DE102017209747A1 - Determining a slope of a roadway - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren dient zum Bestimmen einer Steigung (a) einer Fahrbahn (FB), bei dem eine Geschwindigkeit (v) eines Fahrzeugs (1) bestimmt wird, mittels eines Beschleunigungssensors eine Inertialbeschleunigung (ax) des Fahrzeugs (1) in Fahrtrichtung (x) gemessen wird, und mittels einer stochastischen Filterung die Steigung (a) berechnet wird, wobei die Geschwindigkeit (v) und die Inertialbeschleunigung (ax) als Eingangsparameter der stochastischen Filterung verwendet werden. Ein Fahrzeug (1) weist einen Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung einer Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1), einen Beschleunigungssensor zur Bestimmung einer Inertialbeschleunigung (ax) des Fahrzeugs (1) in Fahrtrichtung (x) und eine Auswerteeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens auf. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar auf zweirädrige Fahrzeuge, insbesondere Motorräder. A method is used for determining a gradient (a) of a roadway (FB), in which a speed (v) of a vehicle (1) is determined, by means of an acceleration sensor an inertial acceleration (a x ) of the vehicle (1) in the direction of travel (x) the slope (a) is calculated using stochastic filtering, the velocity (v) and the inertial acceleration (a x ) being used as input parameters of the stochastic filtering. A vehicle (1) has a speed sensor for determining a speed (v) of the vehicle (1), an acceleration sensor for determining an inertial acceleration (a x ) of the vehicle (1) in the direction of travel (x) and an evaluation device for carrying out the method. The invention is particularly advantageous applicable to two-wheeled vehicles, especially motorcycles.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Steigung einer Fahrbahn. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet ist. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar auf zweirädrige Fahrzeuge, insbesondere Motorräder.The invention relates to a method for determining a slope of a roadway. The invention also relates to a vehicle that is set up to carry out this method. The invention is particularly advantageous applicable to two-wheeled vehicles, especially motorcycles.
Eine Abschätzung einer Steigung einer Fahrbahn ist wichtig für eine Berechnung einer Radkraft, da eine (positive oder negative) Steigung der Fahrbahn einen Fahrwiderstand merklich beeinflussen kann. Verschiedene Methoden zur Abschätzung einer Fahrbahnsteigung sind bereits bekannt:An estimation of a slope of a road is important for a calculation of a wheel force, since a (positive or negative) slope of the roadway can significantly affect a driving resistance. Various methods for estimating a road gradient are already known:
Beispielsweise nutzt
Die obigen Methoden nutzen Fahrwiderstandskräfte und Longitudinaldynamiken zur Abschätzung der Steigung.The above methods use drag and longitudinal dynamics to estimate the slope.
Bei den bekannten Methoden ist es nachteilig, dass dazu auch eine Masse des Fahrzeugs abgeschätzt wird oder werden muss.In the known methods, it is disadvantageous that a mass of the vehicle is or must be estimated for this purpose.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine besonders einfach umsetzbare und robuste Methode zum Abschätzen oder Bestimmen einer Steigung einer Fahrbahn unter einem Fahrzeug bereitzustellen.It is the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages of the prior art, and in particular to provide a particularly simple and robust method for estimating or determining a slope of a roadway under a vehicle.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This object is achieved according to the features of the independent claims. Preferred embodiments are in particular the dependent claims.
Die Aufgabe wird gelöst durch Verfahren zum Bestimmen einer Steigung
Dieses Verfahren gibt den Vorteil, dass auf einen gesonderten Nick- oder Steigungssensor verzichtet werden kann, was einen besonders preiswerten Aufbau ermöglicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Steigung
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug ein zwei- oder dreirädriges Fahrzeug ist. Dies ergibt den Vorteil, dass durch Verzicht auf einen Steigungssensor eine besonders hohe relative Kosteneinsparung möglich ist. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Motorrad sein.It is an embodiment that the vehicle is a two- or three-wheeled vehicle. This provides the advantage that by dispensing with a gradient sensor, a particularly high relative cost savings is possible. The vehicle may in particular be a motorcycle.
Der Beschleunigungssensor kann ein inertialer Translations-Beschleunigungssensor zum Messen einer Inertialbeschleunigung in Fahrtrichtung sein. Der Beschleunigungssensor kann beispielsweise ein inertialer Beschleunigungssensor mit fünf Freiheitsgraden („5-DOF-IMU“) sein.The acceleration sensor may be an inertial translation acceleration sensor for measuring an inertial acceleration in the direction of travel. For example, the acceleration sensor may be an inertial five-degree-of-freedom ("5-DOF-IMU") acceleration sensor.
Die Geschwindigkeit
Dass die Geschwindigkeit
Es ist eine Ausgestaltung, dass die Steigung
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Steigung mittels einer linearen Kalman-Filterung berechnet wird. Dieses ermöglicht eine besonders einfache Durchführung des Verfahrens, beispielsweise im Vergleich zur Nutzung einer erweiterten Kalman-Filterung.It is still an embodiment that the slope is calculated by means of a linear Kalman filtering. This allows a particularly simple implementation of the method, for example compared to the use of an extended Kalman filtering.
Es ist eine Weiterbildung, dass als ein Zustandsvektor
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass eine Berechnung der Steigung
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Berechnung der Steigung
Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Berechnung der Steigung
Es ist eine Weiterbildung, dass die Berechnung der Steigung
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass ein ungültiger Fahrzustand eine Kurvenfahrt, eine Bremsung und/oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs umfasst. Diese Fahrzustände können die Berechnung der Steigung
Es ist eine Weiterbildung, dass aus der abgeschätzten Steigung
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug, aufweisend einen Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung einer Geschwindigkeit
Der Beschleunigungssensor kann ein inertialer Beschleunigungssensor mit fünf Freiheitsgraden („5-DOF-IMU“) sein. Die Auswerteeinrichtung kann eine Steuereinheit des Fahrzeugs sein.The acceleration sensor may be an inertial five-degree-of-freedom ("5-DOF-IMU") acceleration sensor. The evaluation device may be a control unit of the vehicle.
Es ist eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug ein zwei- oder dreirädriges Fahrzeug ist. Dies ergibt den Vorteil, dass durch Verzicht auf einen Steigungssensor eine besonders hohe relative Kosteneinsparung möglich ist. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Motorrad sein. It is an embodiment that the vehicle is a two- or three-wheeled vehicle. This provides the advantage that by dispensing with a gradient sensor, a particularly high relative cost savings is possible. The vehicle may in particular be a motorcycle.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.
-
1 zeigt ein Fahrzeug, das sich auf einer schrägen Fahrbahn befindet; -
2 zeigt eine Auftragung einer Steigungα gegen eine Länge eines Fahrwegs; und -
3 zeigt eine Auftragung einer Höheh über dem Meeresspiegel gegen eine Länge eines Fahrwegs.
-
1 shows a vehicle that is on a sloping roadway; -
2 shows a plot of a slopeα against a length of a driveway; and -
3 shows a plot of a heightH over the sea level against a length of a driveway.
Das Motorrad
Auf einer geneigten Fahrbahn
Die Fahrbahnneigung oder Steigung
Da die Eingangssignale oder Eingangsparameter aufgrund ihrer Messung und ggf. ihrer Differentiation stark rauschanfällig sind, ist eine Nutzung der Steigung
Zur Unterdrückung oder Beseitigung des Rauschens wird daher eine lineare Kalman-Filterung verwendet, um die Steigung
Der Index s deutet an, dass der Zustandsvektor so formuliert ist, dass mit seiner Hilfe die Steigung
Ein Messvektor
Um eine lineare Kalman-Filterung anwenden zu können, wird nun die explizit diskrete zeitinvariante Formulierung des Systems abgeleitet. Dies wird durch Verwendung der expliziten Eulerschen Vorwärtsintegration erreicht, bei welcher s die Zeitschrittgröße ist:
Prozess- und Messrauschen werden durch die Größen
Qs stellt dabei die Kovarianzmatrix des Prozessrauschens („process noise“) und Rs die Kovarianzmatrix des Messrauschens dar. Gleichung (YY) wird in die lineare stochastische Differenzgleichung (8) umformuliert:
Die lineare (n x n) Systemmatrix As verknüpft den Zustand oder Zustandsvektor
Im Vergleich zu der direkten Berechnung der Steigung gemäß Gl. (
Im Gegensatz zu einem ideal steifen Motorrad weist ein reales Motorrad einen Freiheitsgrad um die y-Achse (Nick) auf. Es kann eine An/Aus-Logik implementiert werden, um einen Einfluss des Nickens auf eine Abschätzung der Steigung
Da ein Motorrad zum Durchführen des obigen Verfahrens kein Steigungs- oder Nick-Signal benötigt oder verwendet, kann die longitudinale Inertialbeschleunigung
Ferner sind die Annahmen für die lineare Kalman-Filterung nur für den Fall gültig, dass das Motorrad keine merkliche Kurve fährt bzw. keinen merklichen Lenkerausschlag aufweist. Folglich kann der obige Algorithmus auch dann ausgesetzt werden wenn, wenn eine gemessene Gierrate einen vorgegebenen (Schwell-)Wert erreicht oder überschreitet.Further, the assumptions for linear Kalman filtering are valid only in the case where the motorcycle does not make any noticeable turn or has any appreciable steering deflection. Consequently, the above algorithm can be suspended even when a measured yaw rate reaches or exceeds a predetermined (threshold) value.
Insgesamt können also insbesondere die Randbedingungen zur Anwendung der Abschätzung der Steigung
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Of course, the present invention is not limited to the embodiment shown.
Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.Generally, "on", "an", etc. may be taken to mean a singular or a plurality, in particular in the sense of "at least one" or "one or more" etc., unless this is explicitly excluded, e.g. by the expression "exactly one", etc.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.Also, a number may include exactly the specified number as well as a usual tolerance range, as long as this is not explicitly excluded.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Motorradmotorcycle
- ax a x
- Inertialbeschleunigunginertial acceleration
- FBDepartment
- Fahrbahnroadway
- gG
- Erdbeschleunigungacceleration of gravity
- hH
- Höhe über dem MeeresspiegelAbove sea level
- haHa
- Aus der abgeschätzten Steigung bestimmte Höhe über dem MeeresspiegelFrom the estimated slope determined height above sea level
- hGPSHGPS
- Aus einem GPS-System bestimmte Höhe über dem MeeresspiegelFrom a GPS system certain altitude above sea level
- LL
- Länge eines FahrwegsLength of a driveway
- αα
- Abgeschätzte SteigungEstimated slope
- aFBAFB
- Steigung einer FahrbahnSlope of a roadway
- vv
- Gemessene GeschwindigkeitMeasured speed
- v̇V
- Aus der gemessenen Geschwindigkeit abgeleitete BeschleunigungAcceleration derived from the measured velocity
- xx
- Bewegungsrichtung des Fahrzeugs / x-Richtung im Koordinatensystem der FahrbahnMovement direction of the vehicle / x-direction in the coordinate system of the roadway
- yy
- y-Richtung im Koordinatensystem der Fahrbahny-direction in the coordinate system of the roadway
- zz
- z-Richtung im Koordinatensystem der Fahrbahnz-direction in the coordinate system of the roadway
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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