DE102014117852B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl, umfassend: ein Geberrad mit einer Vielzahl von Zähnen; einen Hall-Sensor, der so ausgestaltet ist, dass er einen Messwinkel einschließlich eines Versatzes jedes der Zähne erkennt; eine Versatzkorrektureinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie den Messwinkel mit einem durch eine Störgröße erzeugten Korrekturversatz korrigiert; wobei der Korrekturversatz berechnet wird, indem eine Summe der Versätze durch die Anzahl der Zähne dividiert wird, eine Frequenzschätzungseinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie eine Frequenz auf der Grundlage eines von der Versatzkorrektureinheit berechneten Ergebniswertes schätzt.

Description

  • Querverweis auf zugehörige Anmeldungen
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0159038 , die am 19. Dezember 2013 beim Koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl, das die Genauigkeit bei der Schätzung einer Frequenz verbessert, indem ein Erkennungsfehler eines Radsensors, der durch eine Störgröße verursacht wird, korrigiert wird, wenn der Luftdruck eines Reifens von einem Signal geschätzt wird, das durch einen Raddrehzahlsensor erzeugt wird.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Ein Reifendruckkontrollsystem (RDKS), das eine Verringerung des Luftdrucks eines an einem Kraftfahrzeug montierten Reifens erkennt und dem Fahrer die Verringerung des Luftdrucks meldet, wurde in der letzten Zeit in Kraftfahrzeugen eingebaut.
  • Wenn der Luftdruck eines Reifens niedrig ist, besteht die Möglichkeit, dass ein Kraftfahrzeug leicht ins Rutschen gerät, was zu schweren Unfällen führen kann, und sich der Kraftstoffverbrauch erhöht, so dass sich die Kraftstoffeffizienz verschlechtert, sich die Lebensdauer eines Reifens verkürzt und der Fahrkomfort sowie die Bremsleistung erheblich verringert werden.
  • Das RDKS meldet dem Fahrer einen Druckverlust eines Reifens und veranlasst ihn, den Zustand des Reifendrucks zu überprüfen, wodurch das oben genannte Problem vermieden wird.
  • Das RDKS ist unterteilt in ein direktes RDKS zur direkten Messung einer Verringerung eines Reifenluftdrucks und ein indirektes RDKS zur indirekten Messung einer Verringerung eines Reifenluftdrucks unter Nutzung einer Raddrehzahl.
  • Bei dem direkten RDKS meldet ein am Reifen befestigter Sensor dem Fahrer eine Veränderung des Reifenluftdrucks. Das indirekte RDKS schätzt indirekt eine Veränderung des Reifenluftdrucks aufgrund einer Veränderung eines Ansprechverhaltens (zum Beispiel einer Drehzahl oder einer Frequenzcharakteristik einer Drehzahl) des Reifens, die bei einer Verringerung des Luftdrucks hervorgerufen wird, und meldet dem Fahrer das Ergebnis der Schätzung.
  • Das indirekte RDKS kann unterteilt werden in ein Analyseschema auf Basis eines dynamischen Halbmessers sowie ein Analyseschema auf Basis eines Resonanzfrequenzverfahrens. Das Analyseschema in Bezug auf den dynamischen Halbmesser und das Analyseschema in Bezug auf die Resonanzfrequenzmethode werden nachfolgend abgekürzt als Halbmesseranalyse bzw. Frequenzanalyse bezeichnet.
  • Die Frequenzanalyse wendet ein Schema an, das bei einer Verringerung des Reifenluftdrucks einen Unterschied zwischen einem Reifen mit normalem Luftdruck und einem Reifen mit verringertem Luftdruck anhand einer Veränderung einer Frequenzcharakteristik eines Drehzahlsignals eines Rades erkennt. Unter Beachtung einer Resonanzfrequenz, die durch die Frequenzanalyse des Drehzahlsignals des Rades erzielt wird, wird bei der Frequenzanalyse ermittelt, dass der Luftdruck des Reifens verringert ist, wenn die Resonanzfrequenz niedriger berechnet wird als eine während der Initialisierung geschätzte Referenzfrequenz.
  • Die Halbmesseranalyse wendet ein Schema an, das eine Verringerung des Luftdrucks anhand eines Vergleiches der Drehzahlen von vier Reifen erkennt, indem es ein Phänomen nutzt, bei dem sich ein dynamischer Halbmesser eines Reifens mit verringertem Luftdruck während der Fahrt verringert und infolgedessen der Reifen mit dem verringerten Luftdruck sich schneller dreht als ein Reifen mit normalem Luftdruck (siehe offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 1988-305011 ).
  • Das direkte RDKS weist jedoch das Problem auf, dass des Weiteren ein zusätzliches Element zur Messung eines Reifendrucks benötigt wird, so dass eine Ausgestaltung aufwändig wird und sich die Herstellungskosten erhöhen. Demzufolge wird das indirekte RDKS verwendet.
  • Insbesondere schätzt das indirekte RDKS hauptsächlich den Luftdruck eines Reifens auf der Grundlage eines Radsensorsignals eines Antiblockiersystems (ABS) oder einer elektronisch gesteuerten Aufhängung (ECS).
  • Der Radsensor des ABS oder des ECS erzeugt unter Verwendung eines Geberrades und eines Hall-Sensors ein Drehzahlsignal. Das Geberrad ist eine mechanische Struktur, die mit Hilfe eines Sinterverfahrens hergestellt wird und bei einer Umdrehung im Allgemeinen ca. 47 bis 49 Zähne aufweist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 lässt sich ein idealer Winkel zwischen den Zähnen als 2 π/N ermitteln. N bezeichnet hier die Gesamtzahl der Zähne.
  • Tatsächlich wird bei einem Messwinkel zwischen den Zähnen jedoch ein Winkelfehler zu dem idealen Winkel aufgrund eines Verarbeitungsfehlers und dergleichen hinzugerechnet. Das heißt, der Winkelfehler lässt sich aus der Differenz zwischen dem Messwinkel und dem idealen Winkel berechnen.
  • Obwohl der Winkelfehler berücksichtigt wird, ist ein Winkel jedoch für eine Umdrehung des Geberrades bei 360° konstant und beträgt die Summe der entsprechenden Winkelfehler für eine Umdrehung 0.
  • Wie in 2 dargestellt, beträgt die Summe der Winkelfehler jedoch nicht 0, wenn bei einer Winkelmessung ein Messfehler oder eine Störgröße wie zum Beispiel eine mechanische Einwirkung zugrunde gelegt wird. In diesem Fall ist es bei der Schätzung einer Frequenz nicht möglich, eine durch eine Störgröße verursachte Frequenz genau zu schätzen.
  • Da demzufolge ein von dem Radsensor gemessener Wert nicht genau ist, besteht das Problem, dass eine genaue Schätzung des Luftdrucks eines Reifens schwierig ist.
  • In Bezug auf den Stand der Technik ist auf das koreanische Patent KR 10-1334233 zu verweisen.
  • Weiterhin ist ein System zum Schätzen eines Reifendrucks, insbesondere zum Feststellen und Schätzen der physikalischen Parameter, die abhängig von Reifendruck sind, bekannt aus der Druckschrift US 7,240,542 B2 .
  • Aus der DE 44 09 846 A1 ist ein Drehzahlerfassungsgerät für einen rotierenden Körper bekannt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung wurde in dem Bestreben gemacht, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl bereitzustellen, die die Genauigkeit bei der Schätzung einer Frequenz verbessern können, indem sie einen Zahnfehler eines Drehzahlsignals verringert, der von einem Radsensor erkannt und weitergeleitet wird, sobald eine Störgröße erzeugt wird.
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl vor, welche umfasst: ein Geberrad mit einer Vielzahl von Zähnen, einen Hall-Sensor, der so ausgestaltet ist, dass er einen Messwinkel einschließlich eines Versatzes jedes der Zähne erkennt, eine Versatzkorrektureinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie bei Erzeugung einer Störgröße den Messwinkel mit einem Korrekturversatz korrigiert, und eine Frequenzschätzungseinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie eine Frequenz auf der Grundlage eines Ergebniswertes schätzt, der von der Versatzkorrektureinheit berechnet wird.
  • Der Korrekturversatz wird berechnet, indem eine Summe des Versatzes durch die Anzahl der Zähne dividiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung sieht weiterhin ein Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl vor, welches umfasst: (a) Erkennung von Zähnen eines Geberrades unter Nutzung eines Hall-Sensors und Erlangen eines Messwinkels einschließlich eines Versatzes; (b) Berechnung eines Korrekturversatzes bei Erzeugung einer Störgröße; (c) Korrektur des Messwinkels unter Nutzung des berechneten Korrekturversatzes; und (d) Schätzung einer Frequenz auf der Grundlage eines in (c) berechneten Ergebniswertes.
  • Der Korrekturversatz wird berechnet, indem eine Summe des Versatzes durch die Anzahl der Zähne dividiert wird.
  • Die Vorrichtung und das Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung verbessern die Genauigkeit bei der Schätzung einer Frequenz unter Nutzung eines Korrekturversatzes bei der Erzeugung einer Störgröße.
  • Das heißt, die Vorrichtung und das Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß der vorliegenden Erfindung verbessern die Genauigkeit bei der Schätzung einer Frequenz, indem ein durch eine Störgröße erzeugter Versatz durch die Gesamtzahl der Zähne dividiert wird und anschließend der berechnete Versatz zu einem Messwinkel jedes der Zähne hinzugezählt oder von diesem abgezogen wird.
  • Neben den zuvor beschriebenen Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen ergeben sich weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale anhand der Zeichnungen und der folgenden ausführlichen Beschreibung.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine grafische Darstellung, die einen idealen Winkel jedes Zahnes eines Geberrades zeigt.
  • 2A und 2B sind grafische Darstellungen, die Ergebnisse einer Frequenzschätzung bei gleicher Winkelgeschwindigkeit eines Rades entsprechend dem Vorliegen/Nichtvorliegen eines Winkelfehlers zeigen.
  • 3 und 4 sind grafische Darstellungen, die eine Vorrichtung zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 5 ist eine grafische Darstellung, die einen Idealfall eines Geberrades der Vorrichtung zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist eine grafische Darstellung, die einen Realfall eines Geberrades der Vorrichtung zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7A und 7B sind grafische Darstellungen, die einen Zustand vor und nach einer Korrektur durch einen Korrekturversatz der Vorrichtung zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 8 ist eine grafische Darstellung, die ein Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht zwangsläufig maßstabgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen Merkmalen zeigen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die hier offenbarten besonderen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, darunter beispielsweise bestimmte Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die jeweilige vorgesehene Anwendung und die Einsatzumgebung bestimmt.
  • In den Figuren verweisen die Bezugsziffern in den verschiedenen Figuren der Zeichnung durchgehend auf die gleichen oder entsprechende Teile der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, um ein Verfahren zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden jedoch Beschreibungen allgemein bekannter verwandter Technologien, die hier aufgenommen wurden, ausgelassen, wenn festgestellt wird, dass die Beschreibungen der allgemein bekannten verwandten Technologien den Gegenstand der vorliegenden Erfindung verunklaren. Die in der folgenden Beschreibung verwendeten Begriffe werden unter Berücksichtigung der Funktionen der vorliegenden Erfindung definiert und können je nach Absicht und üblichen Gepflogenheiten eines Entwicklers oder Herstellers variieren. Die Definitionen sollten daher auf der Grundlage des gesamten Inhalts der vorliegenden Patentbeschreibung erfolgen. Teile, die mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind, beziehen sich in der Patentbeschreibung durchgehend auf gleiche Elemente.
  • Nachfolgend werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 3 dargestellt, kann ein Kraftfahrzeug eine Scheibe 20 enthalten, die an einer Nabe 10 montiert ist, welche mit einem Rad (nicht dargestellt) verbunden ist, und die sich zusammen mit der Nabe 10 dreht. Hierbei können in der Scheibe 20 eine innere Platte 21 und eine äußere Platte 22 einstückig mit einer Rippe 23 hergestellt sein, die dazwischen radial ausgebildet ist.
  • Das Kraftfahrzeug kann ein Geberrad 30 enthalten, das mit einer die Scheibe 20 durchdringenden Radwelle 11 verbunden ist und sich bei Drehung der Scheibe 20 gemeinsam dreht, sowie einen Hall-Sensor 40, der benachbart zum Geberrad 30 montiert ist, das Geberrad 30 erkennt und ein Drehzahlsignal erzeugt.
  • Hierbei ist das Geberrad 30 so gestaltet, dass es ein Erscheinungsbild aufweist, bei dem eine Sägezahnform mit einer Vielzahl von Zähnen 31 sowie einer Vielzahl von Tälern 32 sich wiederholend auf einer scheibenförmigen Außenumfangsfläche ausgebildet ist.
  • Der Hall-Sensor 40 erzeugt ein Drehzahlsignal unter Nutzung einer Frequenz, die entsprechend einer Drehung des Geberrades 30 erzeugt wird.
  • Wie in den 3 und 4 dargestellt, kann die Vorrichtung zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Geberrad 30, den Hall-Sensor 40, eine Versatzkorrektureinheit 50 und eine Frequenzschätzungseinheit 60 enthalten.
  • Gemäß 5 ist bei einem mit vier Zähnen 31 versehenen Geberrad 30 ein Gesamtwinkel während einer Umdrehung 4X. Hierbei bezeichnet X einen idealen Winkel zwischen den Zähnen 31. In 5 ist X anhand einer virtuellen Linie L dargestellt.
  • Tatsächlich werden gemäß 6 jedoch für jedes Geberrad 31 die Gleichungen X1 = X + Versatz1 + Versatz2, X2 = X – Versatz2, X3 = X – Versatz3 und X4 = X + Versatz3 – Versatz1, bei welchen es sich um Messwinkel handelt, ermittelt. Das heißt, es kann ein Versatz zwischen den Zähnen 31 vorhanden sein.
  • Da jedoch X1 + X2 + X3 + X4 = 4X ist, weisen die Messwinkel den gleichen Gesamtwinkel während einer Umdrehung auf.
  • Wie durch die nachstehende Gleichung 1 wiedergegeben, ist es danach möglich, einen Korrekturversatz zu berechnen, indem die Summe der Versätze durch die Anzahl N der Zähne 31 dividiert wird.
  • [Gleichung 1]
    • Korrekturversatz = ΣVersatz / Anzahl der Zähne
  • Wenn keine durch eine Störgröße verursachte Verzerrung vorliegt, kann danach ein Wert des Korrekturversatzes 0 betragen.
  • Gibt es jedoch einen Wert des Korrekturversatzes, wird dies als eine durch eine Störgröße verursachte Einwirkung erfasst und ein Winkelfehler mit dem Korrekturversatz korrigiert.
  • Das heißt, wenn es nicht möglich ist, eine durch eine Störgröße verursachte Frequenz genau zu schätzen, schätzt die Versatzkorrektureinheit 50 der Vorrichtung 1 zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl eine Frequenz, indem sie den Winkelfehler mit dem Korrekturversatz korrigiert.
  • Mit Bezug auf die 7A und 7B wird insbesondere ein Wert ungleich 0 als Korrekturversatz erzielt, wenn die Störgröße A wie in 7A dargestellt erzeugt wird.
  • Wie in 7B dargestellt, verbessert die Versatzkorrektureinheit 50 danach die Genauigkeit bei der Schätzung einer Frequenz, indem sie den berechneten Korrekturversatz zu dem Messwinkel hinzuzählt.
  • Das heißt, die Versatzkorrektureinheit 50 verbessert die Genauigkeit bei der Schätzung einer Frequenz, indem sie den durch eine Störgröße verursachten Versatz durch die Gesamtzahl der Zähne 31 dividiert und anschließend den berechneten Versatz zu dem Messwinkel jedes der Zähne 31 hinzuzählt oder von diesem abzieht.
  • Unterdessen kann die Frequenzschätzungseinheit 60 eine Frequenz mit verbesserter Genauigkeit mittels eines Signals schätzen, das einen Ergebniswert enthält, bei dem der Messwinkel bei Erzeugung einer Störgröße mit dem berechneten Korrekturversatz korrigiert wird.
  • In der vorliegenden Erfindung ist ein Fall, bei dem vier Zähne 31 am Geberrad 30 ausgebildet sind, beispielhaft beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung im Wesentlichen nicht auf diesen beschränkt, und es kann unabhängig von der Anzahl der Zähne 31 selbstverständlich eine Vielzahl von Zähnen 31 am Geberrad 30 ausgebildet sein.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren S1 zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
  • Das Verfahren S1 zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Folgendes umfassen: Erkennung der Zähne 31 des Geberrades 30 unter Verwendung des Hall-Sensors sowie Erlangen eines Messwinkels einschließlich eines Versatzes (S10), Berechnung eines Korrekturversatzes bei Erzeugung einer Störgröße (S20), Korrektur des Messwinkels unter Nutzung des berechneten Korrekturversatzes (S30) und Schätzung einer Frequenz auf der Grundlage des während des Vorgangs S30 berechneten Ergebniswertes (S40).
  • Bei der Erkennung der Zähne 31 des Geberrades 30 unter Verwendung des Hall-Sensors und dem Erlangen des Messwinkels einschließlich des Versatzes (S10) werden, wie in 6 dargestellt, die Zähne 31 des Geberrades 30 unter Verwendung des Hall-Sensors 40 erkannt und die Messwinkel X1, X2, X3 und X4 einschließlich des Versatzes ermittelt.
  • Wenn die Störgröße bei der Berechnung des Korrekturversatzes erzeugt wird (S20), wird der Korrekturversatz mit Hilfe der Gleichung 1 berechnet, in der die Summe der Versätze durch die Anzahl der Zähne dividiert wird. Das heißt, ein Wert ungleich 0 wird als Summe des Versatzes auf Grund der Störgröße erzielt. Infolgedessen wird der durch die Gleichung 1 berechnete Korrekturversatz erzielt.
  • Bei der Korrektur des Messwinkels unter Nutzung des berechneten Korrekturversatzes (S30) und der Schätzung der Frequenz auf der Grundlage des während des Vorgangs S30 berechneten Ergebniswertes (S40) wird der Messwinkel jedes der Zähne 31 unter Nutzung des berechneten Korrekturversatzes korrigiert und die Genauigkeit bei der Schätzung einer Frequenz mittels eines auf der Grundlage der Korrektur berechneten Ergebniswertes verbessert.

Claims (2)

  1. Vorrichtung zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl, umfassend: ein Geberrad mit einer Vielzahl von Zähnen; einen Hall-Sensor, der so ausgestaltet ist, dass er einen Messwinkel einschließlich eines Versatzes jedes der Zähne erkennt; eine Versatzkorrektureinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie den Messwinkel mit einem durch eine Störgröße erzeugten Korrekturversatz korrigiert; wobei der Korrekturversatz berechnet wird, indem eine Summe der Versätze durch die Anzahl der Zähne dividiert wird, eine Frequenzschätzungseinheit, die so ausgestaltet ist, dass sie eine Frequenz auf der Grundlage eines von der Versatzkorrektureinheit berechneten Ergebniswertes schätzt.
  2. Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl, umfassend folgende Schritte: (a) Erkennung von Zähnen eines Geberrades unter Verwendung eines Hall-Sensors und Erlangen eines Messwinkels einschließlich eines Versatzes jedes der Zähne; (b) Berechnung eines durch eine Störgröße erzeugten Korrekturversatzes, wobei der Korrekturversatz berechnet wird, indem eine Summe der Versätze durch die Anzahl der Zähne dividiert wird; (c) Korrektur des Messwinkels unter Nutzung des berechneten Korrekturversatzes; und (d) Schätzung einer Frequenz auf der Grundlage eines in Schritt (c) berechneten Ergebniswertes.
DE102014117852.1A 2013-12-19 2014-12-04 Vorrichtung und Verfahren zur Vorverarbeitung einer Raddrehzahl Active DE102014117852B4 (de)

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