DE102022211222A1

DE102022211222A1 - Verfahren und Sensorsystem zur Erkennung einer kritischen Drewhwinkel eines Fahrzeugs und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102022211222A1
Application number: DE102022211222.9A
Authority: DE
Inventors: Sergey Azarkevich; Holger Faisst; Andreea Iulia Petrov
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer kritischen Drehbewegung eines Fahrzeugs, wobei an einer ersten Position des Fahrzeugs zumindest ein Sensor zur Erfassung von Längsbewegungen und Querbewegungen des Fahrzeugs vorgesehen ist, mit folgenden Schritten:a) Erfassung einer Längsbewegung (vx) und einer Querbewegung (ay) des Fahrzeugs an der ersten Position mit dem Sensor,b) Ermitteln eines ersten Drehwinkels (ωz,ay) um eine horizontale Achse an der ersten Position aus der erfassten Längsbewegung (vx) und der erfassten Querbewegung (ay),c) Ermitteln eines zweiten Drehwinkels (ωz,ayrear) um eine horizontale Achse an einer zur ersten Position (14) in Längsrichtung des Fahrzeugs versetzten zweiten Position (20) aus der an der ersten Position erfassten Längsbewegung (vx) und Querbewegung (ay) und sowie der Lage der ersten Position (14) und der zweiten Position (20),d) Ermitteln einer Differenz (Δωz) zwischen dem ersten Drehwinkel (ωz,ay) und dem zweiten Drehwinkel (ωz,ayrear),e) Ermitteln einer Veränderung (Ri) der Differenz (Δωz) zwischen dem ersten Drehwinkel (ωz,ay) und dem zweiten Drehwinkel (ωz,ayrear) aus dem Betrag der ermittelten Differenz (Δωz) und der mit an der ersten Position erfassten Längsbewegung (vx),f) Vergleich der Veränderung (Ri) der Differenz (Δωz) zwischen dem ersten Drehwinkel (ωz,ay) und dem zweiten Drehwinkel (ωz,ayrear) mit einem Referenzwert (Rc) für eine kritischen Drehbewegung und Feststellen, dass eine kritische Drehbewegung vorliegt, wenn der Referenzwert (Rc) erreicht oder überschritten ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein Sensorsystem zur Erkennung einer kritischen Drehwinkel eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug mit einem solchen Sensorsystem.
In Fahrzeugen werden verschiedene Sensoren verwendet, um die Bewegungen des Fahrzeugs zu erfassen. Aus den erfassten Bewegungen können beispielsweise Gefahrensituationen erkannt oder Vorhersagen zur Vermeidung einer Gefahrensituation getroffen werden. Diese können verwendet werden, um den Fahrer des Fahrzeugs zu warnen oder um Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeugs zu aktivieren, beispielsweise Assistenzsysteme wie ein elektronisches Stabilisierungsprogramm (ESP), ein Antiblockiersystem (ABS). Ein wichtiger Parameter ist beispielsweise die Drehung des Fahrzeugs um eine horizontale Achse, insbesondere die Abweichung der Fahrzeuglängsachse von der Fahrrichtung, der sogenannte Gierwinkel. Überschreitet die Drehung des Fahrzeugs bzw. die Drehwinkel des Fahrzeugs einen kritischen Wert, kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass das Fahrzeug nur eine unzureichende Haftung auf dem Untergrund hat und beispielsweise ins Schleudern geraten kann.
Um eine solche Drehbewegung um eine horizontale Achse zu erkennen, sind üblicherweise mehrere, in Längsrichtung versetzt angeordnete Sensoren erforderlich, die die Querbewegungen und die Längsbewegung des Fahrzeugs sowie Drehwinkel des Fahrzeugs erfassen.
Aufgabe der ist, ein Verfahren sowie ein Sensorsystem zur Erkennung einer kritischen Drehwinkel eines Fahrzeugs bereitzustellen, die nur eine geringe Anzahl von Sensoren benötigen. Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren ein Fahrzeug mit einem solchen Sensorsystem bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Erkennung einer kritischen Drehbewegung eines Fahrzeugs vorgesehen, wobei an einer ersten Position des Fahrzeugs zumindest ein Sensor zur Erfassung von Längsbewegungen und Querbewegungen des Fahrzeugs vorgesehen ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

a) Erfassung einer Längsbewegung und einer Querbewegung des Fahrzeugs an der ersten Position mit dem Sensor,
b) Ermitteln eines ersten Drehwinkels um eine horizontale Achse an der ersten Position aus der erfassten Längsbewegung und der erfassten Querbewegung,
c) Ermitteln eines zweiten Drehwinkels um eine horizontale Achse an einer zur ersten Position in Längsrichtung des Fahrzeugs versetzten zweiten Position aus der an der ersten Position erfassten Längsbewegung und Querbewegung und sowie der Lage der ersten Position und der zweiten Position,
d) Ermitteln einer Differenz zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel,
e) Ermitteln einer Veränderung der Differenz zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel aus dem Betrag der ermittelten Differenz und der mit an der ersten Position erfassten Längsbewegung (Geschwindigkeit)
f) Vergleich der Veränderung der Differenz zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel mit einem Referenzwert für eine kritischen Drehbewegung und Feststellen, dass eine kritische Drehbewegung vorliegt, wenn der Referenzwert erreicht oder überschritten ist.

Üblicherweise sind mehrere, insbesondere an verschiedenen Positionen des Fahrzeugs vorgesehene Sensoren erforderlich, um eine Drehbewegung, insbesondere eine kritische Drehbewegung des Fahrzeugs zu erfassen. Insbesondere erfassen diese Sensoren unterschiedliche Querbeschleunigungen im Fahrzeug, aus welchen eine Drehbewegung des Fahrzeugs um die horizontale Achse ermittelt werden kann. Das vorstehend beschriebene Verfahren benötigt dagegen lediglich an einer Position Sensoren zur Erfassung einer Längs- und Querbewegung. Die Parameter an einer zweiten Position des Fahrzeugs werden aus den mit dem an der ersten Position angeordneten Sensor ermittelten Werten der Längsbewegung und der Querbewegung berechnet. Somit sind wesentlich weniger Sensoren erforderlich, sodass der Herstellungsaufwand, insbesondere auch der Montage- und Kalibrierungsaufwand für diese Sensoren geringer ist.
Vorzugsweise wird mit dem zumindest einen Sensor an der ersten Position eine Querbeschleunigung sowie eine Längsgeschwindigkeit erfasst und die Drehwinkel um die erste horizontale Achse an der ersten Position wird aus der gemessenen Querbeschleunigung und der gemessenen Längsgeschwindigkeit berechnet. Insbesondere wird der Drehwinkel aus dem Quotienten der Querbeschleunigung und der Längsgeschwindigkeit berechnet. Es müssen also lediglich zwei Werte, nämlich eine Querbeschleunigung sowie eine Längsgeschwindigkeit erfasst werden. Es ist nicht erforderlich, die Drehbewegung des Fahrzeugs mit einem Sensor zu erfassen.
Die Differenz der Querbeschleunigung zwischen der ersten Position und der zweiten Position kann beispielsweise aus der Drehrate, also der Veränderung des ersten Drehwinkels, um die erste horizontale Achse an der ersten Position und dem Abstand der zweiten Position von der ersten Position berechnet werden.
Das Ermitteln des zweiten Drehwinkel um die zweite horizontale Achse an der zweiten Position kann beispielsweise mit den folgenden Schritten erfolgen:

- Berechnen einer Differenz der Querbewegung zwischen der ersten Position und einer zur ersten Position in Längsrichtung versetzten zweiten Position aus der Drehwinkel um die erste horizontale Achse an der ersten Position, und
- Berechnen einer zweiten Querbewegung des Fahrzeugs an der zweiten Position aus der gemessenen ersten Querbewegung an der ersten Position und der berechneten Differenz der Querbewegung zwischen der ersten Position und der zweiten Position.

Dadurch ist keine Erfassung zusätzlicher Parameter, insbesondere weiterer Quer- oder Längsbewegungen, erforderlich.
Vorzugsweise befindet sich die zweite Position in Längsrichtung hinter der ersten Position. Eine Zunahme der Differenz zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel kennzeichnet in dieser Ausführungsform eine schnellere Drehung des hinteren Bereichs des Fahrzeugs, also dass das Heck des Fahrzeugs ausbricht.
Vorzugsweise befindet sich die erste Position in Längsrichtung auf Höhe der Vorderachse des Fahrzeugs und die zweite Position auf Höhe der Hinterachse des Fahrzeugs.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Sensorsystem für ein Fahrzeug vorgesehen, mit zumindest einem Sensor zur Erfassung einer Längsbewegung und einer Querbewegung eines Fahrzeugs und mit einer Steuerung zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens.
Des Weiteren ist zur Lösung der Aufgabe ein Fahrzeug mit einem solchen Sensorsystem vorgesehen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren.

In 1 ist ein Fahrzeug 10, insbesondere ein Kraftfahrzeug, gezeigt. Das Fahrzeug hat ein Sensorsystem 12 mit zumindest einem an einer ersten Position 14 angeordneten Sensor 16 und einer mit dem Sensor 16 verbundene Steuerung 18.
Der Sensor 16 kann eine Längsbewegung sowie eine Querbewegung des Fahrzeugs an der ersten Position erfassen. In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Querbewegung eine Querbeschleunigung a_y quer zur Längsachse 20 des Fahrzeugs. Die Längsbewegung ist eine Längsgeschwindigkeit v_x in Längsrichtung des Fahrzeugs.
Um eine kritische Drehbewegung des Fahrzeugs zu detektieren, wird zunächst die aktuelle Drehbewegung des Fahrzeugs erfasst. Diese wird anschließend mit einem Referenzwert verglichen. Überschreitet die Drehbewegung den Referenzwert, liegt eine kritische Drehbewegung vor.
Zur Ermittlung der Drehbewegung des Fahrzeugs werden in einem ersten Schritt die Querbeschleunigung a_y quer zur Längsachse 20 des Fahrzeugs sowie die Längsgeschwindigkeit v_x in Längsrichtung des Fahrzeugs erfasst.
Anschließend wird der Quotient dieser beiden Werten gebildet, um einen Drehwinkel ω_{z ay} um eine horizontale Achse an der ersten Position 14 zu berechnen. $ω_{z a_{y}} = \frac{a_{y}}{v_{x}}$
In einem nächsten Schritt wird für eine zweite Position 22, die in Längsrichtung versetzt zur ersten Position, insbesondere in Richtung der Längsachse 20 hinter der ersten Position, angeordnet ist, die Differenz der Querbeschleunigung Δa_y zwischen der ersten Querbeschleunigung a_y an der ersten Position 14 und der zweiten Querbeschleunigung a_y,rear an der zweiten Position 22 berechnet. Diese kann aus der Drehrate ∇ω_z, also der Veränderung des Drehwinkels ∇ω_z sowie dem Abstand d der zweiten Position 14 und der ersten Position 22 berechnet werden. $Δ a_{y} = \nabla ω_{z} * d$
Die erste Position befindet sich vorzugsweise in Längsrichtung 20 des Fahrzeugs auf Höhe der Vorderachse 24, die zweite Position auf Höhe der Hinterachse 26.
Aus der Differenz der Querbeschleunigung Δa_y kann die zweite Querbeschleunigung a_y,rear an der zweiten Position 22 berechnet werden:
Wenn $a_{y} > 0 u n d a_{y} r e a r > 0,$
dann gilt $a_{y, r e a r} = a_{y} - Δ a_{y} .$
Insbesondere kann zunächst geprüft werden, ob die zweite Querbeschleunigung größer ist als die erste Querbeschleunigung und ob die zweite Querbeschleunigung einen festgelegten Grenzwert thr überschreitet. $a_{y} > a_{y} r e a r & a_{y} r e a r > t h r) ‖ (a_{y} < a_{y} r e a r & & a_{y} r e a r < - t h r)$
Anschließend wird aus der zweiten Querbeschleunigung a_y,rear und der ersten Längsgeschwindigkeit v_x ein zweiter Drehwinkel ω_{z ay,rear} an der um eine zweite horizontale Achse an der zweiten Position 22 berechnet. $ω_{z a_{y} r e a r} = \frac{a_{y} r e a r}{v_{x}}$
Nachfolgend wird eine Differenz Δω_z zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel berechnet $Δ ω_{z} = | ω_{z} - ω_{z a_{y} r e a r} | .$
Abschließend wird eine Veränderung R_i der Differenz zwischen dem ersten Drehwinkel und dem zweiten Drehwinkel aus dem Betrag der ermittelten Differenz und der mit an der ersten Position erfassten Längsgeschwindigkeit v_x berechnet. $R_{i} = ƒ (Δ ω_{z}) * ƒ (v_{x})$
Diese Veränderung R_i wird mit einem Referenzwert R_c für eine kritischen Drehbewegung verglichen. Wenn der Referenzwert R_c erreicht ist oder überschritten wird, wird das Vorliegen einer kritischen Drehbewegung festgestellt. Anschießend kann beispielsweise eine Warnmeldung ausgegeben werden oder ein Sicherheitssystem, beispielsweise ein Assistenzsystem des Fahrzeugs 10, aktiviert werden.

Claims

Verfahren zur Erkennung einer kritischen Drehbewegung eines Fahrzeugs, wobei an einer ersten Position des Fahrzeugs zumindest ein Sensor zur Erfassung von Längsbewegungen (v_x) und Querbewegungen (ay) des Fahrzeugs vorgesehen ist, mit folgenden Schritten: a) Erfassung einer Längsbewegung (v_x) und einer Querbewegung (ay) des Fahrzeugs an der ersten Position mit dem Sensor, b) Ermitteln eines ersten Drehwinkels (ω_z,ay) um eine horizontale Achse an der ersten Position aus der erfassten Längsbewegung (v_x) und der erfassten Querbewegung (ay), c) Ermitteln eines zweiten Drehwinkels (ω_z,ayrear) um eine horizontale Achse an einer zur ersten Position (14) in Längsrichtung des Fahrzeugs versetzten zweiten Position (20) aus der an der ersten Position erfassten Längsbewegung (v_x) und Querbewegung (ay) und sowie der Lage der ersten Position (14) und der zweiten Position (20), d) Ermitteln einer Differenz (Δω_z) zwischen dem ersten Drehwinkel (ω_z,ay) und dem zweiten Drehwinkel (ω_z,ayrear), e) Ermitteln einer Veränderung (R_i) der Differenz (Δω_z) zwischen dem ersten Drehwinkel (ω_z,ay) und dem zweiten Drehwinkel (ω_z,ayrear) aus dem Betrag der ermittelten Differenz (Δω_z) und der mit an der ersten Position erfassten Längsbewegung (v_x), f) Vergleich der Veränderung (R_i) der Differenz (Δω_z) zwischen dem ersten Drehwinkel (ω_z,ay) und dem zweiten Drehwinkel (ω_z,ayrear) mit einem Referenzwert (R_c) für eine kritischen Drehbewegung und Feststellen, dass eine kritische Drehbewegung vorliegt, wenn der Referenzwert (R_c) erreicht oder überschritten ist.
Verfahren nach Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (ω_z,ay) um die horizontale Achse an der ersten Position (14) aus einer gemessenen Querbeschleunigung (a_y) und einer gemessenen Längsgeschwindigkeit (v_x) berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der zweiten Drehwinkel (ω_z,ayrear) um die horizontale Achse an der zweiten Position (20) die folgenden Schritte umfasst: - Berechnen einer Differenz (Δa_y) der Querbewegung zwischen der ersten Position (14) und einer zur ersten Position (14) in Längsrichtung versetzten zweiten Position (20) aus der Drehwinkel (ω_z,ay) um die erste horizontale Achse an der ersten Position (14), und - Berechnen einer zweiten Querbewegung (a_y,rear) an der zweiten Position (20) aus der gemessenen ersten Querbewegung (a_y) an der ersten Position (14) und der berechneten Differenz (Δa_y) der Querbewegung zwischen der ersten Position (14) und einer zur ersten Position (14).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz (Δa_y) der Querbewegung zwischen der ersten Position (14) und einer zur ersten Position (14) aus der Drehrate um die erste horizontale Achse an der ersten Position (14) und dem Abstand (d) der zweiten Position (20) von der ersten Position (14) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Position (20) in Längsrichtung hinter der ersten Position (14) befindet.
Sensorsystem (12) für ein Fahrzeug (10), mit zumindest einem Sensor (16) zur Erfassung einer Längsbewegung (v_x) und einer Querbewegung (a_y) des Fahrzeugs (10) und mit einer Steuerung (18) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (10) mit einem Sensorsystem (12) nach Anspruch 6.