DE102021213696A1 - Procedure for accurate odometry in brake slip - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung eines Fahrzeugs, insbesondere zur Korrektur einer Fahrzeuggeschwindigkeit und zur Korrektur der Radgeschwindigkeiten. Es soll ein vereinfachtes Verfahren zur Schlupfkorrektur eines Fahrzeugs bereitgestellt werden, das mit weniger Sensordaten operieren kann. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: a) Aufzeichnen von Geschwindigkeitssignalen der Räder und Berechnen der Geschwindigkeitsänderungen, b) Tiefpassfilterung der Geschwindigkeitssignale, c) Limitieren auf Geschwindigkeitssignale mit Geschwindigkeitsänderung unterhalb einer Beschleunigungsschwelle A2, d) Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung aus der Geschwindigkeitsänderung des schnellsten der limitierten und gefilterten Geschwindigkeitssignale, e) Radschlupfberechnung aus der Differenz zwischen ungefilterten Geschwindigkeitssignal und dem schnellsten limitierten, gefilterten Geschwindigkeitssignal, f) Schlupfstreckenbestimmung wenn der Betrag der Differenz über einem Grenzwert liegt, g) Berechnen der tatsächlich gefahrenen Strecke des Fahrzeugs durch Addieren der zurückgelegten Strecke aller nicht-schlupfenden Räder, und Addieren eines vorgegebenen Bruchteils der berechneten Schlupfstrecken für jedes nicht-schlupfende Rad, und Dividieren dieser Summe durch die Anzahl der nicht-schlupfenden Räder.The invention relates to a method for determining the position of a vehicle, in particular for correcting a vehicle speed and for correcting the wheel speeds. A simplified method for slip correction of a vehicle is to be provided, which can operate with less sensor data. According to the invention, the method comprises the following steps: a) recording speed signals from the wheels and calculating the speed changes, b) low-pass filtering of the speed signals, c) limiting to speed signals with a speed change below an acceleration threshold A2, d) calculating the vehicle speed change from the speed change of the fastest of the limited ones and filtered speed signals, e) wheel slip calculation from the difference between the unfiltered speed signal and the fastest limited, filtered speed signal, f) slip distance determination if the amount of the difference is above a limit value, g) calculation of the distance actually driven by the vehicle by adding the distance traveled of all not - slipping wheels, and adding a predetermined fraction of the calculated slip distances for each non-slipping wheel, and dividing this sum by the number of non-slipping wheels.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagebestimmung eines Fahrzeugs, insbesondere zur Korrektur einer Fahrzeuggeschwindigkeit und zur Korrektur der Radgeschwindigkeiten.The present invention relates to a method for determining the position of a vehicle, in particular for correcting a vehicle speed and for correcting the wheel speeds.
Aus
In der Literatur gibt es mehrere Untersuchungen und Verfahren zur Ermittlung des Radschlupfes bei einem fahrenden Fahrzeug auf der Straße. Bei den meisten dieser Verfahren werden jedoch neben den Raddrehzahlsensoren weitere Sensoren eingesetzt, die das System noch komplexer machen, wie z. B. die Trägheitsmesseinheit (IMU) und/oder Positionsbestimmungssensoren (z. B. GPS, Global Positioning Satellite), um die Beschleunigungsdaten zu nutzen und zu ermitteln, wie viel sich das Fahrzeug tatsächlich bewegt hat, und um die von den Raddrehzahlsensoren gemessenen Radumdrehungen zu vergleichen. Diesbezügliche Grundlagen werden z. B. beschrieben in Chris C. Ward und Karl lagnemma, „Model-Based Wheel Slip Detection for Outdoor Mobile Robots“, 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation.There are several studies and methods in the literature for determining the wheel slip of a moving vehicle on the road. In most of these methods, however, other sensors are used in addition to the wheel speed sensors, which make the system even more complex, such as B. the Inertial Measurement Unit (IMU) and/or positioning sensors (e.g. GPS, Global Positioning Satellite) to use the acceleration data to determine how much the vehicle has actually moved and to calculate the wheel revolutions measured by the wheel speed sensors compare. Relevant basics are z. B. Described in Chris C. Ward and Karl Lagnemma, "Model-Based Wheel Slip Detection for Outdoor Mobile Robots", 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation.
Das Problem des in der
Beim autonomen Fahren und insbesondere beim automatischen Einparken ist die Fahrzeug-Odometrie eine kritische und wesentliche Komponente, um das Fahrzeug in der Umgebung zu lokalisieren, und viele andere Komponenten hängen von ihrer Genauigkeit ab (z. B. environmentale Modellierung, Computer Vision, Traktionskontrolle usw.). Die Aufgabe der Odometriekomponente besteht darin, die fahrzeuginternen Sensoren (Raddrehzahlsensoren, Trägheitsmessgeräte, GPS usw.) zu nutzen, um den Umfang der Fahrzeugbewegung und -drehung mit der von den Benutzerkomponenten geforderten Genauigkeit zu schätzen. Eine der Anforderungen an die Odometrie besteht darin, die Bewegung und Drehung des Fahrzeugs auch unter verschiedenen Umgebungsbedingungen (z. B. Schnee, vereiste Straßen usw.) genau zu bestimmen. Gleichzeitig ist es wünschenswert, wenn auch mit einer begrenzten Anzahl an Sensorinformationen (z. B. für Fahrzeuge mit einer Basisausstattung also weniger Sensoren) und / oder bei Ausfall eines oder mehrerer der Zusatzsensoren (Trägheitsmessgeräte, GPS, Bremsdaten des Bremssystems etc.) eine zufriedenstellende Lagebestimmung durch das Fahrerassistenzsystem möglich ist.In autonomous driving and in particular in automated parking, vehicle odometry is a critical and essential component to locate the vehicle in the environment, and many other components depend on its accuracy (e.g. environmental modelling, computer vision, traction control, etc .). The job of the odometry component is to use the onboard sensors (wheel speed sensors, inertial sensors, GPS, etc.) to estimate the amount of vehicle movement and rotation with the accuracy required by the user components. One of the requirements of odometry is to accurately determine the movement and rotation of the vehicle even under different environmental conditions (e.g. snow, icy roads, etc.). At the same time, it is desirable, albeit with a limited amount of sensor information (e.g. for vehicles with a basic equipment, i.e. fewer sensors) and / or in the event of failure of one or more of the additional sensors (inertial measuring devices, GPS, braking data from the braking system, etc.), a satisfactory one Position determination by the driver assistance system is possible.
Ein Problem für eine zuverlässige Lagebestimmung allein aus Raddrehzahlsensoren stellt die Erkennung von Radschlupf dar, während das Fahrzeug entweder durch starkes Bremsen oder auf Straßen mit geringer Reibung an der Grenze der Straßenhaftung abgebremst wird. Dieses Phänomen verschlechtert die Genauigkeit der Odometrie, da die Raddrehung im Vergleich zur tatsächlichen Fahrzeugbewegung nicht realistisch ist. Eines oder mehrere Räder verlieren also zeitweise die Bodenhaftung und können sich schneller (bei geringer Reibung) oder langsamer (bei starkem Bremsen) bewegen als dies entsprechend der tatsächlich zurückgelegten Fahrzeugstrecke zu erwarten wäre.A problem for reliable attitude determination from wheel speed sensors alone is the detection of wheel slip while the vehicle is slowed down either by hard braking or on low-friction roads at the limit of road grip. This phenomenon degrades the accuracy of the odometry as the wheel rotation is not realistic compared to the actual vehicle motion. As a result, one or more wheels lose traction temporarily and may move faster (under low friction) or slower (under heavy braking) than would be expected based on the vehicle's actual distance travelled.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein möglichst einfaches Verfahren zur Bestimmung und Korrektur von Radschlupf bereitzustellen.The object of the invention is to provide a method for determining and correcting wheel slip that is as simple as possible.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
- a) Aufzeichnen von Geschwindigkeitssignalen der Geschwindigkeitssensoren mehrerer Räder des Fahrzeugs und Berechnen der Geschwindigkeitsänderungen für jedes Geschwindigkeitssignal,
- b) Anwenden einer Tiefpassfilterung auf die einzelnen Geschwindigkeitssignale der Räder um Rauschen in den Signalen mit Geschwindigkeitsänderungen oberhalb einer ersten Beschleunigungsschwelle A1 herauszufiltern und gefilterte Geschwindigkeitssignale zu erhalten,
- c) Limitieren auf solche der gefilterten Geschwindigkeitssignale, deren Geschwindigkeitsänderung sich unterhalb einer zweiten Beschleunigungsschwelle A2 befindet,
- d) Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung aus der Geschwindigkeitsänderung des schnellsten der limitierten und gefilterten Geschwindigkeitssignale,
- e) Berechnen des Radschlupfes jedes Rades durch Differenzbildung zwischen den jeweiligen ungefilterten, unlimitierten Geschwindigkeitssignal und dem Geschwindigkeitssignal des schnellsten der limitierten, gefilterten Geschwindigkeitssignale,
- f) Bestimmen, für jedes der Räder, dass das Rad schlupft, wenn der Betrag der jeweiligen in e) gebildeten Differenz über einem Grenzwert liegt, und wenn nein, Berechnen einer zurückgelegten Schlupfstrecke für jedes nicht schlupfende Rad,
- g) Berechnen der tatsächlich gefahrenen Strecke des Fahrzeugs durch:
- - Addieren der zurückgelegten Strecke aller Räder, die nicht als schlupfend bestimmt wurden, und
- - Addieren eines vorgegebenen Bruchteils der berechneten Schlupfstrecken für jedes nicht als schlupfend bestimmte Rad, und
- - Dividieren dieser Summe durch die Anzahl der nicht-schlupfenden Räder.
- a) recording speed signals from the speed sensors of several wheels of the vehicle and calculating the speed changes for each speed signal,
- b) applying low-pass filtering to the individual speed signals of the wheels in order to filter out noise in the signals with speed changes above a first acceleration threshold A 1 and to obtain filtered speed signals,
- c) Limiting to those of the filtered speed signals whose change in speed is below a second acceleration threshold A 2 ,
- d) calculating the vehicle speed change from the speed change the fastest of the limited and filtered speed signals,
- e) calculating the wheel slip of each wheel by forming the difference between the respective unfiltered, unlimited speed signal and the speed signal of the fastest of the limited, filtered speed signals,
- f) determining, for each of the wheels, that the wheel is slipping if the amount of the respective difference formed in e) is above a limit value, and if not, calculating a slip distance covered for each non-slipping wheel,
- g) calculating the actual distance traveled by the vehicle by:
- - summing the distance traveled of all wheels not determined to be slipping, and
- - adding a predetermined fraction of the calculated slip distances for each wheel not determined to be slipping, and
- - Divide this sum by the number of non-slipping wheels.
Das erfindungsgemäße Verfahren zielt darauf ab, die Genauigkeit der Fahrzeug-Odometrie auf einfache Weise (also mit weniger Sensoren) insbesondere in Fahrsituationen zu verbessern, in denen das Fahrzeug an der Grenze der Straßenhaftung abgebremst wird oder die Straßenhaftung aus anderen Gründen reduziert ist. Dies kann entweder bei starkem Bremsen oder bei geringer Reibung der Fahrbahnoberfläche (z. B. aufgrund von Laub, Wasser, Eis etc.) der Fall sein. Die Räder können in Schlupf gebremst werden, was bedeutet, dass sie sich langsamer drehen, als dies bei der Fahrzeuggeschwindigkeit zu erwarten wäre. Gleichzeitig werden sie durch das Antiblockiersystem (ABS) individuell moduliert. Die Berücksichtigung der Radgeschwindigkeit der Räder mit starkem Schlupf bei der Bestimmung des zurückgelegten Fahrwegs führt zu einer Verschlechterung der Genauigkeit der Fahrzeug-Odometrie.The method according to the invention aims to improve the accuracy of the vehicle odometry in a simple manner (that is to say with fewer sensors), particularly in driving situations in which the vehicle is braked at the limit of road adhesion or road adhesion is reduced for other reasons. This can be the case either with heavy braking or with low friction of the road surface (e.g. due to leaves, water, ice, etc.). The wheels can be braked into slip, meaning they rotate slower than would be expected at vehicle speed. At the same time, they are individually modulated by the anti-lock braking system (ABS). Taking into account the wheel speed of the wheels with strong slip when determining the distance covered leads to a deterioration in the accuracy of the vehicle odometry.
Die erfindungsgemäße Lösung schlägt nun ein einfaches Verfahren vor um Räder mit starkem Schlup zu identifizieren und deren zugehörigen Fahrweg temporär nicht in die Fahrwegberechnung eingehen zu lassen. Gleichzeitig weisen aber auch die übrigen Räder regelmäßig, insbesondere in Bremssituationen, einen leichten Schlupf auf, der ebenfalls die gemessene Fahrtstrecke gegenüber der tatsächlich zurückgelegten Strecke verfälscht. Daher wird erfindungsgemäß für diese nicht als (stark) schlupfend bestimmten Räder ein vorgegebener Bruchteil der für sie berechneten Schlupfstrecken hinzuaddiert. Die Erfinder haben festgestellt, dass sich mit diesem Vorgehen die tatsächlich zurückgelegte Fahrtstrecke mit guter Genauigkeit näherungsweise bestimmen lässt. Dabei sind im Gegensatz zum Stand der Technik keine Daten des Bremssystems oder zusätzliche Sensordaten wie von Trägheitssensoren oder GPS notwendig. Somit eignet sich das Verfahren sowohl für möglichst einfache und kostengünstige Fahrassistenzsysteme als auch als Redundanz für komplexere Systeme z. B. um einen Sensorausfall zu überbrücken.The solution according to the invention now proposes a simple method for identifying wheels with strong slip and for temporarily not including their associated route in the route calculation. At the same time, however, the other wheels also regularly exhibit slight slip, particularly in braking situations, which also falsifies the measured distance compared to the distance actually covered. Therefore, according to the invention, a predetermined fraction of the slip distances calculated for these wheels is added for those wheels that are not determined to be (strongly) slipping. The inventors have found that this procedure can be used to approximately determine the route actually covered with good accuracy. In contrast to the prior art, no data from the braking system or additional sensor data such as from inertial sensors or GPS are required. The method is therefore suitable both for the simplest and most cost-effective driver assistance systems possible and as redundancy for more complex systems, e.g. B. to bridge a sensor failure.
Das Verfahren zielt primär auf vierrädrige Fahrzeuge wie Pkw, kann aber prinzipielle auch für Fahrzeuge mit einer anderen Radanzahl Verwendung finden. Verweise auf die Vorderräder / Hinterräder sind daher erläuternd und nicht einschränkend zu verstehen.The method is primarily aimed at four-wheeled vehicles such as passenger cars, but can in principle also be used for vehicles with a different number of wheels. References to the front wheels / rear wheels are therefore to be understood as illustrative and not restrictive.
Das Verfahren wird vorzugsweise iterativ in festen Zeitabständen ausgeführt, z. B. alle 5-20 ms, was auch der Abtastrate der Raddrehzahlsensoren entsprechen kann. Es wird also für die Berechnung von Geschwindigkeitsänderungen / Beschleunigungen zumindest auf den zuvor gemessenen Geschwindigkeitswert des jeweiligen Rades zurückgegriffen.The method is preferably carried out iteratively at fixed time intervals, e.g. B. every 5-20 ms, which can also correspond to the sampling rate of the wheel speed sensors. At least the previously measured speed value of the respective wheel is used for the calculation of speed changes/accelerations.
Zunächst werden in Schritt b) die Radgeschwindigkeitssignale gefiltert, um das Messrauschen zu reduzieren. Die Zeitkonstante des Filters wird so gewählt, dass unphysikalisch hohe Geschwindigkeitsänderungen herausgefiltert werden aber Geschwindigkeitsänderungen, die mit einem Schlupf des Rades zusammenhängen könnten, erhalten bleiben. Dadurch kann das Verfahren erheblich zuverlässiger gemacht werden.First, in step b), the wheel speed signals are filtered in order to reduce the measurement noise. The time constant of the filter is chosen in such a way that unphysically high speed changes are filtered out, but speed changes that could be related to wheel slip are retained. As a result, the method can be made considerably more reliable.
Im nächsten Schritt c) wird auf die gefilterten Geschwindigkeitssignale, deren Geschwindigkeitsänderung sich unterhalb einer zweiten Beschleunigungsschwelle A2 befindet, begrenzt (limitiert). Dies geschieht, da ein typisches Straßenfahrzeug nicht mehr als mit einer bestimmten Beschleunigung abbremsen oder beschleunigen kann. Wenn sich die Radgeschwindigkeit schneller ändert, muss dies auf Radschlupf zurückzuführen sein (wobei die Filterung schon potenzielles Signalrauschen entfernt hat). Limitierte Geschwindigkeitssignale sind also im Folgenden solche Geschwindigkeitssignale, die sich unterhalb der zweiten Beschleunigungsschwelle befinden.In the next step c), the filtered speed signals whose speed change is below a second acceleration threshold A 2 are limited (limited). This occurs because a typical road vehicle cannot decelerate or accelerate more than a certain amount of acceleration. If the wheel speed is changing more rapidly, this must be due to wheel slip (where the filtering has already removed potential signal noise). In the following, limited speed signals are therefore speed signals that are below the second acceleration threshold.
In Schritt d) wird unter den gefilterten und limitierten Geschwindigkeitssignalen das schnellste Rad gesucht. Dies ist das Rad mit dem geringsten Schlupf und die beste Wahl zur Bestimmung der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit.In step d), the fastest wheel is searched for among the filtered and limited speed signals. This is the wheel with the least amount of slip and is the best choice for determining actual vehicle speed.
Bei e) wird berechnet, wie groß der Radschlupf jedes Rades ist durch Differenzbildung zwischen den jeweiligen ungefilterten, unlimitierten Geschwindigkeitssignal und dem Geschwindigkeitssignal des schnellsten der limitierten, gefilterten Geschwindigkeitssignale.In e) it is calculated how large the wheel slip of each wheel is by forming the difference between the respective unfiltered, unlimited speed signal and the speed signal of the fastest of the limited, filtered speed signals.
In Schritt f) wird schließlich für jedes der Räder bestimmt, dass das Rad schlupft, wenn der Betrag der jeweiligen in e) gebildeten Differenz über einem Grenzwert liegt, und wenn nein, wird eine zurückgelegte Schlupfstrecke für jedes nicht schlupfende Rad berechnet. Damit wird sichergestellt, dass kein Signalrauschen oder kleine Abweichungen der Raddrehzahlen schon als relevanter Schlupf identifiziert werden, sondern nur Schlupf einer relevanten Stärke. Wie zuvor beschrieben weisen auch die als nicht schlupfend bestimmten Räder regelmäßig einen leichten Schlupf auf (insbesondere in Bremssituationen).Finally, in step f) it is determined for each of the wheels that the wheel is slipping if the amount of the respective difference formed in e) is above a limit value, and if not, a slip distance covered is calculated for each non-slipping wheel. This ensures that no signal noise or small deviations in the wheel speeds are identified as relevant slip, but only slip of a relevant magnitude. As described above, the wheels determined to be non-slip also regularly exhibit slight slip (especially in braking situations).
Mit den in den vorherigen Schritten ermittelten Daten wird schließlich in Schritt g) die tatsächlich gefahrene Strecke des Fahrzeugs berechnet durch Addieren der zurückgelegten Strecke aller Räder, die nicht als schlupfend bestimmt wurden, und Addieren eines vorgegebenen Bruchteils der berechneten Schlupfstrecken für jedes nicht als schlupfend bestimmte Rad, und Dividieren dieser Summe durch die Anzahl der nicht-schlupfenden Räder. Die Erfinder haben festgestellt, dass sich die tatsächlich gefahrene Strecke des Fahrzeugs recht genau approximieren lässt, wenn ein korrigierter Mittelwert der zurückgelegten Strecke aller nicht-schlupfenden Räder berechnet wird, in den (zumindest in manchen Situationen, dazu später mehr) ein Bruchteil der berechneten Schlupfstrecken der nicht schlupfenden Räder miteingerechnet wird. Es werden also bei der Berechnung die stark schlupfenden Räder nicht mit einbezogen und gleichzeitig für die übrigen (nicht als schlupfend bestimmten) Räder eine Korrektur für deren leichten Schlupf eingerechnet.Finally, using the data determined in the previous steps, in step g) the actual distance traveled by the vehicle is calculated by adding the distance traveled for all wheels not determined to be slipping and adding a predetermined fraction of the calculated slip distances for each wheel not determined to be slipping wheel, and dividing this sum by the number of non-slipping wheels. The inventors have found that the actual distance traveled by the vehicle can be approximated fairly accurately by calculating a corrected average of the distance traveled for all non-slipping wheels which are (at least in some situations, more on that later) a fraction of the calculated slipping distances of the non-slipping wheels is included. The heavily slipping wheels are therefore not included in the calculation and at the same time a correction for the slight slippage of the other wheels (not determined as slipping) is calculated.
Es ist bevorzugt, wenn in Schritt g) der vorgegebene Bruchteil der berechneten Schlupfstrecken zwischen 4 % und 20 %, bevorzugt zwischen 7 % und 15 %, besonders bevorzugt etwa 8 %, beträgt. Wenn das Fahrzeug gebremst wird, aber keines der Räder schlupft, ist dies ein Hinweis darauf, dass das Griffigkeitsniveau nicht erreicht wurde. Es kann jedoch noch Schlupf durch starkes Bremsen auftreten, der noch unter dem Griffigkeitsniveau liegt. Dieser Schlupf kann bereits die Genauigkeit der Fahrzeug-Odometrie beeinträchtigen, da sich die Räder bereits langsamer drehen, als sich das Fahrzeug bewegt. Hier wird „hohe Reibung“ angenommen und eine lineare Charakteristik der entsprechenden µ-Schlupfkurve verwendet. Die µ-Schlupfkurve der aktuellen Straßenreibung kann nicht gewählt werden, da im Allgemeinen weder der Straßenbelag noch die Bremskraft bekannt ist. Vereinfachend kann jedoch eine lineare Charakteristik angenommen werden und der Schlupf wird zu einer linearen Funktion der Verzögerung. Grob genähert beträgt der Schlupf bei 10 m/s2 etwa 8 % und bei 5 m/s2 4 % mit diesen vereinfachenden Annahmen. Wenn eines der Räder schlüpft, sollte die Grenze des Griffigkeitsniveaus erreicht sein. Wird 10 m/s2 als maximale praktische Bremsbeschleunigung angenommen so ergibt sich ein vorgegebener Bruchteil von etwa 8% für die Schlupfkorrektur. Dieser Schlupf wird zu den einzelnen Radverschiebungen der nicht schlupfenden Räder addiert. Es lässt sich aber auch in einem breiteren Parameterbereich noch eine Verbesserung der Odometrie erreichen.It is preferred if in step g) the specified fraction of the calculated slip distances is between 4% and 20%, preferably between 7% and 15%, particularly preferably about 8%. If the vehicle is braked but none of the wheels are slipping, this is an indication that the grip level has not been reached. However, hard braking slip can still occur, which is still below the grip level. This slippage can already affect the accuracy of vehicle odometry since the wheels are already turning slower than the vehicle is moving. Here "high friction" is assumed and a linear characteristic of the corresponding µ-slip curve is used. The µ-slip curve of the current road friction cannot be selected, since in general neither the road surface nor the braking force is known. However, for simplification, a linear characteristic can be assumed and slip becomes a linear function of deceleration. Roughly approximated, the slip at 10 m/s 2 is about 8% and at 5 m/s 2 4% with these simplifying assumptions. If one of the wheels is slipping, the grip level limit should be reached. If 10 m/s 2 is assumed to be the maximum practical braking acceleration, this results in a predetermined fraction of about 8% for the slip correction. This slip is added to the individual wheel displacements of the non-slipping wheels. However, an improvement in the odometry can also be achieved in a broader range of parameters.
Im Rahmen dieser Anmeldung kann „etwa“ z. B. so verstanden werden, dass auch eine Abweichung von ± 10% vom genannten Wert noch mitumfasst sein soll.In the context of this application, "about" z. B. be understood that a deviation of ± 10% from the stated value should still be included.
Vorzugsweise werden nach Schritt c) die folgenden Schritte durchgeführt werden: c1) Bestimmen, dass ein Rad gebremst wird, falls sich die Geschwindigkeit eines gefilterten und limitierten Geschwindigkeitssignals verringert, und c2) Bestimmen, dass das Fahrzeug gebremst wird, falls in Schritt c1) mehr als zwei Räder als gebremst bestimmt wurden. Wenn die Radgeschwindigkeit in den nachfolgenden Zeitschritten des Algorithmus immer langsamer wird, gilt das Rad als gebremst. Wenn mindestens zwei Räder langsamer werden, gilt das gesamte Fahrzeug als gebremst. Dies ist im Folgenden wichtig, um ein Durchdrehen der Räder beim Beschleunigen oder einen Bremsschlupf zu erkennen und zu unterscheiden.Preferably, after step c), the following steps are performed: c1) determining that a wheel is braked if the speed of a filtered and limited speed signal decreases, and c2) determining that the vehicle is braked if more in step c1). when two wheels were determined to be braked. If the wheel speed gets slower and slower in the subsequent time steps of the algorithm, the wheel is considered to be braked. If at least two wheels slow down, the entire vehicle is deemed to have braked. In the following, this is important in order to recognize and differentiate between wheel spin when accelerating and brake slip.
Alternativ erfolgt die Bestimmung, dass das Fahrzeug gebremst wird, durch eine vom Bremssystem erhaltene Information. Die Information kann dabei direkt oder indirekt vom Bremssystems erhalten werden. Beispielsweise kann die Aktivierung des Bremslichtschalters des Fahrzeugs oder die Information über einen gemessenen Bremsdruck oberhalb eines Grenzwertes, welcher durch das Bremspedal oder eine bremsende Assistenzfunktion erzeugt wird, ausgewertet werden.Alternatively, the determination that the vehicle is being braked is made by information obtained from the brake system. The information can be obtained directly or indirectly from the braking system. For example, the activation of the vehicle's brake light switch or the information about a measured brake pressure above a limit value, which is generated by the brake pedal or a braking assistance function, can be evaluated.
In einer Ausführungsform werden Schritte e), f) und g) nur dann durchgeführt werden, wenn bestimmt wurde, dass das Fahrzeug gebremst wird, und andernfalls erfolgt in ein
- h) Berechnen der tatsächlich gefahrenen Strecke des Fahrzeugs durch:
- - Addieren der zurückgelegten Strecke aller limitierten Räder, und
- - Dividieren dieser Summe durch die Anzahl aller limitierten Räder.
- h) calculating the actual distance traveled by the vehicle by:
- - adding up the distance traveled by all limited bikes, and
- - Divide this sum by the number of all limited bikes.
Wird eine Bremssituation festgestellt, so wird das erfindungsgemäße Verfahren wie in Schritten e-g) beschrieben ausgeführt. Wird aber keine klare Bremssituation festgestellt (also z. B. Schlupf beim Beschleunigen oder allgemein Schlupf der Räder aufgrund schlechter Bodenhaftung) so hat sich herausgestellt, dass es am vorteilhaftesten ist, lediglich diejenigen Räder, deren Geschwindigkeitsänderung sich über der zweiten Beschleunigungsschwelle befindet bei der Berechnung der tatsächlich gefahrenen Strecke des Fahrzeugs herauszurechnen und keine zusätzliche Schlupfkorrektur wie in Schritt g) vorzunehmen.If a braking situation is detected, the method according to the invention is carried out as described in steps eg). However, if no clear braking situation is determined (e.g. slip when accelerating or slip of the wheels in general due to poor road grip), it has been found that it is most advantageous to only calculate those wheels whose speed change is above the second acceleration threshold calculated from the distance actually traveled by the vehicle and not to undertake any additional slip correction as in step g).
Bevorzugt werden nach Schritt a) im gesamten Verfahren normierte Geschwindigkeitssignale der Räder verwendet, die folgendermaßen aus den gemessenen Geschwindigkeitssignalen der Räder berechnet werden:
- a1) Aufzeichnen eines Hinterachsen-Geschwindigkeitssignals in der Mitte einer Fahrzeug-Hinterachse sowie mindestens eines Einschlagwinkels der Vorderräder,
- a2) Berechnen eines normierten Geschwindigkeitssignals für jedes der Räder aus den gemessenen Geschwindigkeitssignalen und dem Hinterachsen-Geschwindigkeitssignal sowie mindestens einem Einschlagwinkel der Vorderräder, sodass Unterschiede in der gefahrenen Strecke der Räder aufgrund einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs reduziert werden.
- a1) recording a rear axle speed signal in the center of a vehicle rear axle and at least one steering angle of the front wheels,
- a2) Calculating a normalized speed signal for each of the wheels from the measured speed signals and the rear axle speed signal and at least one steering angle of the front wheels, so that differences in the distance traveled by the wheels due to cornering of the vehicle are reduced.
Während der Kurvenfahrt des Fahrzeugs sind die Radgeschwindigkeiten unterschiedlich, weil die Räder auf unterschiedlichen Kurvenradien fahren. Das Rad an der Kurvenaußenseite dreht schneller durch als das Rad an der Kurveninnenseite. Wird dies nicht korrigiert könnte fälschlicherweise Radschlupf erkannt werden. Deshalb wird die Radgeschwindigkeit der einzelnen Räder auf die entsprechende Geschwindigkeit in der Mitte der Hinterachse normiert. Derartige Korrekturen der Radgeschwindigkeiten in Kurven sind dem Fachmann zwar grundsätzlich bekannt und können auf verschiedene Arten (mit verschiedener Genauigkeit) durchgeführt werden. Dies wird im Detail mit Verweis auf
In einer Ausführungsform verwendet die Tiefpassfilterung einen PT1-Filter, der vorzugsweise eine Zeitkonstante T mit 0,05 s < T < 0,01 s, besonders bevorzugt etwa T = 0,02 s, aufweist. Ein PT1-Filter (auch PT1-Glied genannt) ist in der Regelungstechnik als einfacher Tiefpassfilter bekannt und ist für die vorliegend erforderliche relativ grobe Rauschfilterung völlig ausreichend zur Herausfilterung extrem schneller Geschwindigkeitsänderungen, die praktisch nur auf Rauschen zurückzuführen sein können.In one embodiment, the low-pass filtering uses a PT1 filter, which preferably has a time constant T of 0.05 s<T<0.01 s, particularly preferably about T=0.02 s. A PT1 filter (also called a PT1 element) is known in control engineering as a simple low-pass filter and is completely sufficient for the relatively coarse noise filtering required here for filtering out extremely fast changes in speed, which can practically only be attributed to noise.
Bevorzugt liegt die erste Beschleunigungsschwelle A1 im Bereich 50 m/s2 < A1 < 200 m/s2, besonders bevorzugt bei etwa 100 m/s2. Das Geschwindigkeitsänderungen oberhalb einer solchen ersten Beschleunigungsschwelle A1 herausgefiltert werden ist hier und auch allgemeiner so zu verstehen, dass beispielsweise eine Unterdrückung derartig hochfrequenter Signalanteile um mindestens 10 db, bevorzugt um mindestens 20 db, besonders bevorzugt um mindestens 30 db durch die Tiefpassfilterung für Frequenzanteile erzielt wird, die Geschwindigkeitsänderungen oberhalb der ersten Beschleunigungsschwelle A1 entsprechen.The first acceleration threshold A 1 is preferably in the range of 50 m/s 2 <A 1 <200 m/s 2 , particularly preferably around 100 m/s 2 . The fact that speed changes above such a first acceleration threshold A 1 are filtered out is to be understood here and also more generally in such a way that, for example, such high-frequency signal components are suppressed by at least 10 db, preferably by at least 20 db, particularly preferably by at least 30 db, by the low-pass filtering for frequency components is, which correspond to changes in speed above the first acceleration threshold A 1 .
Es ist bevorzugt, wenn die zweite Beschleunigungsschwelle A2 im Bereich 8 m/s2 < A2 < 12 m/s2, besonders bevorzugt bei etwa 10 m/s2, liegt. In diesem Bereich enden üblicherweise Beschleunigungen die ein PKW mit voller Straßenhaftung ausführen kann und höhere Beschleunigungen eines Rades sind daher in der Regel auf einen Schlupf des entsprechenden Rades zurückzuführen.It is preferred if the second acceleration threshold A 2 is in the range of 8 m/s 2 <A 2 <12 m/s 2 , particularly preferably around 10 m/s 2 . Accelerations that a car can carry out with full road grip usually end in this range, and higher accelerations of a wheel are therefore usually due to slippage of the corresponding wheel.
Die Erfindung betrifft auch eine Fahrerassistenzsystem, das dazu eingerichtet ist ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen durchzuführen. Das Fahrerassistenzsystem kann dazu eine entsprechende Software oder Firmware umfassen, die wenn sie ausgeführt wird ein derartiges Verfahren durchführt. Es ist aber auch vorstellbar eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung in das Fahrerassistenzsystem zu integrieren, die dazu eingerichtet ist, dass erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.The invention also relates to a driver assistance system that is set up to carry out a method according to one of the above embodiments. For this purpose, the driver assistance system can include corresponding software or firmware, which carries out such a method when it is executed. However, it is also conceivable to integrate an application-specific integrated circuit into the driver assistance system, which is set up to carry out the method according to the invention.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert werden.The characteristics, features and advantages of the present invention described above, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which are explained in connection with the drawings.
Es zeigen:
-
1 ein beispielhaftes Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, -
2 eine schematische Darstellung der Radgeschwindigkeitskorrektur bei Kurvenfahrt.
-
1 an exemplary flowchart of a method according to the invention, -
2 a schematic representation of the wheel speed correction when cornering.
In
In Schritt 100 wird für das jeweilige Rad das Geschwindigkeitssignal des zugehörigen Geschwindigkeitssensors aufgezeichnet.In
In Schritt 110 wird dann ein Hinterachsen-Geschwindigkeitssignal in der Mitte einer Fahrzeug-Hinterachse sowie mindestens ein Einschlagwinkel der Vorderräder aufgezeichnet, und ein normiertes Geschwindigkeitssignal für das Rad aus dem gemessenen Geschwindigkeitssignal und dem Hinterachsen-Geschwindigkeitssignal sowie mindestens einem Einschlagwinkel der Vorderräder berechnet, sodass Unterschiede in der gefahrenen Strecke der Räder aufgrund einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs reduziert werden.In
In Schritt 120 wird eine Tiefpassfilterung auf das einzelne normierte Geschwindigkeitssignal des Rades angewendet um Rauschen in dem Signal mit Geschwindigkeitsänderungen oberhalb einer ersten Beschleunigungsschwelle A1 (z. B. 100 m/s2) herauszufiltern und ein gefiltertes (normiertes) Geschwindigkeitssignal zu erhalten.In
Bei Schritt 130 wird auf solche der gefilterten Geschwindigkeitssignale limitiert, deren Geschwindigkeitsänderung sich unterhalb einer zweiten Beschleunigungsschwelle A2 (z. B. 10 m/s2) befinden.In
In Schritt 140 wird bestimmt, dass ein Rad gebremst wird, falls sich die Geschwindigkeit des gefilterten und limitierten Geschwindigkeitssignals verringert. Hier wird also mit mindestens einem vorherigen Geschwindigkeitswert desselben Rades verglichen um die Geschwindigkeitsänderung für das entsprechende Rad aus dem Zeitverlauf des Geschwindigkeitssignals zu berechnen. Räder, deren Geschwindigkeitsänderung oberhalb von A2 liegen, werden also nicht als gebremst bestimmt.In
Wenn die Schleife von 100-140 für alle Räder ausgeführt ist, wird in Schritt 150 nach dem schnellsten Rad gesucht unter den normierten und gefilterten Geschwindigkeitssignalen. In Schritt 160 wird auch hier auf solche Räder limitiert, deren Geschwindigkeitsänderung unterhalb von A2 liegt. In Schritt 170 wird dann die Fahrzeugbeschleunigung (oder Abbremsung) aus der Geschwindigkeitsänderung des schnellsten der limitierten, gefilterten und normierten Räder berechnet, da dies regelmäßig die tatsächliche Beschleunigung des Fahrzeugs am besten repräsentiert.When the 100-140 loop is completed for all wheels, in
In Schritt 180 wird dann bestimmt, dass das Fahrzeug als Ganzes abbremst, wenn mehr als zwei Räder als bremsend in Schritt 140 der jeweiligen Schleife bestimmt wurden.In
Von 190 bis 240 / 250 läuft erneut eine Schleife über alle Räder ab, die sich vor allem darin unterscheidet ob in Schritt 180 festgestellt wurde, ob das Fahrzeug bremst oder nicht. Wurde nicht festgestellt, dass das Fahrzeug bremst, so wird in Schritt 200 für alle limitierten Räder (Geschwindigkeitsänderung < A2) zur Berechnung der tatsächlich gefahrenen Strecke des Fahrzeugs die sich aus der gefilterten und normierten Radgeschwindigkeit ergebende Wegstrecke des jeweiligen Rades addiert und in Schritt 260 durch die Anzahl dieser limitierten Räder dividiert um eine gemittelte tatsächlich gefahrene Strecke des Fahrzeugs (ohne Einbeziehung der schlupfenden Räder) zu berechnen.From 190 to 240/250, a loop runs over all wheels again, which mainly differs in whether it was determined in
Wird hingegen in Schritt 180 festgestellt, dass das Fahrzeug bremst, erfolgt in der Schleife 190 bis 240/ 250 eine Korrektur um die Schlupfbeiträge zur Wegstrecke bei starkem Bremsen zu berücksichtigen. Für jedes Rad wird dann in Schritt 210 der Radschlupf durch Differenzbildung zwischen dem jeweiligen ungefilterten (aber normierten) Geschwindigkeitssignal und dem Geschwindigkeitssignal des schnellsten der limitierten, gefilterten (und normierten) Geschwindigkeitssignale.If, on the other hand, it is determined in
In Schritt 220 wird dann bestimmt, für jedes der Räder, dass das Rad schlupft, wenn der Betrag der jeweiligen in Schritt 210 gebildeten Differenz über einem Grenzwert liegt.In
In Schritt 230 wird dann für jedes Rad unterschieden, ob es als schlupfend bestimmt wurde in Schritt 220 und wenn nein, so wird die gesamte Radwegstrecke aus der normierten und gefilterten Radgeschwindigkeit berechnet und für die Berechnung des tatsächlich zurückgelegten Fahrtweges des Fahrzeugs addiert. Dann wird für jedes nicht als schlupfend bestimmte Rad weiterhin ein vorgegebener Bruchteil (z. B. 8%) der für dieses Rad (in Schritt 210) berechneten Schlupfstrecke für die Berechnung des tatsächlich zurückgelegten Fahrtweges des Fahrzeugs addiert. Die so erhaltene Summe der Fahrtwegbeiträge der Räder wird dann in Schritt 260 durch die Anzahl der nicht-schlupfenden Räder dividiert um eine gemittelte tatsächlich gefahrene Strecke des Fahrzeugs (mit verringerter Einbeziehung der schlupfenden Räder) zu berechnen.In
In
Zur Korrektur der Radgeschwindigkeiten ist vorgesehen aus dem Lenkradwinkel, also der aktuellen Lenkradposition, einen virtuellen Vorderradwinkel αc, also den Radwinkel eines virtuellen zentralen Rades 6, zu bestimmen. Diese Bestimmung nutzt hierzu eine charakteristische Umrechnungskurve, da das Übersetzungsverhältnis abhängig vom Lenkradwinkel ist. Das Übersetzungsverhältnis ist hierbei bei kleineren Lenkradwinkeln größer als bei großen Lenkradwinkeln.To correct the wheel speeds, a virtual front wheel angle α c , ie the wheel angle of a virtual
Aus diesem virtuellen Vorderradwinkel αc werden nun zusammen mit der Spurweite der Hinterachse twrear und dem Achsabstand W die Radwinkel αFR, αFL der beiden Vorderräder 2, 4 berechnet, mittels der Formel
Dabei gilt das Pluszeichen für die Vorderräder und das Minuszeichen für die Hinterräder. Die Indizes FL (vorne links), FR (vorne rechts), RL (hinten links) und RR (hinten rechts) beziehen sich hier jeweils auf eines der Räder 2, 3, 4, 5.The plus sign applies to the front wheels and the minus sign to the rear wheels. The indices FL (front left), FR (front right), RL (rear left) and RR (rear right) each refer to one of the
Aus diesen Winkeln können nun die Krümmungen kFL, kFR,' kRL, kRR, xC der einzelnen Bewegungspfade der Räder 2, 3, 4, 5, und des virtuellen Bewegungspfads des zentralen Rads 6 berechnet werden mit:
Daraus lassen sich nun Kurvenfaktoren ki berechnen, die sich ergeben durch:
Die Kurvenfaktoren ki geben Umrechnungsfaktoren an, mit denen die Winkelgeschwindigkeiten ωi der einzelnen Räder 2, 3, 4, 5 auf eine entsprechende Winkelgeschwindigkeit des virtuellen zentralen Rades 6 umgerechnet wird. Dadurch werden die Unterschiede der Winkelgeschwindigkeiten, welche auf die Kurvenfahrt zurückzuführen sind, aus den Messwerten herausgerechnet.The curve factors k i indicate conversion factors with which the angular speeds ω i of the
Daraus ergeben sich die auf den Referenzpunkt normierten Radgeschwindigkeiten vwhl,norm,i aus den gemessenen Radgeschwindigkeiten vwhl,i über:
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsformen näher illustriert und beschrieben wurde, so ist sie nicht durch die offenbarten Beispiele beschränkt.Although the present invention has been illustrated and described in detail by preferred embodiments, it is not limited by the disclosed examples.
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- SchrittStep
- 110110
- SchrittStep
- 120120
- SchrittStep
- 130130
- SchrittStep
- 140140
- SchrittStep
- 150150
- SchrittStep
- 160160
- SchrittStep
- 170170
- SchrittStep
- 180180
- SchrittStep
- 190190
- SchrittStep
- 200200
- SchrittStep
- 210210
- SchrittStep
- 220220
- SchrittStep
- 230230
- SchrittStep
- 240240
- SchrittStep
- 250250
- SchrittStep
- 260260
- SchrittStep
- A1A1
- erste Beschleunigungsschwellefirst acceleration threshold
- A2A2
- zweite Beschleunigungsschwellesecond acceleration threshold
- TT
- Zeitkonstantetime constant
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Radwheel
- 33
- Radwheel
- 44
- Radwheel
- 55
- Radwheel
- 66
- virtuelles Radvirtual wheel
- WW
- Achsabstandcenter distance
- αFLαFL
- Winkelangle
- αFRαFR
- Winkelangle
- αCαC
- Winkelangle
- twreartwrear
- Spurweite der HinterachseRear axle track width
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 19936710 A1 [0002, 0004]DE 19936710 A1 [0002, 0004]
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG, 60488 FRANKFURT, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH, 30165 HANNOVER, DE |