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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Einheit zum Aufbereiten
eines Geschwindigkeitsrohsignals nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 bzw. 9.
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Aus
der
US 5 123 714 A ist
eine Vorrichtung mit einer Filterfunktion bekannt, die ein Geschwindigkeitsrohsignal
eines Geschwindigkeitssensors eines Kraftfahrzeugs aufbereitet.
Die Filterung ist dabei von einer Geschwindigkeitsabnahme und von
einem Schlupf von Fahrzeugrädern
abhängig.
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Aus
der
EP 0 348 072 A2 ist
eine Vorrichtung mit einer Filterfunktion bekannt, bei welcher ein
variabler Offset der Filterfunktion von einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugs
abhängig
ist.
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Es
sind Vorrichtungen bekannt, die eine Einheit mit einer Filterfunktion
zum Aufbereiten eines Geschwindigkeitsrohsignals eines Geschwindigkeitssensors
eines Fahrzeugs umfassen. Der Geschwindigkeitssensor ist dabei als
Drehzahlsensor eines vorzugsweise nicht angetriebenen Rads ausgebildet.
Um kleine Fluktuationen des Geschwindigkeitsrohsignals nicht unmittelbar
auf eine Tachometernadel des Fahrzeugs zu übertragen und um ein unruhiges
Ausschlagen bzw. Zittern der Tachometernadel zu vermeiden, durchläuft das
Geschwindigkeitsrohsignal einen Tiefpass mit fester Cutoff-Frequenz.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
bereitzustellen, die ein Geschwindigkeitsrohsignal zuverlässig und zumindest
weitgehend verzögerungsfrei
auch in Situationen mit schnellen Geschwindigkeitsänderungen aufbereitet.
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, die eine Einheit mit einer
Filterfunktion zum Aufbereiten wenigstens eines Geschwindigkeitsrohsignals
eines Geschwindigkeitssensors eines Fahrzeugs umfasst.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Einheit die Filterfunktion und einen
variablen Cutoff der Filterfunktion abhängig von einer Längsbeschleunigung des
Fahrzeugs bestimmt. Dabei soll unter Längsbeschleunigung eine Beschleunigung
verstanden werden, die wenigstens eine Komponente in einer Fahrtrichtung
aufweist, besonders vorteilhaft jedoch zumindest im Wesentlichen
parallel zur Fahrtrichtung verläuft.
Dadurch kann erreicht werden, dass ein Verlauf der Geschwindigkeit
dank der Trägheit
des Fahrzeugs antizipiert werden kann. Verzögerungen in der Signalverarbeitung
können
vorteilhaft kompensierbar sein.
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Durch
die Bestimmung eines variablen Cutoffs der Filterfunktion, kann
vorteilhaft eine einfache Anpassbarkeit der Filterfunktion durch
Variation des Cutoffs erreicht werden. Dabei sind Ausgestaltungen der
Erfindung mit einem zeitlichen Cutoff, der etwa eine Länge eines
Mittelungsintervalls bzw. Trägers der
Filterfunktion bestimmen kann oder solche mit einem Frequenz-Cutoff
denkbar. Der Cut-off kann die Filterfunktion scharf abschneiden
oder aber in einer anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Weise
eine Reichweite der Filterfunktion bestimmen, zum Beispiel durch
ein Bestimmen eines asymptotischen Verhaltens der Filterfunktion.
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Die
Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gelöst, die eine Einheit mit einer
Filterfunktion aufweist, welche die Filterfunktion abhängig von
einer Querbeschleunigung (aq) des Fahrzeugs
bestimmt. Direkte oder indirekte Einflüsse der Querbeschleunigung
auf eine Geschwindigkeitsmessung können vorteilhaft kompensierbar
sein. Beispielsweise kann ein Krümmungsradius
einer Bahnkurve eines Fahrzeugs über
die Querbeschleunigung ermittelbar sein und vom Krümmungsradius
abhängige Differenzen
zwischen einer sensierten Geschwindigkeit, beispielsweise einer
Rollgeschwindigkeit eines äußeren oder
inneren Rads, und einer Geschwindigkeit eines Fahrzeugschwerpunkts
können
vorteilhaft kompensierbar sein.
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Durch
eine Berücksichtigung
der Beschleunigung des Fahrzeugs kann vorteilhaft ein Geschwindigkeitsverlauf
antizipiert werden und Verzögerungen – insbesondere
Verzögerungen,
die durch die Filterfunktion bedingt sind – können vorteilhaft ausgeglichen
werden. Ferner kann eine Anpassung der Filterfunktion an eine Fahrsituation
ermöglicht
werden, die anhand der Beschleunigung des Fahrzeugs erkannt werden
kann. Durch eine solche Adaption der Filterfunktion kann vorteilhaft
erreicht werden, dass die Einheit das Geschwindigkeitsrohsignal
auch in Situationen mit schnellen Geschwindigkeitsänderungen zuverlässig und
verzögerungsfrei
aufbereitet.
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Prinzipiell
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Aufbereiten von Geschwindigkeitsrohsignalen in allen, dem Fachmann
als sinnvoll erscheinenden Fahrzeugen einsetzbar. Besondere Vorteile ergeben
sich jedoch beim Einsatz der Vorrichtung in Kraftfahrzeugen mit
stufenlosen Getrieben, und zwar insbesondere dann, wenn die am stufenlosen
Getriebe eingestellte Übersetzung
von einem aufbereiteten Geschwindigkeitsrohsignal abhängt. Unerwünschte Rückkopplungen
der Geschwindigkeit über
das stufenlose Getriebe auf sich selbst können vermieden werden, wenn
die Einheit das Geschwindigkeitsrohsignal zuverlässig und verzögerungsfrei
aufbereitet.
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Dabei
soll in diesem Zusammenhang unter einer Filterfunktion eine funktionale
Abbildung im weitesten Sinne verstanden werden. Das Geschwindigkeitsrohsignal
kann durch eine Drehzahl, eine zu einer sensierten Drehzahl proportionale
Größe oder eine
andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Größe, aus
der sich eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmen lässt, gegeben
sein. Unter vorgesehen soll in diesem Zusammenhang auch ausgelegt
und ausgestattet verstanden werden. Der Geschwindigkeitssensor kann
separat von der Einheit oder in diese integriert vorliegen. Die
Beschleunigung kann durch einen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden
Beschleunigungssensor erfasst werden oder aber rechnerisch aus Geschwindigkeitswerten
früherer
Zeiten abgeschätzt
sein. Ferner ist eine Berechnung von zur Fahrtrichtung transversalen Komponenten
der Beschleunigung aus einer Bahnkurve des Fahrzeugs und seiner
Geschwindigkeit denkbar. Eine solche Beschleunigungssensierung oder
-berechnung kann durch die Einheit oder durch eine von der Einheit
getrennte Einheit geleistet werden.
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Ist
die Einheit zum Bestimmen der Filterfunktion wenigstens abhängig von
einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorgesehen, kann vorteilhaft
eine weitere Anpassungsmöglichkeit
erreicht werden. Situationen mit geringer Geschwindigkeit können vorteilhaft
als Anfahr-, Anhalte- oder Stop-and-go-Situationen erkennbar sein, und es kann
eine Anpassung der Filterfunktion an in solchen Situationen auftretende
schnelle dynamische Änderungen
der Geschwindigkeit erreicht werden. Als Geschwindigkeit kann das
Geschwindigkeitsrohsignal direkt oder in aufbereiteter Form oder
eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Größe, die
in Zusammenhang mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs steht, herangezogen
werden.
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Ist
die Vorrichtung zu einer Vergrößerung eines
Frequenz-Cutoffs
bei einer Vergrößerung der
Beschleunigung vorgesehen, kann vorteilhaft erreicht werden, dass
in Situationen mit schnellen Geschwindigkeitsänderungen eine zeitliche Auflösung der
Filterfunktion erhöht
ist.
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Ist
die Einheit zur Addition eines Werts zur Geschwindigkeit vorgesehen,
der von der Beschleunigung abhängt,
kann vorteilhaft erreicht werden, dass Fehler bzw. Verzögerungen,
die durch eine Mittelung des Geschwindigkeitsrohsignals über ein
vergangenes Zeitintervall entstehen, kompensierbar sind. Solche
Fehler sind im Wesentlichen durch das Produkt aus der Beschleunigung
und einer Länge
eines Mittelungsintervalls bzw. einer Verzögerungszeit bestimmt, so dass
eine Addition eines zu diesem Produkt proportionalen Werts die Fehler
besonders vorteilhaft kompensiert. Im Falle eines Frequenz-Cutoffs ist die Verzögerungszeit
durch das Inverse des Frequenz-Cutoffs bestimmt. Dadurch ist es
vorteilhaft, wenn die Einheit zur Addition eines vom Cutoff abhängigen Werts
vorgesehen ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Einheit zum Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig von
wenigstens zwei Geschwindigkeitsrohsignalen vorgesehen ist. Stochastische
Fluktuationen können
durch Mittelung mehrerer Geschwindigkeitsrohsignale verringert werden.
Zudem kann die Einheit zumindest in einem Betriebsmodus zum Auswählen wenigstens
eines Geschwindigkeitsrohsignals aus mehreren Geschwindigkeitsrohsignalen
vorgesehen sein. Zur Auswahl kann vorteilhaft ein Kriterium herangezogen
werden, welches Informationen über
eine Qualität
der Geschwindigkeitsrohsignale enthält, und die Einheit kann Geschwindigkeitsrohsignale
mit Hilfe dieses Kriteriums gewichtet mitteln bzw. Geschwindigkeitsrohsignale
mit besonders hoher Qualität
auswählen
und diese zum Bestimmen der Geschwindigkeit nutzen. Handelt es sich
bei den Geschwindigkeitsrohsignalen beispielsweise um Drehzahlen
mehrerer Räder,
kann aus einer Differenz der Geschwindigkeitsrohsignale auf einen
Schlupf eines Rads auf einer Fahrbahn geschlossen werden, und es
kann nach Maßgabe
der Fahrsituation – eine
Beschleunigungssituation kann von einer Bremssituation unterschieden
werden – ein
maximales oder minimales Geschwindigkeitsrohsignal von der Einheit auswählbar sein.
Ferner kann aus der Differenz der Geschwindigkeitsrohsignale, insbesondere
dann, wenn es sich um eine Differenz zwischen Drehzahlen angetriebener
und nicht angetriebener Räder
handelt, auf eine Griffigkeit der Fahrbahn geschlossen werden und
ein Betriebsmodus kann an die ermittelte Griffigkeit anpassbar sein.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die
Figuren stellen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dar. Die Beschreibung, die Figuren und die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird diese auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das eine Einheit mit einer
Filterfunktion zur Aufbereitung von Geschwindigkeitsrohsignalen und
Sensoren zur Erfassung der Geschwindigkeitsrohsignale umfasst,
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2 ein
Ablaufdiagramm einer ersten Funktion der Einheit zur Aufbereitung
von Geschwindigkeitsrohsignalen von Vorderrädern des Fahrzeugs,
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3 ein
Ablaufdiagramm einer zweiten Funktion der Einheit zur Aufbereitung
von Geschwindigkeitsrohsignalen von Hinterrädern des Fahrzeugs,
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4 eine
Skizze zur Bestimmung einer Geschwindigkeit eines Referenzpunkts
unter Benutzung einer Querbeschleunigung,
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5 ein
Ablaufdiagramm einer Funktion der Einheit zur Berechnung und Aufbereitung
einer Längsbeschleunigung
des Fahrzeugs,
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6 ein
Ablaufdiagramm der Filterfunktion zur Berechnung und Applikation
eines Cutoffs und eines Werts,
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7 ein
Diagramm zu einem zeitlichen Verlauf eines Geschwindigkeitsrohsignals
und einer aufbereiteten Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
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1 zeigt
ein Fahrzeug 11, das eine Einheit 10 mit einer
Filterfunktion 12 zum Aufbereiten von vier Geschwindigkeitsrohsignalen
v1–v4 umfasst. Die Einheit 10 kann die
Geschwindigkeitsrohsignale v1–v4 über
Signalleitungen L1–L4 von
vier jeweils an Rädern
R1–R4 des Fahrzeugs 11 angeordneten
Geschwindigkeitssensoren S1–S4 abgreifen. Ferner kann die Einheit 10 eine
Querbeschleunigung aq über eine Leitung 18 von
einem Beschleunigungssensor 17 abgreifen. Über eine
Kommunikationsleitung 13 kann die Einheit 10 Signale
mit einer Zentraleinheit 14 austauschen. Die Einheit 10 übermittelt über die Kommunikationsleitung 13 eine
aufbereitete Geschwindigkeit V, die Querbeschleunigung aq in aufbereiteter Form und eine Längsbeschleunigung
a an die Zentraleinheit 14, während die Zentraleinheit 14 der Einheit 10 über die
Kommunikationseinheit verschiedene Betriebsgrößen übermittelt. Die Zentraleinheit 14 steuert
und koordiniert verschiedene, nicht dargestellte Einheiten des Fahrzeugs 11.
Insbesondere verwendet die Zentraleinheit 14 die aufbereitete
Geschwindigkeit V zur Regelung eines Betriebs eines nicht dargestellten
stufenlosen Getriebes des Fahrzeugs 11. Die Vorderräder R1, R2 des Fahrzeugs 11 sind
durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben, während die
Hinterräder
R3, R4 nicht angetrieben
sind.
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Die
Leitungen 13, 15, 18 und L1–L4 sind Teil eines Controller-Area-Networks
(CAN) des Fahrzeugs 11, das einen Austausch aller im Fahrzeug 11 erfassten
und gespeicherten Kenngrößen zwischen allen
Steuer- und Regeleinheiten des Fahrzeugs 11 ermöglicht.
Die in 1 eingezeichneten Leitungen 13, 15, 18 und
L1–L4 sind als durch einen CAN-Bus vermittelte
Kommunikationsmöglichkeiten
zu verstehen. Die nicht dargestellten Steuer- und/oder Regeleinheiten
bzw. Sensoren sind symbolisch zur Zentraleinheit 14 zusammengefasst.
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Die
Geschwindigkeitsrohsignale v1, v2 der Sensoren S1,
S2, die an Vorderrädern R1,
R2 des Fahrzeugs 11 angeordnet
sind, werden in der in 2 dargestellten ersten Funktion
der Einheit 10 in einem ersten Schritt 19 arithmetisch
gemittelt und in einem Umrechenschritt 20 von einer Drehzahl
in eine Geschwindigkeit v12 umgerechnet.
In der in 5 detailliert dargestellten
Funktion 21 wird eine Verzögerungseinheit der Einheit 10 genutzt,
um die aktuelle Geschwindigkeit v12 mit
einer Geschwindigkeit zu einem früheren Zeitpunkt zu vergleichen
und auf diese Weise eine Längsbeschleunigung
a zu berechnen. Die Längsbeschleunigung
a und die aufbereitete Geschwindigkeit v12 werden
als Eingangsgrößen in eine Kernfunktion 22 der
Filterfunktion 12 eingespeist. Zudem wird die Längsbeschleunigung
a wie auch eine von der Kernfunktion 22 ausgegebene aufbereitete Geschwindigkeit
V und eine über
einen zum Umrechenschritt 2b inversen Umrechenschritt 23 aus
der aufbereiteten Geschwindigkeit V ermittelte Drehzahl n über die
Kommunikationsleitung 13 an die Zentraleinheit 14 übermittelt.
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Die
in 3 dargestellte zweite Funktion der Einheit 10 zur
Aufbereitung der Geschwindigkeitsrohsignale v3,
v4 der Hinterräder R3,
R4 des Fahrzeugs 11 ist weitgehend
identisch zu der in 2 dargestellten ersten Funktion,
so dass sich die Beschreibung auf die Unterschiede zwischen der
ersten und der zweiten Funktion beschränkt und im Übrigen bezüglich gleichbleibender Merkmale
auf die Beschreibung zur ersten Funktion verwiesen wird. Der zweiten
Funktion ist ein Vorverarbeitungsschritt 24 vorgeschaltet,
der den Schritt 19 der ersten Funktion ersetzt und der
neben den Geschwindigkeitsrohsignalen v3,
v4 die Querbeschleunigung aq als
Eingangssignal verwendet.
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Im
Vorverarbeitungsschritt 24, der eine Unterfunktion der
Filterfunktion 12 darstellt, wählt die Einheit 10 zunächst in
einem Auswahlschritt 25 aus den Geschwindigkeitsrohsignalen
v3, v4 das maximale
Geschwindigkeitsrohsignal vmax aus. Anschließend wird
ein Kontrollschalter gestellt, der entscheidet, ob das Rad, dem
das Geschwindigkeitsrohsignal vmax zugeordnet
ist, von einem Referenzpunkt 26 aus in Richtung der Querbeschleunigung
aq oder in der dieser Richtung entgegengesetzten
Richtung liegt. Im ersten Fall berechnet eine Recheneinheit der
Einheit 10 eine Geschwindigkeit vR des
Referenzpunkts 26 gemäß 4 zu vR = ½(vmax + √(vmax 2 + 2aqd)),wobei d eine Komponente des Abstands
zwischen dem Referenzpunkt 26 und einem Auflagepunkt des der
maximalen Geschwindigkeit zugeordneten Rads senkrecht zur Fahrtrichtung
des Fahrzeugs 11 ist. Im zweiten Fall berechnet die Recheneinheit
der Einheit 10 die Geschwindigkeit vR des
Referenzpunkts 26 gemäß 4 zu vR = ½(vmax + √(vmax 2 + 2aqd)).
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In
der Funktion 21 vergleicht die Einheit 10 die
Geschwindigkeit v12 mit einer durch die
Zentraleinheit 14 applizierten minimalen Geschwindigkeit vmin. Unterschreitet die Geschwindigkeit v12 die minimale Geschwindigkeit vmin, gibt die Funktion 21 den Wert
Null aus. Ansonsten bildet die Einheit 10 in einem Schritt 27 mit
Hilfe einer Verzögerungseinheit der
Einheit 10 durch eine Vergleichsfunktion eine diskrete
Ableitung der Geschwindigkeit v12. Ein Beschleunigungsrohsignal
a0 wird erzeugt. Dieses wird durch einen
Butterworth-Filter 28 zweiter Ordnung geglättet und
schließlich
als Längsbeschleunigung
a ausgegeben, nachdem das Signal eine Beschränkungsfunktion 34 durchlaufen
hat.
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Die
Kernfunktion 22 der Filterfunktion 12 (6)
benötigt
als Eingangsgrößen eine
vorverarbeitete Geschwindigkeit v12 oder
vR und eine Längsbeschleunigung a. Hier soll
nur die Verarbeitung der Geschwindigkeit vR des
Referenzpunkts 26 beschrieben werden. Die Verarbeitung
der Geschwindigkeit v12 erfolgt analog.
In einem Cutoffberechnungsschritt 29 berechnet die Recheneinheit
der Einheit 10 einen Frequenz-Cutoff ωmax proportional
zur Längsbeschleunigung
a. Dieser wird in einem Tiefpassfilter 30 appliziert, den
die Geschwindigkeit vR durchläuft, der eine
gefilterte Geschwindigkeit vF ausgibt. Der
Frequenz-Cutoff ωmax und die Längsbeschleunigung a gehen in
einen Offsetberechnungsschritt 31 ein, in dem die Recheneinheit
der Einheit 10 das Produkt dieser beiden Größen bildet
und als Wert W ausgibt. Der wert W wird in einem Additionsschritt 32 zur
gefilterten Geschwindigkeit vF addiert,
wodurch eine durch den Tiefpassfilter 30 bedingte Verzögerung τ kompensiert
wird (7). Die Summe V = vF +
W wird in einem Begrenzungsschritt 33 begrenzt. Der Begrenzungsschritt 33 gibt
schließlich
die aufbereitete Geschwindigkeit V über die Kommunikationsleitung 13 an
die Zentraleinheit 14 weiter und, falls es sich um eine
Aufbereitung der Geschwindigkeit vR handelt, über die
Steuerleitung 15 an die Tachometeranzeige 16.
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- 10
- Einheit
- 11
- Fahrzeug
- 12
- Filterfunktion
- 13
- Kommunikationsleitung
- 14
- Zentraleinheit
- 15
- Steuerleitung
- 16
- Tachometeranzeige
- 17
- Beschleunigungssensor
- 18
- Leitung
- 19
- Schritt
- 20
- Umrechenschritt
- 21
- Funktion
- 22
- Kernfunktion
- 23
- Umrechenschritt
- 24
- Vorverarbeitungsschritt
- 25
- Auswahlschritt
- 26
- Referenzpunkt
- 27
- Schritt
- 28
- Butterworth-Filter
- 29
- Cutoffberechnugnsschritt
- 30
- Tiefpassfilter
- 31
- Offsetberechnungsschritt
- 32
- Additionsschritt
- 33
- Begrenzungsschritt
- 34
- Beschränkungsfunktion
- a
- Längsbeschleunigung
- aq
- Querbeschleunigung
- a0
- Beschleunigungsrohsignal
- d
- Komponente
- R
- Rad
- S
- Geschwindigkeitssensor
- V1
- Geschwindigkeitsrohsignal
- V2
- Geschwindigkeitsrohsignal
- V3
- Geschwindigkeitsrohsignal
- V4
- Geschwindigkeitsrohsignal
- VR
- Geschwindigkeit
- VF
- Geschwindigkeit
- V12
- Geschwindigkeit
- Vmax
- Geschwindigkeitsrohsignal
- V
- Geschwindigkeit
- L
- Signalleitung
- ωmax
- Cutoff
- W
- Wert
- τ
- Verzögerung
- n
- Drehzahl