DE10248432A1

DE10248432A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung

Info

Publication number: DE10248432A1
Application number: DE10248432A
Authority: DE
Inventors: Manfred Hellmann; Markus Oenning
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-04-29

Abstract

Vorgeschlagen werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung und Veränderung der Triebstrangsteuerung eines Fahrzeugs in Abhängigkeit der bestimmten Fahrbahnsteigung, indem mittels mindestens eines Raddrehzahlsensors die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird, durch Differenzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit nach der Zeit die Fahrzeugbeschleunigung bezüglich der Fahrbahn bestimmt wird und mittels eines Beschleunigungssensors die absolute Fahrzeugbeschleunigung bestimmt wird und aus der Differenz beider Beschleunigungswerte die Fahrbahnsteigung bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung und Veränderung der Triebstrangsteuerung eines Fahrzeugs in Abhängigkeit der bestimmten Fahrbahnsteigung, in dem mittels mindestens eines Raddrehzahlsensors die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird, durch Differenzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit nach der Zeit die Fahrzeugsbeschleunigung bezüglich der Fahrbahn bestimmt wird und mittels eines Beschleunigungssensors die absolute Fahrzeugbeschleunigung bestimmt wird und aus der Differenz beider Beschleunigungswerte die Fahrbahnsteigung bestimmt wird.
Stand der Technik
Aus der DE 100 53 603 A1 ist eine Fahrbahnsteigungserkennung und Anhängerlastbestimmung bekannt, bei der Größen erfasst werden, die zum Regeln oder Steuern des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs verwendbar sind, das mit Sensoren ausgestattet ist, die Radaufstandskräfte erfassen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst

a) Betimmen der Fahrzeugmasse über die erfassten Radaufstandskräfte
b) Erfassen von Verlagerungen der Radaufstandskräfte und/oder
c) Erfassen eines Antriebsmomentbedarfs.

Weiterhin betrifft diese Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen von Signalen, die zum Regeln oder Steuern des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs verwendbar sind.
Kern und Vorteile der Erfindung
Der Kern der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung anzugeben, wobei in Abhängigkeit der bestimmten Fahrbahnsteigung die Triebstrangsteuerung eines Fahrzeugs veränderbar ist. Erfindungsgemäß wird dieses durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhafterweise werden die beiden Beschleunigungssignale vor der Weiterverarbeitung gefiltert. Sowohl das Beschleunigungssignal des Trägheitssensors sowie das Beschleunigungssignal, das aus der zeitlichen Differenzierung der mittels mindestens eines Raddrehzahlsensors ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit entsteht, können verrauscht sein und mit momentanen Fehlersignalen beaufschlagt sein. Um dieses Fehlerrauschen zu reduzieren, ist es möglich, die beiden Beschleunigungssignale zeitlich zu mitteln, was einer Tiefpassfilterung entspricht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Filterung eine Mittelwertbildung über einen vorbestimmten Zeitraum ist.
Vorteilhafterweise wird die bestimmte Fahrbahnsteigung zur Veränderung der Triebstrangsteuerung herangezogen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Veränderung der Triebstrangsteuerung die Momentenanforderung, die ein adaptiver Abstands- und Geschwindigkeitsregler ausgibt, beeinflusst. Hierdurch ist es möglich, dass der momentane Fahrwiderstand, der durch Steigungen oder Gefälle der Fahrbahn verändert wird, durch die Momentenanforderung des adaptiven Abstands und Geschwindigkeitsreglers berücksichtigt wird und somit ein Fahrverhalten ermöglicht wird, das dem natürlichen Fahrverhalten eines Fahrers entspricht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Mittel zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit mindestens ein Raddrehzahlsensor ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Mittel zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Objektdetektionssystem zur Fahrgeschwindigkeitsregelung ist. Derartige Objektdetektionssysteme senden Radar-, Lidar- oder Ultraschallstrahlung aus und regeln in Abhängigkeit der erkannten Objekte, die mittels empfangener Reflexionsstrahlung detektiert werden, die Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs. Diese Objektdetektionssysteme geben im Allgemeinen ein Momentenanforderungssignal oder Beschleunigungsanforderungssignal aus, das von den Antriebs- bzw. Verzögerungseinrichtungen des Fahrzeugs weiterverarbeitet wird. Durch die Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung ist es möglich, die vom Objektdetektionssystem ausgegebene Beschleunigungs- bzw. Momentenanforderung in Abhängigkeit der erkannten Fahrbahnsteigung zu beeinflussen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das Mittel zur Bestimmung der absoluten Fahrzeugbesehleunigung ein Massenträgheitssensor ist.
Vorteilhafterweise wird die ermittelte Fahrbahnsteigung an mindestens an eine Einrichtung zur Motorsteuerung und/oder eine Einrichtung zur Getriebesteuerung und/oder eine Einrichtung zur Steuerung der Verzögerungsmittel und/oder eine Einrichtung zur adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregelung ausgegeben.
Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Form eines Steuerelements, das für ein Steuergerät einer adaptiven Abstands- bzw. Geschwindigkeitsregelung eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen ist. Dabei ist auf dem Steuerelement ein Programm gespeichert, das aus einem Rechengerät, insbesondere auf einem Mikroprozessor oder Signalprozessor ablauffähig und zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. In diesem Fall wird also die Erfindung durch ein auf dem Steuerelement abgespeichertes Programm realisiert, so dass dieses mit dem Programm versehene Steuerelement in gleicher Weise die Erfindung darstellt, wie das Verfahren, zu dessen Ausführung das Programm geeignet ist. Als Steuerelement kann insbesondere ein elektrisches Speichermedium zur Anwendung kommen, beispielsweise ein Read-Only-Memory.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in den Zeichnungen.
Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist und
2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt, das sich auf einer Fahrbahn 2 bewegt, die eine Steigung 3 gegenüber der Horizontalen aufweist. Die Steigung 3 gibt hierbei den Steigungswinkel α der Fahrbahn 2 zur Horizontalen an. Das Fahrzeug 1 ist zum einen mit einem Beschleunigungssensor 4 ausgestattet, der die absoluten Beschleunigungen des Fahrzeugs 1 in den drei Raumrichtungen bezüglich eines Fahrzeugkoordinatensystems gewinnt. Dieser Beschleunigungssensor 4 ist vorteilhafterweise als Massenträgheitssensor ausgebildet. Ausgestaltungen dieses Beschleunigungssensors 4 sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weiterhin ist das Fahrzeug 1 mit Raddrehzahlsensorsystemen 5 ausgestattet, die die Radumdrehungsgeschwindigkeiten ermitteln und als Ausgangssignal bereitstellen. Diese Raddrehzahlsensoren können an jedem einzelnen Rad des Fahrzeugs 1 vorgesehen sein, es ist jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass nur ein Teil der Fahrzeugräder mit einem derartigen System ausgestattet ist. Der Beschleunigungssensor 4 liefert ein Beschleunigungssignal, in dem die Beschleunigung bezüglich der Fahrbahn 2 und zusätzlich der Fahrzeugneigung in Längsrichtung infolge eines unbekannten Steigungswinkels 3 überlagert sind.
In 2 ist ein Blockdiagramm dargestellt, gemäß dem aus den Ausgangssignalen des Beschleunigungssensors 4 und der Raddrehzahlsensorsysteme 5 der Winkel α der Fahrbahnneigung 3 ermittelt wird. Hierzu wird aus dem Raddrehzahlsignal, das das Raddrehzahlsensorsystem 5 bereitstellt, die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt. Im Falle, dass mehrere Raddrehzahlsensoren vorhanden sind, ist es möglich, die verschiedenen Raddrehzahlgeschwindigkeiten zu mitteln und das gemittelte Raddrehzahlsignal als Fahrzeuggeschwindigkeit V_ÜG anzunehmen. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal über Grund V_ÜG, das Block 5 ausgibt, wird in Block 6 zeitlich differenziert, worauf man am Ausgang des Differenzierglieds 6 ein Signal erhält, das die Beschleunigung über Grund a_ÜG, also die Beschleunigung des Fahrzeugs 1 bezüglich der Fahrbahn 2 darstellt. Dieses Beschleunigungssignal über Grund a_ÜG kann optional in einem Filter 7 gefiltert werden, so dass Rauscheffekte des Beschleunigungssignals eliminiert werden. Die Filterung im Block 7 kann beispielsweise eine Mittelwertbildung über einen bestimmten Zeitraum τ sein, jedoch sind auch andere Filterverfahren denkbar. Am Ausgang des optional vorsehbaren Filters 7 ist ein Signal a_ÜG* abgreifbar, das die gefilterte Beschleunigung über Grund repräsentiert. Der Beschleunigungssensor 4 gibt ein Ausgangssignal a_Sensor aus, in dem die Beschleunigung über Grund sowie die Beschleunigung infolge einer Fahrzeuglängsneigung überlagert sind. Dieses Signal a_Sensor, das der Beschleunigungssensor 4 ausgibt, kann ebenfalls in einem optional vorsehbaren Filter 8 gefiltert werden. Dieser Filter 8 kann beispielsweise eine Mittelwertbildung über einen vorbestimmten Zeitraum τ vornehmen, so dass Rauscheffekte des Beschleunigungssignals a_Sensor herausgemittelt werden. Am Ausgang des Filters 8 ist somit ein gefiltertes Beschleunigungssignal a_Sensor* abgreifbar. Die beiden gefilterten Beschleunigungssignale a_ÜG* sowie a_Sensor* werden der Berechnungseinrichtung 9 zugeführt. In der Berechnungseinrichtung wird die Differenz der beiden Beschleunigungssignale gebildet, in dem die Beschleunigung a_ÜG* vom Beschleunigungssignal a_Sensor* abgezogen wird. Diese Differenz a_Sensor* – a_ÜG* entspricht dem Produkt der Erdbeschleunigung g mit dem Sinus des Steigungswinkels α. Aus der Bildung des Quotienten der Differenz der Beschleunigungen und der Erdbeschleunigung und einer anschließenden Bildung des Arcussinus aus dem Ergebnis erhält man den Steigungswinkel α, wie er in 1 eingezeichnet wurde. Die Berechnungseinrichtung 9 führt folglich eine Operation aus, die sich mathematisch durch
ausdrücken lässt.
Die Berechnungseinrichtung 9 gibt den derart berechneten Winkel α als Ausgangssignal an die Triebstrangsteuerung 10 aus. Die Triebstrangsteuerung 10 kann hierbei Steuergeräte für die Getriebesteuerung, die Motorsteuerung, zur adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregelung oder auch für elektronische Fahrdynamikregelungen umfassen. Beispielsweise kann erfindungsgemäß die Berücksichtigung der Fahrbahnsteigung α in einem adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregler derart vorgesehen sein, dass bei einem negativen Steigungswinkel, also bei einem vorliegenden Gefälle, die momentan angeforderte Fahrzeugbeschleunigung bzw. das momentan angeforderte Motormoment derart reduziert werden, dass der durch das Gefälle reduzierte Fahrwiderstand kompensiert wird. Ebenso kann die Momentenanforderung bzw. die Beschleunigungsanforderung dahingehend erhöht werden, dass bei einer erkannten Fahrbahnsteigung das angeforderte Beschleunigungsmoment derart erhöht wird, dass der zusätzliche Fahrwiderstand infolge der Fahrbahnsteigung kompensiert wird. Die erwähnte Beschleunigungsanforderung kann sowohl positive als auch negative Werte umfassen. Im Falle positiver Beschleunigungen wird das Motorausgangsmoment wie beschrieben variiert und im Falle negativer Beschleunigungen wird das Verzögerungsmoment, das von der Bremsanlage aufgebracht wird, variiert.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung (3) und Veränderung der Triebstrangsteuerung eines Fahrzeugs (1) in Abhängigkeit der bestimmten Fahrbahnsteigung (3), dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Raddrehzahlsensors (5) die Fahrzeuggeschwindigkeit (V_Ü _G) ermittelt wird, durch Differenzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit nach der Zeit (6) die Fahrzeugbeschleunigung bezüglich der Fahrbahn (a_Ü _G) bestimmt wird, dass mittels eines Beschleunigungssensors (4) die absolute Fahrzeugbeschleunigung (a_Sensor) bestimmt wird und aus der Differenz beider Beschleunigungswerte die Fahrbahnsteigung (3) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Beschleunigungssignale (a_ÜG,a_Sensor) vor der Weiterverarbeitung gefiltert (7,8) werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung (7,8) eine Mittelwertbildung über einen vorbestimmten Zeitraum ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Fahrbahnsteigung (3) zur Veränderung der Triebstrangsteuerung (10) herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Triebstrangsteuerung die Momentenanforderung, die ein adaptiver Abstands- und Geschwindigkeitsregler ausgibt (10), beeinflusst.
Vorrichtung zur Bestimmung der momentanen Fahrbahnsteigung (3) und Veränderung der Triebstrangsteuerung eines Fahrzeugs in Abhängigkeit der bestimmten Fahrbahnsteigung (3), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit (5) vorhanden sind, dass Mittel zur Differenzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit nach der Zeit (6) vorhanden sind, dass Mittel zur Bestimmung der absoluten Fahrzeugbeschleunigung (4) vorhanden sind und dass ein Rechenmittel (9) vorhanden ist, das aus den beiden Beschleunigungswerten die Fahrbahnsteigung (3) ermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit (5) mindestens ein Raddrehzahlsensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit (5) ein Objektdetektionssytem zur Fahrgeschwindigkeitsregelung ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Bestimmung der absoluten Fahrzeugbeschleunigung (4) ein Massenträgheitssensor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Fahrbahnsteigung (3) an mindestens eine Einrichtung zur Motorsteuerung (10) und/oder eine Einrichtung zur Getriebesteuerung (10) und/oder eine Einrichtung zur Steuerung der Verzögerungsmittel (10) und/oder eine Einrichtung zur adaptiven Abstands- und Geschwindigkeitsregelung (10) ausgibt.