DE102016219471A1

DE102016219471A1 - Verfahren und Steuergerät zu Erkennung der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102016219471A1
Application number: DE102016219471.2A
Authority: DE
Inventors: Jochen Führer; Vladimir Koukes; Dirk Leise; Mahan Poursedighi; Robert Schmidt
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2017-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem die Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt eines Kraftfahrzeugs ermittelt wird, wobei eine Mehrzahl von Datensätzen von je die Fahrdynamik beschreibenden Größen gemessen werden und die Fahrtrichtung mittels einer Mehrzahl von Erkennungswegen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 101) bestimmt wird, wobei mittels jedes Erkennungsweges ein Einzelergebnis bestimmt wird, wobei aus den Einzelergebnisse der Erkennungswege ein Gesamtergebnis (118) bestimmt wird und das Gesamtergebnis (118) an mindestens ein Fahrzeugsteuergerät übermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bei dem die Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt eines Kraftfahrzeugs ermittelt wird, wobei eine Mehrzahl von Datensätzen von je die Fahrdynamik beschreibenden Größen gemessen werden und die Fahrtrichtung mittels einer Mehrzahl von Erkennungswegen bestimmt wird.
Moderne Kraftfahrzeuge sind heutzutage standardmäßig mit Regelsystemen wie beispielsweise ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm), ABS (Antiblockiersystem), ACC (adaptive cruise control), HSA (hill start assist) und TCS (traction control system) ausgestattet. Diese Systeme erhöhen die Fahrsicherheit und den Komfort. Die Information über die Richtung der Fahrt des Fahrzeugs ist für mehrere sicherheitsrelevante Fahrzeugsysteme von großer Bedeutung.
Es sind mehrere Möglichkeiten, die Richtung der Fahrt zu erkennen, bekannt.
Eine an sich bekannte Möglichkeit besteht darin, spezielle Raddrehzahlsensoren zu benutzen. Diese Sensoren können nicht nur die Raddrehzahlen sondern auch die Drehrichtung erkennen. Sie sind teurer als übliche Sensoren ohne Drehrichtungsanzeige. In der DE 10 2007 030 431 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Fahrtrichtung mittels geeigneter Raddrehzahlsensoren angegeben.
Aus der DE 2011 080 033 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung einer Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt bekannt, welches die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs als eine erste Messgröße verwendet und mindestens eine weitere, die Querdynamik der Fahrzeugs beschreibende, Größe ebenfalls gemessen wird. Zur Ermittlung der Fahrtrichtung wird innerhalb eines Datensatzes von mehreren aufeinanderfolgenden Messungen die Korrelation der ersten und der weiteren Messgröße betrachtet.
Diese Verfahren haben den Nachteil, dass die Erkennung jeweils vom ordnungsgemäßen Funktionieren eines Sensors oder einer Gruppe an Sensoren (Raddrehzahlsensoren bzw. Gierratensensoren) abhängt. Es wird keine Information über die Zuverlässigkeit des Signals verwendet und es ist keine Rückfallebene im Falle eines Ausfalls oder eines besonders unzuverlässigen Signals vorgesehen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Richtungserkennung anzugeben, welches in jeder Fahrsituation eine Richtungserkennung mit einer deutlich erhöhten Zuverlässigkeit ermöglicht. Es soll eine Methode angegeben werden, welche bei Ausfall der Raddrehzahlsensoren mit Richtungsanzeige bzw. in Fahrzeugen, in welchen solche Sensoren nicht eingebaut sind, eine zuverlässige Information über die Fahrtrichtung bereitstellt.
Weiter ist es Ziel der Erfindung, auch bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs eine zuverlässige Erkennung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und einem Steuergerät gemäß Anspruch 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Zuverlässigkeit der Erkennung zu erhöhen, indem aus Einzelergebnissen von mehreren verschiedenen Erkennungswegen ein Gesamtergebnis bestimmt wird. Das Gesamtergebnis wird anschließend an eines oder mehrere Fahrzeugsteuergeräte übermittelt, welche die Information benötigen.
Zur Bestimmung des Gesamtergebnisses werden die gemeldeten Einzelergebnisse sowie gegebenenfalls Zusatzinformationen verwendet. Insbesondere wird ein Algorithmus ausgeführt, in den die Einzelergebnisse und ggf. die Zusatzinformationen eingehen und/oder es wird eine Berechnung ausgeführt, in die die Einzelergebnisse und ggf. die Zusatzinformationen eingehen, nach deren Resultat ein Gesamtergebnis bestimmt wird.
Die Möglichkeit der Erkennung in Fahrzeugen ohne Raddrehzahlsensoren mit Richtungsanzeige ermöglicht eine Kosteneinsparung. Bei Fahrzeugen mit solchen Sensoren beinhaltet die Methode eine Rückfallebene, wodurch die Sicherheit deutlich erhöht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Vertrauenswert für das Gesamtergebnis bestimmt, welcher ebenfalls an das mindestens eine Fahrzeugsteuergerät übermittelt wird. Der Vertrauenswert ist dabei ein Maß für die Zuverlässigkeit der Erkennung oder, anders ausgedrückt, für die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung. Ein solcher Vertrauenswert kann je nach Ausführung und Anforderungen des Fahrzeugsteuergeräts von diesem verwendet werden, um die Verwendung der übermittelten Information anzupassen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren beendet, wenn der Vertrauenswert über einer festgelegten Schwelle liegt. Diese Schwelle wird so festgelegt, dass sie einer den Anforderungen genügende Zuverlässigkeit der Richtungserkennung entspricht. Bei Überschreiten dieser Schwelle gilt die Richtung ausreichend sicher als erkannt.
Vorzugsweise wird die so ermittelte Richtung und der so ermittelte Vertrauenswert verwendet, bis eine Bedingung erfüllt ist, die eine erneute Richtungserkennung auslöst. Dies hat den Vorteil, dass ein einmal zuverlässig erkannter Richtungszustand verwendet wird und nicht gegebenenfalls weniger sicher erkannte nachfolgende Ergebnisse. Zudem wird keine unnötige Rechenleistung aufgewandt.
Bevorzugt wird das Verfahren ausgelöst, wenn ein Stillstand des Fahrzeuges als erkannt gilt und/oder das Steuergerät reinitialisiert wurde. Eine Reinitialisierung erfolgt dabei insbesondere, wenn die Spannungsversorgung unterbrochen wurde.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zu jedem Einzelergebnis eine Wahrscheinlichkeitsgröße bestimmt, die ein Maß für die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung oder die Wahrscheinlichkeit einer Richtigerkennung angibt. Die Wahrscheinlichkeitsgröße wird bevorzugt aus den Wahrscheinlichkeiten für fehlerhafte Messungen bzw. Ausfall der verwendeten Sensoren bestimmt. Besonders bevorzugt wird die Wahrscheinlichkeitsgröße nach Maßgabe der Art und Anordnung des Sensors vorgegeben und/oder unter Berücksichtigung vergangener erkannter Fehler angepasst.
Bevorzugt liefert jeder Erkennungsweg als Einzelergebnis eines der drei Ergebnisse im Sinne „Vorwärtsfahrt erkannt”, „Rückwärtsfahrt erkannt” oder „Erkennung nicht möglich”. Die Form bzw. das Format, in der das Ergebnis übermittelt wird, ist dabei unerheblich.
Besonders bevorzugt gibt es einen vierten Zustand, der als Einzelergebnis geliefert werden kann, nämlich „Stillstand erkannt”.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Bestimmung des Gesamtergebnisses anhand der Wahrscheinlichkeitsgrößen der einzelnen Erkennungswege durchgeführt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für jeden Erkennungsweg ein Gewichtungsfaktor vorgegeben und die Einzelergebnisse gehen nach Maß des zugehörigen Gewichtungsfaktors in die Bestimmung des Gesamtergebnisses ein. Die Gewichtungsfaktoren werden dabei bevorzugt als Maß der geschätzten relativen Zuverlässigkeit der Erkennungswege gewählt. Besonders bevorzugt werden die Gewichtungsfaktoren aufgrund der Art und Anordnung der Sensoren gewählt, deren Daten in den jeweiligen Erkennungsweg eingehen. Ebenso kann vorzugsweise eine Abschätzung einer Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung des Erkennungsweges in den betreffenden Gewichtungsfaktor eingehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem der Erkennungswege eine Richtungserkennung mittels richtungserkennungsfähigen Drehzahlsensoren durchgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich oder anstatt der Richtungserkennung mittels richtungserkennungsfähigen Drehzahlsensoren eine Richtungserkennung mittels anderer Erkennungswege durchgeführt, wenn weniger als eine vorgegebene Anzahl, insbesondere zwei, solcher Sensoren verfügbar und ohne Fehlermeldung sind. Dies hat den Vorteil, eine Rückfallebene im Falle eines Ausfalls eines oder mehrerer Drehzahlsensoren darzustellen bzw. eine Methode zur Richtungserkennung, wenn keine oder eine für die vorgegebenen Sicherheitsanforderungen ungenügende Anzahl solcher Sensoren verbaut ist.
Besonders bevorzugt geht das Einzelergebnis der verbleibenden verfügbaren richtungserkennungsfähigen Drehzahlsensoren als einer der Mehrzahl von Erkennungswegen in die Bestimmung des Gesamtergebnisses ein, wenn weniger als die vorgegebene Anzahl solcher Sensoren verfügbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in einem der Erkennungswege zwei die Fahrzeugdynamik beschreibende Messgrößen gleichzeitig gemessen. Zur Ermittlung der Fahrtrichtung wird innerhalb eines Datensatzes von mehreren aufeinanderfolgenden Messungen die Korrelation der beiden Messgrößen betrachtet.
Vorzugsweise wird aus dem Vorzeichen der berechneten Korrelation das Einzelergebnis der Methode, d. h. die durch die Methode erkannte Richtung bestimmt.
Besonders bevorzugt wird der Betrag der berechneten Korrelation als Maß für die Zuverlässigkeit der Erkennung verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in einem der Erkennungswege zur Ermittlung der Fahrtrichtung ein eingelegter Gang und/oder ein Signal eines Rücklichtschalters ausgewertet.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1: ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Richtungserkennung mit richtungserkennungsfähigen Raddrehzahlsensoren (DWSS),
2: ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Durchführung mehrerer Erkennungswege,
3: ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung des Vertrauenswertes.
Der schematische Ablauf einer Richtungserkennung anhand von richtungserkennungsfähigen Drehzahlsensoren (DWSS) ist in 1 beispielhaft gezeigt.
Zuerst wird in Block 102 überprüft, wie viele verfügbare DWSS ohne Fehler im Fahrzeug existieren. Die Anzahl der DWSS hängt einerseits von der Anzahl der verbauten Sensoren ab, andererseits von eventuellen Fehlern. Bevorzugt werden entweder zwei oder vier Sensoren im Fahrzeug verbaut. Das Verfahren kann ebenfalls in einem Fahrzeug ohne DWSS angewandt werden, in welchem Fall die Anzahl der verfügbaren DWSS immer Null ist. Wenn kein DWSS verfügbar ist, so endet das Verfahren in Block 103. Sind DWSS verfügbar, so wird in Block 104 überprüft, ob Fehlermeldungen vorliegen. Liegen Fehlermeldungen vor, so gilt „Richtung nicht erkannt” als Ergebnis und das Verfahren endet in Block 105.
Sind keine Fehler erkannt, so gilt in Block 106 der Erkennungsweg als gültig. Anschließend wird in Block 107 überprüft, ob ein Stillstand des Fahrzeugs erkannt ist. Ist dies der Fall, so gilt in Block 108 Stillstand als erkannt.
Die Information der DWSS wird anschließend verarbeitet. Der DWSS sendet die Information über die Drehrichtung und die Impulse an das Steuergerät. Das Signal eines DWSS setzt sich zusammen aus Impulsen, deren Frequenz proportional zur Drehgeschwindigkeit ist und der Richtungsinformation, die im Zeitraum zwischen einzelnen Impulsen übermittelt wird. Die Drehrichtung kann nur dann erkannt werden, wenn das Rad eine Umdrehung um einen minimalen vorgegebenen Winkel in die Richtung gemacht hat. Die Richtung kann zudem nur erkannt werden, wenn die Frequenz der Impulse und demensprechend die Drehgeschwindigkeit unter einem festgelegten Wert liegt, um die Übermittlung der Richtungsinformation zu ermöglichen.
Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird in Block 109 überprüft. Wenn die Geschwindigkeit höher ist als ein vorgegebener Schwellenwert, so kann keine Richtung durch die DWSS erkannt werden. In dem Fall gilt in Block 110 die vorherige erkannte, insbesondere im letzten Durchgang des Verfahrens bestimmte, Richtung weiterhin als erkannt.
Nach jedem Stillstand des Rades oder der Reinitialisierung des Sensors werden die Impulse gezählt. Die Richtung wird nur dann übernommen, wenn eine bestimmte Anzahl von Impulsen vom DWSS gesendet wurde. Der Sensor zeigt nur so lang die richtige Richtung an, solange die Radgeschwindigkeit nicht zu groß wird (V <= V_max). Andererseits kann sich die Richtung nicht ändern, wenn die Geschwindigkeit hoch ist, deswegen wird bei V > V_max die vorher bestimmte Richtung für das Rad angenommen.
In Block 111 wird überprüft, ob eine Initialisierung des Sensors vorausgegangen ist. Wenn dies der Fall ist, so werden in Block 112 beispielsgemäß fünf Pulse des Sensors abgewartet, um die Richtung zu bestimmen. Solange weniger als fünf Pulse vorliegen, gilt die Richtung als nicht bestimmbar. Sobald in Block 113 fünf Pulse vorliegen, so gilt die übermittelte Richtung als erkannte Richtung.
Ging keine Initialisierung voraus, so wird in Block 114 weiter überprüft, ob ein erkannter Stillstand vorausging. Ist dies der Fall, so werden in Block 115 beispielsgemäß drei Pulse des Sensors abgewartet, um die Richtung zu bestimmen. Solange weniger als drei Pulse vorliegen, gilt die Richtung als nicht bestimmbar. Sobald in Block 113 drei Pulse vorliegen, so gilt die übermittelte Richtung als erkannte Richtung.
Ging weder eine Initialisierung noch ein Stillstand voraus, so gilt die durch den Sensor übermittelte Richtung als erkannt. Die erkannte Richtung wird in Block 117 an relevante Fahrzeugsysteme übermittelt.
Die Informationen von den DWSS über die Drehrichtung werden gesammelt und analysiert. Für jedes DWSS wird die Wahrscheinlichkeit f_i für eine falsche Anzeige ermittelt. Diese Wahrscheinlichkeit f_i ist von der Ausfallwahrscheinlichkeit des Sensors und seiner Position abhängig (für die Antriebsachse ist sie größer als für die freirollende Achse). Wenn eine Anzahl F Sensoren „vorwärts” übermitteln und eine Anzahl R Sensoren „rückwärts” übermitteln, dann wird die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung der Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt berechnet.
Die Fehlerwahrscheinlichkeit für die Sensoren, die „vorwärts” zeigen ist:
Die Wahrscheinlichkeit dass diese Sensoren die richtige Richtung „vorwärts” zeigen ist:
Die Fehlerwahrscheinlichkeit für die Sensoren, die „rückwärts” zeigen ist:
Die Wahrscheinlichkeit, dass diese Sensoren die richtige Richtung „rückwärts” zeigen ist:
Die Fehlerwahrscheinlichkeit der Erkennung der Richtung „vorwärts” ist: W_SF = FF₁·R₁
Die Fehlerwahrscheinlichkeit der Erkennung der Richtung „rückwärts” ist: W_SR = FR₁·F₁
Wenn W_SF < W_SR, dann gilt die Richtung „vorwärts” als erkannt. Wenn W_SF > W_SR, dann gilt die Richtung „rückwärts” als erkannt.
Bevorzugt wird eine vereinfachte Methode benutzt, wenn alle DWSS gleiche Ausfallwahrscheinlichkeiten haben. Jedem DWSS wird ein Gewichtungsfaktor G zugewiesen. Der Gewichtungsfaktor ist in einer bevorzugten Ausführungsform von dem Einsatzort des Sensors abhängig. Die Sensoren auf der nicht-angetriebenen Achse können zum Beispiel einen ersten Wert für den Gewichtungsfaktor G = a zugewiesen bekommen. Die Sensoren auf der Antriebsachse bekommen einen anderen Wert für den Gewichtungsfaktor G = b zugewiesen. Wenn F Sensoren „vorwärts” übermitteln und R Sensoren „rückwärts” übermitteln, dann werden jeweils die Summen der Gewichtungsfaktoren „vorwärts” und „rückwärts” und die Differenz dieser Summen gebildet:
Wenn D > 0 ist, dann wird die Richtung „vorwärts” erkannt. Die Wahrscheinlichkeit für eine falsche Erkennung wird wie folgt berechnet:
Wenn D < 0 ist, dann wird die Richtung „rückwärts” erkannt. Die Wahrscheinlichkeit für eine falsche Erkennung wird wie folgt
Aus der Wahrscheinlichkeit einer falschen Erkennung wird bevorzugt eine Wahrscheinlichkeitsgröße für die Erkennung berechnet, die ein Maß für die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung ist. Es wird bevorzugt ein Schwellenwert für die Wahrscheinlichkeitsgröße vorgegeben, mit dem die berechnete Wahrscheinlichkeitsgröße verglichen wird.
Ergibt der Vergleich mit dem Schwellenwert, dass die Wahrscheinlichkeitsgröße der Vorgabe genügt, so gilt die Erkennung mittels DWSS als erfolgreich durchgeführt und die erkannte Richtung wird abgespeichert und/oder an relevante Fahrzeugsysteme übergeben. Bevorzugt wird das Verfahren dann beendet, und erst wieder aufgenommen, wenn ein Stillstand erkannt wird und/oder das System reinitialisiert wird.
Wenn mit den verfügbaren DWSS der vorgegebene Schwellenwert nicht erreicht werden kann weil die Wahrscheinlichkeit W einer falschen Richtungserkennung zu groß ist, dann wird nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zusätzlich die Information über den eingelegten Gang und/oder über die Aktivierung der Rücklichtschalter und/oder eines oder mehrere der im Anschluss beschriebenen physikalischen Modelle zusätzlich benutzt.
2 zeigt ein beispielhaftes Schema für die Richtungserkennung anhand einer Mehrzahl an Erkennungswegen.
Beispielsgemäß werden verschiedene physikalische Modelle als Erkennungswege für die Richtungserkennung verwendet.
Für die physikalischen Modelle werden Paare fahrdynamischer Größen benutzt. Kriterium für die Auswahl der Fahrdynamikgrößen ist die Bedingung, dass das Produkt der Größen (X·Y) unterschiedliche Vorzeichen bei der Vorwärts- und Rückwärtsfahrt hat. Typischerweise ist dies der Fall, wenn das Vorzeichen der einen Größe von der Fahrtrichtung abhängig ist, das Vorzeichen der anderen jedoch nicht.
Bevorzugt werden Datensätze von mehreren aufeinander folgenden Messungen der Größen verwendet und ein Korrelationswert bestimmt. Eine solche Methode zur Bestimmung eines Korrelationswertes aus Datensätzen zweier Messgrößen ist beispielsweise in DE 10 2011 080 033 A1 beschrieben.
In den Modellen werden also beispielsgemäß die Korrelationen zwischen zwei Werten berechnet: K_a = Korrelation (X_i, Y_i)
X, Y sind die charakteristischen Größen der Fahrzeugbewegung. Der Index i bezeichnet einzelne Messwerte innerhalb des Datensatzes. Die Korrelation ist ein Maß für den Grad des Zusammenhangs zwischen zwei Größen. Bevorzugt werden die Fahrdynamikgrößenpaare so gewählt, dass, zumindest bei stabilem Fahrverhalten, die beiden Größen korrelieren (dies ist bekanntlich bspw. bei dem Paar Lenkwinkel-Giergeschwindigkeit der Fall). Ein großer absoluter Wert der Korrelation lässt erkennen, dass die Auswertung der verwendeten Messgrößen zuverlässig ist.
Die Berechnung wird bevorzugt so lange wiederholt durchgeführt bis der absolute Wert der Korrelation K_a einen Schwellenwert S überschreitet: |K_a| > S
Das Vorzeichen der Korrelation wird überprüft. Wenn es positiv ist, dann wird beispielsgemäß angenommen, dass das Modell die Fahrtrichtung „vorwärts” erkannt hat. Wenn es negativ ist dann wird beispielsgemäß angenommen, dass das Modell die Fahrtrichtung „rückwärts” erkannt hat. Dies ist der Fall, wenn die Messungen und Berechnungen so ausgelegt ist, dass beide verwendete Größen bei der Vorwärtsfahrt das gleiche Vorzeichen haben. Anderenfalls lässt sich die Methode analog mit entsprechend vertauschten Vorzeichen bzw. Richtungen durchführen.
Diese Methode erlaubt die Benutzung sehr kleiner Wertveränderungen bei nahezu geradeaus fahrendem Fahrzeug für die Erkennung der Fahrtrichtung.
Folgende Modelle werden beispielsgemäß eingesetzt:

Modell 1: Signal des Sensors für die Längsbeschleunigung und die Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit (1, 11, 12, 13).
Modell 2: Gierrate und Differenz der Radgeschwindigkeiten auf der Vorderachse (2, 21, 22).
Modell 3: Gierrate und Differenz der Radgeschwindigkeiten auf der Hinterachse (3, 31, 32).
Modell 4: Gierrate und Lenkwinkel (4, 41, 42, 43).
Modell 5: Gierrate und Querbeschleunigung (5, 51, 52).

Außerdem werden beispielsgemäß die Informationen über den angelegten Gang (Modell 7) und/oder über die Aktivierung der Rücklichtschalter (Modell 6) verwendet.
Nachfolgend wird die Bestimmung anhand der einzelnen Modelle erläutert. Bevorzugt erfolgt eine Bestimmung anhand einer Mehrzahl von Modellen aus der oben aufgeführten Liste. Die verwendeten Modelle bestimmen sich aus den im Kraftfahrzeug vorhandenen Sensoren, sowie deren momentane Verfügbarkeit und ggf. Fehlerstatus. Ebenfalls kann die Anzahl der verwendeten Modelle nach einer vorgegebenen Sicherheitsanforderung gewählt werden.
Sofern nicht anders angegeben, so erfolgt für jede der genannten Methoden die Berechnung der Korrelation zwischen den zwei genannten Größen. Bevorzugt wird aus dem Absolutwert der Korrelation ein Wahrscheinlichkeitswert für eine Fehlerkennung des Modells bzw. ein Maß für die Zuverlässigkeit des Einzelergebnisses bestimmt. Besonders bevorzugt wird das Ergebnis eines Modells nur verwendet, wenn der Absolutwert der Korrelation über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, anderenfalls gilt eine Erkennung als nicht möglich. Ganz besonders bevorzugt wird die Messung wiederholt, bis der Absolutwert der Korrelation über dem Grenzwert liegt.
Modell 1:
Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird bevorzugt in Block 12 über die Radgeschwindigkeiten (Raddrehzahlen) berechnet und immer mit demselben (positiven) Vorzeichen ausgegeben. Der Wert der Längsbeschleunigung kann in Block 13 über die zeitliche Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet werden. a_calc = dV / dt
Zusätzlich wird die Längsbeschleunigung a in Block 11 direkt mit einem Längsbeschleunigungssensor gemessen.
Die Vorzeichen der vom Längsbeschleunigungssensor gemessenen Längsbeschleunigung a und kalkulierter Längsbeschleunigung a_calc sind während der Vorwärtsfahrt gleich. Die Vorzeichen der vom Längsbeschleunigungssensor gemessenen Längsbeschleunigung a und der kalkulierten Längsbeschleunigung a_calc sind während der Rückwärtsfahrt unterschiedlich.
Es wird in einer beispielsgemäßen bevorzugten Ausführungsform berücksichtigt, dass das Signal des Längsbeschleunigungssensors von der Straßenneigung abhängig ist. Der Einfluss der Straßenneigung muss eliminiert werden. Dafür wird die zeitliche Ableitung des Signals a des Längsbeschleunigungssensors berechnet: d = da / dt
Der Wert d ist von der Straßenneigung weitgehend unabhängig.
Außerdem wird die zweite zeitliche Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet:
Es wird in Block 1 die Korrelation zwischen d und d_calc berechnet: K_L = Korrelation (d, d_calc)
In einer bevorzugten Ausführungsform wird anhand des Vorzeichens der Korrelation K_L das Einzelergebnis des Modells 1 für die Richtungserkennung bestimmt.
Modelle 2 und 3:
Für die Erkennung der Fahrtrichtung werden in Block 21 bzw. 31 die Differenzen zwischen den Radgeschwindigkeiten der Räder jeweils einer Achse berechnet.
Für die Vorderachse wird die Differenz ΔV_Fr zwischen der Radgeschwindigkeit des rechten Vorderrades
und des linken Vorderrades
berechnet:
Für die Hinterachse wird analog die Differenz zwischen der Radgeschwindigkeit des rechten Hinterrades und des linken Hinterrades berechnet:
Diese Differenzen sind positiv bei der Fahrt in einer Rechtskurve und negativ bei einer Linkskurve. Das Vorzeichen ist von der Fahrtrichtung (vorwärts oder rückwärts) unabhängig.
Zusätzlich wird die Gierrate Ψ . mit einem Gierratensensor gemessen. Das Vorzeichen ist von der Fahrtrichtung abhängig:
Rechtskurve, Vorwärts: Ψ . > 0, ΔV_Fr > 0, ΔV_Re > 0
Rechtskurve, Rückwärts: Ψ . < 0, ΔV_Fr > 0, ΔV_Re > 0
Linkskurve, Vorwärts: Ψ . < 0, ΔV_Fr < 0, ΔV_Re < 0
Linkskurve, Rückwärts: Ψ . > 0, ΔV_Fr < 0, ΔV_Re < 0
Es werden in Block 2 bzw. 3 die Korrelationen berechnet: K_Fr = Korrelation (Ψ ., ΔV_Fr) K_Re = Korrelation (Ψ ., ΔV_Re)
Beispielsgemäß wird das Vorzeichen der Korrelation überprüft. Wenn es positiv ist, dann wird angenommen, dass das Modell die Fahrrichtung „vorwärts” erkannt hat. Wenn es negativ ist, dann wird angenommen, dass das Modell die Fahrrichtung „rückwärts” erkannt hat.
Modell 4:
Der Lenkwinkel und die Gierraten des Fahrzeugs sind im stabilen Fahrzustand korreliert. Es ist möglich, eine sogenannte virtuelle Gierrate über einen gemessenen Lenkwinkel zu berechnen. Dazu wird zunächst in Block 42 der Lenkwinkel δ bestimmt, vorzugsweise mittels eines Lenkwinkelsensors. Anschließend wird in Block 43 aus dem gemessenen Lenkwinkel die virtuelle Gierrate berechnet. Dafür kann ein Modell (zum Beispiel das bekannte Einspurmodell) benutzt werden: Ψ ._calc ~ V / L·(δ)

Ψ .:: Gierrate
δ:: Lenkwinkel
V:: Fahrzeuggeschwindigkeit
L:: Fahrzeugkonstante

Die Werte der virtuellen Gierrate ψ ._calc haben das gleiche Vorzeichen wie der Lenkwinkel δ und sind von der Fahrtrichtung (vorwärts oder rückwärts) unabhängig.
Das Vorzeichen der vom Gierratensensor gemessenen Gierrate ist von der Fahrtrichtung abhängig.
Es wird in Block 4 die Korrelation zwischen Ψ ._calc und Ψ . berechnet: K_Ψ = Korrelation (Ψ .., Ψ .._calc)
Zusätzlich werden aus der virtuellen und gemessenen Gierrate jeweils eine Gierbeschleunigung und die Korrelation zwischen den Gierbeschleunigungen berechnet. Die Gierbeschleunigung ist dabei jeweils die zeitliche Ableitung der Gierrate.
Es werden in Block 4 die Vorzeichen den Korrelationen K_Ψ und K_A überprüft. Wenn beide negativ sind, dann wird beispielsgemäß angenommen, dass das Modell die Fahrrichtung „rückwärts” erkannt hat. Wenn beide positiv sind, dann wird beispielsgemäß angenommen, dass das Modell die Fahrrichtung „vorwärts” erkannt hat. Bevorzugt wird das Ergebnis als ungültig verworfen, wenn die Vorzeichen der beiden berechneten Korrelationen sich unterscheiden. Das Ergebnis ist dann „Erkennung nicht möglich”.
Modell 5:
Das Vorzeichen der in Block 52 durch einen Gierratensensor bestimmten Gierrate Ψ . ist von der Fahrtrichtung abhängig, während das Vorzeichen der in Block 51 von einem Querbeschleunigungssensor gemessenen Querbeschleunigung a_Lat nur von der Art (Rechts- oder Links-) der Kurve abhängt:
Rechtskurve, Vorwärts: Ψ . > 0, a_Lat > 0
Rechtskurve, Rückwärts: Ψ . < 0, a_Lat > 0
Linkskurve, Vorwärts: Ψ . < 0, a_Lat < 0
Linkskurve, Rückwärts: Ψ . > 0, a_Lat < 0
Es wird in Block 5 die Korrelation zwischen der Gierrate und der Querbeschleunigung berechnet: K_a = Korrelation (Ψ ., a_Lat)
Genau wie in den anderen Modellen wird das Vorzeichen der Korrelation überprüft. Wenn es positiv ist wird beispielsgemäß angenommen, dass das Modell die Fahrtrichtung „vorwärts” erkannt hat. Wenn es negativ ist, wird beispielsgemäß angenommen, dass das Modell die Fahrrichtung „rückwärts” erkannt hat.
Die Modelle 2–5 können unter Umständen falsche Ergebnisse liefern, wenn die Räder auf einer Achse unterschiedlichen Schlupf haben, zum Beispiel wenn die Reibwerte auf der linken und rechten Seite des Fahrzeugs unterschiedlich sind (μ-Split). Die Korrelationen werden in einem Ausführungsbeispiel in dieser Situation nicht berechnet. Ein spezielles Verfahren wird dann für die Erkennung der Situation mit unterschiedlichem Schlupf benutzt. Dafür werden beispielsgemäß für die Vorder- und Hinterachse jeweils virtuelle Gierraten über die Radgeschwindigkeiten berechnet:
B bezeichnet dabei die Spurbreite des Fahrzeugs.
Die Differenzen zwischen Ψ . und Ψ ._virt für die Vorder- und Hinterachsen werden berechnet: Δψ ._Fr = ψ . – ψ ._{virt_Fr} Δψ ._Re = ψ . – ψ ._{virt_Re}
Die Berechnung der Korrelationen wird beispielsgemäß nur dann erlaubt, wenn Δψ ._Fr und Δψ ._Re klein sind, d. h. insbesondere unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts ε liegen: Δψ ._Fr < ε Δψ ._Re < ε
Hier ist ε beispielsgemäß eine empirische Konstante, zum Beispiel 5°/sec.
Wenn mindestens eine der Größen Δψ ._Fr oder Δψ ._Re größer als ε ist, dann wird die Berechnung für ein Zeitintervall ΔT abgebrochen. Dieses Zeitintervall kann zum Beispiel wie folgt berechnet werden:
k bezeichnet hier eine empirische Konstante, zum Beispiel 0,1 sec.
Bevorzugt wird dabei je nach Ausführungsform die Berechnung entweder für alle Achsen abgebrochen oder nur für diejenige Achse abgebrochen, deren berechnete Differenz zwischen Ψ . und Ψ ._virt größer als der Schwellenwert ist. Insbesondere wird die Vorgehensweise in Abhängigkeit der Anzahl angetriebener Achsen bestimmt.
In Block 101 wird die Richtungsinformation der verfügbaren richtungserkennungsfähigen Raddrehzahlsensoren bestimmt, wie zuvor beschrieben.
Zusätzlich werden nach einer beispielsgemäßen Ausführungsform in Block 6 der Status des Rücklichtschalters und in Block 7 der eingelegte Gang ermittelt und daraus jeweils ein Einzelergebnis der Richtungserkennung bestimmt.
Alle Informationen, insbesondere das Einzelergebnis jedes Erkennungsweges und gegebenenfalls die zugehörige Information zur Zuverlässigkeit werden anschließend in Block 100 gesammelt, und anhand der Informationen wird ein Gesamtergebnis 118 der Richtungserkennung und bevorzugt ein zugehöriger Vertrauenswert 119 ermittelt, die anschließend an mindestens ein Fahrzeugsteuergerät übermittelt werden.
In 3 ist ein beispielsgemäßer schematischer Ablauf der Ermittlung des Vertrauenswertes gezeigt.
Für jedes Modell wird in den Blöcken 10, 20, 50, 60, 70 die entsprechende Berechnung durchgeführt, wie vorstehend erläutert.
Jedes Modell ermittelt ein Einzelergebnis (Blöcke 15, 25, 55, 65, 75). Das Einzelergebnis kann „vorwärts” (F) oder ”rückwärts” (B) oder „nichts erkannt” (N) sein. Die Ergebnisse von allen Modellen werden analysiert. Für jedes Modell wird die Wahrscheinlichkeit für ein Fehlergebnis ermittelt. Diese Wahrscheinlichkeit ist von der Ausfallwahrscheinlichkeit der Sensoren abhängig.
Einige Modelle benutzen die Messwerte von gleichen Sensoren. Zum Beispiel benutzen die Modelle 2–5 die Messwerte vom Gierratensensor. Die Fehlerwahrscheinlichkeit wird für diese Modelle ohne Berücksichtigung der Fehlerwahrscheinlichkeit y des von den Modellen gemeinsam verwendeten Sensors berechnet. Die Ergebnisse von diesen Modellen werden separat analysiert.
Beispielsgemäß wird für die Berechnung angenommen, dass A von diesen, vom Gierratensensor abhängigen, Modellen und zusätzlich C vom Gierratensensor unabhängige Modelle „vorwärts” erkannt haben. B von den Modellen, die den Gierratensensor verwenden und E vom Gierratensensor unabhängige Modelle haben „rückwärts” angezeigt.
Die Fehlerwahrscheinlichkeit für die Vorwärtserkennung ist:
Die Fehlerwahrscheinlichkeit für die Rückwärtserkennung ist:
Hier bezeichnen:

y:: Fehlerwahrscheinlichkeit des gemeinsam verwendeten Sensors,
w_i:: Fehlerwahrscheinlichkeit für das Modell i mit dem Ergebnis „vorwärts” ohne Berücksichtigung der Fehlerwahrscheinlichkeit des gemeinsam verwendeten Sensors,
r_i:: Fehlerwahrscheinlichkeit für das Modell i mit dem Ergebnis „rückwärts” ohne Berücksichtigung der Fehlerwahrscheinlichkeit des gemeinsam verwendeten Sensors.

Die Wahrscheinlichkeit der Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt wird mit der Berücksichtigung der Ergebnisse von vorhanden DWSS und Modellen zusammen berechnet. In Block 81 wird die Fehlerwahrscheinlichkeit des Gierratensensors ermittelt. In Block 82 werden die Fehlerwahrscheinlichkeiten der einzelnen Erkennungswege (physikalische Modelle und/oder richtungserkennungsfähige Raddrehzahlsensoren und/oder Rücklichtschalter und/oder Gang) ermittelt. Insbesondere sind die Fehlerwahrscheinlichkeiten vorgegeben und werden aus einer Datenbank abgerufen.
Die Einzelergebnisse sowie die Fehlerwahrscheinlichkeiten gehen in Block 83 bzw. 84 in eine Berechnung der Wahrscheinlichkeit eines falschen Ergebnisses der Erkennungswege, die eine Vorwärtsfahrt erkannt haben bzw. eine Berechnung der Wahrscheinlichkeit eines falschen Ergebnisses der Erkennungswege, die eine Rückwärtsfahrt erkannt haben ein.
Die Fehlerwahrscheinlichkeit für die Vorwärtserkennung ist: FF = W_SF·FM
Die Fehlerwahrscheinlichkeit für die Rückwärtserkennung ist: FR = W_SR·RM
In Block 85 wird beispielsgemäß mittels der in den Blöcken 83 und 84 berechneten Wahrscheinlichkeiten eine Entscheidung über das Gesamtergebnis der Richtungserkennung gefällt. Bevorzugt wird ebenfalls die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung des Gesamtergebnisses berechnet und daraus ein Vertrauenswert bestimmt.
Wenn FR > FF, dann wird die Richtung „vorwärts” erkannt. Wenn FF > FR, dann wird die Richtung „rückwärts” erkannt.
Es kann auch in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein vereinfachtes Verfahren für die Analyse angewendet werden. Jedem Modell wird ein Gewichtungsfaktor M zugewiesen. Dieser Faktor wird auf der Basis der Sicherheitsanalyse des Models festgestellt. Die Gewichtungsfaktoren für die Modelle mit gleichen Ergebnissen werden summiert. Wenn A Modelle die Richtung „vorwärts” erkannt haben, ist die Summe S_F der Gewichtungsfaktoren für die Richtung vorwärts:
Wenn B Modelle die Richtung „rückwärts” erkannt haben, dann ist die Summe S_B der Gewichtungsfaktoren für die Richtung rückwärts:
Wenn S_F > S₃, dann wird die Richtung vorwärts erkannt.
Wenn S_F < S_B, dann wird die Richtung rückwärts erkannt.
Ein Vertrauenswert wird abhängig vom Betrag der Differenz D = |S_F – S_B| berechnet. Beispielsgemäß ist der Vertrauenswert größer, je größer D ist.
Bevorzugt wird für den Vertrauenswert ein Schwellenwert festgelegt. Wenn der Vertrauenswert über dem Schwellenwert liegt, so gilt die Richtung als zuverlässig erkannt. Das Verfahren wird nun beendet und der Wert wird abgespeichert und/oder an relevante Fahrzeugsysteme übermittelt.
Bevorzugt wird das Verfahren wiederholt, wenn der Stillstand des Kraftfahrzeugs erkannt wurde und/oder das System reinitialisiert wurde.
Besonders bevorzugt wird ein Stillstand erkannt, wenn die Raddrehzahlsensoren von mindestens zwei Rädern einen Stillstand anzeigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007030431 A1 [0004]
DE 2011080033 A1 [0005]
DE 102011080033 A1 [0061]

Claims

Verfahren, bei dem die Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt eines Kraftfahrzeugs ermittelt wird, wobei eine Mehrzahl von Datensätzen von je die Fahrdynamik beschreibenden Größen gemessen werden und die Fahrtrichtung mittels einer Mehrzahl von Erkennungswegen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 101) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels jedes Erkennungsweges ein Einzelergebnis bestimmt wird, wobei aus den Einzelergebnisse der Erkennungswege ein Gesamtergebnis (118) bestimmt wird und das Gesamtergebnis (118) an mindestens ein Fahrzeugsteuergerät übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vertrauenswert (119) für das Gesamtergebnis (118) bestimmt wird und der Vertrauenswert (119) ebenfalls an das mindestens eine Fahrzeugsteuergerät übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren beendet wird, wenn der Vertrauenswert (119) über einer festgelegten Schwelle liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Einzelergebnis eine Wahrscheinlichkeitsgröße (w_i, r_i) bestimmt wird, die ein Maß für die Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung oder die Wahrscheinlichkeit einer Richtigerkennung angibt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtergebnis anhand der Wahrscheinlichkeitsgrößen (w_i, r_i) der einzelnen Erkennungswege (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 101) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich der Wahrscheinlichkeitsgröße (w_i, r_i) mit einem vorgegebenen zweiten Schwellenwert durchgeführt wird und in Abhängigkeit von dem Vergleich das zugeordnete Einzelergebnis verwendet oder verworfen oder modifiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Erkennungsweg (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 101) als Einzelergebnis eines der drei Ergebnisse im Sinne „Vorwärtsfahrt erkannt”, „Rückwärtsfahrt erkannt” oder „Erkennung nicht möglich” liefert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Erkennungsweg ein Gewichtungsfaktor (G_i) vorgegeben ist und die Einzelergebnisse nach Maß des zugehörigen Gewichtungsfaktors (G_i) in die Bestimmung des Gesamtergebnisses (118) eingehen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ausgeführt wird, wenn ein Stillstand des Fahrzeuges als erkannt gilt und/oder das Steuergerät reinitialisiert wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Erkennungswege eine Richtungserkennung mittels richtungserkennungsfähigen Drehzahlsensoren (DWSS, 101) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder anstatt der Richtungserkennung mittels richtungserkennungsfähigen Drehzahlsensoren (DWSS, 101) eine Richtungserkennung mittels anderer Erkennungswege durchgeführt wird, wenn weniger als eine vorgegebene Anzahl, insbesondere zwei, solcher Drehzahlsensoren verfügbar und ohne Fehlermeldung sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Erkennungswege zwei die Fahrzeugdynamik beschreibende Messgrößen gleichzeitig gemessen werden und zur Ermittlung der Fahrtrichtung innerhalb eines Datensatzes von mehreren aufeinanderfolgenden Messungen die Korrelation (K) der beiden Messgrößen betrachtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Erkennungswege zur Ermittlung der Fahrtrichtung ein eingelegter Gang und/oder ein Signal eines Rücklichtschalters (RS) ausgewertet werden.
Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, wobei das Steuergerät mit Sensoren zur Bestimmung von Fahrdynamikgrößen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird.