DE102016007143B4 - Verfahren zum Schätzen einer Geschwindigkeit - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Schätzen einer Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs (2) in Fahrtrichtung, bei dem unter Berücksichtigung eines Kraftfahrzeugmodells (14) ein Wert einer Geschwindigkeit mindestens eines Rads (4a, 4b, 4c, 4d) des Kraftfahrzeugs (2) ermittelt und einem Kennfeld (12) zugeführt wird, das einen Zusammenhang zwischen einer Längskraft, die in Fahrrichtung auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) wirkt, und einem Schlupf des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) beschreibt, wobei über das Kennfeld (12) ein Wert einer Längskraft, die auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) wirkt, geschätzt wird, wobei daraus unter Berücksichtigung einer Masse des Kraftfahrzeugs (2) ein geschätzter Wert einer Beschleunigung des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) ermittelt wird, wobei aus dem geschätzten Wert der Beschleunigung durch Integration ein Wert der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2) geschätzt wird, wobei ein Wert einer Radaufstandskraft des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) geschätzt wird, und wobei der Wert der Längskraft, die auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) in Fahrtrichtung wirkt, mit dem Wert der Radaufstandskraft skaliert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen einer Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung und ein System zum Schätzen einer Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung.
• Eine Berechnung einer Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs wird bisher durch Auswahl mindestens eines schlupffreien Rads des Kraftfahrzeugs durchgeführt. Dabei weist dieses mindestens eine Rad keinen Schlupf auf, wenn es frei rollt und auf das mindestens eine Rad keine oder nur eine geringe Kraft wirkt. Das mindestens eine schlupffreie Rad wird üblicherweise durch Berechnung von radspezifischen Wichtungsfaktoren oder unter Nutzung einer Fuzzy-Logik erkannt. Falls kein schlupffreies Rad erkannt wird, wird mit einer gemessenen Längsbeschleunigung und aus einer zuletzt gemessenen Geschwindigkeit des mindestens einen Rads die aktuelle Geschwindigkeit interpoliert.
• Allerdings ist ein Algorithmus zum Erkennen des mindestens einen schlupffreien Rads sehr umfangreich und beansprucht somit eine hohe Rechenleistung eines Steuergeräts des Kraftfahrzeugs. Außerdem müssen bei dem Algorithmus viele Einflussgrößen berücksichtigt werden, bspw. eine Raddrehzahl, Werte, die von einer Intertialsensorik bereitgestellt werden, ein Lenkwinkel, ein Radbremsdruck, ein Antriebsmoment eines Motors, Bremsmomente sowie ABS- oder ESC-Flags eines ESC-Steuergeräts zur Umsetzung einer elektrischen Stabilitätskontrolle (ESC). Aufgrund der Vielzahl der zu berücksichtigenden Einflussgrößen sind Sensoren zum Bereitstellen dieser Einflussgrößen durch ein aufwändiges Netzwerk mit dem Steuergerät zu verbinden. Weiterhin ist eine Schätzung der Geschwindigkeit von Applikationssignalen abhängig. Dies betrifft bspw. Applikationssignale des Steuergeräts oder einer Software zur Umsetzung der elektronischen Stabilitätskontrolle sowie eine Abhängigkeitskette in einer Applikation, die von dem Steuergerät des Motors sowie einer darauf ablaufenden Software abhängig ist. Weiterhin müssen die Einflussgrößen mit Kenngrößen bewertet werden, was einen hohen Aufwand verursacht. Außerdem weist der Algorithmus eine hohe Komplexität auf, da alle physikalischen Gesetzmäßigkeiten und deren Historie abhängig von gegebenen Bedingungen umständlich zu formulieren sind. So ist es u. a. erforderlich, Sondersituationen als Spezialfälle zu betrachten, die jedoch explizit erkannt werden müssen.
• Ein Verfahren zum Schätzen einer longitudinalen Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs ist aus der Druckschrift US 2010 / 0 169 040 A1 bekannt. Hierbei werden von Sensoren Drehgeschwindigkeiten der Räder erfasst und in longitudinale Geschwindigkeiten transformiert.
• Bei einem Verfahren zum Schätzen einer Fahrzeuggeschwindigkeit, das aus der Druckschrift DE 10 2014 214 240 A1 bekannt ist, werden mit einem Trägheitssensor Freiheitsgrade eines Fahrzeugs ermittelt, die weiterhin zum Schätzen der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden.
• Ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit in einem Fahrzeug ist aus der Druckschrift DE 10 2009 029 018 A1 bekannt. Hierbei wird mit einer Schätzgleichung eine Radlängskraft in Abhängigkeit von Raddrehzahlen bestimmt und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit als Funktion der Radlängskraft ermittelt.
• Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Referenz-Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs sind in der Druckschrift DE 197 35 562 A1 beschrieben. Hierbei werden Rad-Geschwindigkeiten an mindestens zwei Rädern des Kraftfahrzeugs gemessen und die Referenz-Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der Rad-Geschwindigkeiten der mindestens zwei Räder berechnet. Dabei ist das Verfahren bei einem Traktionsregelungssystem, einem Antischlupfsystem oder einem Antiblockiersystem anwendbar.
• Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und des Systems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
• Das Verfahren ist zum Schätzen einer Geschwindigkeit, bspw. einer Längsgeschwindigkeit in Fahrtrichtung, eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Dabei wird unter Berücksichtigung eines Kraftfahrzeugmodells ein Wert einer Geschwindigkeit mindestens eines Rads des Kraftfahrzeugs ermittelt, üblicherweise sensorisch erfasst und/oder gemessen, und einem Kennfeld zugeführt, das einen Zusammenhang zwischen einer Längskraft als Betriebsparameter, die in Fahrrichtung auf das mindestens eine Rad wirkt, und einem Schlupf des mindestens einen Rads beschreibt, wobei über das Kennfeld ein Wert einer Längskraft, die auf das mindestens eine Rad wirkt, geschätzt wird. Daraus wird unter Berücksichtigung einer Masse des Kraftfahrzeugs ein geschätzter Wert einer Beschleunigung des mindestens einen Rads ermittelt, wobei aus dem geschätzten Wert der Beschleunigung durch Integration ein Wert der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs geschätzt wird.
• In Ausgestaltung werden für sämtliche Räder, die zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind, Werte für die darauf wirkenden Längskräfte geschätzt, wobei diese Werte addiert werden, wobei aus den addierten Werten ein durchschnittlicher Wert der Längskraft sämtlicher Räder ermittelt, bspw. berechnet wird.
• Außerdem wird dem Kennfeld zusätzlich zu dem ermittelten Wert der Geschwindigkeit des mindestens einen Rads ein zuvor geschätzter Wert der Geschwindigkeit zugeführt, wobei das Kennfeld angepasst wird, wobei über das Kennfeld der Wert der Längskraft geschätzt wird.
• In weiterer Ausgestaltung wird zum Anpassen des Kraftfahrzeugmodells ein Wert einer Beschleunigung, die auf das mindestens eine Rad und/oder Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung wirkt, ermittelt, üblicherweise sensorisch erfasst und/oder gemessen, wobei aus dem ermittelten Wert der Beschleunigung und einem zuvor mit dem Kraftfahrzeugmodeli geschätzten Wert der Beschleunigung eine Differenz der Werte der Beschleunigung ermittelt wird. Aus dieser Differenz der Beschleunigung wird durch Integration ein korrigierter Wert der Geschwindigkeit ermittelt und dem Kennfeld zusätzlich zu dem ermittelten Wert der Geschwindigkeit und dem ggf. geschätzten Wert der Geschwindigkeit des mindestens einen Rads zugeführt, wobei das Kennfeld angepasst wird, wobei über das Kennfeld der Wert der Längskraft geschätzt wird.
• Weiterhin wird mindestens ein Wert mindestens eines zusätzlichen Betriebsparameters ermittelt, üblicherweise sensorisch erfasst und/oder gemessen, wobei als zusätzlicher Betriebsparameter ein Lenkwinkel des mindestens einen Rads, eine Gierrate, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, und mindestens eine geometrische Größe des Kraftfahrzeugs verwendet wird bzw. werden.
• Dabei ist es möglich, dass der Wert des mindestens einen zusätzlichen Betriebsparameters, bspw. der mindestens einen geometrischen Größe, auf einen Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs transformiert wird.
• Außerdem wird ein Wert einer Radaufstandskraft des mindestens einen Rads als Betriebsparameter geschätzt, wobei der Wert der Längskraft, die auf das mindestens eine Rad in Fahrtrichtung wirkt, mit dem Wert der Radaufstandskraft skaliert wird.
• Das erfindungsgemäße System ist zum Schätzen einer Geschwindigkeit, bspw. einer Längsgeschwindigkeit in Fahrtrichtung, eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und weist ein Steuergerät auf, das dazu ausgebildet ist, unter Berücksichtigung eines Kraftfahrzeugmodells einen ermittelten Wert einer Geschwindigkeit mindestens eines Rads des Kraftfahrzeugs einem Kennfeld zuzuführen, das einen Zusammenhang zwischen einer Längskraft, die in Fahrrichtung auf das mindestens eine Rad wirkt, und einem Schlupf des mindestens einen Rads beschreibt, und über das Kennfeld einen Wert einer Längskraft, die auf das mindestens eine Rad wirkt, zu schätzen, daraus unter Berücksichtigung einer Masse des Kraftfahrzeugs einen geschätzten Wert einer Beschleunigung des mindestens einen Rads zu ermitteln und aus dem geschätzten Wert der Beschleunigung durch Integration einen Wert der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu schätzen.
• Das System weist mindestens einen Sensor auf, der dazu ausgebildet ist, Werte mindestens eines Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs, bspw. eine Beschleunigung, die auf das mindestens eine Rad und/oder Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung wirkt, einen Lenkwinkel des mindestens einen Rads, eine Gierrate, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, eine Masse des Kraftfahrzeugs und/oder mindestens eine geometrische Größe bzw. Abmessung des Kraftfahrzeugs sensorisch zu erfassen.
• Der mindestens eine Sensor ist ferner dazu ausgebildet, als Betriebsparameter eine Drehrate und/oder Drehzahl des mindestens einen Rads zu ermitteln, aus dem mit dem Steuergerät der Wert der Geschwindigkeit des mindestens einen Rads ermittelt, bspw. abgeleitet und/oder berechnet wird.
• Zur Umsetzung des Verfahrens wird zur Schätzung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Längsrichtung bzw. Fahrtrichtung das physikalische Kraftfahrzeugmodell, bspw. ein physikalisches Kraftfahrzeuglängsmodell, verwendet. Hierbei wird unter Nutzung des Kraftfahrzeugmodells auf Basis von Geschwindigkeiten v_Rad der Räder und einer zuletzt geschätzten Geschwindigkeit v_xRefPro mittels eines Längskraft-Schlupf-Kennfelds des Kraftfahrzeugmodells an jedem einzelnen Rad die Längskraft geschätzt. Dabei ist das Längskraft-Schlupf-Kennfeld über die Pacejka-Magic-Formel bereitzustellen. Aus einer Summe sämtlicher Längskräfte wird eine mittlere Längskraft berechnet, wobei unter Berücksichtigung einer Masse als Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs eine Beschleunigung a_xRefPro des Kraftfahrzeugs in Längsrichtung bzw. Vorwärtsrichtung geschätzt wird, woraus wiederum durch Integration die Geschwindigkeit v_xRefPro des Kraftfahrzeugs in Längsrichtung bzw. Fahrtrichtung, hier in x-Richtung, geschätzt wird.
• Das vorgestellte Kraftfahrzeugmodell wird in einer möglichen Ausgestaltung permanent angepasst, so dass dieses Kraftfahrzeugmodell auch auf unterschiedlichen befahrenen Untergründen angewandt werden kann. Hierzu ist vorgesehen, einen geschätzten Wert der Beschleunigung mit einem sensorisch gemessenen Wert der Beschleunigung zu vergleichen und auf Grundlage dessen das Kraftfahrzeugkennfeld, bspw. ein Reifenkennfeld, anzupassen. Hierbei ist u. a. vorgesehen, eine y-Achse bzw. Ordinate des Kraftfahrzeugkennfelds zu skalieren, wobei auch die Kraft, bspw. Längskraft, die bei einem bestimmten Wert eines Schlupfs, der entlang einer x-Achse bzw. Abszisse des Kraftfahrzeugkennfelds aufgetragen wird, erzeugt wird.
• In einer möglichen Ausgestaltung wird eine Regelung einer Rückführung des Kraftfahrzeugmodells über einen integrierenden Regler (I-Regler) durchgeführt. Hierbei ist es möglich, zum schnellen Ausregeln von Störungen statt des integrierenden Reglers auch einen komplexeren Regler, bspw. einen PID-Regler, zu verwenden. Eine bei der Anpassung zurückgeführte Größe ist bspw. als Reibwert zwischen Reifen, die auf den Rädern aufgezogen sind, und dem befahrenen Untergrund zu interpretieren, wobei diese Größe analog zu einer üblichen Konvention skaliert werden kann und bspw. auf Eis den Wert 0,1, auf Schnee den Wert 0,3, auf einem nassen Asphalt den Wert 0,6 oder auf einem trockenen Asphalt den Wert 0,9 annimmt.
• Weiterhin ist in möglicher Ausgestaltung des Verfahrens denkbar, eine Schätzgüte durch eine Radtransformation zu erweitern. Hierbei ist vorgesehen, gemessene Werte der Geschwindigkeiten der Räder einem jeweiligen Aufstandspunkt bzw. Radaufstandspunkt eines Rads mit Hilfe eines Lenkwinkels einer Gierrate und einer geometrischen Größe des Kraftfahrzeugs, die bspw. durch einen Abstand der Achsen und eine Spurweiche des Kraftfahrzeugs definiert ist, auf einen Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs zu transformieren. Damit wird u. a. verhindert, dass während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs durch eine Kurve unterschiedliche Geschwindigkeiten der Räder, die durch unterschiedliche Bahnradien bedingt sind, fälschlicherweise als Schlupf an den Rädern erkannt werden.
• Außerdem ist es ergänzend möglich, die Längskraft durch eine geschätzte Radaufstandskraft zu skalieren. Dabei ist es möglich, die Radaufstandskraft mit Hilfe eines Starrkörpers gemäß einem Ziegelsteinmodell zu schätzen. Hierbei werden an dem Kraftfahrzeug anliegende Längs- und Querbeschleunigungen sowie eine Lage des Schwerpunkts des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Hierdurch wird eine Schätzung der Geschwindigkeit während einer dynamischen Fahrt durch die Kurve verbessert. Dabei wird bspw. berücksichtigt, dass bei der Fahrt durch die Kurve entlastete Räder vor anderen belasteten Rädern zu rutschen beginnen und/oder durchdrehen, wobei eine Kraft auf diese entlasteten Räder im Kraftfahrzeugmodell geringer geschätzt wird.
• Zudem ist es möglich, im Rahmen des Verfahrens eine Steigungsschätzung durchzuführen. Hierbei wird berücksichtigt, dass es an einer Steigung eine Abweichung zwischen einem geschätzten Wert der Beschleunigung und einem sensorisch gemessenen Wert der Beschleunigung gibt, da der geschätzte Wert der Beschleunigung einer Änderung der Geschwindigkeit über dem befahrenen Untergrund entspricht, wohingegen der gemessene Wert der Beschleunigung in Längsrichtung an der Steigung auch einen Teil der Gravitationsbeschleunigung beinhaltet. Hierbei ist es möglich, die Steigung mit Hilfe eines Kalman-Filters unter Berücksichtigung der Beschleunigung in Längsrichtung, einer Beschleunigung der Räder und einer Drehrate der Räder in Querrichtung senkrecht zu der Fahrtrichtung sowie parallel zu der befahrenen Oberfläche zu schätzen und somit einen derartigen Fehler an einer Steigung zu kompensieren.
• Außerdem ist es möglich, eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Querrichtung zu schätzen. Dabei wird vorgesehen, dass während einer Driftsituation der gemessene Wert der Beschleunigung in Längsrichtung durch Anteile einer Zentralbeschleunigung verfälscht wird. Dabei kann ein entstehender Fehler berechnet und eliminiert werden.
• Bei einer Durchführung eines Algorithmus zum Schätzen der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird hier ein vollständiges physikalisches Kraftfahrzeugmodell, üblicherweise ein Längsmodell, des Kraftfahrzeugs verwendet, mit dem der erforderliche Betriebsparameter, hier die Längskraft, kompakt und effizient zu berechnen ist. Das Verfahren ist auch dann durchführbar, wenn mindestens ein als Radsensor ausgebildeter Sensor, der dem mindestens einen Rad zugeordnet ist, einen nicht erkennbaren Fehler aufweist, da zu jedem Zeitpunkt Drehzahlen bzw. Drehraten sämtlicher Räder zur Berechnung verwendet werden, wodurch ein nicht erkannter einzelner Fehler eines Radsensors die durchzuführende Schätzung nur geringfügig verfälscht. Allerdings ist es auch möglich, Kriterien für Fehler von Sensoren zu definieren. Dabei tritt bspw. dann ein Fehlerereignis auf, wenn über einen gewissen definierbaren Zeitraum zwei Räder einen positiven Schlupf und zwei Räder einen negativen Schlupf aufweisen.
• Außerdem werden als zusätzliche Schätzgrößen weitere Betriebsparameter, wie bspw. ein Schlupf eines Rads, ein Steigungswinkel des Kraftfahrzeugs sowie ein Reibwert zwischen einem Rad und dem befahrenen Untergrund verwendet, wobei diese Schätzgrößen zueinander schlüssig sind.
• Das verwendete Kraftfahrzeugmodell ist für jedes Kraftfahrzeug mit mehreren Rädern gültig, da nur allgemein gültige Annahmen gemacht werden. Falls das Kraftfahrzeug bspw. x Räder auffasst, wird im Rahmen des Kraftfahrzeugmodells ein Starrkörper mit x Rädern betrachtet, auf den wiederum in x Angriffspunkten Kräfte wirken. Hierbei sind lediglich wenige geometrische Größen anzupassen.
• Üblicherweise ist eine Anzahl von kraftfahrzeugspezifischen Betriebsparametern sehr gering. Außerdem ist nur ein minimaler Aufwand für eine Pflege von Derivaten erforderlich. Bei Derivaten, die auf anderen Steuergeräten, bspw. für einen Motor oder eine elektrische Stabilitätskontrolle sowie auf anderen Software-Versionen basieren, ist kein Pflegeaufwand zu erwarten. Da nur direkt messbare Betriebsparameter verwendet werden, ist im Rahmen des Verfahrens keine Applikation erforderlich und somit auch keine Abhängigkeitskette in einer Applikation zu berücksichtigen.
• In der Regel werden nur wenige Signale zu Werten von Betriebsparametern zur Berechnung benötigt. Die üblicherweise zu verwendenden Betriebsparameter sind Geschwindigkeiten der Räder, Beschleunigungen, die auf das Kraftfahrzeug üblicherweise in Fahrtrichtung und/oder in Querrichtung wirken, eine Drehrate des Kraftfahrzeugs in Querrichtung sowie in Richtung einer Hochachse des Kraftfahrzeugs und ein Lenkwinkel. Der hier zu verwendende Algorithmus weist bei allen bekannten Sondersituationen ein robustes Verhalten auf, da kleine Fehler maximal kleine Fehler nach sich ziehen können. Außerdem ist mit dem Algorithmus eine höhere Genauigkeit als mit einem konventionellen Schätzer zu erreichen.
• Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
• Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
• 1 zeigt ein Diagramm zu einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems aufweist, bei Durchführung unterschiedlicher Varianten der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
• Das anhand von 1 vorgestellte Diagramm deutet Schritte an, die bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu zu verwenden sind, eine Geschwindigkeit eines in 2 aus unterschiedlichen Situationen dargestellten Kraftfahrzeugs 2 in Längsrichtung bzw. Fahrtrichtung und/oder Vorwärtsrichtung zu schätzen. Dieses Kraftfahrzeug 2 ist hier durch insgesamt vier Räder 4a, 4b, 4c, 4d anzutreiben und dabei relativ zu einem zu befahrenden Untergrund zu bewegen. Dabei weist das Kraftfahrzeug 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 6 auf, das wiederum ein Steuergerät 8 sowie mehrere Sensoren 10 aufweist, wobei in 2 lediglich ein derartiger Sensor 10 stellvertretend für alle anderen Sensoren 10 dargestellt ist. Dabei ist es möglich, dass unterschiedlichen Komponenten des Kraftfahrzeugs, bspw. den Rädern 4a, 4b, 4c, 4d, jeweilig Sensoren 10 zugeordnet und dazu ausgebildet sind, Werte von Betriebsparameteren der Komponenten des Kraftfahrzeugs 2 zu messen und somit sensorisch zu ermitteln.
• Bei Durchführung der Ausführungsform des Verfahrens wird einem Kennfeld 12 eines Kraftfahrzeugmodells 14 ein Wert einer Geschwindigkeit v_Rad mindestens eines Rads 4a, 4b, 4c, 4d, der von dem mindestens einen Sensor 10 erfasst wurde, bereitgestellt. Dabei ist vorgesehen, dass dieses Kennfeld 12 ein allgemeines Verhalten eines Reifens, der auf einem Rad 4a, 4b, 4c, 4d aufgezogen ist, sowie eine Abhängigkeit einer Längskraft von einem Schlupf und/oder einer Geschwindigkeit mindestens eines Rads 4a, 4b, 4c, 4d beschreibt. Daraus wird eine auf das Kraftfahrzeug 2 wirkende Längskraft F_xRefPro geschätzt. Weiterhin wird auf Grundlage dieser Längskraft unter Berücksichtigung einer Masse m des Kraftfahrzeugs 2 eine Beschleunigung a_xRefPro des Kraftfahrzeugs 2 in Längsrichtung geschätzt, woraus unter Bildung eines Integrals ein Wert einer Geschwindigkeit v_xRefpro des Kraftfahrzeugs 2 in Längsrichtung geschätzt wird. Dieser hierbei geschätzte Wert der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 2 ist nun für andere Anwendungen des Kraftfahrzeugs 2 zu nutzen sowie in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens innerhalb eines geschlossenen Regelkreises auch dem Kennfeld 12 zuzuführen.
• In Ausgestaltung ist somit auch eine Anpassung 16 des Kennfelds 12 und/oder des Kraftfahrzeugmodells 14 durchzuführen. Hierbei wird von mindestens einem Sensor 10 des Kraftfahrzeugs 2 ein Wert einer in Längsrichtung auf das Kraftfahrzeug 2 wirkenden Beschleunigung a_xSensor ermittelt und eine Differenz zwischen dem sensorisch gemessenen Wert der Beschleunigung a_xSensor abzüglich des geschätzten Werts der Beschleunigung a_xRefPro in Längsrichtung ermittelt. Diese Differenz wird einem Integral zugeführt und integriert. Ein Wert dieses Integrals, der einem Wert einer Differenz für die Geschwindigkeit in Längsrichtung entspricht, wird zum Anpassen des Kraftfahrzeugmodells 14 dem Kennfeld 12 zugeführt.
• Anhand des Diagramms aus 2a ist eine Situation des Kraftfahrzeugs 2 dargestellt, bei dem dieses durch eine Kurve fährt. Dabei werden als Betriebsparameter ein Radius R_VL eines ersten Rads 4a vorne links, ein Radius R_VR eines zweiten Rads 4b vorne rechts, ein Radius R_HL eines dritten Rads 4c hinten links sowie ein Radius R_HR eines vierten Rads 4d sowie ein Radius R_SP eines Schwerpunkts 5 des Kraftfahrzeugs 2 berücksichtigt.
• Weiterhin ist hier möglich, dass gemessene Geschwindigkeiten der Räder 4a, 4b, 4c, 4d an einem Radaufstandspunkt eines jeweiligen Rads 4a, 4b, 4c, 4d mit Hilfe von Lenkwinkeln, einer Gierrate und geometrischen Größen des Kraftfahrzeugs 2 als Betriebsparameter auf den Schwerpunkt 5 des Kraftfahrzeugs 2 transformiert werden. Hiermit ist u. a. zu verhindern, dass während einer Fahrt durch eine Kurve unterschiedliche Geschwindigkeiten der einzelnen Räder 4a, 4b, 4c, 4d aufgrund unterschiedlicher Radien R_VR, R_HL sowie R_HR fälschlicherweise als Schlupf der Räder 4a, 4b, 4c, 4d erkannt werden.
• In 2b sind zusätzlich noch Radaufstandskräfte F_z angezeigt, wobei auf jedes Rad 4a, 4b, 4c, 4d jeweils eine derartige Radaufstandskraft F_z wirkt. Hierbei wird die Längskraft durch geschätzte Werte der Radaufstandskraft skaliert, wobei hierzu ein Starrkörper bzw. Ziegelsteinmodell sowie eine Längs- und Querbeschleunigung des Schwerpunkts 5 des Kraftfahrzeugs 2 berücksichtigt werden. Hierdurch wird u. a. eine Schätzung der Geschwindigkeit während einer dynamischen Fahrt durch eine Kurve verbessert, wobei hierbei berücksichtigt wird, dass mindestens ein entlastetes Rad 4a, 4b, 4c, 4d noch vor mindestens einem belasteten Rad 4a, 4b, 4c, 4d zu rutschen und/oder durchzudrehen beginnt.
• Bei einer Steigung weicht ein sensorisch gemessener Wert einer Beschleunigung a_xSensor von einem geschätzten Wert der Beschleunigung a_xRefPro ab, da der geschätzte Wert der Beschleunigung einer Änderung der Geschwindigkeit über dem befahrenen Untergrund entspricht, jedoch der gemessene Wert der Beschleunigung a_xSensor an einer Steigung auch einen Anteil der Gravitationsbeschleunigung umfasst, weshalb: $${\text{a}}_{\text{xSensor}}={\text{a}}_{\text{xRefPro}}+\text{sin}\left(\text{Steigungswinkel}*\mathrm{9,81}{\text{ m/s}}^2\right)$$

  

  entspricht. Üblicherweise wird die Steigung mit Hilfe eines Kalman-Filters unter Berücksichtigung der Beschleunigung in Längsrichtung, einer Beschleunigung mindestens eines Rads 4a, 4b, 4c, 4d und einer Drehrate um eine x-Achse in Querrichtung geschätzt, wodurch ein Fehler an einer Steigung kompensiert wird.
• In einer anhand von 2c angedeuteten Driftsituation ergibt sich, dass gemessene Werte der Beschleunigung a_xSensor in Längsrichtung durch Anteile einer Zentrifugalbeschleunigung verfälscht sein können, wobei: $${\text{a}}_{\text{xSensor}}={\text{a}}_{\text{xRefPro}}+{\text{a}}_{\text{xZentrifugalbeschleunigung}}$$

  

  gilt. Ein derartiger Fehler ist durch a_{xZentrifugalbeschleunigung} = Gierrate * v_y zu berechnen und zu eliminieren, wobei v_y eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in Querrichtung angibt. Dadurch kann demnach die Geschwindigkeit in Querrichtung geschätzt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Schätzen einer Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs (2) in Fahrtrichtung, bei dem unter Berücksichtigung eines Kraftfahrzeugmodells (14) ein Wert einer Geschwindigkeit mindestens eines Rads (4a, 4b, 4c, 4d) des Kraftfahrzeugs (2) ermittelt und einem Kennfeld (12) zugeführt wird, das einen Zusammenhang zwischen einer Längskraft, die in Fahrrichtung auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) wirkt, und einem Schlupf des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) beschreibt, wobei über das Kennfeld (12) ein Wert einer Längskraft, die auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) wirkt, geschätzt wird, wobei daraus unter Berücksichtigung einer Masse des Kraftfahrzeugs (2) ein geschätzter Wert einer Beschleunigung des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) ermittelt wird, wobei aus dem geschätzten Wert der Beschleunigung durch Integration ein Wert der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2) geschätzt wird, wobei ein Wert einer Radaufstandskraft des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) geschätzt wird, und wobei der Wert der Längskraft, die auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) in Fahrtrichtung wirkt, mit dem Wert der Radaufstandskraft skaliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für sämtliche Räder (4a, 4b, 4c, 4d), die zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs (2) vorgesehen sind, Werte für die Längskräfte geschätzt werden, wobei diese Werte addiert werden, wobei aus den addierten Werten ein durchschnittlicher Wert der Längskraft sämtlicher Räder (4a, 4b, 4c, 4d) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem dem Kennfeld (12) zusätzlich zu dem ermittelten Wert der Geschwindigkeit des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) ein zuvor geschätzter Wert der Geschwindigkeit zugeführt wird, wobei das Kennfeld (12) angepasst wird, wobei über das Kennfeld (12) der Wert der Längskraft geschätzt wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem zum Anpassen des Kraftfahrzeugmodells (14) ein Wert einer Beschleunigung, die auf das Kraftfahrzeug (2) in Fahrtrichtung wirkt, ermittelt wird, wobei aus dem ermittelten Wert der Beschleunigung und einem zuvor mit dem Kraftfahrzeugmodell (14) geschätzten Wert der Beschleunigung eine Differenz der Werte der Beschleunigung ermittelt wird, wobei aus dieser Differenz durch Integration ein korrigierter Wert der Geschwindigkeit ermittelt und dem Kennfeld (12) zusätzlich zu dem ermittelten Wert der Geschwindigkeit des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) zugeführt wird, wobei das Kennfeld (12) angepasst wird, wobei über das Kennfeld (12) der Wert der Längskraft, die auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) wirkt, geschätzt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Wert mindestens eines zusätzlichen Betriebsparameters ermittelt, üblicherweise sensorisch erfasst und/oder gemessen wird, wobei als zusätzlicher Betriebsparameter ein Lenkwinkel des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d), eine Gierrate, die auf das Kraftfahrzeug (2) wirkt, und/oder mindestens eine geometrische Größe des Kraftfahrzeugs (2) verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Wert des mindestens einen zusätzlichen Betriebsparameters auf einen Schwerpunkt (5) des Kraftfahrzeugs (2) transformiert wird.
7. System zum Schätzen einer Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs (2) in Fahrtrichtung, wobei das System (6) ein Steuergerät (8) aufweist, das dazu ausgebildet ist, unter Berücksichtigung eines Kraftfahrzeugmodells (14) einen ermittelten Wert einer Geschwindigkeit mindestens eines Rads (4a, 4b, 4c, 4d) des Kraftfahrzeugs (2) einem Kennfeld (12) zuzuführen, das einen Zusammenhang zwischen einer Längskraft, die in Fahrrichtung auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) wirkt, und einem Schlupf des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) beschreibt, und über das Kennfeld (12) einen Wert einer Längskraft, die auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) wirkt, zu schätzen, daraus unter Berücksichtigung einer Masse des Kraftfahrzeugs (2) einen geschätzten Wert einer Beschleunigung des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) zu ermitteln und aus dem geschätzten Wert der Beschleunigung durch Integration einen Wert der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (2) zu schätzen, wobei ein Wert einer Radaufstandskraft des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) zu schätzen ist, und wobei der Wert der Längskraft, die auf das mindestens eine Rad (4a, 4b, 4c, 4d) in Fahrtrichtung wirkt, mit dem Wert der Radaufstandskraft zu skalieren ist.
8. System nach Anspruch 7, das mindestens einen Sensor (10) aufweist, der dazu ausgebildet ist, Werte mindestens eines Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs (2), bspw. eine Beschleunigung, die auf das mindestens eine Rad und/oder Kraftfahrzeug (2) in Fahrtrichtung wirkt, einen Lenkwinkel des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d), eine Gierrate, die auf das Kraftfahrzeug wirkt, eine Masse des Kraftfahrzeugs (2) und/oder mindestens eine geometrische Größe des Kraftfahrzeugs (2) sensorisch zu erfassen.
9. System nach Anspruch 8, bei dem der mindestens eine Sensor (10) dazu ausgebildet ist, als Betriebsparameter eine Drehrate und/oder Drehzahl des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) zu ermitteln, aus dem mit dem Steuergerät (8) der Wert der Geschwindigkeit des mindestens einen Rads (4a, 4b, 4c, 4d) ermittelt wird.

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