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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System zum Ausführen eines solchen Verfahrens.
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Die Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist heutzutage erforderlich, weil die Geschwindigkeit für das ordnungsgemäße Funktionieren einer Vielzahl von Fahrassistenzsystemen benötigt wird.
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Die Geschwindigkeit kann beispielsweise mittels Raddrehzahlsensoren bestimmt werden. Diese erreichen zwar eine sehr hohe Genauigkeit von etwa 0,000001 %, diese ist jedoch für die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht nutzbar, da der Reifendurchmesser nicht genau bekannt ist. Der Reifendurchmesser unterliegt während der Fahrt einem kontinuierlichen und von vielerlei Faktoren abhängigen Verschleiß, welcher bei typischen Reifen bis zu 8 mm im Durchmesser betragen kann. Außerdem kann der Fahrzeugbenutzer jederzeit neue Reifen aufziehen, wodurch sich der Reifendurchmesser instantan ändert, ohne dass die Fahrzeugelektronik davon zwingend Kenntnis erlangt. Die tatsächlich erzielbare Genauigkeit bei der Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit liegt somit lediglich bei etwa 2 %.
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Des Weiteren können auch Satellitennavigationsmodule verwendet werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen. Dabei ist man jedoch von einem einwandfreien Satellitenempfang abhängig, was beispielsweise bei dichter Wolkendecke, gebirgigem Gelände, hoher Bebauung oder in Tunnels problematisch ist.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs vorzusehen, welches im Vergleich zum Stand der Technik alternativ, beispielsweise mit einer höheren Genauigkeit oder mit geringeren Anforderungen, ausgeführt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein System vorzusehen, welches zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgebildet ist.
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Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System nach Anspruch 15 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist zumindest eine Anzahl Vorderräder und eine Anzahl Hinterräder auf. Bei einspurigen Fahrzeugen, beispielsweise Motorrädern oder Motorrollern, können insbesondere genau ein Vorderrad und genau ein Hinterrad vorhanden sein. Bei mehrspurigen Fahrzeugen, beispielsweise Autos oder Lastkraftwagen, können insbesondere zwei Vorderräder und zwei Hinterräder vorhanden sein.
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Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- – Erfassen einer ersten Vertikalbewegung an zumindest einem der Vorderräder,
- – Erfassen einer zweiten Vertikalbewegung an zumindest einem der Hinterräder,
- – Ermitteln, ob die erste Vertikalbewegung und die zweite Vertikalbewegung zueinander korrespondieren, und
- – wenn die erste Vertikalbewegung und die zweite Vertikalbewegung zueinander korrespondieren,
- – Ermitteln eines ersten Zeitpunkts der ersten Vertikalbewegung,
- – Ermitteln eines zweiten Zeitpunkts der zweiten Vertikalbewegung, und
- – Berechnen der Geschwindigkeit basierend auf einer Differenz zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt.
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Mittels dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs nach einem völlig neuen Prinzip zu bestimmen, welches weder von der genauen Bestimmung eines Reifendurchmessers noch von einem guten Satellitenempfang abhängt. Vielmehr genügen Fahrbahnunebenheiten wie beispielsweise Schlaglöcher oder auch Nahtstellen zwischen Platten von Autobahnen, um eine sehr genaue Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit vorzunehmen.
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Bei Tests, welche die Erfinder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt haben, hat es sich gezeigt, dass sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit einer Genauigkeit von 0,0025 % bestimmen lässt. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber der Bestimmung aus Raddrehzahlsensoren dar, welche mit der Unsicherheit des Reifendurchmessers behaftet ist.
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Der eventuell benötigte apparative Aufwand, welcher zur Durchführung des Verfahrens benötigt wird, ist gering. Es werden typischerweise Sensoren zur Erfassung von Vertikalbewegungen benötigt, welche in vielen modernen Fahrwerken ohnehin bereits vorhanden sind oder welche sich ggf. günstig vorsehen lassen.
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Der Erfindung liegt grundsätzlich die Erkenntnis zu Grunde, dass sich Fahrbahnunebenheiten bei Vorausfahrt zunächst an den Vorderrädern mit einer ersten Vertikalbewegung bemerkbar machen und danach an den Hinterrädern mit einer zweiten Vertikalbewegung bemerkbar machen. Die spezifischen Ereignisse an Vorder- und Hinterrädern sind sehr genau bestimmbar, worauf beispielsweise weiter unten noch näher eingegangen wird. Die Zeitdauer, welche zwischen den jeweiligen Ereignissen an Vorder- und Hinterrädern vergeht, ist genau diejenige Zeit, welche das Fahrzeug benötigt, um eine seinem Radstand entsprechende Länge zurückzulegen. Dieser Radstand ist konstruktiv vorgegeben und sehr genau bekannt. Dies ermöglicht insgesamt eine sehr genaue Bestimmung der Geschwindigkeit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Berechnung kann grundsätzlich kontinuierlich wiederholt werden, beispielsweise kontinuierlich über die Zeit wiederholt werden.
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Die erste Vertikalbewegung wird bevorzugt an einem von zwei Vorderrädern des Fahrzeugs oder an einer Vorderachse erfasst.
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Die zweite Vertikalbewegung wird bevorzugt an einem von zwei Hinterrädern des Fahrzeugs oder an einer Hinterachse erfasst.
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Die Erfassung an einem einzelnen Rad kann dabei insbesondere bei Einzelradaufhängungen oder bei entsprechend aufgehängten Achsen in Betracht kommen. Dabei wird dann nur die Bewegung eines einzelnen Rads erfasst. Die Erfassung an einer Achse kann insbesondere bei starren Achsen verwendet werden, bei welchen sich eine Bewegung der beiden an der Achse befestigten Räder nicht mehr eindeutig auseinanderhalten lässt. Außerdem kann die Erfassung an einem einzelnen Rad bei einspurigen Fahrzeugen in Betracht kommen.
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Bevorzugt wird eine jeweilige Vertikalbewegung mittels eines jeweiligen Sensors erfasst, wobei jeder Sensor zumindest einem Vorderrad oder Hinterrad zugeordnet ist, und wobei jeder Sensor eine vertikale Relativbewegung zwischen dem Rad und einer Karosserie des Fahrzeugs erfasst. Derartige Sensoren sind beispielsweise aus Fahrwerksüberwachungen bekannt. Sie können Signale liefern, welche im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft verwendet werden können.
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Eine jeweilige Vertikalbewegung wir dabei bevorzugt in Form eines jeweiligen Ausschlags in einem Sensorsignal dargestellt. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Glockenkurve, eine Gauß-Kurve oder eine dazu ähnliche Kurve handeln. Insbesondere kann es sich um eine Kurve mit einem ausgeprägten Maximum handeln, da die Vertikalbewegung typischerweise zunächst in einer Richtung und dann entsprechend in der entgegengesetzten Richtung erfolgt. Beispiele hiervon sind in 2 dargestellt, welche Teil dieser Anmeldung ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird beim Schritt des Ermittelns, ob die erste Vertikalbewegung und die zweite Vertikalbewegung zueinander korrespondieren, eine Korrelation, insbesondere eine Kreuzkorrelation, zwischen der ersten Vertikalbewegung und der zweiten Vertikalbewegung errechnet. Für die Berechnung einer solchen Korrelation sind geeignete Rechenalgorithmen bekannt.
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Bevorzugt wird die errechnete Korrelation mit einem Schwellenwert vergleichen und es wird ermittelt, dass die erste Vertikalbewegung und die zweite Vertikalbewegung zueinander korrespondieren, wenn die Korrelation größer ist als der Schwellenwert. Damit kann insbesondere sichergestellt werden, dass zwei Ereignisse an Vorder- und Hinterrädern auf der gleichen Fahrbahnunebenheit basieren. Dies hilft eine fehlerhafte Ermittlung der Geschwindigkeit zu vermeiden.
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Gemäß einer Weiterbildung wird die zweite Vertikalbewegung nur innerhalb eines Zeitraums mit vorbestimmter Länge und geschwindigkeitsabhängigem Abstand nach der ersten Vertikalbewegung erfasst. Die Geschwindigkeit, welche zur Berechnung des Abstands verwendet wird, kann dabei insbesondere unabhängig von dem Verfahren ermittelt werden, beispielsweise mittels Raddrehzahlsensoren oder Satellitennavigation. Sie kann auch aus vorher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Werten ermittelt, beispielsweise gemittelt werden. Es sei verstanden, dass auch die Länge geschwindigkeitsabhängig sein kann.
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Durch die Einschränkung des Zeitraums für die zweite Vertikalbewegung wird die Anzahl an in Frage kommenden, gemessenen Vertikalbewegungen deutlich eingeschränkt, und zwar auf einen Bereich, welcher anhand der zumindest vermuteten Geschwindigkeit des Fahrzeugs realistisch erscheint. Dies verringert die erforderliche Rechenkapazität und vermeidet Fehler.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden der erste Zeitpunkt und/oder der zweite Zeitpunkt durch Ermitteln eines Maximums eines Sensorsignals und/oder durch Anfitten einer Kurve an das Sensorsignal ermittelt. Dabei kann es sich insbesondere um eine vorgegebene Funktion handeln, deren Parameter in üblicher Weise angefittet werden. Beispielsweise kann es sich um eine Gaußfunktion handeln.
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Bevorzugt wird die Geschwindigkeit als Quotient aus einem Radstand und der Differenz berechnet. Dies entspricht einer in vielen Fahrzeugen sinnvollen Vorgehensweise.
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Der erste Zeitpunkt und der zweite Zeitpunkt können gemäß einer bevorzugten Ausführung mittels Korrelation, insbesondere Kreuzkorrelation, ermittelt werden. Dabei kann insbesondere eine Korrelation zwischen jeweiligen Signalen berechnet werden. Eine solche Ermittlung mittels Korrelation kann auch gleich die Differenz zwischen den beiden Zeitpunkten liefern. Es sei verstanden, dass auch eine solche Implementierung typischerweise unter das erfindungsgemäße Verfahren fällt. Beispielsweise kann der erste Zeitpunkt als Nullpunkt angenommen werden und der zweite Zeitpunkt kann relativ dazu bestimmt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung weist das Verfahren ferner einen Schritt des Ermittelns eines Reifendurchmessers basierend auf der Geschwindigkeit und einer mittels eines Raddrehzahlsensors ermittelten Raddrehzahl auf. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, um die bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik nicht genau bekannte Größe des Reifendurchmessers zu ermitteln. Da sich ein Reifendurchmesser typischerweise nur langsam ändert, kann ein solcher Reifendurchmesser beispielsweise für eine nachfolgende Bestimmung einer Fahrzeuggeschwindigkeit mittels Raddrehzahlsensoren verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist das Verfahren ferner einen Schritt des Bestimmens einer Reifenpanne auf, wobei eine Reifenpanne bestimmt wird, wenn
- – der ermittelte Reifendurchmesser einen Schwellenwert unterschreitet,
- – eine zeitliche Änderung des ermittelten Reifendurchmessers einen Schwellenwert überschreitet, oder
- – ermittelte Reifendurchmesser von zumindest zwei Rädern des Fahrzeugs sich um mehr als einen absoluten oder relativen Schwellenwert unterscheiden.
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Damit kann auf einfache Weise eine mögliche Reifenpanne erkannt werden, so dass der Fahrer durch geeignete, beispielsweise optische und/oder akustische Warnsignale gewarnt werden kann. Dem liegt die Überlegung zu Grunde, dass sich eine Reifenpanne typischerweise in einem stark bzw. schnell abnehmenden Reifendurchmesser bemerkbar macht.
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Bevorzugt weist das Verfahren ferner einen Schritt des Abspeicherns des ermittelten Reifendurchmessers auf, insbesondere zur Verwendung in einer Geschwindigkeitsbestimmung auf flacher Fahrbahn. Damit kann der Reifendurchmesser verwendet werden, wenn aufgrund mangelnder Fahrbahnunebenheiten keine vernünftige Bestimmung der Geschwindigkeit mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist. Der Reifendurchmesser kann insbesondere in einem Speicher, beispielsweise in einem nichtflüchtigen oder in einem flüchtigen Speicher abgespeichert werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System. Das System weist eine Anzahl von Sensoren zur Bestimmung einer jeweiligen Vertikalbewegung eines Rads auf. Außerdem weist es eine elektronische Steuerungsvorrichtung auf, welche mit den Sensoren kommunikativ verbunden ist und dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein elektronisches Steuerungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen.
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Dabei zeigen:
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1: Ein Fahrzeug, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist.
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2: Eine schematische Darstellung der Vorgehensweise bei der Ermittlung der Geschwindigkeit gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10, welches zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist.
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Das Fahrzeug 10 weist vier Räder auf, nämlich ein linkes Vorderrad 20, ein rechtes Vorderrad 22, ein linkes Hinterrad 24 und ein rechtes Hinterrad 26.
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Jedem Rad 20, 22, 24, 26 ist eine jeweilige Federung 30, 32, 34, 36 zugeordnet, an welcher sich das Rad 20, 22, 24, 26 vertikal relativ zum Rest des Fahrzeugs 10 bewegen kann.
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Jeder Federung ist ein jeweiliger Federungssensor 40, 42, 44, 46 zugeordnet. Des Weiteren ist jedem Rad 20, 22, 24, 26 ein jeweiliger Raddrehzahlsensor 50, 52, 54, 56 zugeordnet.
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Die Zuordnung der eben genannten Elemente ist derart, dass immer die zweite Ziffer des zweistelligen Bezugszeichens bei jedem Rad gleich ist. Dies ist auch leicht in 1 zu erkennen.
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Mittels der Federungssensoren 40, 42, 44, 46 kann eine jeweilige vertikale Position des jeweiligen Rads 20, 22, 24, 26 gemessen werden. Diese jeweilige vertikale Position kann sich insbesondere bei Bodenunebenheiten temporär signifikant ändern.
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Mittels der Raddrehzahlsensoren 50, 52, 54, 56 kann die jeweilige Raddrehzahl des jeweiligen Rads 20, 22, 24, 26 gemessen werden.
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Das Fahrzeug 10 weist ferner eine elektronische Steuerungsvorrichtung 60 auf. Diese ist mit den Sensoren 40, 42, 44, 46, 50, 52, 54, 56 verbunden. Auf diese Weise ist die elektronische Steuerungsvorrichtung 60 laufend über die aktuellen vertikalen Positionen und Raddrehzahlen der jeweiligen Räder 20, 22, 24, 26 informiert.
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Die elektronische Steuerungsvorrichtung 60 ist dazu konfiguriert, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Hierzu weist die elektronische Steuerungsvorrichtung 60 nicht näher dargestellte Speichermittel und Prozessormittel auf, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung die Prozessormittel sich entsprechend verhalten bzw. ein solches Verfahren ausführen.
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Die Vorgehensweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 dargestellt. Diese zeigt das linke Vorderrad 20 und das linke Hinterrad 34 mit ihren jeweiligen Federungen 30, 34 in drei unterschiedlichen Zuständen 1, 2, 3 beim Überfahren einer Bodenwelle 70. Die Zustände sind dabei mit eingekringelten Zahlen dargestellt.
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Im Zustand 1 fährt das linke Vorderrad 20 auf die Bodenwelle 70 und wird dadurch angehoben. Es führt also eine vertikale Bewegung aus.
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Im Zustand 2 hat das linke Vorderrad 20 die Bodenwelle 70 bereits überfahren und hat sich dabei vertikal wieder nach unten bewegt. Beide gezeigten Räder 20, 24 befinden sich in diesem Zustand auf gleicher Höhe.
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Im Zustand 3 fährt das linke Hinterrad 24 auf die Bodenwelle 70 und wird dadurch angehoben. Es führt also eine vertikale Bewegung aus.
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Zwischen den beiden gezeigten Rädern 20, 24 liegt der Radstand B. Dieser ist bauartbedingt bei Fahrzeugen vorgegeben und mit sehr hoher Genauigkeit bekannt.
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Im unteren Teil von 2 sind Signale im Zeitverlauf dargestellt, welche von den Federungssensoren 40, 44 beim Überfahren der Bodenwelle 70 aufgenommen werden. Dabei ist zu erkennen, dass jeweils eine Art Glockenkurve mit zunächst ansteigendem und dann abfallendem Signal aufgenommen wird.
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Von beiden Glockenkurven kann in einer einfachen Implementierung jeweils das Maximum zur Bestimmung einer jeweiligen Zeit bestimmt werden. Es kann auch in einer etwas komplexeren Implementierung eine Funktion mit Parametern angefittet werden und auf diese Weise ein Zeitabstand Δt zwischen den beiden Signalen ermittelt werden. Außerdem kann hierzu eine Korrelation zwischen beiden Kurven ermittelt werden.
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Die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 10 kann dann von der elektronischen Steuerungsvorrichtung 60 nach der Formel v = B/Δt ermittelt werden.
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Des Weiteren kann die elektronische Steuerungsvorrichtung 60 auch jeweilige Raddurchmesser der Räder 20, 22, 24, 26 berechnen. Hierzu werden die jeweiligen Raddrehzahlen Ω verwendet, welche von den Raddrehzahlsensoren 50, 52, 54, 56 gemessen werden. Der jeweilige Durchmesser d eines Rads 20, 22, 24, 26 kann dann mittels der Beziehung d = B/(Ω·ΔT·π) berechnet werden.
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Die Genauigkeit einer solchen Berechnung des Raddurchmessers d liegt bei etwa 0,0025 %.
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Der Raddurchmesser d wird nach seiner Berechnung von der elektronischen Steuerungsvorrichtung 60 abgespeichert. Wenn das Fahrzeug 10 anschließend über eine Straße fährt, welche keine oder keine ausreichenden Bodenunebenheiten aufweist, kann dieser Raddurchmesser d verwendet werden, um mittels der Raddrehzahlsensoren 50, 52, 54, 56 eine exakte Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu ermöglichen.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
