DE102020206150A1 - Method and processing unit for determining a vehicle speed of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit v0eines Fahrzeugs 2 angegeben, bei dem ein von einer ortsunveränderlich an dem Rad 1 außerhalb einer Drehachse 3 des Rades 1 angeordneten Sendeeinrichtung 4 ausgesandtes und von einer an dem Fahrzeug 2 angeordneten Empfangseinrichtung 5 empfangenes Funksignal 6 verarbeitet wird, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit v0basierend auf einer von einem Doppler-Effekt hervorgerufenen Beeinflussung des Funksignals 6 ermittelt wird.Zudem werden ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehgeschwindigkeit eines Rades 1 eines Fahrzeugs 2, eine Verarbeitungseinheit 7, ein Fahrzeug 2 sowie ein Computerprogramm angegeben.A method is specified for determining a vehicle speed of a vehicle 2, in which a radio signal 6 transmitted by a transmitting device 4 that is immovably arranged on the wheel 1 outside an axis of rotation 3 of the wheel 1 and received by a receiving device 5 arranged on the vehicle 2 is processed, The vehicle speed v0 is determined based on an influencing of the radio signal 6 caused by a Doppler effect. In addition, a method for determining a rotational speed of a wheel 1 of a vehicle 2, a processing unit 7, a vehicle 2 and a computer program are specified.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehgeschwindigkeit eines Rades eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verarbeitungseinheit, ein Fahrzeug sowie ein Computerprogramm.The invention relates to a method for determining a vehicle speed of a vehicle and a method for determining a rotational speed of a wheel of a vehicle. The invention also relates to a processing unit, a vehicle and a computer program.
Fahrzeuge werden mehr und mehr automatisiert betrieben, z. B. in Form von teil- oder vollautonomen Fahrzeugen. Dafür werden zunehmend standardisierte Fahrerassistenzsysteme genutzt, um sicherheitskritische Fahrzeugfunktionen erfüllen oder einen Fahrer diesbezüglich unterstützen zu können.Vehicles are operated more and more automatically, e.g. B. in the form of partially or fully autonomous vehicles. For this purpose, standardized driver assistance systems are increasingly being used in order to fulfill safety-critical vehicle functions or to be able to support a driver in this regard.
Für einige solcher Fahrerassistenzsysteme ist es wesentlich, die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit möglichst genau und zuverlässig bestimmen zu können. Hierfür können Raddrehzahlsensoren genutzt werden, die es ermöglichen, die Drehzahl eines Rades zu ermitteln. Anschließend kann basierend auf dem Umfang des Rades, der anhand des Rollradius des Rades ermittelbar ist, und der Drehzahl die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden.For some of these driver assistance systems it is essential to be able to determine the current vehicle speed as precisely and reliably as possible. For this purpose, wheel speed sensors can be used, which make it possible to determine the speed of a wheel. The vehicle speed can then be determined based on the circumference of the wheel, which can be determined using the rolling radius of the wheel, and the rotational speed.
Raddrehzahlsensoren als einzige Informationsquelle für die Fahrzeuggeschwindigkeit stellen eine Schwachstelle in Hinblick auf die zu erfüllenden Sicherheitsanforderungen bei Fahrerassistenzsystemen dar. Alternative Methoden, wie die Geschwindigkeitsbestimmung mittels eines globalen Navigationssatellitensystem, z. B. GPS, mit dem die Positionsänderung des Fahrzeugs verfolgt und darauf basierend dessen Geschwindigkeit ermittelt werden kann, weisen häufig nicht die benötigte Zuverlässigkeit auf. Grund hierfür ist die nicht immer gewährleistete Signalverfügbarkeit, z. B. in Tunneln, Schluchten etc., sowie eine verringerte Signalqualität, z. B. bei starker Bewölkung.Wheel speed sensors as the only source of information for the vehicle speed represent a weak point with regard to the safety requirements to be met in driver assistance systems. B. GPS, with which the change in position of the vehicle can be tracked and its speed can be determined based on it, often do not have the required reliability. The reason for this is the signal availability that is not always guaranteed, e.g. B. in tunnels, ravines, etc., as well as a reduced signal quality, z. B. in heavy cloud cover.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit denen die Fahrzeuggeschwindigkeit eines radbetriebenen Fahrzeugs genau und zuverlässig bestimmt werden kann.Against this background, the object of the invention is to provide a method and an arrangement with which the vehicle speed of a wheel-driven vehicle can be determined precisely and reliably.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösungen.This problem is solved by the subjects of the independent claims. The dependent claims relate to embodiments of these solutions according to the invention.
Grundgedanke der Erfindung ist es, Charakteristika von Funkwellen bzw. Funksignalen zu nutzen, um die Fahrzeuggeschwindigkeit anhand eines auftretenden Doppler-Effekts zu ermitteln. Beispielsweise können hierfür Funkdatenübertragungsträgersignale zwischen einem Reifendrucküberwachungssystem, das in der Radfelge eines Reifens angeordnet ist, und der korrespondierenden Auswertungsschaltanordnung verwendet werden.The basic idea of the invention is to use characteristics of radio waves or radio signals in order to determine the vehicle speed on the basis of an occurring Doppler effect. For example, radio data transmission carrier signals between a tire pressure monitoring system, which is arranged in the wheel rim of a tire, and the corresponding evaluation switching arrangement can be used for this purpose.
Dreht sich das Rad, ändert sich die Position der Sendeeinrichtung der Funksignale beispielsweise entlang einer Sinuskurve in zwei Raumrichtungen bezüglich der relativ zum Fahrzeug ortsunveränderlich angeordneten Empfangseinrichtung. Zusammen mit dieser Positionsänderung ändert sich auch die Frequenz der Funksignale. Bei Annäherung der Sendeeinrichtung an die Empfangseinrichtung nimmt die Frequenz zu, bei Entfernung der Sendeeinrichtung an die Empfangseinrichtung nimmt die Frequenz ab. Die jeweils resultierende Differenz zwischen der ausgesandten Frequenz an der Sendeeinrichtung und der empfangenen Frequenz an der Empfangseinrichtung wird nachfolgend als Frequenzänderung oder Doppler-Frequenz bezeichnet. Die Frequenzänderung kann ein positives Vorzeichen (Frequenzzunahme) oder ein negatives Vorzeichen (Frequenzabnahme) haben.If the wheel rotates, the position of the transmission device for the radio signals changes, for example, along a sinusoid in two spatial directions with respect to the receiving device, which is arranged immovably relative to the vehicle. Along with this change in position, the frequency of the radio signals also changes. When the transmitting device approaches the receiving device, the frequency increases; when the transmitting device is removed from the receiving device, the frequency decreases. The respective resulting difference between the transmitted frequency at the transmitting device and the received frequency at the receiving device is referred to below as the frequency change or Doppler frequency. The frequency change can have a positive sign (frequency increase) or a negative sign (frequency decrease).
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs, bei dem ein von einer ortsunveränderlich an einem Rad des Fahrzeugs außerhalb einer Drehachse des Rades angeordneten Sendeeinrichtung ausgesandtes und von einer an dem Fahrzeug angeordneten Empfangseinrichtung empfangenes Funksignal verarbeitet wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird basierend auf einer von einem Doppler-Effekt hervorgerufenen Beeinflussung des Funksignals ermittelt.A first aspect of the invention relates to a method for determining a vehicle speed of a vehicle, in which a radio signal sent by a transmitting device that is immovable on a wheel of the vehicle outside an axis of rotation of the wheel and received by a receiving device on the vehicle is processed. The vehicle speed is determined based on an influencing of the radio signal caused by a Doppler effect.
Unter einem Fahrzeug kann jedes mobile Verkehrsmittel unabhängig von seiner Antriebsart, z. B. ein Personenkraftwagen, verstanden werden. Das Fahrzeug weist mindestens ein Rad auf, es kann jedoch selbstverständlich auch mehrere Räder, z. B. zwei, drei oder vier Räder aufweisen. Über die Räder wird der Kontakt zwischen dem Fahrzeug und dem vom Fahrzeug befahrenen Fahrweg, z. B. einer Straße, hergestellt. Während der Bewegung des Fahrzeugs drehen sich die Räder um ihre jeweilige Drehachse. Die Räder können als Lauf- bzw. Kontaktfläche mit dem Fahrweg eine Gummibereifung aufweisen. Alternativ kann die Gummibereifung z. B. durch eine umlaufende Kette etc. ersetzt sein.Under a vehicle, any mobile means of transport, regardless of its type of drive, e.g. B. a passenger car can be understood. The vehicle has at least one wheel, but it can of course also have several wheels, e.g. B. have two, three or four wheels. The contact between the vehicle and the route traveled by the vehicle, e.g. B. a street. While the vehicle is moving, the wheels turn around their respective axes of rotation. The wheels can have rubber tires as a running or contact surface with the roadway. Alternatively, the rubber tires z. B. be replaced by a revolving chain, etc.
Um die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs ermitteln zu können, wird ein Funksignal verarbeitet bzw. ausgewertet, das von einer Sendeeinrichtung, die ortsunveränderlich bezüglich des Rads angeordnet ist, ausgesandt und von einer an dem Fahrzeug angeordneten Empfangseinrichtung empfangen wird.In order to be able to determine the vehicle speed of the vehicle, a radio signal is processed or evaluated, which is transmitted by a transmitting device, which is arranged immovably with respect to the wheel, and received by a receiving device arranged on the vehicle.
Die Sendeeinrichtung befindet sich außerhalb der Drehachse des Rades, so dass sich die Sendeeinrichtung entsprechend der Drehung des Rades ebenfalls mit bewegt. Die ortsunveränderliche Anordnung bezüglich des Rades ermöglicht eine Korrelation der Bewegung der Sendeeinrichtung mit der Bewegung des Rades.The transmitting device is located outside the axis of rotation of the wheel, so that the transmitting device is in accordance with the rotation of the wheel also moved with. The location-invariable arrangement with respect to the wheel enables the movement of the transmitter to be correlated with the movement of the wheel.
Die Empfangseinrichtung kann als Antenne ausgebildet sein und befindet sich an oder in dem Fahrzeug. Bevorzugt kann die Empfangseinrichtung ortsunveränderlich bezüglich der übrigen Fahrzeugteile angeordnet sein, so dass stets ein veränderlicher, jedoch definierter Abstand zwischen Sende- und Empfangseinrichtung hergestellt ist. Beispielsweise kann die Empfangseinrichtung fest mit dem Fahrzeugchassis oder der Fahrzeugkarosserie verbunden sein. Folglich kommt es bei Radbewegung zu einer Relativbewegung zwischen Sende- und Empfangseinrichtung.The receiving device can be designed as an antenna and is located on or in the vehicle. The receiving device can preferably be arranged in such a way that it cannot be moved with respect to the other vehicle parts, so that a variable but defined distance is always established between the transmitting and receiving devices. For example, the receiving device can be permanently connected to the vehicle chassis or the vehicle body. As a result, when the wheel moves, there is a relative movement between the transmitting and receiving device.
Durch die Drehung des Rades verändert sich der Abstand zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung. Nähern sich Sende- und Empfangseinrichtung einander an, kommt es zu einer zeitlichen Stauchung, also einer Frequenzerhöhung, des ausgesandten Funksignals. Entfernen sich Sende- und Empfangseinrichtung voneinander, führt dies zu einer zeitlichen Dehnung, also eine Frequenzverringerung, des ausgesandten Funksignals. Durch die Rotationsbewegung des Rades kommt es zu einem ständigen gleichmäßigen Wechsel zwischen Frequenzerhöhung und Frequenzverringerung.As a result of the rotation of the wheel, the distance between the transmitting device and the receiving device changes. If the transmitting and receiving devices approach each other, the transmitted radio signal is compressed over time, that is to say an increase in frequency. If the transmitting and receiving devices move away from one another, this leads to a temporal expansion, that is to say a frequency reduction, of the transmitted radio signal. The rotational movement of the wheel results in a constant, even change between frequency increase and frequency decrease.
Zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann in einer ersten Verfahrensvariante die Frequenzänderung der empfangenen Funkwellen ausgewertet werden. D. h., die Beeinflussung des Funksignals, auf der die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit basiert, kann eine Frequenzänderung des Funksignals sein.To determine the vehicle speed, the change in frequency of the received radio waves can be evaluated in a first variant of the method. That is, the influencing of the radio signal on which the determination of the vehicle speed is based can be a frequency change of the radio signal.
Diese erste Variante hat den Vorteil, dass die Übertragung des Funksignals lediglich für eine kurze Zeitdauer, nämlich eine für die Ermittlung der Frequenzänderung ausreichende Zeitdauer, übertragen werden muss. Folglich kann diese Variante genutzt werden, falls nur ein kurzer zeitlicher Ausschnitt des Funksignals erfasst werden kann. Entsprechend ist die für das Aussenden des Funksignals benötigte Energie gering, so dass z. B. verkapselte Batterien als Energiequelle eingesetzt werden können, deren Lebensdauer mehrere Jahre oder sogar die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs betragen kann. Zudem ist bei dieser Variante das Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig vom Radumfang, so dass Änderungen des Radumfangs, z. B. durch Abnahme des Reifenprofils, für das Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit unbeachtlich sind.This first variant has the advantage that the transmission of the radio signal only has to be transmitted for a short period of time, namely a period of time sufficient to determine the frequency change. As a result, this variant can be used if only a short time segment of the radio signal can be recorded. Accordingly, the energy required to transmit the radio signal is low, so that, for. B. encapsulated batteries can be used as an energy source, the life of which can be several years or even the entire life of the vehicle. In addition, in this variant, the determination of the vehicle speed is independent of the wheel circumference, so that changes in the wheel circumference, e.g. B. by removing the tire profile, are irrelevant for determining the vehicle speed.
Zur genaueren Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit als Mittelwert, z. B. als arithmetischer Mittelwert, ermittelt wird, basierend auf den Funksignalen mehrerer, vorzugsweise aller, Räder des Fahrzeugs und den daraus ermittelten einzelnen Fahrzeuggeschwindigkeiten.To determine the vehicle speed more precisely, it can be provided that the vehicle speed is used as a mean value, e.g. B. as an arithmetic mean, is determined based on the radio signals of several, preferably all, wheels of the vehicle and the individual vehicle speeds determined therefrom.
Die Frequenzänderung des Funksignals kann beispielsweise mittels einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) ermittelt werden.The frequency change of the radio signal can be determined, for example, by means of a fast Fourier transformation (FFT).
Die FFT ist eine Methode, um die Doppler-Frequenz zu ermitteln. Bei Stillstand des Rades liegt das Maximum des FFT-Ergebnisses bei der Frequenz 0. Wenn sich das Rad dreht, wandert das Maximum bzw. wandern die beiden Maxima von Null weg zur Doppler-Frequenz. Vorteil der FFT ist eine schnelle und ressourcenschonende Berechnung. Nachteil kann sein, dass die Doppler-Frequenz zwischen zwei Abtastfrequenzen der FFT liegt. In einem solchen Fall wird bei beiden benachbarten Abtastfrequenzen eine Erhöhung gegenüber den anderen Abtastfrequenzen gemessen und es muss zwischen den beiden Abtastfrequenzen interpoliert werden.The FFT is a method to determine the Doppler frequency. When the wheel is stationary, the maximum of the FFT result is at
Alternativ kann die Frequenzänderung des Funksignals mittels direkter Abschätzung ermittelt werden.Alternatively, the frequency change of the radio signal can be determined by means of direct estimation.
Bei einem PSK-Signal (PSK, engl. phase-shift keying, dt. Phasenumtastung) oder ASK-Signal (ASK, engl. amplitude-shift keying, dt. Amplitudenumtastung) ist jedes empfangene Symbol mit einem wachsenden Phasenfehler behaftet. Die Änderungsrate der Phase ist proportional zur Doppler-Frequenz.In the case of a PSK signal (PSK, phase-shift keying) or ASK signal (ASK, amplitude-shift keying), each received symbol is subject to an increasing phase error. The rate of change in phase is proportional to the Doppler frequency.
Die direkte Abschätzung kann blind aus den empfangenen Daten, z. B. in der Empfangseinrichtung a priori nicht bekannten Daten, wie z. B. Informationen über den Reifenluftdruck, oder mittels Pilotsymbolen erfolgen. Beispielweise kann ein empfangenes Nutzsignal nach der Basisband-Demodulation über die Zeit mit der Frequenz des empfangenen Funksignals ƒα rotiert werden. Bei bekannten Pilotsymbolen kann die Frequenzänderung aus dem empfangenen Signal abgeschätzt werden. Die Frequenz kann auch blind geschätzt werden, zumindest wenn ƒα×ts viel kleiner als die Phasendifferenz zwischen den gesendeten unbekannten Nutzsignalsymbolen ist. ts ist dabei die Symbolzeit der gesendeten Nutzsignalbits.The direct estimate can blindly from the received data, e.g. B. in the receiving device a priori not known data such. B. information about the tire pressure, or by means of pilot symbols. For example, after baseband demodulation, a received useful signal can be rotated over time with the frequency of the received radio signal ƒ α. With known pilot symbols, the frequency change can be estimated from the received signal. The frequency can also be estimated blindly, at least if ƒ α × t s is much smaller than the phase difference between the unknown useful signal symbols sent. t s is the symbol time of the useful signal bits sent.
Bei einer Frequenzumtastung (engl. frequency shift keying, FSK) wird die Phasendifferenz zwischen den später empfangenen Symbolen immer etwas anders sein als die erwartete Differenz. Dieses Delta der Differenz ist proportional zu fα×ts.With frequency shift keying (FSK), the phase difference between the symbols received later will always be slightly different than the expected difference. This delta of the difference is proportional to f α × t s .
In einer zweiten Verfahrensvariante kann zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit auch die Periodendauer einer Vorzeichenänderung der Frequenzänderung des Funksignals, also der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Frequenzerhöhungen oder Frequenzverringerungen, ausgewertet werden, da sich die an der Empfangseinrichtung detektierte Frequenz je Radumdrehung einmal erhöht und einmal verringert. Folglich kann die Beeinflussung des Funksignals eine Periodendauer einer Vorzeichenänderung einer Frequenzänderung des Funksignals sein.In a second variant of the method, to determine the vehicle speed, the period of a change in sign of the frequency change of the radio signal, that is to say the time interval between two successive frequency increases or frequency decreases, since the frequency detected at the receiving device increases once and decreases once per wheel revolution. Consequently, the influencing of the radio signal can be a period of a change in sign of a frequency change of the radio signal.
Die Dauer einer Periode entspricht der Zeitdauer, die das Rad für eine Umdrehung benötigt. Aus der Periodendauer lässt sich folglich die Drehzahl des Rades ermitteln. Basierend auf der ermittelten Drehzahl kann dann bei Kenntnis des Rollradius des Rades bzw. des Radumfangs die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Zur genaueren Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit als Mittelwert, z. B. als arithmetischer Mittelwert, der auf der Drehzahl mehrerer, vorzugsweise aller, Räder des Fahrzeugs ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeiten ermittelt wird.The duration of a period corresponds to the length of time that the wheel needs for one revolution. The speed of the wheel can consequently be determined from the period duration. Based on the determined speed, the vehicle speed can then be determined if the rolling radius of the wheel or the wheel circumference is known. To determine the vehicle speed more precisely, it can be provided that the vehicle speed is used as a mean value, e.g. B. as an arithmetic mean, which is determined on the speed of several, preferably all, of the vehicle's wheels determined vehicle speeds.
Diese zweite Variante hat den Vorteil, dass keine genaue Frequenzänderung ermittelt werden muss, sondern lediglich festgestellt werden muss, ob sich die Frequenz auf ein Maximum erhöht oder ein Minimum verringert, also das Vorzeichen der Frequenzänderung positiv oder negativ ist. Die Doppler-Frequenz schwingt sinusförmig, weil sich die Bewegungsrichtung der Sendeeinrichtung durch die Kreisbewegung ständig zwischen X- und Y-Richtung ändert. Zur Messung der Periodendauer kann die Zeit zwischen zwei Nulldurchgängen oder die Zeit zwischen zwei Extremwerten gemessen werden.This second variant has the advantage that no precise frequency change has to be determined, but rather only has to be determined whether the frequency increases to a maximum or decreases to a minimum, that is to say whether the sign of the frequency change is positive or negative. The Doppler frequency oscillates sinusoidally because the direction of movement of the transmitting device changes continuously between the X and Y directions due to the circular movement. To measure the period, the time between two zero crossings or the time between two extreme values can be measured.
Hierfür ist allerdings eine entsprechend lange Übertragung des Funksignals notwendig, d. h. die Zeitdauer der Funksignalübertragung muss mindestens so lang sein, dass die Sendeeinrichtung je nach Ausrichtung der Empfangseinrichtung bezüglich der Sendeeinrichtung zwei einander gegenüberliegende Punkte, z. B. den obersten und untersten Punkt oder den vordersten und hintersten Punkt des Rades, gleichbedeutend mit einem Wechsel von zunehmender zu abnehmender Frequenz bzw. umgekehrt, passieren kann. Das Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit ist bei dieser Variante abhängig vom Radumfang.For this, however, a correspondingly long transmission of the radio signal is necessary, i. H. the duration of the radio signal transmission must be at least long enough that the transmitting device, depending on the orientation of the receiving device with respect to the transmitting device, has two opposing points, e.g. B. the top and bottom point or the foremost and rearmost point of the wheel, equivalent to a change from increasing to decreasing frequency or vice versa, can happen. In this variant, determining the vehicle speed is dependent on the wheel circumference.
Die ermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit kann anschließend von Fahrerassistenzsystemen zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen genutzt werden. Neben der Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann die ermittelte Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit auch für andere Zwecke genutzt werden, z. B. zur Detektion eines Radschlupfes.The determined vehicle speed can then be used by driver assistance systems to control vehicle functions. In addition to determining the vehicle speed, the determined rotational speed or rotational speed can also be used for other purposes, e.g. B. for the detection of wheel slip.
Zudem kann die mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ermittelte Raddrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit mit einer anderweitig ermittelten Drehzahl, z. B. einer mittels eines Raddrehzahlsensors ermittelten Raddrehzahl, bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen werden. Wird eine Abweichung, z. B. eine eine vorgebbare Fehlertoleranz überschreitende Abweichung, festgestellt, kann eine Warnmeldung ausgegeben werden, um auf diesen Zustand hinzuweisen und ggf. erforderliche Maßnahmen zur genaueren Ursachenanalyse und Fehlerbehebung einzuleiten.In addition, the wheel speed or vehicle speed determined by means of the proposed method can be compared with a speed determined otherwise, e.g. B. a wheel speed determined by means of a wheel speed sensor, or vehicle speed can be compared. If a deviation, e.g. B. a deviation that exceeds a predefinable error tolerance, a warning message can be output to indicate this state and, if necessary, to initiate necessary measures for a more precise cause analysis and troubleshooting.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine genaue und zuverlässige Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit und ggf. daraus abgeleiteter Parameter. Vorteilhaft kann das Verfahren vollständig innerhalb des Fahrzeugs, also unabhängig von externen Systemen, durchgeführt werden, so dass ansonsten mit den externen Systemen, z. B. einem globalen Satellitennavigationssystem, verbundene Fehlerquellen entfallen. Zudem kann das Verfahren als redundante Möglichkeit zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit genutzt werden, wodurch die Fehleranfälligkeit von Fahrzeugassistenzsystemen verringert und die Fahrzeugsicherheit erhöht werden kann.The proposed method enables an exact and reliable determination of the vehicle speed and possibly parameters derived therefrom. The method can advantageously be carried out completely within the vehicle, ie independently of external systems, so that otherwise with the external systems, e.g. B. a global satellite navigation system, associated sources of error are eliminated. In addition, the method can be used as a redundant option for determining the vehicle speed, as a result of which the susceptibility of vehicle assistance systems to errors can be reduced and vehicle safety can be increased.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehgeschwindigkeit eines Rades eines Fahrzeugs. Hierbei wird ein von einer ortsunveränderlich an dem Rad außerhalb einer Drehachse des Rades angeordneten Sendeeinrichtung ausgesandtes und von einer an dem Fahrzeug angeordneten Empfangseinrichtung empfangenes Funksignal verarbeitet wird, wobei die Drehgeschwindigkeit des Rades basierend auf einer von einem Doppler-Effekt hervorgerufenen Änderung der Periodendauer einer Vorzeichenänderung einer Frequenzänderung des Funksignals ermittelt wird.Another aspect of the invention relates to a method for determining a rotational speed of a wheel of a vehicle. In this case, a radio signal sent by a non-changeable transmitting device arranged on the wheel outside an axis of rotation of the wheel and received by a receiving device arranged on the vehicle is processed Frequency change of the radio signal is determined.
Dieses Verfahren kann gemäß der vorstehend erläuterten zweiten Variante des Verfahrens ausgeführt werden. Insofern dienen die Erläuterungen dieser zweiten Variante auch zur Beschreibung des Verfahrens zum Ermitteln der Drehgeschwindigkeit, da bei dieser zweiten Variante die Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl als Zwischenschritt bei der Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird.This method can be carried out in accordance with the second variant of the method explained above. In this respect, the explanations of this second variant also serve to describe the method for determining the rotational speed, since in this second variant the rotational speed or rotational speed is determined as an intermediate step in determining the vehicle speed.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten der beschriebenen Verfahren kann das Funksignal ein moduliertes Funksignal, also ein Funksignal, das ein Trägersignal und ein Nutzsignal aufweist, sein.According to various embodiment variants of the method described, the radio signal can be a modulated radio signal, that is to say a radio signal that has a carrier signal and a useful signal.
Hierbei kann eine Analyse der Frequenzänderung des Funksignals bzw. einer Änderung der Periodendauer einer Vorzeichenänderung der Frequenzänderung des Funksignals bevorzugt im Basisband, also dem natürlichen Frequenzbereich des Nutzsignals, erfolgen.An analysis of the change in frequency of the radio signal or a change in the period of a change in sign of the change in frequency of the radio signal can preferably be carried out in Baseband, i.e. the natural frequency range of the useful signal, take place.
Der Doppler-Effekt wirkt sich auf das Produkt von Basisband Nutzsignal und Trägersignal aus. In der Empfangseinrichtung ist das Trägersignal bekannt und das empfangene Signal kann damit demoduliert werden. Das aus der Demodulation resultierende Signal ist das Basisband Nutzsignal moduliert mit der Doppler-Frequenz und ggf. Signalrauschen.The Doppler effect affects the product of the useful baseband signal and the carrier signal. The carrier signal is known in the receiving device and the received signal can thus be demodulated. The signal resulting from the demodulation is the baseband useful signal modulated with the Doppler frequency and possibly signal noise.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten der beschriebenen Verfahren kann das Funksignal ein Funksignal eines Reifendruckkontrollsystems sein. Folglich kann es sich bei der Sende- bzw. Empfangseinrichtung und eine Sende- bzw. Empfangseinrichtung eines Reifendruckkontrollsystems handeln. Zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann das Nutzsignal des Reifendruckkontrollsystems ausgewertet werden.According to further variant embodiments of the method described, the radio signal can be a radio signal from a tire pressure control system. Consequently, the transmitting or receiving device and a transmitting or receiving device of a tire pressure control system can be involved. The useful signal of the tire pressure control system can be evaluated to determine the vehicle speed.
Dies hat den Vorteil, dass bereits im Rahmen anderer Verfahren zu übertragende Funksignale, z. B. Funksignale eines Reifendrucküberwachungssystems, und damit verbundene Sende- und/oder Empfangseinrichtungen für die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit genutzt werden können. Ein zusätzliches Funksignal und eine diesbezügliche Sende- und Empfangseinrichtung können daher entbehrlich sein. Folglich kann das vorgeschlagene Verfahren kostengünstig implementiert werden und es besteht auch die Möglichkeit, vorhandene Fahrzeuge einfach nachzurüsten, da lediglich eine entsprechende Modifizierung der Verarbeitungseinheit zur Verarbeitung des Funksignals erforderlich ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zu ermitteln.This has the advantage that radio signals to be transmitted, e.g. B. radio signals of a tire pressure monitoring system, and associated transmitting and / or receiving devices can be used to determine the vehicle speed. An additional radio signal and a related transmitting and receiving device can therefore be dispensed with. Consequently, the proposed method can be implemented inexpensively and there is also the possibility of simply retrofitting existing vehicles, since only a corresponding modification of the processing unit for processing the radio signal is required in order to determine the vehicle speed according to the proposed method.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verarbeitungseinheit zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit eines Fahrzeugs. Die Verarbeitungseinheit umfasst Mittel zum Ausführung eines der vorstehend beschriebenen Verfahren, also z. B. Mittel zum Verarbeiten eines von einer ortsunveränderlich an einem Rad des Fahrzeugs außerhalb einer Drehachse des Rades angeordneten Sendeeinrichtung ausgesandten und von einer an dem Fahrzeug angeordneten Empfangseinrichtung empfangenen Funksignals, wobei das Verarbeiten derart erfolgt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf einer von einem Doppler-Effekt hervorgerufenen Beeinflussung des Funksignals ermittelt wird.Another aspect of the invention relates to a processing unit for determining a vehicle speed of a vehicle. The processing unit comprises means for executing one of the methods described above, that is, for. B. Means for processing a radio signal sent by a stationary transmitter arranged on a wheel of the vehicle outside an axis of rotation of the wheel and received by a receiver arranged on the vehicle, the processing being carried out in such a way that the vehicle speed is based on one of a Doppler effect caused influence of the radio signal is determined.
Die obigen Ausführungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen auch zur Beschreibung der Verarbeitungseinheit. Mit der Verarbeitungseinheit sind die Vorteile des Verfahrens entsprechend verbunden.The above explanations for explaining the method according to the invention also serve to describe the processing unit. The advantages of the method are correspondingly associated with the processing unit.
Die Verarbeitungseinheit steht in einer signaltechnischen Wirkverbindung mit der Empfangseinrichtung. Die Empfangseinrichtung kann auch in die Verarbeitungseinheit integriert sein. Bevorzugt kann die Verarbeitungseinheit im Fahrzeug angeordnet sein, so dass eine autarke Ermittlung der Raddrehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb des Fahrzeugs ermöglicht wird.The processing unit is in an operative signaling connection with the receiving device. The receiving device can also be integrated into the processing unit. The processing unit can preferably be arranged in the vehicle so that the wheel speed or the vehicle speed can be determined independently within the vehicle.
Die Verarbeitungseinheit verarbeitet das empfangene Funksignal basierend auf Anweisungen oder einem in der Verarbeitungseinheit programmierten Code entsprechend einer oder mehrerer Routinen. Falls es sich bei dem Funksignal um ein moduliertes Funksignal handelt, kann die Verarbeitung auch einen Demodulationsschritt umfassen, um das Nutzsignal vom Trägersignal trennen zu können.The processing unit processes the received radio signal based on instructions or a code programmed in the processing unit in accordance with one or more routines. If the radio signal is a modulated radio signal, the processing can also include a demodulation step in order to be able to separate the useful signal from the carrier signal.
Die Verarbeitungseinheit kann hardware- und/oder softwaremäßig realisiert sein und physisch ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Verarbeitungseinheit kann Teil einer Motorsteuerung des Fahrzeugs sein oder in diese integriert sein.The processing unit can be implemented in terms of hardware and / or software and can be constructed physically in one or more parts. The processing unit can be part of an engine control of the vehicle or be integrated into it.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Anordnung zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Anordnung weist auf: eine ortsunveränderlich an dem Rad außerhalb einer Drehachse des Rades angeordneten Sendeeinrichtung, ausgebildet zum Aussenden eines Funksignals, eine am Fahrzeug angeordnete Empfangseinrichtung, ausgebildet zum Empfangen des ausgesandten Funksignals, und eine Verarbeitungseinheit gemäß vorstehender Beschreibung.Another aspect of the invention relates to a vehicle with an arrangement for determining a vehicle speed of the vehicle. The arrangement has: a stationary transmitter arranged on the wheel outside an axis of rotation of the wheel, designed to transmit a radio signal, a receiver arranged on the vehicle designed to receive the transmitted radio signal, and a processing unit as described above.
Folglich ist die Verarbeitungseinheit ausgebildet zum Verarbeiten des empfangenen Funksignals derart, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf einer von einem Doppler-Effekt hervorgerufenen Beeinflussung des Funksignals ermittelt wird.Consequently, the processing unit is designed to process the received radio signal in such a way that the vehicle speed is determined based on an influencing of the radio signal caused by a Doppler effect.
Entsprechend kann das Fahrzeug zur Ausführung des vorstehend erläuterten Verfahrens ausgebildet sein. Daher dienen die obigen Ausführungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch zur Beschreibung des Fahrzeugs. Mit dem Fahrzeug sind die Vorteile des Verfahrens entsprechend verbunden.Accordingly, the vehicle can be designed to carry out the method explained above. The above explanations therefore serve to explain the method according to the invention also to describe the vehicle. The advantages of the method are correspondingly associated with the vehicle.
In verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Fahrzeug mehrere Räder mit jeweils einer Sendeeinrichtung aufweisen. Hierbei kann die Empfangseinrichtung äquidistant zu jedem Rad angeordnet sein. Beispielsweise kann das Fahrzeug zwei Paar mittels jeweils einer Achse miteinander verbundene Räder aufweisen.In various design variants, the vehicle can have several wheels, each with a transmission device. Here, the receiving device can be arranged equidistant from each wheel. For example, the vehicle can have two pairs of wheels that are each connected to one another by means of an axle.
Äquidistant bedeutet, dass der Abstand zwischen Empfangseinrichtung und den Rädern jeweils gleich ist. Hierfür kann die Empfangseinrichtung beispielsweise mittig am Fahrzeug angeordnet sein.Equidistant means that the distance between the receiving device and the wheels in each case is equal to. For this purpose, the receiving device can be arranged in the middle of the vehicle, for example.
Der Vorteil an einer äquidistanten Anordnung der Empfangseinrichtung bezüglich der Räder ist, dass die Funksignale aller Sendeeinrichtungen gleich gut verarbeitet werden können. Würde die Empfangseinrichtung im Gegensatz zu einer äquidistanten Anordnung näher an eine Seite, also auf einige Räder zu und von anderen Rädern entfernt, bewegt werden, wird der Winkel zur gegenüberliegenden Seite ungünstiger, mit der Folge, dass der Doppler-Effekt schlechter gemessen werden kann, da dieser proportional zu cos
Weiter vorteilhaft kann dadurch mittels lediglich einer Empfangseinrichtung und lediglich einer Verarbeitungseinheit die Fahrzeuggeschwindigkeit basierend auf Funksignalen mehrerer Räder ermittelt werden, so dass Kosten und Bauraum eingespart werden können.In a further advantageous manner, the vehicle speed can be determined based on radio signals from several wheels by means of only one receiving device and only one processing unit, so that costs and installation space can be saved.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, das Befehle umfasst, die bewirken, dass eine Verarbeitungseinheit gemäß vorstehender Beschreibung eines der vorstehend erläuterten Verfahren ausführt.Another aspect of the invention relates to a computer program which comprises instructions which cause a processing unit to carry out one of the methods explained above in accordance with the description above.
Folglich dienen die vorstehenden Erläuterungen des Verfahrens und der Verarbeitungseinheit auch zur Beschreibung des Computerprogramms. Mit dem Computerprogramm sind die Vorteile des Verfahrens und der Verarbeitungseinheit entsprechend verbunden.Consequently, the above explanations of the method and the processing unit also serve to describe the computer program. The advantages of the method and the processing unit are correspondingly associated with the computer program.
Unter einem Computerprogramm kann ein auf einem geeigneten Medium speicherbarer und/oder über ein geeignetes Medium abrufbarer Programmcode verstanden werden. Zum Speichern des Programmcodes kann jedes zum Speichern von Software geeignete Medium, beispielsweise ein in einem Steuergerät verbauter nichtflüchtiger Speicher, eine DVD, ein USB-Stick, eine Flashcard oder dergleichen, Verwendung finden. Das Abrufen des Programmcodes kann beispielsweise über das Internet oder ein Intranet erfolgen oder über ein anderes geeignetes drahtloses oder kabelgebundenes Netzwerk.A computer program can be understood to mean a program code that can be stored on a suitable medium and / or called up via a suitable medium. Any medium suitable for storing software, for example a non-volatile memory built into a control device, a DVD, a USB stick, a flash card or the like, can be used to store the program code. The program code can be called up, for example, via the Internet or an intranet or via another suitable wireless or wired network.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.Another aspect of the invention relates to a computer-readable data carrier on which the computer program is stored.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Abbildungen und der zugehörigen Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs in einer beispielhaften Ausgestaltung; -
2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Doppler-Effekts (Draufsicht); -
3a schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit; -
3b schematische Darstellung zur Doppler-Frequenz in Abhängigkeit von der Raddrehung (Seitenansicht); und -
4 ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a vehicle in an exemplary embodiment; -
2 a schematic representation to illustrate the Doppler effect (top view); -
3a schematic representation to illustrate the determination of the vehicle speed; -
3b schematic representation of the Doppler frequency as a function of the wheel rotation (side view); and -
4th a flow chart of an exemplary method.
In
Die Anordnung
Die Sendeeinrichtungen
Die Anordnung
Die Empfangseinrichtung
Weiterhin verfügt die Anordnung
Die Verarbeitungseinheit
Die Verarbeitungseinheit
Der Ablauf eines beispielhaften Verfahrens zum Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit
Nach dem Start des Verfahrens werden im Schritt
Im Schritt
Im Schritt
Nachfolgend wird die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit
Die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit
Hierbei wird der sog. Doppler-Effekt ausgenutzt, der eine Frequenzänderung der Funkwellen der Funksignale
Bewegt sich das Fahrzeug
Fährt das Fahrzeug
Auf die Hinterräder des Fahrzeugs
Zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit
Bei der Auswertung der durch den Doppler-Effekt hervorgerufenen Frequenzänderung
Die
Die Doppler-Frequenz
Wie bereits erwähnt, wird der Doppler-Effekt durch den Winkel
Außerdem gilt (
Wenn wie in Variante
Beispiel für Variante
- Unter der nicht die Allgemeingültigkeit verletzenden Annahme
β = 0, wird eine maximale FrequenzänderungfD von 50 Hz gemessen. Die Trägerfrequenz sei 500 MHz. Mit der Lichtgeschwindigkeitc0 von ∼3×108m/s entspricht dies ungefähr einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 50 Hz × 3×108 m/s / 500 MHz = 30 m/s, was 108 km/h entspricht.
- Under the assumption that does not violate general validity
β = 0, there will be a maximum frequency changef D measured at 50 Hz. The carrier frequency is 500 MHz. At the speed of lightc 0 of ∼3 × 10 8 m / s, this corresponds approximately to a vehicle speed of 50 Hz × 3 × 10 8 m / s / 500 MHz = 30 m / s, which corresponds to 108 km / h.
Beispiel für Variante
- Der Radumfang sei 2 m. Wird nun der Zeitunterschied zwischen Maximum und Minimum (Periodendauer der Vorzeichenänderung) der Doppler-Frequenz
fD als 25 ms gemessen, dann dauert eine vollständige Raddrehung 50 ms. Das Rad dreht sich also in einer Sekunde 20 Mal. Hieraus lässt sich die Drehgeschwindigkeit vermitteln. Zudem ergibt sich daraus, dass sich das Fahrzeug pro Sekunde um 40 m bewegt. Die Geschwindigkeit ist also 40 m/s = 144 km/h.
- The wheel circumference is 2 m. Now the time difference between maximum and minimum (period of sign change) becomes the Doppler frequency
f D measured as 25 ms, then a complete wheel rotation takes 50 ms. So the wheel turns 20 times in one second. The rotational speed can be conveyed from this. It also means that the vehicle moves 40 m per second. So the speed is 40 m / s = 144 km / h.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1, 1a, 1b, 1c, 1d1, 1a, 1b, 1c, 1d
- Radwheel
- 22
- Fahrzeugvehicle
- 33
- DrehachseAxis of rotation
- 4, 4a, 4b, 4c, 4d4, 4a, 4b, 4c, 4d
- SendeeinrichtungSending facility
- 55
- EmpfangseinrichtungReceiving device
- 6, 6a, 6b, 6c, 6d6, 6a, 6b, 6c, 6d
- FunksignalRadio signal
- 77th
- VerarbeitungseinheitProcessing unit
- 88th
- Anordnungarrangement
- 99
- Rotationsrichtung Direction of rotation
- c0c0
- LichtgeschwindigkeitSpeed of Light
- fcfc
- Frequenz des ausgesandten Funksignals (Trägerfrequenz)Frequency of the transmitted radio signal (carrier frequency)
- fαfα
- Frequenz in Abhängigkeit von αFrequency as a function of α
- fβfβ
- Frequenz in Abhängigkeit von βFrequency as a function of β
- fradfrad
- Drehzahl des Rads (Umdrehungen pro Sekunde)Speed of the wheel (revolutions per second)
- fDfD
- Frequenzänderung durch Doppler-EffektFrequency change due to the Doppler effect
- tt
- ZeitTime
- tsts
- Symbolzeit der gesendeten NutzsignalbitsSymbol time of the transmitted useful signal bits
- v0v0
- Fahrzeuggeschwindigkeit in Fahrtrichtung/Betrag der Geschwindigkeit der Sendeeinrichtung relativ zur EmpfangseinrichtungVehicle speed in the direction of travel / amount of the speed of the transmitting device relative to the receiving device
- vxvx
- X-Komponente der Geschwindigkeit der SendeeinrichtungX component of the speed of the transmitting device
- vyvy
- Y-Komponente der Geschwindigkeit der SendeeinrichtungY component of the speed of the transmitting device
- vx(α)vx (α)
-
vx in Abhängigkeit von αv x as a function of α - αα
- Drehwinkel der EmpfangseinrichtungRotation angle of the receiving device
- ββ
- Winkel zwischen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs und der Empfangsrichtung der EmpfangseinrichtungAngle between the direction of travel of the vehicle and the direction of reception of the receiving device
- ωω
- Drehgeschwindigkeit Turning speed
- S1S1
- Aussenden eines FunksignalsSending a radio signal
- S2S2
- Empfangen des FunksignalsReceiving the radio signal
- S3S3
- Verarbeiten des Funksignals zur Ermittlung der DrehzahlProcessing of the radio signal to determine the speed
- S4S4
- Ermitteln der Fahrzeuggeschwindigkeit anhand der DrehzahlDetermining the vehicle speed based on the engine speed
Claims (12)
Priority Applications (2)
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DE102020206150.5A DE102020206150A1 (en) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | Method and processing unit for determining a vehicle speed of a vehicle |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MARKOWITZ, MARKUS, DR.-ING., DE |