DE102020210738A1

DE102020210738A1 - Raddrehzahlmessung mit verbesserter Genauigkeit

Info

Publication number: DE102020210738A1
Application number: DE102020210738.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Scheuing
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-03-03

Abstract

Verfahren (100) zum Ermitteln der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ eines Rades (51a-51d) eines Fahrzeugs (50) aus Signalen (53a) eines Gebers (53), der entlang eines Umfangs eines zu dem Rad des Fahrzeugs konzentrischen und mit diesem Rad verbundenen Encoders (52) angeordnete Markierungen (52a) abtastet, mit den Schritten:• es wird ein Zähler bereitgestellt (110), der in einem festen Zeittakt inkrementiert wird;• in Antwort auf ein Signal (53a) des Gebers (53) dahingehend, dass eine Markierung (52a) den Geber (53) passiert, wird ein aktueller Zählerstand n(i) in Assoziation mit diesem Ereignis i gespeichert (120);• aus den Zählerständen n(i), n(i-k), die sich auf zwei Ereignisse i, i-k beziehen, wird eine Zeitdifferenz Δt zwischen diesen beiden Ereignissen ermittelt (130), wobei der Abstand k zwischen diesen Ereignissen in der Folge der vom Geber (53) registrierten Ereignisse in Abhängigkeit der bisher gültigen Kreisfrequenz ω des Rades (51a-51d) variiert wird;• unter Heranziehung der Zeitdifferenz Δt wird die aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades (51a-51d) ermittelt (140).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Messung der Raddrehzahl für fahrdynamische Systeme von Fahrzeugen.
Stand der Technik
Damit ein Straßenfahrzeug während der Fahrt kontrollierbar bleibt, ist es notwendig, dass die Reifen ständig in Haftreibung mit der Fahrbahn sind. Geht die Haftreibung in die wesentlich geringere Gleitreibung über, droht ein Ausbrechen des Fahrzeugs.
Um derartige Situationen rechtzeitig zu erkennen und ggfs. durch einen Eingriff in die Fahrdynamik des Fahrzeugs gegenzusteuern, werden die Drehzahlen aller Räder mit Raddrehzahlsensoren gemessen und einer elektronischen Stabilitätsregelung zugeführt. Die DE 10 2018 218 489 A1 offenbart eine derartige Messung mittels einer metallischen Impulsscheibe mit gleichmäßig beabstandeten, hervorstehenden Zähnen, die elektrische Impulse auslösen, wenn sie einen magnetischen Detektor passieren.
Offenbarung der Erfindung
Im Rahmen der Erfindung wurde ein Verfahren zum Ermitteln der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ eines Rades eines Fahrzeugs entwickelt. Verwendet werden hierzu Signale eines Gebers, der entlang eines Umfangs eines zu dem Rad des Fahrzeugs konzentrischen und mit diesem Rad verbundenen Encoders angeordnete Markierungen abtastet. Die Markierungen können mit einem beliebigen physikalischen Messverfahren erkannt werden, beispielsweise mit einem optischen und/oder magnetischen Sensor. Wenn eine Markierung den Geber passiert, erzeugt dies in dem Messsignal des Sensors Flanken, die von dem Geber als Ereignis registriert werden können.
Um die Zeiten zu erfassen, zu denen solche Ereignisse stattfinden, wird ein Zähler bereitgestellt, der in einem festen Zeittakt, beispielsweise mit einer Frequenz von 4 MHz oder 10 MHz, inkrementiert wird. In Antwort auf ein Signal des Gebers dahingehend, dass eine Markierung den Geber passiert, wird ein aktueller Zählerstand in Assoziation mit diesem Ereignis gespeichert.
Aus den Zählerständen n(i), n(i-k), die sich auf zwei Ereignisse i, i-k beziehen, wird eine Zeitdifferenz zwischen diesen beiden Ereignissen ermittelt, wobei der Abstand k zwischen diesen Ereignissen in der Folge der vom Geber registrierten Ereignisse in Abhängigkeit der bisher gültigen Kreisfrequenz ω des Rades variiert wird. Unter Heranziehung der Zeitdifferenz Δt wird die aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades ermittelt.
Es wurde erkannt, dass durch den festen Zeittakt des für die Zeitmessung verwendeten Zählers die aus den Zählerständen ermittelten Zeitpunkte, zu denen die Ereignisse stattgefunden haben, mit einem Quantisierungsfehler behaftet sind. Wenn aus diesen Zeitpunkten die Kreisfrequenz ω, und/oder die Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇, ermittelt wird, wirkt sich der Quantisierungsfehler im Wege der Fehlerfortpflanzung auf die Ergebnisse aus.
Wenn beispielsweise bei einer vollen Umdrehung des Encoders N_p Ereignisse registriert werden, lässt sich die Kreisfrequenz ω approximieren durch $ω (i) = \frac{2 π}{N_{p}} \cdot \frac{1}{Δ t (i)} mit Δ t (i) = t (i) - t (i - 1) .$
Wenn der für die Zeitmessung verwendete Zähler mit einer Frequenz f_z inkrementiert wird, ist Δt(i) näherungsweise gegeben durch $Δ t (i) = \frac{Δ n (i)}{ƒ_{Z}} \cdot \frac{1}{Δ t (i)} mit Δ n (i) = n (i) - n (i - 1) .$
Damit lässt sich die Kreisfrequenz ω abschätzen als $\hat{ω} (i) = \frac{2 π}{N_{p}} \cdot \frac{1}{\frac{Δ n (i)}{ƒ_{Z}}} .$
Analog gibt es für die Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇, die sich aus der Änderung der Kreisfrequenz ω über das letzte Zeitintervall als Differenzenquotient $\dot{ω} (i) = \frac{ω (i) - ω (i - 1)}{Δ t (i)}$
schreiben lässt, den Schätzwert $\hat{\dot{ω}} (i) = \frac{2 π}{N_{p}} \cdot \frac{\frac{1}{\frac{Δ n (i)}{ƒ_{Z}}} - \frac{1}{\frac{Δ n (i - 1)}{ƒ_{Z}}}}{\frac{Δ n (i)}{ƒ_{Z}}} .$
Der Quantisierungsfehler τ(i) eines jeden geschätzten Zeitpunkts t(i) eines Ereignisses ist gegeben durch $τ (i) = \frac{n (i)}{ƒ_{Z}} - t (i)$
und kann als auf das Intervall [0...1/f_z] stetig gleichverteiltes Rauschen betrachtet werden. Hierbei sind die beiden Quantisierungsfehler, die bei der Ermittlung eines Zeitintervalls Δt(i) zum Tragen kommen, stochastisch unabhängig. Eine Fehlerrechnung für ω ergibt dann, dass ω auf Grund der Quantisierungsfehler mit einem erwartungswertfreien (d.h., um 0 gleichverteilten) Rauschen mit einer Varianz $Var (\hat{ω}) = \frac{1}{6} \cdot {(\frac{N_{p} \cdot ω}{2 π \cdot ƒ_{Z}})}^{2}$
behaftet ist. Analog ist die Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ mit einem erwartungswertfreien Rauschen mit einer Varianz $Var (\hat{\dot{ω}}) = \frac{1}{6} \cdot {(\frac{N_{p}^{2} \cdot ω^{3}}{2 π^{2} \cdot ƒ_{Z}})}^{2}$
behaftet.
Somit wächst mit zunehmender Kreisfrequenz ω der Fehler der Kreisfrequenz ω mit der zweiten Potenz und der Fehler der Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ sogar mit der sechsten Potenz von ω. Bei fest vorgegebenem fz und durch die Fahrgeschwindigkeit vorgegebenem ω ist somit die Anzahl N_p der Ereignisse pro vollständiger Radumdrehung der Freiheitsgrad, an dem anzusetzen ist, um den Fehler zu reduzieren.
Die physische Anzahl der Markierungen entlang des Umfangs des Encoders ist ebenfalls fest vorgegeben und kann im laufenden Betrieb nicht geändert werden. Es wurde jedoch erkannt, dass das Ermitteln der Zeitdifferenz aus Ereignissen, die in der Folge der registrierten Ereignisse weiter auseinander liegen (etwa jedes zweite, jedes dritte oder jedes n-te Ereignis), genau die gleiche Wirkung hat, als wären entlang des Umfangs des Encoders lediglich die Hälfte, ein Drittel bzw. ein n-tel der Markierungen angeordnet. Man kann also aus einem beliebigen physischen Encoderrad für die Zwecke der Auswertung der Kreisfrequenz ω und der Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ einen virtuellen Encoder mit einer reduzierten Anzahl von Markierungen machen, um so die Auswirkungen der Quantisierungsfehler zu vermindern.
Bei einer typischen Zählerfrequenz f_z von 4 MHz, einem Radumfang von 2 m, einem Encoder mit N_p=48 Markierungen und einer Fahrgeschwindigkeit von ca. 100 km/h rauscht insbesondere die für die nachgeschaltete Auswertung in fahrdynamischen Systemen zur Gewährleistung der Fahrstabilität wichtige Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ bereits so stark, dass die momentane lineare Radbeschleunigung mit einem Offset-Fehler (d.h., additivem Rauschen) von 3 m/s² behaftet ist. Dieser Fehler wächst bei einer Fahrgeschwindigkeit von 160 km/h auf rund 10 m/s² an. Eine Erhöhung der Zählerfrequenz fz auf 10 MHz reduziert den Fehler von 10 auf ca. 4 m/s². Wird dann aber die derzeit diskutierte Verdopplung der Markierungszahl N_p auf 96 umgesetzt, wird der Fehler schon wieder vervierfacht.
Hier kann insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten der genannte virtuelle Encoder eingesetzt werden, um den Fehler zu reduzieren.
Somit wird in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung in Antwort darauf, dass die bisher gültige Kreisfrequenz ω unterhalb eines Schwellwerts ω_g liegt, zwei in der Folge der vom Geber registrierten Ereignisse benachbarte Ereignisse i, i-1 als diejenigen Ereignisse gewählt werden, zwischen denen die Zeitdifferenz ermittelt wird. Hingegen wird in Antwort darauf, dass die bisher gültige Kreisfrequenz ω größer oder gleich dem Schwellwert ω_g ist, zwei in der Folge der vom Geber registrierten Ereignisse nicht benachbarte Ereignisse i, i-k (mit k > 1) als diejenigen Ereignisse gewählt werden, zwischen denen die Zeitdifferenz Δt ermittelt wird.
Die Motivation hierfür liegt in der stark nichtlinearen Abhängigkeit der oben beschriebenen Varianzen Var(ω̂) und Var(ω̇̂) von ω begründet. Die Reduzierung des Fehlers ist nicht „gratis“, sondern kostet zeitliche Auflösung und damit auch Signalbandbreite beim Erfassen zeitlicher Änderungen von ω und ω̇. Für geringe Kreisfrequenzen ω unterhalb von ω_g kann dieser „Preis“ den Nutzen des reduzierten Fehlers überwiegen. Oberhalb von ω_g überwiegt jedoch immer stärker der Nutzen des reduzierten Fehlers.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden der Schwellwert ω_g und der jenseits des Schwellwerts ω_g gültige neue Abstand k zwischen den Ereignissen i, i-k, zwischen denen die Zeitdifferenz Δt ermittelt wird, so gewählt, dass die Pulsfrequenz fp, mit der neue Werte der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ ermittelt werden, größer oder gleich einer vorgegebenen Grenzfrequenz f_g ist. Diese Grenzfrequenz f_g kann insbesondere beispielsweise darauf abgestimmt sein, dass in einem nachgeschalteten System die ermittelte Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades wiederum zeitdiskret abgetastet wird. So arbeiten beispielsweise Steuergeräte für fahrdynamische Systeme häufig zeitsynchron in Arbeitstakten mit einer Länge um 5 ms.
Die Grenzfrequenz f_g kann insbesondere beispielsweise größer oder gleich der Nyquist-Frequenz eines Systems, dem die ermittelte Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades zugeführt wird, gewählt werden. Bei Verarbeitungstakten von 5 ms ist die Nyquist-Frequenz 100 Hz. Es kann dann beispielsweise noch ein Sicherheitsaufschlag von Faktor 2 vorgenommen und die Grenzfrequenz f_g auf 200 Hz festgelegt werden.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden für mehrere verschiedene Bereiche der bisher gültigen Kreisfrequenz ω oberhalb von ω_g verschiedene Abstände k derjenigen Ereignisse i-k , zwischen denen die Zeitdifferenz ermittelt wird, in der Folge der vom Geber registrierten Ereignisse gewählt. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit können also virtuelle Encoder mit sukzessive kleinerer Anzahl Markierungen gewählt werden, um den Kompromiss zwischen Zeitauflösung andererseits und Minimierung des Quantisierungsfehlers andererseits optimal einzustellen.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden in Antwort darauf, dass die bisher gültige Kreisfrequenz ω größer oder gleich dem Schwellwert ω_g ist, mehrere Zeitdifferenzen Δt' aus mehreren Paaren von Ereignissen i, i-k ermittelt werden, die jeweils in der Folge der vom Geber registrierten Ereignisse in gleichen Abständen k zueinander liegen. Diese Paare sind in der Folge der Ereignisse zueinander versetzt.
Beispielsweise kann das erste Paar von Ereignissen aus dem unmittelbar zurückliegenden i-ten Ereignis und dem i-2-ten Ereignis bestehen. Das zweite Paar von Ereignissen kann dann aus dem i-1-ten Ereignis und dem i-3-ten Ereignis bestehen, die ebenfalls in der Folge der Ereignisse einen Abstand von 2 Ereignissen zueinander haben.
Aus den für die mehreren Paare ermittelten Zeitdifferenzen Δt' wird jeweils eine aktuelle Kreisfrequenz ω' und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇' des Rades ermittelt. Diese mehreren aktuellen Kreisfrequenzen ω' und/oder Kreisfrequenzbeschleunigungen ω̇' werden zu einem Endergebnis für die aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ zusammengeführt. Dieses Zusammenführen von mit mehreren virtuellen Encodern ermittelten Messergebnissen kann beispielsweise durch Mittelwertbildung erfolgen. Da die Messfehler, mit denen diese Messergebnisse behaftet sind, statistisch unabhängig sind, wird die ursprüngliche Varianz der Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ beispielsweise bei zwei virtuellen Encodern auf die Hälfte reduziert.
Dabei können insbesondere beispielsweise Zweierpotenzen als Anzahlen der Paare von Ereignissen gewählt werden. Multiplikationen und Divisionen mit Zweierpotenzen, beispielsweise bei der Mittelwertbildung, sind bei binärer Datenverarbeitung besonders einfach und schnell durchführbar, weil lediglich eine bitweise Verschiebeoperation von Nöten ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein Encoder mit einer Anzahl Markierungen gewählt, die ohne Rest durch alle verwendeten Anzahlen der Paare von Ereignissen teilbar ist. Auch dies vereinfacht die Berechnungen und spart Zeit, insbesondere auf der Hardware von Steuergeräten, die häufig nur über begrenzte Rechenleistung verfügt.
Wie zuvor erläutert, ist eine wesentliche Nutzanwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens das Ermitteln der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ von Rädern für die Zwecke fahrdynamischer Systeme, damit diese Systeme kritische Fahrsituationen erkennen und erforderlichenfalls in die Fahrdynamik des Fahrzeugs eingreifen können. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Steuergerät für ein fahrdynamisches System eines Fahrzeugs.
Dieses Steuergerät hat eine Eingabeschnittstelle, die mit einem Geber des Fahrzeugs verbindbar ist. Der Geber wiederum ist dazu ausgebildet, entlang eines Umfangs eines zu dem Rad des Fahrzeugs konzentrischen und mit diesem Rad verbundenen Encoders angeordnete Markierungen abzutasten.
Das Steuergerät hat weiterhin eine Messeinheit. Diese Messeinheit ist dazu ausgebildet, aus über die Eingabeschnittstelle erhaltenen Signalen des Gebers mit dem zuvor beschriebenen Verfahren eine aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ mindestens eines Rades des Fahrzeugs zu ermitteln.
Weiterhin ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, aus dieser Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ ein Ansteuersignal für mindestens einen Aktor des Fahrzeugs zu bilden. Dabei können die Messeinheit und die Auswerteeinheit beispielsweise auch in einer Baugruppe zusammengefasst und/oder auf einer gemeinsamen Hardwareplattform realisiert sein.
Es ist weiterhin eine Ausgabeschnittstelle vorgesehen, die mit dem mindestens einen Aktor des Fahrzeugs verbindbar ist. Über diese Ausgabeschnittstelle kann das in der Auswerteeinheit gebildete Ansteuersignal dem Aktor zugeführt werden.
Wie zuvor erläutert, führt die Auswertung der Signale des Gebers mit dem zuvor beschriebenen Verfahren dazu, dass aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ mit einer besseren Genauigkeit ermittelt wird. Wenn das Steuergerät auf dieser Basis die Entscheidung über ein Ansteuersignal für den Aktor trifft, ist also die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass diese Entscheidung der aktuellen Fahrsituation des Fahrzeugs angemessen ist.
Das zuvor beschriebene Verfahren kann insbesondere ganz oder teilweise computerimplementiert sein. Daher bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computerprogramm mit maschinenlesbaren Anweisungen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, den oder die Computer dazu veranlassen, das beschriebene Verfahren auszuführen. In diesem Sinne sind auch Steuergeräte für Fahrzeuge und Embedded-Systeme für technische Geräte, die ebenfalls in der Lage sind, maschinenlesbare Anweisungen auszuführen, als Computer anzusehen.
Ebenso bezieht sich die Erfindung auch auf einen maschinenlesbaren Datenträger und/oder auf ein Downloadprodukt mit dem Computerprogramm. Ein Downloadprodukt ist ein über ein Datennetzwerk übertragbares, d.h. von einem Benutzer des Datennetzwerks downloadbares, digitales Produkt, das beispielsweise in einem Online-Shop zum sofortigen Download feilgeboten werden kann.
Weiterhin kann ein Computer mit dem Computerprogramm, mit dem maschinenlesbaren Datenträger bzw. mit dem Downloadprodukt ausgerüstet sein.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:

1 Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100 zum Ermitteln der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇;
2 Veranschaulichung der Wirkungsweise virtueller Encoder 52', 52";
3 Auswirkung des Verfahrens 100 auf die Pulsfrequenz fP, mit der neue Werte der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ ermittelt werden;
4 Auswirkung des Verfahrens 100 auf die Standardabweichung σ(ω̇̂)der geschätzten Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇̂;
5 Ausführungsbeispiel des Steuergeräts 60.

1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens 100 zum Ermitteln der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ eines Rades 51a-51d.
In Schritt 110 wird ein Zähler bereitgestellt, der in einem festen Zeittakt inkrementiert wird. Dieser Zähler wird in Schritt 120 in Antwort auf jedes Signal 53a des Gebers 53, dass eine Markierung 52a des Encoders 52 den Geber 53 passiert, ein aktueller Zählerstand n(i) in Assoziation mit diesem Ereignis i gespeichert.
In Schritt 130 wird aus den Zählerständen n(i), n(i-k), die sich auf zwei Ereignisse i, i-k beziehen, eine Zeitdifferenz Δt zwischen diesen beiden Ereignissen ermittelt. Diese Ereignisse haben in der Folge der vom Geber 53 registrierten Ereignisse einen Abstand k. Dieser Abstand k wird in Abhängigkeit der bisher gültigen Kreisfrequenz ω des Rades 51a-51d variiert.
Unter Heranziehung der Zeitdifferenz Δt wird in Schritt 140 die aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades 51a-51d ermittelt.
Innerhalb des Kastens 130 ist beispielhaft eingezeichnet, wie der Abstand k der Ereignisse i, i-k im Einzelnen in Abhängigkeit der bisher gültigen Kreisfrequenz ω variiert werden kann.
Gemäß Block 131 kann geprüft werden, ob die bisher gültige Kreisfrequenz ω unterhalb eines Schwellwerts ω_g liegt. Wenn dies der Fall ist (Wahrheitswert 1), können zwei in der Folge der vom Geber 53 registrierten Ereignisse benachbarte Ereignisse i, i-1 als diejenigen Ereignisse gewählt werden, zwischen denen die Zeitdifferenz Δt ermittelt wird. Der Abstand k dieser Ereignisse zueinander in der Folge der Ereignisse ist also gleich 1.
Ist die dass die bisher gültige Kreisfrequenz ω hingegen größer oder gleich dem Schwellwert ω_g (Wahrheitswert 0 bei Block 131), können zwei in der Folge der vom Geber 53 registrierten Ereignisse nicht benachbarte Ereignisse i, i-k als diejenigen Ereignisse gewählt werden, zwischen denen die Zeitdifferenz Δt ermittelt wird. Der Abstand k dieser Ereignisse zueinander in der Folge der Ereignisse ist also größer als 1.
Insbesondere können beispielsweise gemäß Block 137 mehrere Zeitdifferenzen Δt' aus mehreren Paaren von Ereignissen i, i-k ermittelt werden, die jeweils in der Folge der vom Geber 53 registrierten Ereignisse in gleichen Abständen k zueinander liegen. Dabei sind diese Paare von Ereignissen in der Folge der Ereignisse zueinander versetzt. Dies hat die Wirkung, als wären mehrere virtuelle Encoder 52a', 52a" im Einsatz, was in 2 näher veranschaulicht ist. Es kann dann gemäß Block 141 aus diesen mehreren Zeitdifferenzen jeweils eine aktuelle Kreisfrequenz ω' und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇' des Rades 51a-51d ermittelt werden. Diese mehreren aktuellen Kreisfrequenzen ω' und/oder Kreisfrequenzbeschleunigungen ω̇' können dann gemäß Block 142 zu einem Endergebnis für die aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ zusammengeführt werden.
Der Schwellwert ω_g kann gemäß Block 134 insbesondere beispielsweise im Zusammenspiel mit dem jenseits dieses Schwellwerts ω_g einzustellenden neuen Abstand k so gewählt werden, dass die Pulsfrequenz fp, mit der neue Werte der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ώ ermittelt werden, größer oder gleich einer vorgegebenen Grenzfrequenz f_g ist. Die Grenzfrequenz f_g wiederum kann gemäß Block 135 größer oder gleich der Nyquist-Frequenz eines Systems, dem die ermittelte Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades 51a-51d zugeführt wird, gewählt werden.
Weiterhin können gemäß Block 136 für mehrere verschiedene Bereiche der bisher gültigen Kreisfrequenz ω oberhalb von ω_g verschiedene Abstände k derjenigen Ereignisse i-k , zwischen denen die Zeitdifferenz ermittelt wird, in der Folge der vom Geber 53 registrierten Ereignisse gewählt werden.
2 veranschaulicht die Aufteilung eines physischen Encoders 52 in zwei virtuelle Encoder 52', 52". Der physische Encoder 52 hat entlang seines Umfangs eine Vielzahl von Markierungen 52a, die den Geber 53 zur Ausgabe eines Signals 53a veranlassen, wenn sie den Geber 53 passieren. Diese Markierungen 52a werden in alternierender Folge in Markierungen 52a', die dem ersten virtuellen Encoder 52' zugeordnet werden, und Markierungen 52a", die dem zweiten virtuellen Encoder 52" zugeordnet werden, aufgeteilt. Die Markierungen 52a' und 52a" sind daher zueinander versetzt.
Indem nun immer Paare von Ereignissen mit einem Abstand von 2 Ereignissen zueinander berücksichtigt werden, also i und i-2 einerseits und i-1 und i-3 andererseits, kann mit dem ersten virtuellen Encoder 52' eine erste Kreisfrequenz ω_A ermittelt werden. Mit dem zweiten virtuellen Encoder 52' kann eine zweite Kreisfrequenz ω_B ermittelt werden. Beide Kreisfrequenzen ω_A und ω_B können zu einem Endergebnis für die Kreisfrequenz ω des physischen Encoders 52 zusammengeführt werden.
3 veranschaulicht, wie sich das sukzessive Zuschalten weiterer virtueller Encoder 52', 52" auf die Pulsfrequenz f_P auswirkt, mit der neue Werte der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ώ ermittelt werden. Aufgetragen ist jeweils die Pulsfrequenz f_P über der Kreisfrequenz ω. Die gestrichelte Kurve A zeigt das Verhalten der bisherigen Auswertung benachbarter Ereignisse an einem physischen Encoder. Die durchgezogene Kurve B zeigt das Verhalten einer Auswertung, bei der beim Überschreiten des Schwellwerts ω_g für die Kreisfrequenz ω, und anschließend beim Überschreiten von 2*ω_g und 4*ω_g, auf zwei, vier bzw. acht virtuelle Encoder 52', 52'' umgeschaltet wird. Bei jedem Umschalten bricht die Pulsfrequenz f_P diskontinuierlich ein, um dann wieder linear zu steigen. Dabei bleibt die Pulsfrequenz f_P jedoch immer deutlich oberhalb der Nyquist-Grenze f_N der nachgeschalteten Verarbeitung, der die Kreisfrequenz ω und/oder die Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ zugeführt werden. Somit führt das Absinken der Pulsfrequenz f_P nicht zu einer Bandbreitenbegrenzung im System, die enger ist als die ohnehin schon vorhanden Begrenzungen.
4 veranschaulicht, wie sich das Zuschalten virtueller Encoder 52', 52" auf die Standardabweichung σ(ω̇̂) der geschätzten Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇̂ auswirkt. Analog zu 3 zeigt die gestrichelte Kurve A wieder das Verhalten der bisherigen Auswertung und die durchgezogene Kurve B das Verhalten der neuen Auswertung mit zwei, vier oder acht virtuellen Encodern 52', 52". Während bei der bisherigen Auswertung die Standardabweichung σ(ω̇̂) stetig ansteigt, wird mit jedem Zuschalten neuer virtueller Encoder 52', 52" die Standardabweichung σ(ω̇̂) zunächst diskontinuierlich zurückgefahren und steigt dann wieder deutlich langsamer an als zuvor.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Steuergeräts 60 in dem Zustand, in dem es in ein Fahrzeug 50 eingebaut ist. Das Fahrzeug 50 hat vier Räder 51a-51d, von denen der Übersichtlichkeit halber nur ein Rad 51a mit einem Encoder 52 und ein anderes Rad 51b mit einem Aktor 55 (etwa einer Bremse) versehen ist.
Der Encoder 52 wird mit einem Geber 53 abgetastet. Jede Markierung 52a des Encoders 52 ruft, wenn sie den Geber 53 bei der Drehung des Rades 51a passiert, ein Signal 53a des Gebers 53 hervor. Dieses Signale 53a werden über die Eingabeschnittstelle 61 des Steuergeräts 60 eingelesen. Die Messeinheit 62 des Steuergeräts ermittelt aus den Signalen 63a mit dem zuvor beschriebenen Verfahren 100 die aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades 51a. Hieraus ermittelt wiederum die Auswerteeinheit 63 ein Ansteuersignal 55a für den Aktor 55. Das Ansteuersignal 55a wird über die Ausgabeschnittstelle 64 des Steuergeräts 60 an den Aktor 55 ausgegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018218489 A1 [0003]

Claims

Verfahren (100) zum Ermitteln der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ eines Rades (51a-51d) eines Fahrzeugs (50) aus Signalen (53a) eines Gebers (53), der entlang eines Umfangs eines zu dem Rad des Fahrzeugs konzentrischen und mit diesem Rad verbundenen Encoders (52) angeordnete Markierungen (52a) abtastet, mit den Schritten: • es wird ein Zähler bereitgestellt (110), der in einem festen Zeittakt inkrementiert wird; • in Antwort auf ein Signal (53a) des Gebers (53) dahingehend, dass eine Markierung (52a) den Geber (53) passiert, wird ein aktueller Zählerstand n(i) in Assoziation mit diesem Ereignis i gespeichert (120); • aus den Zählerständen n(i), n(i-k), die sich auf zwei Ereignisse i, i-k beziehen, wird eine Zeitdifferenz Δt zwischen diesen beiden Ereignissen ermittelt (130), wobei der Abstand k zwischen diesen Ereignissen in der Folge der vom Geber (53) registrierten Ereignisse in Abhängigkeit der bisher gültigen Kreisfrequenz ω des Rades (51a-51d) variiert wird; • unter Heranziehung der Zeitdifferenz Δt wird die aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades (51a-51d) ermittelt (140).
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei • in Antwort darauf, dass die bisher gültige Kreisfrequenz ω unterhalb eines Schwellwerts ω_g liegt (131), zwei in der Folge der vom Geber (53) registrierten Ereignisse benachbarte Ereignisse i, i-1 als diejenigen Ereignisse gewählt werden (132), zwischen denen die Zeitdifferenz Δt ermittelt wird, und • in Antwort darauf, dass die bisher gültige Kreisfrequenz ω größer oder gleich dem Schwellwert ω_g ist, zwei in der Folge der vom Geber (53) registrierten Ereignisse nicht benachbarte Ereignisse i, i-k als diejenigen Ereignisse gewählt werden (133), zwischen denen die Zeitdifferenz Δt ermittelt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei der Schwellwert ω_g und der jenseits des Schwellwerts ω_g gültige neue Abstand k zwischen den Ereignissen i, i-k, zwischen denen die Zeitdifferenz Δt ermittelt wird, so gewählt wird (134), dass die Pulsfrequenz fp, mit der neue Werte der aktuellen Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ ermittelt werden, größer oder gleich einer vorgegebenen Grenzfrequenz f_g ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei die Grenzfrequenz f_g größer oder gleich der Nyquist-Frequenz eines Systems, dem die ermittelte Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ des Rades (51a-51d) zugeführt wird, gewählt wird (135).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei für mehrere verschiedene Bereiche der bisher gültigen Kreisfrequenz ω oberhalb von ω_g verschiedene Abstände k derjenigen Ereignisse i-k , zwischen denen die Zeitdifferenz ermittelt wird, in der Folge der vom Geber (53) registrierten Ereignisse gewählt werden (136).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei • in Antwort darauf, dass die bisher gültige Kreisfrequenz ω größer oder gleich dem Schwellwert ω_g ist, mehrere Zeitdifferenzen Δt' aus mehreren Paaren von Ereignissen i, i-k ermittelt werden (137), die jeweils in der Folge der vom Geber (53) registrierten Ereignisse in gleichen Abständen k zueinander liegen, wobei diese Paare in der Folge der Ereignisse zueinander versetzt sind; • aus diesen mehreren Zeitdifferenzen jeweils eine aktuelle Kreisfrequenz ω' und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇' des Rades (51a-51d) ermittelt wird (141) und • diese mehreren aktuellen Kreisfrequenzen ω' und/oder Kreisfrequenzbeschleunigungen ω̇' zu einem Endergebnis für die aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ zusammengeführt werden (142).
Verfahren (100) nach Anspruch 6, wobei Zweierpotenzen als Anzahlen der Paare von Ereignissen i, i-k gewählt werden (137a).
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei ein Encoder mit einer Anzahl Markierungen gewählt wird, die ohne Rest durch alle verwendeten Anzahlen der Paare von Ereignissen teilbar ist.
Steuergerät (60) für ein fahrdynamisches System eines Fahrzeugs (50), umfassend • eine Eingabeschnittstelle (61), die mit einem Geber (53) des Fahrzeugs (50) verbindbar ist, welcher entlang eines Umfangs eines zu dem Rad (51a-51d) des Fahrzeugs konzentrischen und mit diesem Rad (51a-51d) verbundenen Encoders (52) angeordnete Markierungen abtastet; • eine Messeinheit (62), die dazu ausgebildet ist, aus über die Eingabeschnittstelle (61) erhaltenen Signalen (53a) des Gebers (53) mit dem Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eine aktuelle Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ mindestens eines Rades (51a-51d) des Fahrzeugs (50) zu ermitteln, • eine Auswerteeinheit (63c), die dazu ausgebildet ist, aus dieser Kreisfrequenz ω und/oder Kreisfrequenzbeschleunigung ω̇ ein Ansteuersignal (55a) für mindestens einen Aktor (55) des Fahrzeugs (50) zu bilden, und • eine Ausgabeschnittstelle (64), die mit dem mindestens einen Aktor (55) des Fahrzeugs (50) verbindbar ist.
Computerprogramm, enthaltend maschinenlesbare Anweisungen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, den oder die Computer dazu veranlassen, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Maschinenlesbarer Datenträger und/oder Downloadprodukt mit dem Computerprogramm nach Anspruch 10.
Computer, ausgerüstet mit dem Computerprogramm nach Anspruch 10, und/oder mit dem maschinenlesbaren Datenträger und/oder Downloadprodukt nach Anspruch 11.