist.
• Die Sendezeitpunktdifferenz Δt ist somit als Differenz der Sendezeitpunkte t₀, t₁ definiert, so dass folgende Gleichung gilt: Δt = t₁ – t₀ (1).
• In einem nächsten Schritt wird die Umfangsgeschwindigkeit V_Felge mittels folgender Gleichung bestimmt: ν_Felge [m/s] = (r_nFelge [m]·φ_ABS)/Δt [s] (2), mit:

r_nFelge

= Felgenradius des Rads 1 _n und

ϕ_ABS

= Drehwinkel zwischen der ersten Sendeposition P1 und der zweiten Sendeposition P2

• Der Felgenradius r_nFelge ist dem Steuergerät bekannt, ebenso wie der Drehwinkel ϕ_ABS, welcher vorgegeben wird. Da der Felgenradius r_nFelge konstant ist, d. h., ein Felgenumfang U_nFelge ist nicht durch Abrieb, Druck und/oder Temperatur beeinflussbar, kann der Felgenradius r_nFelge zur Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit V_Felge herangezogen werden, ohne dass ein Korrekturfaktor benötigt wird.
• Anhand der mit Gleichung (2) ermittelten Umfangsgeschwindigkeit V_Felge lässt sich die Zeit t_Umdr, die die Radsensoreinheit 2 _n für eine Umdrehung benötigt mit folgender Gleichung ermitteln: t_Umdr = U_nFelge/ν_Felge (3),
• Die Radsensoreinheit 2 _n ist zu dem Polrad fest angeordnet. Dabei ist davon auszugehen, dass bei einer vollständigen Umdrehung des Rads 1 _n auch das Polrad eine vollständige Umdrehung durchführt, wobei in Abhängigkeit der Anzahl der Zähne des Polrads für eine Umdrehung ein Sägezahnsignal der Impulskette 4 ableitbar ist, wobei die maßgebende Größe des Sägezahnimpulses ein Anstieg m_n des Sägezahnimpulses ist.
• Der Anstieg m_n ist dabei mittels folgender Gleichung ermittelbar: m_n = tan(α) = x_n/t_Umdr (4), mit:

α

= Schnittwinkel des Sägezahnimpulses mit der Abszisse

m_n

= Anstieg des Sägezahnimpulses für das Rad 1 _n des Fahrzeugs und

x_n

= Anzahl der Polradzähne für das Rad 1 _n

• Mittels der Gleichung (4) kann somit ein Sägezahnimpuls rekonstruiert werden, wie er beispielsweise in 2 dargestellt ist.
• 2 zeigt dabei ein Koordinatensystem mit einer Abszisse und einer Ordinate, wobei der Ordinate eine Anzahl von Zähnen des Polrads x₁ bis x₁₀₀ und der Abszisse die Zeit t zugeordnet ist. D. h. das Polrad weist eine Anzahl von 100 Zähnen auf. In dem Koordinatensystem sind zwei Sägezahnimpulse als grafische Funktion eines virtuellen ABS-Signals dargestellt.
• Sind die Sägezahnimpulse gemäß 2 ermittelt und dargestellt, erfolgt die Positionsbestimmung der Radsensoreinheit 2 _n. Dazu ist ein dritter Sendezeitpunkt t_ϕRX erforderlich, welcher mittels Vorbestimmung eines weiteren Drehwinkels ϕ_RX mit folgender Gleichung ermittelbar ist: t_φRX = (r_Felge·φ_RX)/ν_Felge (5).
• Wie bereits oben genannt, wird der weitere Drehwinkel ϕ_RX vorbestimmt. Dieser beträgt beispielsweise 45°. Der nach Gleichung (5) ermittelte dritte Sendezeitpunkt t_ϕRX beträgt beispielsweise 200 Millisekunden und wird anschließend in der Impulskette 4 interpoliert, wie es 3 zeigt.
• 3 zeigt dabei das Koordinatensystem mit der Impulskette 4 gemäß 2, wobei auf der Abszisse der dritte Sendezeitpunkt t_ϕRX in den entsprechenden Sägezahnimpuls interpoliert ist. Der dazugehörige Wert der Ordinate, d. h. die Anzahl der Zähne des Polrads x₁ bis x₁₀₀, kann anschließend anhand des dritten Sendezeitpunkts t_ϕRX mit folgender Gleichung bestimmt werden: x_n = m_n·t (6).
• Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die dritte Sendeposition P3 der Radsensoreinheit 2 _n für ein erstes Rad 1 ₁ zum dritten Sendezeitpunkt t_ϕRX bei einem Polradzahn x₅₀.
• Genau zu diesem dritten Sendezeitpunkt t_ϕRX werden für alle anderen Räder 1 _n die jeweilige dritte Sendeposition P3 der entsprechenden Radsensoreinheit 2 _n in die zugehörigen Sägezahnimpulse, welche zuvor mittels Gleichung (4) für alle Räder 1 _n ermittelt wurden, interpoliert und in eine Matrix integriert.
• 4 zeigt dazu das Koordinatensystem gemäß der 2 und 3, wobei in dem Koordinatensystem drei Sägezahnimpulse dargestellt sind. Ein Sägezahnimpuls ist dabei einem Rad 1 _n zugeordnet, wobei der mittig angeordnete Sägezahnimpuls dem ersten Rad 1 _n zugeordnet ist.
• Die Positionen der Radsensoreinheiten 2 _n der zwei weiteren Räder 1 _n liegen gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 zum dritten Sendezeitpunkt t_ϕRX des ersten Rads 1 ₁ bei Polradzahn x₄₀ und bei Polradzahn x₆₅.
• Die unterschiedlichen Positionen der Radsensoreinheiten 2 _n der anderen Räder 1 _n ist insbesondere durch zueinander verschiedene Umfangsgeschwindigkeiten der einzelnen Räder 1 _n zu begründen.
• Gemäß einer zweiten Lösungsvariante der Erfindung wird die Umfangsgeschwindigkeit V_Felge der Radsensoreinheit 2 _n an der Montageposition mittels eines Signals des Schock- oder Beschleunigungssensors der Radsensoreinheit 2 _n ermittelt. Der Schock- oder Beschleunigungssensor übermittelt dabei an das Steuergerät ein sinusförmiges Signal, dessen Frequenz f proportional zur Umfangsgeschwindigkeit V_Felge ist, wie folgende Gleichung zeigt: Dazu gilt folgende Gleichung: t_umdr = 1/f (7).
• Nach Einsetzen der Gleichung (7) in die Gleichung (3) ergibt sich folgende Gleichung: ν_Felge = U_nFelge·f (8)
• Nach Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit V_Felge gemäß Gleichung (8) kann der aus Lösungsvariante 1 beschriebene Rechenweg fortgesetzt werden.
• Der Vorteil bei dieser Losung ist eine gegenüber den Positionssignalen aus der Lösungsvariante 1 niedrigere Sendefrequenz der Radsensoreinheit 2 _n, so dass eine Batterielebensdauer der Radsensoreinheit 2 _n gegenüber der Lösungsvariante 1 verbessert ist.
• Gemäß einer dritten Lösungsvariante der Erfindung wird die Umfangsgeschwindigkeit V_Felge der Radsensoreinheit 2 _n an der Montageposition aus der entsprechenden Einzelradgeschwindigkeit V_nRad ermittelt. Die 5 zeigt das Rad 1 _n mit der Radsensoreinheit 2 _n und dem Felgenhorn 3 _n zur Ermittlung der Umfangsgeschwindigkeit V_Felge. Die Umfangsgeschwindigkeit V_Felge und die Einzelradgeschwindigkeit V_nRad sind jeweils als Vektor dargestellt.
• Zur Ermittlung der Einzelradgeschwindigkeit V_nRad gelten dabei folgende Gleichungen: ν_nrad [m/s] = U_nRad [m]/t_Rad [s] (9) mit:

U_nrad

= Radumfang des Rads 1 _n

t_Rad

= Zeit für eine Umdrehung des gesamten Rads 1 _n und

ν_Felge [m/s] = U_Felge [m]/t_Felge [s] (10) mit:

t_Felge

= Zeit für eine vollständige Umdrehung der Felge.

• In einer vollständigen Umdrehung des Rads 1 _n sind dabei die Zeiten t_Rad, t_Felge gleich groß, so dass daraus folgende Gleichung für die Umfangsgeschwindigkeit V_Felge resultiert ν_Felge [m/S] = (U_nFelge [m]·ν_Rad [m/s])/U_Rad [m] (11).
• Nach Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit V_Felge gemäß Gleichung (11) kann der aus Lösungsvariante 1 beschriebene Rechenweg fortgesetzt werden.
• Die dritte Lösungsvariante hat den Vorteil, dass die Radsensoreinheit 2 _n nicht angepasst werden muss, beispielsweise durch Vorgabe der Drehwinkel ϕ_ABS, Φ_RX, so dass die Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit V_Felge kosten- und zeitoptimal durchgeführt werden kann.
• Die bisher beschriebene Positionsbestimmung der Radsensoreinheiten 2 _n kann dabei z. B. zur Reifendruckkontrolle des Fahrzeugs verwendet werden.
• Bezugszeichenliste

1_n

Rad

2_n

Radsensoreinheit

3_n

Felgenhorn

4

Impulskette

P1 bis P3

Sendepositionen

V_Felge

Umfangsgeschwindigkeit

V_nRad

Einzelradgeschwindigkeit

r_nFelge

Felgenradius

t

Zeit

t_ϕRX

dritter Sendezeitpunkt

t_Umdr

Zeit, die die Felge für eine Umdrehung benötig

X₁ bis x₁₀₀

Anzahl der Polradzähne

α

Schnittwinkel

ϕ_ABS

Drehwinkel

ϕ_RX

weiterer Drehwinkel

Claims (4)

1. Verfahren zum Betrieb einer Fahrsicherheitsvorrichtung eines Fahrzeugs, bei dem radrotationsabhängige Größen zumindest eines, eine Radsensoreinheit (2 _n) umfassenden Rads (1 _n) erfasst und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position der zumindest einen Radsensoreinheit (2 _n) zu einem vorgegebenen Sendezeitpunkt (t_ϕRX) eines von der Radsensoreinheit (2 _n) gesendeten Signals anhand einer Umfangsgeschwindigkeit (V_Felge) der Radsensoreinheit (2 _n) innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit (V_Felge) der Radsensoreinheit (2 _n) anhand einer Sendezeitpunktdifferenz (Δt) zwischen einem ersten Sendezeitpunkt (t₀) eines von der Radsensoreinheit (2 _n) gesendeten ersten Signals und einem zweiten Sendezeitpunkt (t₁) von der Radsensoreinheit (2 _n) gesendeten zweiten Signals bestimmt wird, wobei die Sendezeitpunkte (t₀, t₁) vorgegeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit (V_Felge) der Radsensoreinheit (2 _n) anhand einer Frequenz eines von einem Schock- oder Beschleunigungssensors des Radsensors (2 _n) gesendeten Signals bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit (V_Felge) der Radsensoreinheit (2 _n) anhand einer Einzelradgeschwindigkeit (V_nRad) des Rads (1 _n) bestimmt wird.

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