DE102014202026A1

DE102014202026A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Beschleunigungssensors in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014202026A1
Application number: DE102014202026.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schueler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-08-06
Also published as: CN104820114A; CN104820114B; US9977047B2; US20150219683A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Beschleunigungssensors (5) zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs (1), wobei einer oder mehrere Sensorparameter eines Sensormodells des Beschleunigungssensors (5) bestimmt werden, mit dem aus einer physikalischen Sensorgröße die tatsächliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) ermittelbar ist, umfassend die folgenden Schritte:
– Ermitteln einer Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke;
– Ermitteln einer Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke mithilfe des zu kalibrierenden Beschleunigungssensors (5);
– Ermitteln einer Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke; und
– Ermitteln des einen oder der mehreren Sensorparameter des Sensormodells basierend auf der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) und der Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Kalibrierungsverfahren für Beschleunigungssensoren in einem Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kalibrierungsverfahren mithilfe einer unabhängigen Positions- bzw. Geschwindigkeitserfassung des Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge werden permanent auf Fehlfunktionen überwacht. So erfolgt beispielsweise eine Überwachung des Kraftfahrzeugs hinsichtlich einer ungewollten Beschleunigung in der Regel durch eine kontinuierliche Momentenüberwachung des Steuergeräts oder durch eine Beschleunigungsüberwachung basierend auf einer aus den Raddrehzahlen ermittelten Fahrzeugbeschleunigung. Eine Alternative stellt dabei eine Beschleunigungsüberwachung basierend auf einer Beschleunigungsmessung einer Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs mithilfe eines Beschleunigungssensors dar.
Wird als Beschleunigungssensor z. B. ein Inertialsensor verwendet, so können Beschleunigungen gemessen werden, die durch externe Kräfte ausgeübt werden. Naturgemäß kann mit diesem Messprinzip jedoch keine Beschleunigung gemessen werden, die durch die Gravitationskraft verursacht wird. Mit anderen Worten besteht ein Unterschied zwischen einer Überwachung der Fahrzeugbeschleunigung mithilfe eines Beschleunigungssensors und einer bloßen Auswertung von Raddrehzahlen darin, dass bei der Messung der Beschleunigung mithilfe des Beschleunigungssensors der Gravitationseinfluss bei Bergab- bzw. Bergauffahrten nicht enthalten ist. Insbesondere führt bei Verwendung eines Beschleunigungssensors auch eine kontinuierliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs bei einer Bergauf- oder Bergabfahrt zu einem Beschleunigungswert, der benötigt wird, um dem Gravitationseinfluss entgegenzuwirken. Dieses Sensorverhalten ist vorteilhaft für eine Fahrzeugüberwachung, da der Fahrer eine mögliche Beschleunigung bzw. Verzögerung durch die Gravitation in seinem Fahrwunsch berücksichtigt und damit auch die Motorsteuerung das Fahrerwunschmoment entsprechend anpasst.
Weiterhin muss ein Beschleunigungssensor, der zur Überwachung einer Fahrzeugbeschleunigung eingesetzt wird, kalibriert, justiert bzw. adaptiert werden, um dessen Toleranzen zu reduzieren. Wird die Kalibrierung zum Beispiel mithilfe einer über die Räder gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt, so können sich Kalibrierungsfehler ergeben, da das Geschwindigkeitssignal der Räder den Gravitationseinfluss enthält, der Sensor jedoch nicht.
Um den Gravitationseinfluss während einer Kalibrierung bei einer Bergauf- oder Bergabfahrt zu reduzieren, muss eine solche Adaption des Beschleunigungssensors über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden. Dennoch bewirkt ein etwaiger Höhenunterschied zwischen Anfangs- und Endpunkt der Kalibriermessung einen Restfehler, der die Sensorkalibrierung verschlechtert.
Die Druckschrift DE 19 812 426 A1 betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines bordautonomen Beschleunigungssensors basierend auf einem mithilfe eines Navigationssystems ermittelten integrierten Kurswinkel.
Die Druckschrift DE 10 2004 003 877 A1 offenbart einen Fahrzeugverhaltensdetektor mit einem autonomen Beschleunigungssensor und einer Radionavigationsortungseinheit. Mithilfe einer Kalibriereinheit kann eine Erfassungsinformation vom autonomen Beschleunigungssensor kalibriert werden, indem eine Positionsinformation von der Radionavigationsortungseinheit genutzt wird.
Die Druckschrift EP 1 315 945 B1 betrifft ein Fahrzeugnavigationssystem, bei dem Ausrichtungen von Achsen von Beschleunigungssensoren zu Achsen eines Rahmens eines Fahrzeugs korrigiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Kalibrieren bzw. Adaptieren eines Beschleunigungssensors zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 1 sowie die Vorrichtung zum Kalibrieren des Beschleunigungssensors und des Kraftfahrzeugs gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Beschleunigungssensors zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei einer oder mehrere Sensorparameter eines Sensormodells des Beschleunigungssensors bestimmt werden, mit dem aus einer physikalischen Sensorgröße die tatsächliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs ermittelbar ist, umfassend die folgenden Schritte:

– Ermitteln einer Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke;
– Ermitteln einer Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs während des Befahrens der Messstrecke mithilfe des zu kalibrierenden Beschleunigungssensors;
– Ermitteln einer Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs zu Beginn und Ende oder während des Befahrens der Messstrecke; und
– Ermitteln des einen oder der mehreren Sensorparameter des Sensormodells basierend auf der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs und der Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs während des Befahrens der Messstrecke.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, bei der für die Kalibrierung des Beschleunigungssensors benötigten Bestimmung der Sensorparameter eines Sensormodells für eine Messstrecke einen Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs, d. h. den über die Messstrecke gefahrenen Höhenunterschied, zu berücksichtigen. Dadurch kann der Einfluss der Schwerkraft während Bergauf- und Bergabfahrten auf die Kalibrierung des Beschleunigungssensors zur Messung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
Dies führt zu einer genaueren, weniger toleranzbehafteten Kalibrierung des Beschleunigungssensors, so dass dieser zuverlässig für eine sicherheitskritische Beschleunigungsüberwachung des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann.
Weiterhin kann die Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke mithilfe eines von dem Beschleunigungssensor verschiedenen Mittels durchgeführt werden.
Gemäß einer Ausführungsform können der eine oder die mehreren Sensorparameter des Sensormodells des Beschleunigungssensors eine Sensorverstärkung und/oder einen Sensoroffset umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs während des Befahrens der Messstrecke angegeben wird:

– durch Vorgabe eines Wertes von 0, wenn die Messstrecke als Rundstrecke erkannt oder bestimmt wurde;
– durch Ermitteln der Höhenpositionen zu Beginn und zum Ende der Messstrecke mithilfe eines globalen Positionserfassungssystems; oder
– durch Messen einer Luftdruckänderung zu Beginn und zum Ende der Messstrecke sowie durch Bestimmen der Höhenposition des Kraftfahrzeugs abhängig von der Luftdruckänderung.

Es kann vorgesehen sein, dass das Ende einer Kalibriermessung nach einer vorgegebenen Zeit bzw. Strecke, nach dem Erfüllungsgrad bestimmter Zusatzkriterien, z. B. erreichte Mindestbeschleunigung und/oder Mindestverzögerung, oder wenn wichtige Rahmenbedingungen nicht mehr erfüllt sind, erreicht ist. Wird die Messung frühzeitig beendet, wird geprüft, ob die Messung auswertbar ist, wenn nicht, wird sie verworfen.
Das Ermitteln der Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke kann durch Auswerten einer Raddrehzahlangabe eines Raddrehzahlsensors durchgeführt werden.
Weiterhin kann der Raddrehzahlsensor mithilfe einer Positions- bzw. Geschwindigkeitsinformation kalibriert werden, die aus einem globalen Positionserfassungssystem und/oder Navigationskartendaten ermittelt wird, wobei die Kalibrierung insbesondere eine Anpassung eines Radradius des mit dem Raddrehzahlsensor versehenen Rads betrifft.
Es kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln der Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke durch Auswerten einer Positionsinformation durchgeführt wird, die aus einem globalen Positionserfassungssystem und/oder Navigationskartendaten ermittelt wird.
Alternativ zur Berechnung einer Geschwindigkeit mit Hilfe von Positionsinformationen kann die Geschwindigkeit auch direkt mit Hilfe des Dopplereffekts anhand der Zeitpunkte von empfangenen Signalen bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Kalibrierungsvorrichtung zum Kalibrieren eines Beschleunigungssensors zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei ein oder mehrere Sensorparameter eines Sensormodells des Beschleunigungssensors bestimmt werden, mit denen aus einer physikalischen Sensorgröße die tatsächliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs ermittelbar ist, wobei die Kalibrierungseinrichtung ausgebildet ist, um:

– eine Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke zu ermitteln;
– eine Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs während des Befahrens der Messstrecke mithilfe des zu kalibrierenden Beschleunigungssensors zu ermitteln;
– eine Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs während des Befahrens der Messstrecke zu ermitteln; und
– den einen oder die mehreren Sensorparameter des Sensormodells des Beschleunigungssensors basierend auf der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs und der Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs während des Befahrens der Messstrecke zu ermitteln.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, umfassend:

– einen Beschleunigungssensor zum Bereitstellen einer Information über eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs;
– eine Steuereinheit zum Durchführen einer Überwachungsfunktion zum Überwachen des Kraftfahrzeugs abhängig von einer tatsächlichen Längsbeschleunigung, wobei die Steuereinheit ein Sensormodell beinhaltet, um aus einer physikalischen Größe des Beschleunigungssensors die tatsächliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs zu ermitteln; und
– die obige Kalibrierungsvorrichtung, um den einen oder die mehreren Sensorparameter des Sensormodells zu ermitteln oder anzupassen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Sicherheitssystem mit einem Beschleunigungssensor und einer Vorrichtung zur Kalibrierung des Beschleunigungssensors; und
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Kalibrieren des Beschleunigungssensors.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Steuergerät 2 und einem Antriebssystem 3. Das Steuergerät 2 übernimmt die Steuerung und Kontrolle über eine Vielzahl von Funktionen des Kraftfahrzeugs 1 und des Antriebssystems 3. Das Antriebssystem 3 umfasst mindestens einen Antriebsmotor 31, insbesondere einen Verbrennungsmotor, und einen entsprechenden Triebstrang, der den Antriebsmotor 31 mit einem oder mehreren Antriebsrädern 4 verbindet.
Das Steuergerät 2 umfasst eine Sicherheitseinrichtung 21, die ausgebildet ist, um das Kraftfahrzeug 1 hinsichtlich etwaiger Fehlfunktionen zu überwachen, wobei im Fall des Auftretens von Fehlfunktionen eine Notlaufbetriebsart eingenommen oder eine Notabschaltung durchgeführt wird, um dadurch Fahrzeuginsassen und/oder das Kraftfahrzeug 1 zu schützen. Eine der Überwachungsfunktionen der Sicherheitseinrichtung 21 besteht darin, das Kraftfahrzeug 1 hinsichtlich ungewollter Beschleunigung zu überwachen.
Die Beschleunigungsüberwachung kann durch die Sicherheitseinrichtung 21 mithilfe eines dafür vorgesehenen Beschleunigungssensors 5 vorgenommen werden. Der Beschleunigungssensor 5 stellt eine physikalische Sensorgröße, wie beispielsweise eine Spannung, einen Strom, eine Frequenz oder dergleichen zur Verfügung, die eine aktuell gemessene Längsbeschleunigung, d. h. eine Beschleunigung in Längsrichtung L des Kraftfahrzeugs 1, angibt. Mithilfe eines Sensormodells und das Sensormodell spezifizierende Modellparameter, wie einen Sensoroffset und eine Sensorverstärkung kann die physikalische Sensorgröße in die tatsächliche Längsbeschleunigung umgerechnet werden.
Der Beschleunigungssensor 5, der zur Erfassung einer Fahrzeugbeschleunigung in eine Längsrichtung L ausgebildet ist, muss zur Reduzierung von Toleranzen und/oder zum Ausgleich von Parameterschwankungen aufgrund von Temperaturänderungen und/oder über die Lebensdauer kalibriert bzw. adaptiert werden, um möglichst zuverlässig ausschließlich die Fahrzeugbeschleunigung in Längsrichtung L detektieren zu können. Dies ist insbesondere notwendig, da die Sicherheitseinrichtung 21 sicherheitskritische Fehlfunktionen des Kraftfahrzeugs 1 ausschließen soll. Insbesondere eine aufgrund einer Fehlfunktion des Kraftfahrzeugs 1 erfolgende ungewollte Beschleunigung soll frühzeitig erkannt werden können, so dass es notwendig ist, als Beschleunigungssensor 5 einen Sensor mit hinreichend geringer Toleranz zu verwenden, um die Auslöseschwelle für die Erkennung der Fehlfunktion möglichst niedrig festlegen zu können.
Zur Kalibrierung bzw. Adaption des Beschleunigungssensors 5 ist eine Kalibrierungsvorrichtung 6 vorgesehen, die separat oder im Steuergerät 2 integriert vorgesehen sein kann. Die Kalibrierungsvorrichtung 6 bestimmt den Sensoroffset und/oder die Sensorverstärkung als Modellparameter für das in dem Steuergerät realisierte Sensormodell und stellt diese(n) der Sicherheitseinrichtung 21 bereit, so dass diese basierend auf der physikalischen Sensorgröße die tatsächliche aktuelle Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 1 feststellen kann.
Zur Durchführung der Kalibrierung kann die Kalibrierungsvorrichtung 6 auf globale Positionsdaten zugreifen, um die aktuelle globale Fahrzeugposition zu ermitteln. Die globalen Positionsdaten können beispielsweise von einem Positionserfassungssystem oder einem Navigationssystem 7 z. B. in Form von GPS-Daten bereitgestellt werden.
Weiterhin kann ein Raddrehzahlsensor 8 vorgesehen sein, mit dem eine Raddrehzahl erfasst werden kann, die eine Raddrehzahlangabe direkt oder über das Steuergerät 2 an die Kalibrierungsvorrichtung 6 übermittelt.
Die Kalibrierung wird mithilfe der Kalibrierungsvorrichtung 6 durchgeführt. Eine Ausführungsform des darin ausgeführten Kalibrierungsverfahrens wird anhand des Flussdiagramms der 2 näher beschrieben.
In Schritt S1 wird zunächst überprüft, ob sich die aktuelle Fahrsituation für eine Sensorkalibrierung eignet. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird das Kalibrierungsverfahren mit Schritt S2 fortgesetzt, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
Es wird festgestellt, dass sich die aktuelle Fahrsituation für eine Sensorkalibrierung eignet, wenn

– beispielsweise die Genauigkeit einer Positions- und/oder Höhenpositionsbestimmung durch ein Signal eines globalen Positionserfassungssystems, u. U. in Verbindung mit Navigationskartendaten, als ausreichend festgestellt wurde, wobei insbesondere die Qualität des Satellitensignalempfangs im Navigationssystem 7 als Angabe über die Genauigkeit der Positionserfassung herangezogen werden kann; und/oder
– ein stabiles Sensorverhalten des Beschleunigungssensors 5 vorliegt, d. h. z. B. keine Kurzzeitdrift aufgrund von Temperaturänderungen, zum Beispiel nach dem Starten des Kraftfahrzeugs 1, auftritt; und/oder
– sich ein zu erwartender vorausliegender Streckenverlauf für eine Kalibrierung des Beschleunigungssensors 5 eignet; und/oder
– gegebenenfalls bei Verwendung einer barometrischen Höhenmessung ein Luftdrucksensor verwendet werden kann und eine eventuell vorgesehene Kompensation eines Wettereinflusses möglich ist.

In Schritt S2 wird zunächst eine Startposition als Startpunkt der Messstrecke bestimmt bzw. festgelegt.
In Schritt S3 wird die Messung gestartet, es erfolgt eine Aufzeichnung von Positions- und/oder Geschwindigkeitsdaten während des Befahrens der Messstrecke und es wird geprüft, ob die Rahmenbedingungen für die Kalibrierung eingehalten sind.
Nach dem Erreichen des Endes der Messstrecke bzw. Beendung der Messung aufgrund einer sonstigen Abbruchbedingung wird dann in Schritt S4 (sofern die festgestellt wird, dass die Messung ausgewertet werden kann) gemäß einem nachfolgend beschriebenen Verfahren eine Ermittlung des Sensoroffsets vorgenommen.
Im nachfolgenden Schritt S5 wird die Sensorverstärkung entsprechend einem der nachfolgenden Verfahren ermittelt. Es kann in anderen Ausführungsformen auch nur einer der Schritte S4 oder S5 ausgeführt werden.
In Schritt S6 werden der Sensoroffset und/oder die Sensorverstärkung an die Sicherheitseinrichtung 21 übermittelt, so dass dort die physikalische Sensorgröße basierend auf dem Sensoroffset und der Sensorverstärkung verarbeitet werden kann, um die die tatsächliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 1 zu bestimmen.
Für eine Bestimmung des Sensoroffsets gemäß Schritt S4 sind mehrere Verfahren möglich. In einem ersten Verfahren wird die Kalibrierung des Beschleunigungssensors 5 mithilfe der Raddrehzahlsignale und mithilfe von Satellitennavigationskartendaten durchgeführt, die einen Höhenunterschied über die Messstrecke angeben. Das Verfahren zur Ermittlung des Sensoroffsets sieht vor, dass die in der Zeit T zurückgelegte Messstrecke s_Fzg(T) weiterhin als Referenz aus der Raddrehzahlangabe bzw. der daraus ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird:
wobei s₀ vereinfachend zu Null gesetzt ist und Anz_UmdRad(T) der Anzahl der Radumdrehungen während der Zeit T entspricht. Toleranzbehaftet ist hierbei der Radumfang, der zum Beispiel vom Reifenluftdruck und -zustand abhängt, so dass vorgesehen sein kann, zur Berechnung einen Mittelwert von mehreren Rädern 4 zu verwenden. Die zurückgelegte Strecke kann auch durch Doppelintegration aus der gemessenen Fahrzeugbeschleunigung errechnet werden:
wobei v₀ der Fahrzeuggeschwindigkeit zum Zeitpunkt 0 entspricht und aus den Raddrehzahlen bestimmt sein kann. Bei dieser Berechnung müssen noch Sensoroffset und Sensorverstärkungsfehler des Beschleunigungssensors 5 sowie ein durch die Steigung verursachter Signalanteil kompensiert werden, um s_sens mit der aus den Raddrehzahlsignalen berechneten Strecke s_Fzg(T) vergleichen zu können. Vereinfachend wird hierbei ein zunächst lineares Verhalten des Beschleunigungssensors 5 mit konstantem Sensoroffset a_Offset und konstanter Sensorverstärkung k_lin angenommen und durch Prüfung der Betriebsbedingungen während der Kalibrierung sichergestellt.
Der Beschleunigungssignalanteil, der sich aus der Steigung über die Messstrecke ergibt, lässt sich aus der Änderung des Höhensignals h(t) im Satellitensignal bzw. aus den Navigationskartendaten und der gefahrenen Messstrecke s_Fzg(t) berechnen.
Im einfachsten Fall kann dann der Sensoroffset auf einer Rundstrecke mit Anfangs- und Endgeschwindigkeit v = 0, der Dauer T₁ und gleicher Anfangs- und Endhöhe h(0) = h(t₁) = 0 entwickelt werden. Die Identifikation von Rundstrecken kann auch erst im Verlauf der Messung mithilfe der Satellitendaten/Navigationskartendaten erfolgen, wobei dann gilt:
Liegt keine Rundstrecke vor, kann die Kalibrierung auch auf einer Strecke durchgeführt werden, deren Anfangs- und Endhöhe aus den Satellitendaten oder den Navigationskartendaten ermittelt und somit a_Steigung ausreichend genau bestimmt werden kann. Ein möglicher Fehler aufgrund ungenauer Höhendaten kann reduziert werden, indem eine längere Messstrecke gewählt wird. Dies ist ein deutlicher Vorteil gegenüber einer Kalibrierung mit Raddrehzahlsignalen, bei der ein Fehler eines Radradius multiplikativ in die Berechnung eingeht und sich nicht über eine längere Strecke herausmittelt. Für den gemittelten Steigungsanteil im Beschleunigungssignal ergibt sich
Ist zusätzlich die Anfangs- bzw. Endgeschwindigkeit der Messung jeweils unterschiedlich von 0, so lässt sich die Gleichung erweitern zu:
Mit dem berechneten Sensoroffset, der im Folgenden vereinfachend für eine Rundstrecke als a_Offset = k_lin a _Sens,1 betrachtet wird, und s₀ = 0 ergibt sich für eine Kalibriermessung der Dauer T₂:
da als Anfangsgeschwindigkeit v₀ sowohl für s_Fzg,2 als auch für s_Sens,korr die aus der Raddrehzahlangabe ermittelte Geschwindigkeit verwendet werden kann und keine zusätzliche Abweichungen berücksichtigt werden. Der Streckenanteil, der sich aus dem Steigungsanteil im Beschleunigungssignal ergibt und kompensiert werden soll, lässt sich aus dem Höhenverlauf h(t), der anhand der Satellitendaten oder Navigationskartendaten bestimmt werden kann, sowie dem aus den Raddrehzahlangaben ermittelten Streckenverlauf berechnen:
Damit ergibt sich für die Sensorverstärkung des Beschleunigungssensors 5:
Liegt während der Kalibriermessung eine ebene Rundstrecke mit einer Anfangs- und Endgeschwindigkeit von 0 vor, so vereinfacht sich die Gleichung zu:
Sowohl a_Offset als auch k_lin können über mehrere Kalibriermessungen gemittelt werden, um die Genauigkeit zu erhöhen, gegebenenfalls gewichtet mit der Dauer der Kalibriermessung/Länge der Messstrecke.
Ein Nachteil des bisher beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass die auf Basis der Raddrehzahlen berechnete Geschwindigkeit und Strecke weiterhin z. B. mit der Toleranz des Reifenradius behaftet sind. Da die Berechnungen anderer Fahrfunktionen ebenfalls auf der gemessenen Raddrehzahl basieren, ist diese Kalibrierung des Beschleunigungssensors aber im Gesamtfahrzeugsystem stimmig.
Der Nachteil kann aber behoben werden, indem auch die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Streckenverlaufs basierend auf Satelliten-/3D-Navigationskartendaten erfolgt. Dies kann entweder basierend auf den einzelnen Positionsmessungen geschehen
oder aus der mit Hilfe einer Auswertung eines Dopplereffekts bestimmten Geschwindigkeit. Hierbei wird anhand der sich ändernden Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden GPS-Signalen eines Satelliten die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kraftfahrzeug und diesem Satellit bestimmt. Anhand der Satellitenbahndaten kann aus der Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu mehreren Satelliten die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden. Somit ergibt sich in diesem Fall die zurückgelegte Strecke zu
Für die Ermittlung des Sensoroffsets bei Messfahrten mit einer Anfangs- bzw. Endgeschwindigkeit ungleich 0 kann nun v_Sat anstelle von V_Fzg verwendet werden.
Für die Berechnung des Sensorverstärkungsfaktors besteht eine erste Möglichkeit darin, den Raddurchmesser mithilfe der Satellitendaten zunächst zu kalibrieren, bevor damit die Sensorverstärkung und der Sensoroffset des Beschleunigungssensors 5 nach den oben beschriebenen Verfahren für die Kalibrierung bestimmt werden. Hierdurch stehen auch allen anderen Funktionen, die die aus der Raddrehzahl berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit verwenden, die korrigierten Werte zur Verfügung.
Alternativ können die Navigationsdaten auch direkt zur Berechnung des Sensoroffsets und der Sensorverstärkung eingesetzt werden:
Für die allgemeine Berechnung des Sensoroffsets ergibt sich damit:
Da die Satellitendaten nur in diskreten Zeitschritten aktualisiert werden, kann vereinfachend anstelle einer Gradientenberechnung eine Deltaberechnung (h(t + Δt) – h(t))/(s(t + Δt) – s(t)) durchgeführt werden. Ebenso lässt sich die Integralberechnung mit bekannten Verfahren aus dem Bereich von digitaler Identifikation und Regelsystemen in eine Summenberechnung über abgetastete Signale überführen.
In Ergänzung zu dem obigen Verfahren für ein lineares Sensormodell lassen sich weiterhin auch andere bekannte Verfahren, wie Identifikations- und Parameterschätzverfahren, neuronale Netze und Fuzzy-Systeme, einsetzen, um zum Beispiel auch nichtlineare Modelle des Beschleunigungssensors 5, wie zum Beispiel a_real(t) = k₀ + k₁a_Sens + k₂a_Sens ², oder abschnittsweise linearisierte Modelle für den Beschleunigungssensor 5 zu schätzen. Neben Satelliten- und Navigationskartendaten können auch Positionsdaten von Mobilfunknetzen und anderen Positionsbestimmungssystemen verwendet werden, um auf Messstrecken mit schlechtem Satellitenempfang die Positionsbestimmung zu verbessern.
Eine weitere Möglichkeit, die Kalibrierungsgenauigkeit gegenüber dem bisherigen auf Raddrehzahlangaben basierenden Verfahren zu erhöhen, besteht in der Berücksichtigung des Luftdrucks bzw. der zusätzlichen Berücksichtigung des Luftdrucks zur Kompensation eventueller Höhenänderungen. Da der Luftdruck von der Höhenposition des Kraftfahrzeugs 1 abhängt, lässt sich die Höhendifferenz auch aus der Luftdruckänderung berechnen. Zur Messung des Luftdrucks kann z. B. der häufig für andere Motorsteuerungsfunktionen vorhandene Atmosphärendrucksensor verwendet werden. Wettereinflüsse auf den Luftdruck, die den Höheneinfluss überlagern, können entweder dadurch kompensiert werden, dass aktuelle Referenzluftdruckwerte während der Messung z. B. via Internet abgefragt und wetterbedingte Änderungen aus den Luftdruckdaten herausgerechnet werden. Steht kein Referenzluftdruck zur Verfügung, so ist es zumindest möglich den maximalen Wettereinfluss auf den Luftdruck und damit auf die Höhenberechnung zu bestimmen, da die wetterbedingte Druckänderung pro Zeit nur begrenzt ist.
Während der Kalibrierung kann eine Plausibilisierung des Luftdrucks erforderlich sein, um gegebenenfalls Einflüsse der Streckenführung, wie zum Beispiel Tunnel, zu erkennen und die Kalibrierung gegebenenfalls abzubrechen, wenn erkannt wird, dass der Luftdruck sich in unerwarteter Weise geändert hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19812426 A1 [0006]
DE 102004003877 A1 [0007]
EP 1315945 B1 [0008]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Beschleunigungssensors (5) zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs (1), wobei einer oder mehrere Sensorparameter eines Sensormodells des Beschleunigungssensors (5) bestimmt werden, mit dem aus einer physikalischen Sensorgröße die tatsächliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) ermittelbar ist, umfassend die folgenden Schritte: – Ermitteln einer Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke; – Ermitteln einer Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke mithilfe des zu kalibrierenden Beschleunigungssensors (5); – Ermitteln einer Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke; und – Ermitteln des einen oder der mehreren Sensorparameter des Sensormodells basierend auf der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) und der Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke mithilfe eines von dem Beschleunigungssensor (5) verschiedenen Mittels durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Sensorparameter des Sensormodells des Beschleunigungssensors (5) eine Sensorverstärkung und/oder einen Sensoroffset umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke angegeben wird: – durch Vorgabe eines Wertes von 0, wenn die Messstrecke als Rundstrecke identifiziert wird; – durch Ermitteln der Höhenpositionen zu Beginn und zum Ende der Messstrecke mithilfe eines globalen Positionserfassungssystems; oder – durch Messen einer Luftdruckänderung zu Beginn und zum Ende der Messstrecke sowie durch Bestimmen der Höhenänderung des Kraftfahrzeugs (1) abhängig von der Luftdruckänderung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ermitteln der Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer festgelegten Messstrecke durch Auswerten einer Raddrehzahlangabe eines Raddrehzahlsensors (8) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Raddrehzahlsensor (8) mithilfe einer Positionsinformation kalibriert wird, die aus einem globalen Positionserfassungssystem und/oder Navigationskartendaten ermittelt wird, wobei die Kalibrierung insbesondere eine Anpassung eines Radradius des mit dem Raddrehzahlsensor (8) versehenen Rads betrifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ermitteln der Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke durch Auswerten einer Positions- bzw. Geschwindigkeitsinformation durchgeführt wird, die aus einem globalen Positionserfassungssystem und/oder Navigationskartendaten ermittelt wird.
Kalibrierungsvorrichtung (6) zum Kalibrieren eines Beschleunigungssensors (5) zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung eines Kraftfahrzeugs (1), wobei ein oder mehrere Sensorparameter eines Sensormodells des Beschleunigungssensors (5) bestimmt werden, mit denen aus einer physikalischen Sensorgröße die tatsächliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) ermittelbar ist; wobei die Kalibrierungsvorrichtung (6) ausgebildet ist, um: – eine Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit während des Befahrens einer Messstrecke zu ermitteln; – eine Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke mithilfe des zu kalibrierenden Beschleunigungssensors (5) zu ermitteln; – eine Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke zu ermitteln; und – den einen oder die mehreren Sensorparameter des Sensormodells des Beschleunigungssensors (5) basierend auf der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Änderung der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) und der Änderung der Höhenposition des Kraftfahrzeugs (1) während des Befahrens der Messstrecke zu ermitteln.
System für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend: – einen Beschleunigungssensor (5) zum Bereitstellen einer Information über eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1); – eine Steuereinheit zum Durchführen einer Überwachungsfunktion zum Überwachen des Kraftfahrzeugs (1) abhängig von einer tatsächlichen Längsbeschleunigung, wobei die Steuereinheit ein Sensormodell beinhaltet, um aus einer physikalischen Größe des Beschleunigungssensors (5) die tatsächliche Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1) zu ermitteln; und – eine Kalibrierungsvorrichtung (6) nach Anspruch 8, um den einen oder die mehreren Sensorparameter des Sensormodells zu ermitteln oder anzupassen.