DE112004001278B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Kraftfahrzeugbeschleunigung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs, umfassend das Beschaffen eines hochpassgefilterten Beschleunigungssignals basierend auf der auf das Fahrzeug aufgebrachten Nettoantriebskraft und eines tiefpassgefilterten Beschleunigungssignals basierend auf Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, und das Addieren der zwei gefilterten Beschleunigungssignale, um ein die Fahrzeugbeschleunigung repräsentierendes Ausgangssignal zu erhalten.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs.
  • Es ist selbstverständlich bekannt, eine Fahrzeugbeschleunigung mittels z.B. irgendeiner Art von Beschleunigungsmesser zu messen oder alternativ durch Messen der Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugräder und Ableiten bezüglich der Zeit. Leider haben das Fahrzeug, aufgrund seines Fahrwerks etc., und der Antriebsstrang, aufgrund seiner Nachgiebigkeit, eine Dynamik mit auftretender Resonanz bei Frequenzen, die in Autos bis zu 2 Hz klein und bei größeren Fahrzeugen noch niedriger sein können. Dies kann eine entsprechende Oszillation in gemessenen Beschleunigungssignalen erzeugen. Signalrauschen kann ebenfalls ein Problem darstellen. Das Signal kann gefiltert werden, um seine Qualität zu verbessern, jedoch würde ein Filter mit einer Zeitkonstante, die lang genug zum Entfernen der niedrigfrequenten Oszillation ist, eine spürbare Zeitverzögerung einbringen.
  • Das Problem tritt im Zusammenhang mit elektronischen Systemen zur Steuerung von Fahrzeugtriebwerken auf. Die vorliegende Erfindung wurde in der Tat zum Einsatz in einem System entwickelt, welches ein Triebwerk steuert, das ein Getriebe mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis des sogenannten „drehmomentgesteuerten“ Typs verwendet (der Ausdruck ist in dem Fachgebiet bekannt und Getriebe dieses Typs sind beispielsweise im europäischen Patent EP 0 832 376 B1 und seinem US-Gegenstück US 6 071 209 beschrieben, die beide an Torotrak (Development) Limited erteilt wurden). Bei solchen Getrieben wird ein Variatorübersetzungsverhältnis nicht unmittelbar eingestellt, stattdessen kann ein Übersetzungsverhältnis sich in Übereinstimmung mit Änderungen von Motordrehzahl und Fahrzeuggeschwindigkeit ändern. Zur Bestimmung einer Übersetzungsverhältnisänderungsgeschwindigkeit wird die Fahrzeugbeschleunigung benötigt. Die Übersetzungsverhältnisänderungsgeschwindigkeit wird für verschiedene Zwecke beim Steuern des Triebwerks benötigt. Wenn ein einfaches Tiefpassfilter mit einer Zeitkonstante benutzt würde, die lang genug zum Entfernen der niederfrequenten Schwingung aus einem gemessenen Fahrzeugbeschleunigungswert wäre, würde die Reaktionsgeschwindigkeit des Steuerungssystems unzumutbar beeinträchtigt werden.
  • Die Druckschrift DE 198 10 213 A1 kann ausgelegt werden als Offenbarung eines Verfahrens beziehungsweise einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Fahrzustandssignals, das den Fahrzustand eines Kraftfahrzeugs repräsentiert. Es wird eine die Beschleunigung der Fahrzeugräder repräsentierende Radbeschleunigungsgröße gebildet. Weiterhin wird eine die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs repräsentierende Beschleunigungsgröße sensorisch erfasst. Die gebildete Radbeschleunigungsgröße wird tiefpassgefiltert und die erfasste Beschleunigungsgröße wird hochpassgefiltert, und das Fahrzustandssignal wird in Abhängigkeit von einer Verknüpfung der tiefpassgefilterten Radbeschleunigungsgröße und der hochpassgefilterten Beschleunigungsgröße erzeugt.
  • Die Druckschrift EP 1 085 312 A2 kann ausgelegt werden als Offenbarung eines Verfahrens, das folgende Schritten aufweist: Durchführen eines vorbestimmten Betriebszyklus an einem Kraftfahrzeug, das sich auf einem Rollenprüfstand befindet; Ermittlung eines ersten Längsbeschleunigungs-Signals aus einem Drehzahl-Signal, das vom Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs oder dem Rollenprüfstand abgenommen wird; Ermittlung eines zweiten Längsbeschleunigungs-Signals durch einen am Kraftfahrzeug befestigten Beschleunigungs-Sensor; Überlagerung des ersten und des zweiten Längsbeschleunigungs-Signals zu einem Summensignal; Bestimmung eines die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs darstellenden Parameters aus dem Summensignal.
  • Die Druckschrift DE 101 22 653 A1 kann ausgelegt werden als Offenbarung eines Verfahrens zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges mit Allradantrieb, mit wenigstens zwei angetriebenen Rädern, wobei an den Rädern und/oder in den Rädern zugeordneten Reifen jeweils zumindest ein Sensorelement eines Sensors angeordnet ist und wobei die Ausgangssignale der Sensoren zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens des Kraftfahrzeuges ausgewertet werden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Erfassen von an den Rädern und/oder an den Reifen angreifenden Kräften durch die Sensoren, b) Bestimmen einer die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit repräsentierenden Referenzgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der an den Rädern und/oder an den Reifen angreifenden Kräfte, und c) Berücksichtigen der Referenzgeschwindigkeit bei der Steuerung und/oder Regelung des Fahrverhaltens.
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
  • Vorzugsweise ist ein Verfahren zum Bestimmen der Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, welches umfasst das Beschaffen eines hochpassgefilterten Beschleunigungssignals und eines tiefpassgefilterten Beschleunigungssignals, wobei eines der gefilterten Beschleunigungssignale basierend auf einer auf das Fahrzeug aufgebrachten Nettoantriebskraft erhalten wird und das andere durch Messung erhalten wird, und das Addieren der zwei gefilterten Beschleunigungssignale, um ein die Fahrzeugbeschleunigung repräsentierendes Ausgangssignal zu erhalten.
  • Spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden, in denen:
    • 1 ein Blockdiagramm einer Software-implementierten Filterungsstrategie ist, die die vorliegende Erfindung verkörpert,
    • 2 eine detailliertere Darstellung, wiederum in Form eines Blockdiagramms, eines tatsächlich in der Strategie der 1 verwendeten Filters ist, und
    • 3 ein Diagramm ist, das tatsächliche und gemessene Fahrzeuggeschwindigkeitswerte (vertikale Achse) über der Zeit (horizontale Achse) zeigt.
  • Die untenstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung bietet Signale verbesserter Qualität, die sowohl Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugbeschleunigung repräsentieren, und erreicht dies durch Einsatz einer Kombination aus gemessenen und vorhergesagten Fahrzeuggeschwindigkeits-/-beschleunigungswerten.
  • Ein vorhergesagter Fahrzeugbeschleunigungswert wird auf der Grundlage der Kraft erhalten, die von dem Triebwerk und den Bremsen des Kraftfahrzeugs aufgebracht wird. In 1 stellt die Variable TrqWhIEst, eingegeben am Block 10, einen geschätzten, ungefilterten Wert des von dem Triebwerk auf die angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs aufgebrachten Drehmoments dar, der aus einem elektronischen Modell des Triebwerks erhalten wird. Ein Teilen dieses Drehmoments durch den Rollradius der angetriebenen Fahrzeugräder bei 12 ergibt einen Wert für die von dem Triebwerk zum Beschleunigen des Fahrzeugs aufgebrachte Kraft (ForceDrive). Zur Berücksichtigung der durch die Bremsen aufgebrachten zusätzlichen Kraft wird der Bremsdruck gemessen und eine Bremskraft (ForceBraking in 1) wird dann basierend auf den Druck/Kraft-Eigenschaften der Bremsen berechnet. Der Zusammenhang zwischen Bremsdruck und Bremskraft ist im Wesentlichen linear, so dass dies eine unkomplizierte Berechnung ist. Die in 1 mit 14 bezeichnete Funktion empfängt ForceBraking und ForceDrive sowie Angaben der Richtung einer Fahrzeugbewegung (vorwärts/rückwärts) und der Stellung der Fahrzeug-Fahrtsteuerung und gibt in Abhängigkeit davon einen korrigierten Wert ForceBrakingCorr der Bremskraft aus. Ein Addieren desselben bei 18 zu ForceDrive ergibt ein ungefiltertes Signal ForceVehEstRaw, das die vom Motor und den Bremsen zum Beschleunigen des Fahrzeugs aufgebrachte Nettoantriebskraft darstellt.
  • Dieses Signal ForceVehEstRaw wird an ein Filter 20 höherer Ordnung weitergeleitet, das genauer in 2 zu sehen ist und eine Reihe digital implementierter Tiefpassfilter 22 erster Ordnung zum Filtern des Nettoantriebskraftsignals ForceVehEstRaw umfasst sowie eine weitere Reihe identischer Filter 24 zum Filtern eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, wie untenstehend erläutert werden wird. Der Ausgang eines Filters wie z.B. 22 wird dem Eingang seines Nachbarn 22' zugeführt und so fort in der Reihe, so dass sie zusammen ein Tiefpassfilter hoher Ordnung mit einem relativ scharfen Frequenzgangabfall und einer Zeitkonstante TC ergeben, ein üblicher Parameter, der in die Filter eingegeben wird.
  • Der Ausdruck „Tiefpassfilter“ wird von Fachleuten auf dem Gebiet gut verstanden und wird hier in seiner herkömmlichen Bedeutung benutzt, um ein Filter zu bezeichnen, das Signalkomponenten unterhalb einer gewählten Frequenz (durch die Zeitkonstante diktiert) durchlässt, höhere Frequenzen jedoch sperrt. Der Ausdruck „Hochpassfilter“ wird hierin ebenfalls benutzt und wird wiederum in seiner herkömmlichen und wohlverstandenen Bedeutung verwendet, um ein Filter zu bezeichnen, dessen Durchlassband sich von einer gewählten Frequenz aufwärts erstreckt, wobei niedrigere Frequenzen gesperrt werden.
  • Der Ausgang des Filters 20 ist ein tiefpassgefilterter, geschätzter Wert ForceVehEstFilt (1) der auf das Fahrzeug wirkenden Kraft. Bei 26 wird dies von dem ungefilterten Wert ForceVehEstRaw genommen, um bereitzustellen, was in Wirklichkeit eine hochpassgefilterte Version ForceVehEstHPFilt ist. Dies wird dann in ein adaptives Modell 28 des Fahrzeugs eingegeben. Das Modell dient dazu, eine hochpassgefilterte Schätzung AccVehEstHPFilt der Fahrzeugbeschleunigung auszugeben.
  • Das einfachste mögliche Modell 28 würde nur eine Teilung der Antriebskraft ForceVehEstFilt durch die Fahrzeugmasse beinhalten. Für eine größere Genauigkeit ist es erforderlich, die Fahrzeugmasse, den Straßengradienten, den Widerstand und potentielle andere Faktoren zu berücksichtigen. Masse und Gradient sind natürlich variabel und werden nicht unmittelbar gemessen. Deshalb ist ein ausgeklügelteres Modell adaptiv und nimmt basierend auf dem Fahrzeugverhalten Korrekturen an diesen Variablen vor.
  • AccVehEstHPFilt wurde auf der Grundlage der Fahrzeugmasse und der auf sie aufgebrachten Kraft erhalten. Ein anderer Weg zum Erhalten eines Wertes für die Fahrzeugbeschleunigung ist das Messen der Fahrzeuggeschwindigkeit und des anschließenden Ableitens nach der Zeit. In 1 ist die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit, selbst ein Signal, welches eine ganze Menge Rauschen beinhaltet, bei 30 als SpdVeh angegeben und wird in das Filter 20 höherer Ordnung und insbesondere in die Reihe von Filtern 24 eingegeben. Das resultierende tiefpassgefilterte Signal wird an einen digitalen Differenzierer 32 weitergeleitet, um einen tiefpassgefilterten Schätzwert AccVehFiltRaw der Fahrzeugbeschleunigung bereitzustellen.
  • Bei 34 wird das hochpassgefilterte Signal AccVehEstHPFilt zu dem tiefpassgefilterten Signal AccVehFiltRaw hinzuaddiert, um bei 35 ein Ausgangssignal AccVehFilt zu ergeben, welches eine sehr gute Annäherung an den wahren Wert der Fahrzeugbeschleunigung ist, wie Versuche ergeben haben. Das niederfrequente Rauschen aufgrund einer Antriebsstrangschwingung wurde mittels des Tiefpassfilterns des gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignals entfernt. Die von dem Tiefpassfilter eingebrachte Zeitverzögerung wurde durch Addieren des hochpassgefilterten Beschleunigungsschätzwerts basierend auf der Übertragungs-/Bremskraft korrigiert.
  • Um nun zu erklären, wie ein verwendbarer Fahrzeuggeschwindigkeitswert erhalten wird, sei angemerkt, dass der tiefpassgefilterte Fahrzeugbeschleunigungswert AccVehFiltRaw, der durch eine Ableitung der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten wurde, zu einem Multiplizierer 36 geleitet wird, der auch die Zeitkonstante TC des Filters 20 höherer Ordnung empfängt. Ein Multiplizieren von AccVehFiltRaw mit TC ergibt einen Offset SpdVehFiltOfst, der ein Schätzwert der Differenz zwischen tatsächlichen und gefilterten Fahrzeuggeschwindigkeitswerten ist, die aufgrund der Zeitverzögerung des Filters 20 eingebracht wurde. Ein Addieren dieses Offsets bei 38 zu dem tiefpassgefilterten gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeitssignal SpdVehFiltBase ergibt ein verbessertes gefiltertes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal SpdVehFilt.
  • 3 ist dazu gedacht, die Bedeutung des Offsets SpdVehFiltOfst zu erläutern. VA stellt die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit dar und ist in diesem Beispiel eine gerade Linie entsprechend einer konstanten Fahrzeugbeschleunigung. Es besteht ein Zeitversatz, bestimmt durch die Zeitkonstante TC, zwischen der tatsächlichen Geschwindigkeit VA und dem gemessenen, gefilterten Signal VFILT. Folglich ist an einem zufällig gewählten Zeitpunkt t0 der Wert SpdVehFiltBase des gefilterten Signals VFILT unterschiedlich von der tatsächlichen Geschwindigkeit Spd. Die Differenz ist in dem dargestellten Beispiel gleich dem Gradienten des gefilterten Signals VFILT multipliziert mit der Zeitverzögerung TC. Das Addieren des Offsets SpdVehFiltOfst, berechnet wie vorstehend erläutert, ergibt somit einen Wert SpdVehFilt, der gleich dem wahren Wert Spd ist. Der Offset ist in diesem Beispiel nur deshalb genau korrekt, weil die Fahrzeugbeschleunigung konstant ist. Wenn die Beschleunigung variiert, wird es eine gewisse Diskrepanz zwischen SpdVehFilt und Spd geben, jedoch bietet das Verfahren eine bedeutende Verbesserung gegenüber dem rohgefilterten Wert.
  • Eine Rückstellfunktion 42 empfängt die gemessenen und die gefilterten Fahrzeuggeschwindigkeitssignale SpdVeh und SpdVehFilt und setzt das Filter 20 zurück, wenn diese angeben, dass das Fahrzeug steht. Alle der in den 1 und 2 dargestellten Funktionen werden typischerweise von einem geeignet programmierten Mikroprozessor ausgeführt.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs, umfassend das Beschaffen eines hochpassgefilterten Beschleunigungssignals basierend auf der auf das Fahrzeug aufgebrachten Nettoantriebskraft und eines tiefpassgefilterten Beschleunigungssignals basierend auf Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, und das Addieren der zwei gefilterten Beschleunigungssignale, um ein die Fahrzeugbeschleunigung repräsentierendes Ausgangssignal zu erhalten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beschaffen des tiefpassgefilterten Beschleunigungssignals weiterhin ein Ableiten nach der Zeit umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Nettoantriebskraft erhalten wird durch Addieren einer Fahrzeugbremskraft zu einer Antriebskraft, die über angetriebene Fahrzeugräder aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Nettoantriebskraft einem adaptiven Fahrzeugmodell (28) zugeführt wird, um einen Fahrzeugbeschleunigungsschätzwert zu erhalten.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Nettoantriebskraft hochpassgefiltert wird, bevor sie dem adaptiven Fahrzeugmodell (28) zugeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Hochpassfiltern durch Tiefpassfiltern und Subtrahieren des tiefpassgefilterten Signals von dem ungefilterten Signal durchgeführt wird.
  7. Vorrichtung zum Bestimmen einer Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs, mit Mitteln (20, 26, 28), die eingerichtet sind, um ein hochpassgefiltertes Beschleunigungssignal zu beschaffen, Mitteln (20, 32), die eingerichtet sind, um ein tiefpassgefiltertes Beschleunigungssignal zu beschaffen, wobei das hochpassgefilterte Beschleunigungssignal basierend auf einer auf das Fahrzeug aufgebrachten Nettoantriebskraft erhalten wird und das tiefpassgefilterte Beschleunigungssignal durch Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten wird, und Mitteln (34), die eingerichtet sind, um die zwei gefilterten Beschleunigungssignale zu addieren, um ein die Fahrzeugbeschleunigung repräsentierendes Ausgangssignal zu erhalten.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, die einen Mikroprozessor aufweist, der eingerichtet ist, um die hoch- und tiefpassgefilterten Beschleunigungssignale in digitaler Form zu verarbeiten.
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