DE102017007216A1 - Verfahren zum Schätzen von Achsparametern eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen von Achsparametern eines Fahrzeugs (1), wobei die Achsparameter anhand eines erfassten Signals einer globalen Positionsbestimmungseinheit (2) im Fahrbetrieb des Fahrzeugs (1) geschätzt werden. Erfindungsgemäß wird eine durch Fahrzeugkommunikationsschnittstellen (3) verursachte Verzögerung des erfassten Signals, welche zwischen der Erfassung und einer Auswertung des erfassten Signals auftritt, ermittelt und bei der Schätzung der Achsparameter berücksichtigt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen von Achsparametern eines Fahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2016 005 470 A1 beschrieben, ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs bekannt. Anhand erfasster Signale einer globalen Positionsbestimmungseinheit wird im Fahrbetrieb des Fahrzeuges ein Abrollumfang zumindest eines Fahrzeugrades ermittelt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Schätzen von Achsparametern eines Fahrzeugs anzugeben.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Schätzen von Achsparametern eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• In einem Verfahren zum Schätzen von Achsparametern eines Fahrzeugs werden die Achsparameter anhand eines erfassten Signals einer globalen Positionsbestimmungseinheit im Fahrbetrieb des Fahrzeugs geschätzt.
• Erfindungsgemäß wird eine durch Fahrzeugkommunikationsschnittstellen verursachte Verzögerung des erfassten Signals, welche zwischen der Erfassung und einer Auswertung des erfassten Signals auftritt, ermittelt und bei der Schätzung der Achsparameter berücksichtigt.
• Das Verfahren ist besonders vorteilhaft zur Durchführung autonomer oder teilautomatisierter Parkmanöver, d. h. Einpark- und/oder Ausparkmanöver, des Fahrzeugs. Um eine bessere Leistung von Assistenzsystemen zur Durchführung solcher autonomen oder teilautomatisierten Parkmanöver zu erreichen, sind Achsparameterschätzverfahren zur Schätzung der Achsparameter des Fahrzeugs vorgesehen, beispielsweise zur Schätzung eines Abrollumfangs und/oder einer Spurbreite. Für diese Schätzung und zur besseren Bestimmung einer Eigenbewegung des Fahrzeugs während solcher Parkmanöver, insbesondere während Einparkmanövern, wird das Signal der globalen Positionsbestimmungseinheit verwendet, durch welches eine jeweilige Position des Fahrzeugs anhand mindestens eines globalen Navigationssattelitensystems ermittelt wird. Problematisch hierbei ist jedoch die durch die Fahrzeugkommunikationsschnittstellen verursachte Verzögerung des erfassten Signals, welches beispielsweise von einer Positionsmessung über eine Positionsbestimmungsantenne, einen Positionsbestimmungschip, eine Zentraleinheit des Fahrzeugs, auch als Headunit bezeichnet, einen HMI-CAN (Mensch-Maschine-Schnittstelle-CANBus), eine Übergabestelle, auch als Gateway bezeichnet, und einen Flexray-Bus zu einem Parksteuergerät weitergeleitet wird.
• Durch die erfindungsgemäße Ermittlung und Berücksichtigung dieser Verzögerung wird die Schätzung der Achsparameter und die Bestimmung der Eigenbewegung und somit die Durchführung solcher Parkmanöver wesentlich verbessert.
• Alternativ zur Ermittlung der Verzögerung könnte auch eine statische Verzögerung von beispielsweise zwei Sekunden angenommen werden. Dadurch würden sich allerdings die Achsparameter schwerer und ungenauer schätzen lassen als durch die erfindungsgemäße Lösung. Es könnten dann nicht so oft die Achsparameter geschätzt werden, wodurch länger eine schlechtere Leistung bei der Durchführung der Parkmanöver auftreten würde als bei der erfindungsgemäßen Lösung. Zudem wären die geschätzten Achsparameter ungenauer als bei der erfindungsgemäßen Lösung, woraus ein schlechteres Ergebnis eines jeweiligen Parkmanövers resultieren würde. Des Weiteren würde es länger dauern als bei der erfindungsgemäßen Lösung, bis sich der Schätzer eingeschwungen hat. Es wäre eine längere Kalibrierungsphase erforderlich und daraus würde länger eine schlechtere Leistung bei der Durchführung solcher Parkmanöver resultieren. Zudem müsste ein größerer Aufwand in die Applikation des Parameterschätzers investiert werden, beispielsweise in ein Tuning eines Kalman-Filters.
• Durch die erfindungsgemäße Lösung können, im Gegensatz zur Annahme einer statischen Verzögerung, insbesondere Änderungen der Verzögerung ermittelt und berücksichtigt werden. Beispielsweise ändert sich die Verzögerung in Abhängigkeit von einer jeweiligen Einstellung der Zentraleinheit. Wenn beispielsweise eine Radio-Suche, eine Navigationsführung, ein Massagesitz, ein Softwareupdate, eine Einbindung eines Mobiltelefons in eine Kommunikationsanlage des Fahrzeugs, eine Bluetooth-Kommunikation und andere Funktionen aktiv sind, dauert ein Routing des Signals der globalen Positionsbestimmungseinheit durch die Zentraleinheit des Fahrzeugs unterschiedlich lang. Die Verzögerung kann dann beispielsweise zwischen einer Sekunde und drei Sekunden variieren. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dies berücksichtigt, da die jeweilige Verzögerung ermittelt und bei der Schätzung der Achsparameter berücksichtigt wird.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Dabei zeigen:
• 1 schematisch ein Fahrzeug,
• 2 schematisch ein Diagramm mit einem abgetasteten Originalsignal und einem abgetasteten verzögerten Signal, jeweils mit einem großen Nullanteil, ein Diagramm mit einer Kreuzkorrelationsfunktion und ein Diagramm mit einer Wurzelfunktion der Fehlerquadrate,
• 3 schematisch ein Diagramm mit einem abgetasteten Originalsignal und einem abgetasteten verzögerten Signal, ein Diagramm mit einer Kreuzkorrelationsfunktion und ein Diagramm mit einer Wurzelfunktion der Fehlerquadrate,
• 4 schematisch ein Diagramm mit einer Verzögerung eines erfassten Signals, und
• 5 schematisch ein weiteres Diagramm mit einer Verzögerung eines erfassten Signals.
• Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugs 1, welches eine globale Positionsbestimmungseinheit 2 zur Bestimmung einer jeweiligen Position des Fahrzeugs 1 über ein globales Navigationssatellitensystem aufweist. Eine derartige Positionsbestimmung wird beispielsweise für ein Navigationssystem des Fahrzeugs 1 verwendet. Insbesondere bei Fahrzeugen 1, welche einen zumindest automatisierten Fahrbetrieb ermöglichen, wird diese Positionsbestimmung auch zur Durchführung dieses automatisierten Fahrbetriebs verwendet, beispielsweise zur automatisierten Durchführung von Parkmanövern des Fahrzeugs 1, beispielsweise Einparkmanöver und/oder Ausparkmanöver. Insbesondere um für einen derartigen automatisierten Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1, zum Beispiel für automatisierte Parkmanöver, eine präzise Eigenbewegung des Fahrzeugs 1 bestimmen zu können, ist ein Verfahren zum Schätzen von Achsparametern des Fahrzeugs 1 vorgesehen, wobei die Achsparameter anhand eines erfassten Signals der globalen Positionsbestimmungseinheit 2 im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 geschätzt werden.
• Problematisch hierbei ist jedoch, dass das erfasste Signal, bedingt durch Fahrzeugkommunikationsschnittstellen 3, über welche es zu einer Auswerteeinheit 4, beispielsweise zu einem Parksteuergerät, weitergeleitet wird, verzögert wird, so dass die Auswerteeinheit 4 ein verzögertes Signal S* auswertet. Daher ist vorgesehen dass die durch die Fahrzeugkommunikationsschnittstellen 3 verursachte Verzögerung Δk des erfassten Signals, welche zwischen der Erfassung und der Auswertung des erfassten Signals auftritt, ermittelt und bei der Schätzung der Achsparameter berücksichtigt wird.
• Im Folgenden wird eine hierfür entwickelte Verzögerungsbestimmung zweier Signale, d. h. eines Originalsignals S und des verzögerten Signals S* beschrieben. Diese Verzögerungsbestimmung wird im hier dargestellten Beispiel zur Ermittlung der oben beschriebenen Verzögerung Δk des erfassten Signals der globalen Positionsbestimmungseinheit 2 verwendet. In anderen Ausführungsbeispielen kann diese Verzögerungsbestimmung auch zur Ermittlung der Verzögerung Δk anderer Signale verwendet werden.
• Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Originalsignal S ein über Radumdrehungen eines Rades des Fahrzeugs 1 ermitteltes Signal verwendet. Dieses Signal wird beispielsweise über einen Inkrementalgeber am Rad erfasst. Hierzu weist beispielsweise eine Radnabe des Fahrzeugs 1, an welcher das Rad befestigt ist, einen Geberring auf, welcher sich durch die Raddrehung an einem Sensor vorbeibewegt, der dadurch die Radumdrehungen erfasst, beispielsweise in Form so genannter Radticks. Als verzögertes Signal S* wird das von der globalen Positionsbestimmungseinheit 2 erfasste, zur Auswerteeinheit 4 weitergeleitete und dadurch verzögerte Signal S* verwendet.
• Das abgetastete Originalsignal S bzw. verzögerte Signal S* zum Zeitpunkt

  

  ist mit S(T_S·k) = S_k (2) bzw. S*(T_S·k) = S * / k (3) bezeichnet. Es wird angenommen, dass die Verzögerung

  

  ist. Die Signale haben die Länge N. Somit ist

  
• Die Verzögerung in Abtastschritten k lässt sich dann wie folgt bestimmen:
• – mit der Wurzel der Fehlerquadrate:
  
• – oder alternativ mit der Kreuzkorrelation
  
• Anschaulich gesprochen sucht man mit der Formel (6) die Verzögerung Δk_opt, bei der die Wurzel der Fehlerquadratsumme zwischen den beiden Signalen minimal ist. Wie anhand von Beispielen in 2 gezeigt, in denen die Verzögerung immer k = 150 beträgt, ist diese Funktion gemäß Formel (6) der bekannten Kreuzkorrelation gemäß Formel (7) überlegen. Vor allem bei Signalen mit großem Nullanteil ist die Kreuzkorrelation sehr schlecht. In nur einem Fall, bei Signalen ohne Nullanteil, sind beide Funktionen gleichwertig, wie in 3 gezeigt.
• Die 2 und 3 zeigen jeweils im oberen Diagramm das abgetastete Originalsignal S_k und das abgetastete verzögerte Signal S * / k , wobei auf der Abszissenachse die Abtastschritte k und auf der Ordinatenachse die Amplitude A abgetragen ist. Das jeweilige mittlere Diagramm in 2 und 3 zeigt die Ergebnisse der Kreuzkorrelationsfunktion KK gemäß Formel (7) und das jeweilige untere Diagramm in 2 und 3 zeigt die Ergebnisse der Wurzelfunktion WF der Fehlerquadrate gemäß Formel (6), wobei auf der Abszissenachse die Verzögerung Δk in den Abtastschritten k und auf der Ordinatenachse die Amplitude A abgetragen ist.
• Wie in 2 gezeigt, wird mittels der Kreuzkorrelation gemäß Formel (7) eine Verzögerung Δk_KK = 200 ermittelt und mittels der Wurzelfunktion WF der Fehlerquadrate gemäß Formel (6) wird die Verzögerung Δk_opt = 150 ermittelt, welche der tatsächlich vorliegenden Verzögerung von k = 150 entspricht. Daraus wird, wie oben bereits erwähnt, deutlich, dass diese Funktion gemäß Formel (6) der bekannten Kreuzkorrelation gemäß Formel (7) überlegen ist.
• Im Beispiel gemäß 3 wird mittels der Kreuzkorrelation gemäß Formel (7) eine Verzögerung Δk_KK = 153 ermittelt und mittels der Wurzelfunktion WF der Fehlerquadrate gemäß Formel (6) wird die gleiche Verzögerung Δk_opt = 153 ermittelt. Somit sind bei diesem Beispiel, d. h. bei Signalen ohne Nullanteil, die Ergebnisse beider Funktionen gleich und liegen nahe an der tatsächlich vorliegenden Verzögerung von k = 150. Diese Gleichwertigkeit der beiden Funktionen trifft jedoch nur auf Beispiele von Signalen ohne Nullanteil zu, wie oben bereits erwähnt.
• Für die Verzögerungsermittlungsfunktion, auch als Delayfinder bezeichnet, ist eine Aktivierungslogik vorgesehen. Dabei wird ein neues boolsches Signal entwickelt, das eine Qualität des mittels der globalen Positionsbestimmungseinheit 2 erfassten Signals repräsentiert. Bei einer auf Basis von GPS arbeitenden globalen Positionsbestimmungseinheit 2 werden neue Bedingungen für einen Start der Positionsbestimmung, auch als GPS-Ready bezeichnet, vorgegeben: GPS-Hdop, GPS-Vdop und GPS-Pdop müssen kleiner sein als 3. Dieser Wert gibt eine Aussage darüber, wie die Ausrichtung zu den erfassten Satelliten ist. GPS-trckSat muss größer oder gleich 7 sein, d. h. es müssen mindestens sieben oder mehr Satelliten gefunden werden. GPS-Fix muss gleich 4 sein. Dies ist ein interner GPS-Algorithmus. Es darf kein Stillstand des Fahrzeugs 1 vorliegen, denn zur Verzögerungsbestimmung ist ein Geschwindigkeitsprofil für den Abgleich erforderlich. Deshalb wird die Verzögerungsermittlungsfunktion nicht während des Stillstands des Fahrzeugs 1 aktiviert. Es wurde ein neues Stillstandssignal entwickelt, welches die Raddrehzahlsensoren des Fahrzeugs 1 verwendet.
• Es ist eine Bufferlogik für eine Aktivierungsunterbrechung der Verzögerungsermittlungsfunktion vorgesehen. Dabei wird ein Buffer, d. h. ein Zwischenspeicher, mit beispielsweise 1000 Werten befüllt. Als Vorgabewerte werden Nullen hinterlegt. Wenn die Aktivierungsbedingung erfüllt ist, fängt die Verzögerungsermittlungsfunktion an, den Buffer mit Korrelationsdaten zu befüllen. Es wird gewartet, bis der Buffer mit einer Minimalanzahl von Daten befüllt ist. Es reichen bereits kleine Mengen an Korrelationsdaten aus, um vernünftige Ergebnisse zu erzielen, vorteilhafterweise resultierend aus markanten Geschwindigkeitsprofilen. Falls beispielsweise über 1000 Werte hinweg ein Stillstand des Fahrzeugs 1 vorliegt oder GPS-Ready nicht aktiv ist, wird wieder 100 Werte lang abgewartet.
• Die Aktivierungslogik bestimmt markante Bewegungsprofile. Ein markantes Bewegungsprofil umfasst eine Anfangsbedingung, eine Endbedingung, eine Zeit, in der das Fahrzeug 1 fährt, eine Zeit, in der das Fahrzeug 1 stillsteht und eine Zeit, in der das Fahrzeug 1 beschleunigt.
• Die 4 und 5 zeigen jeweils ein Diagramm mit einer Verzögerung Δk des erfassten Signals mit der Least-Squares-Methode, wobei die Verzögerung Δk in 4 ohne Aktivierungslogik und in 5 mit Aktivierungslogik ermittelt wurde.
• In 4 ist zu erkennen, dass teilweise ein schlechter Wert für die Verzögerung Δk ermittelt wird. Gründe hierfür sind beispielsweise eine Fahrt durch einen Tunnel, wodurch kein GPS möglich ist, eine Fahrt durch einen Wald oder eine Stadt, wodurch schlechter GPS-Empfang vorliegt, und ein Stillstand des Fahrzeugs 1, so dass kein Geschwindigkeitsprofil vorliegt.
• In 5 ist zu erkennen, dass hier ab einem Start-Initialisierungswert durchgehend Verzögerungswerte berechnet werden. Man erkennt verschiedene Plateaus aufgrund verschiedener Betriebszustände einer oder mehrerer Fahrzeugkommunikationsschnittstellen 3 des Fahrzeugs 1, beispielsweise einer Zentraleinheit des Fahrzeugs 1, auch als Headunit bezeichnet. Gründe hierfür sind beispielsweise ein Sendersuchlauf eines Radios des Fahrzeugs 1, ein Einschalten oder Ausschalten oder eine Satellitensuche oder Routensuche des Navigationssystems, Bedienhandlungen oder andere Einflüsse auf die Headunit.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Positionsbestimmungseinheit

3

Fahrzeugkommunikationsschnittstelle

4

Auswerteeinheit

A

Amplitude

k

Abtastschritt

KK

Kreuzkorrelationsfunktion

S*

verzögertes Signal

S_k

abgetastetes Originalsignal

S * / k

abgetastetes verzögertes Signal

WF

Wurzelfunktion der Fehlerquadrate

Δk

Verzögerung

Δk_KK

Verzögerung mit Kreuzkorrelationsfunktion

Δk_opt

Verzögerung mit Wurzelfunktion der Fehlerquadrate

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102016005470 A1 [0002]

Claims (1)

1. Verfahren zum Schätzen von Achsparametern eines Fahrzeugs (1), wobei die Achsparameter anhand eines erfassten Signals einer globalen Positionsbestimmungseinheit (2) im Fahrbetrieb des Fahrzeugs (1) geschätzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch Fahrzeugkommunikationsschnittstellen (3) verursachte Verzögerung des erfassten Signals, welche zwischen der Erfassung und einer Auswertung des erfassten Signals auftritt, ermittelt und bei der Schätzung der Achsparameter berücksichtigt wird.

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