DE19502858C1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Kompensieren der Signalfehler eines Giergeschwindigkeitssensors - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Kompensieren der Signalfehler eines Giergeschwindigkeitssensors

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Description

Ein Verfahren zum Kompensieren der Signalfehler eines Gierge­ schwindigkeitssensors wird z. B. für eine Fahrstabili­ tätsregelung in einem Kraftfahrzeug verwendet, bei der die Signale des Giergeschwindigkeitssensors ausgewertet und z. B. durch gezielte Bremseingriffe einer unbeabsichtigten Gierbe­ wegung, d. h. einer Drehung um die Hochachse des Fahrzeugs, entgegengewirkt wird.
Die von Sensoren gelieferten Signale werden durch Störein­ flüsse - wie z. B. die Temperatur des Sensors oder die Alte­ rung der Sensormaterialien - verfälscht. Um ein genaues Meß­ ergebnis zu erhalten, müssen die durch diese Störeinflüsse verursachten Signalfehler kompensiert werden. Bei einer be­ kannten Fahrdynamiksteuerung, die u. a. einen Giergeschwindig­ keitssensors aufweist, wird die Umgebungstemperatur durch ei­ nen Temperatursensor erfaßt und die Temperaturabhängigkeit der Sensorkennlinien in einer oder mehreren Auswerteeinheiten berücksichtigt (DE 42 28 893 A1). Eine Schaltungsanordnung zum Auswerten der Signale eines Giergeschwindigkeitssensors, bei der die Temperaturabhängigkeit der Sensorsignale mit Hil­ fe eines Temperatursensors kompensiert wird, ist aus der äl­ teren Anmeldung DE 43 40 719 A1 bekannt.
Bekannt ist auch ein Fahrzeugsteuergerät mit einem Fahrge­ schwindigkeitssensor und mit einem Drehgeschwindigkeitssen­ sor, der eine Nick-, eine Gier- oder eine Kippbewegung des Fahrzeugs erfaßt (US 5 321 616). Es enthält Rechenschaltun­ gen, die anhand der beiden Sensorsignale einen sog. Normalzu­ stand des Kraftfahrzeugs (Geradeausfahrt oder Stillstand) er­ kennen, in diesem Zustand einen Mittelwert der Drehgeschwin­ digkeitssensorsignale als Nullpunktsignal (Offset) berechnen und mit diesem das Drehgeschwindigkeitssensorsignal korrigie­ ren. Eine Kurvenfahrtbewertungsschaltung, die anhand des kor­ rigierten Drehgeschwindigkeitssensorsignals und des Fahrzeug­ geschwindigkeitssensorsignals einen Kipp- oder Rollzustand des Fahrzeugs erkennt, erzeugt Ausgangssignale, die die Dämp­ fungskraft der Stoßdämpfer einstellen, um damit den Wankzu­ stand des Kraftfahrzeugs zu steuern.
Bei einem Verfahren zum Erkennen des Gierverhaltens eines Fahrzeugs (DE 41 23 234 C1) wird aus der Fahrzeuggeschwindig­ keit und dem Lenk- oder Lenkradwinkel der Sollwert der Gier­ winkelgeschwindigkeit berechnet und mit dem gemessenen Wert verglichen. Anhand der Differenz wird ein Signal erzeugt, das die Fahrsituation oder das Gierverhalten charakterisiert. Es wird eine zeitliche Ableitung dieser Differenz gebildet und das Ausgangssignal abhängig von der Ableitung generiert. Es wird eine zunehmend kritische Fahrsituation signalisiert, wenn der Betrag der Ableitung der Differenz einen Schwellwert überschreitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Störeinflüsse verursachte Signalfehler eines Sensors ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand zu kompensieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 ge­ löst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß der Aufwand für einen Temperatursensor eingespart werden kann und daß darüber hinaus auch andere Störeinflüsse, wie z. B. durch Sensoralterung verursachte, mit berücksichtigt werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, in schematischer Darstellung;
Fig. 2 eine symbolische Darstellung eines Kerngedankens der Erfindung;
Fig. 3 Darstellungen der funktionellen Abhängigkeit des Offsets und der Empfindlichkeit eines Gierratensen­ sors von der Temperatur;
Fig. 4 eine Darstellung der funktionellen Abhängigkeit der Empfindlichkeit von dem Offset eines Gierratensen­ sors, und
Fig. 5 ein Strukturdiagramm, das das bei dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren abzuarbeitende Rechenprogramm wieder­ gibt.
Ein Kraftfahrzeug 1 (Fig. 1) enthält eine Schaltungsanord­ nung 2 zum Kompensieren der Signalfehler eines Giergeschwin­ digkeitssensors 3. Die Schaltungsanordnung 2 ist z. B. in Form eines bekannten Mikrorechners realisiert, der einen Berech­ nungsalgorithmus 4 zum Berechnen einer Referenzgierrate sowie einen Algorithmus 6 zum Ermitteln des Offsets und der Emp­ findlichkeit des Gierratensensors 3 enthält und diese Algo­ rithmen, wie noch zu beschreiben sein wird, ausführt. Es wird hier anstelle des eigentlich zutreffenden Ausdrucks Gierge­ schwindigkeit der kürzere und inzwischen häufig verwendete Ausdruck Gierrate verwendet.
Die Schaltungsanordnung 2 ist Bestandteil eines elektroni­ schen Steuergeräts 8, das z. B. ein ABS-, ein ASR- oder FSR (Fahrstabilitätsregelungs)-Steuergerät sein kann, in dem die von dem Gierratensensor 3 und weiteren Sensoren gelieferten Signale ausgewertet und zum Steuern und Regeln des Antriebs des Kraftfahrzeugs 1 verwendet werden. Vier Raddrehzahlsenso­ ren 9 bis 12 messen die Raddrehzahlen n₁ bis n₄ von vier Rä­ dern 14 bis 17 des Kraftfahrzeugs 1.
Weitere Sensoren sind mit dem Steuergerät 8 und der Schal­ tungsanordnung 2 verbunden: ein Lenkradwinkelsensor 18, der mit einer Lenksäule 19 verbunden ist und den Drehwinkel eines Lenkrads 20 mißt, gfs. ein Querbeschleunigungssensor 22 sowie ein Längsbeschleunigungssensor 23.
Das Steuergerät 8 empfängt Daten von einem Aktuator oder Ak­ tor 24 und übermittelt an diesen Steuerbefehle; es ist mit diesem über eine bidirektionale Datenleitung 26, die z. B. als Bus ausgeführt und in der Zeichnung durch einen breiten Pfeil dargestellt ist, verbunden. Der Aktuator 24 ist mit den Brem­ sen an den vier Rädern 14 bis 17 über - in der Zeichnung mit dicken Strichen dargestellten - Druckleitungen verbunden und steuert den Bremsdruck für jedes der Räder einzeln, und zwar so wie es die jeweilige Funktion (ABS, ASR, . . .) erfordert.
Die in Fig. 1 dargestellten Sensoren sind durch in der Zeichnung mit feinen Strichen dargestellte - Signalleitungen mit dem Steuergerät 8 verbunden.
Ein Grundgedanke der Erfindung soll nun anhand von Fig. 2 erläutert werden. Wird der Offset des Gierratensensor 3, d. h. die Nullpunktsordinate oder Abweichung des Gierratensensorsi­ gnals von dem Spannungswert null bei nicht vorliegender Gier­ bewegung, auf irgend eine Art ermittelt, so kann über die funktionelle Abhängigkeit der Empfindlichkeit von der Tempe­ ratur, die in Form einer Tabelle in einem Speicher 28 abgelegt ist, auf die Empfindlichkeit des Gierratensensors 3 ge­ schlossen werden. Umgekehrt kann bei einer auf irgend eine Art ermittelten Empfindlichkeit über eine ebenfalls in Form einer Tabelle in dem Speicher 28 abgelegten Abhängigkeit des Offsets von der Temperatur, auf den Offset des Gierratensen­ sors geschlossen werden. Die in der Tabelle abgelegten Infor­ mationen können durch das Steuergerät selbst "gelernt", d. h. durch Versuche ermittelt, abgespeichert und adaptiv verbes­ sert werden. Der Lernvorgang wird nun anhand von Fig. 3 er­ läutert.
Zum Bestimmen des Offsets und zum anschließenden Abgleich dieses Offsets und der über die Temperatur aus dem Offset er­ mittelten Empfindlichkeit dienen beispielsweise folgende Fahrsituationen.
A. Konstante Längsdynamik während eines Fahrzyklus
Der Lenkradwinkel wird innerhalb eines vorgegebenen Zeitin­ tervalls auf Übereinstimmung mit dem Wert null überwacht, wo­ bei eine gewisse Toleranzbreite zugelassen wird, und dabei wird der Offsetwert des Sensorsignals festgestellt.
Falls in dem Kraftfahrzeug ein Querbeschleunigungssensor vor­ handen ist, wird die gemessene Querbeschleunigung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls auf Übereinstimmung mit dem Wert null überwacht, wobei eine gewisse Toleranz von zum Bei­ spiel 0,05 g zugelassen wird, und dabei wird der Offsetwert des Gierratensensors festgestellt.
B. Stillstand des Kraftfahrzeugs innerhalb eines Fahrzyklus
Die vier von den Sensoren 9 bis 12 gelieferten Raddrehzahlen werden innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls auf Über­ einstimmung mit dem Wert null überwacht, wobei eine gewisse Toleranzbreite zugelassen wird, und dabei wird der Offsetwert des Gierratensensors festgestellt. Beim Festlegen des Zeitin­ tervalls ist die Nachschwingzeit des Kraftfahrzeugs und die mögliche Blockierdauer an allen vier Rädern während eines Bremsvorgangs zu beachten.
Zwischen den vorstehend aufgeführten Fahrzuständen, bei denen der Offset des Gierratensensors direkt festgestellt werden kann, werden die Offsetwerte über eine Langzeitfilterung (Filterung mit einem Hochpaß) nach einem der allgemein be­ kannten Filterungsverfahren ermittelt.
Zum Ermitteln der Empfindlichkeit und zu dem anschließenden Abgleichen der Empfindlichkeit und des Offsets über die aus der Empfindlichkeit des Gierratensensors ermittelte Tempera­ tur werden die nachfolgend aufgeführten Fahrsituationen ge­ nutzt:
Dabei wird die Empfindlichkeit nach folgender Formel berech­ net:
Am Anfang t₁ und am Ende t₂ eines vorgegebenen Zeitintervalls Δt = t₂-t₁ wird jeweils eine Referenzgierrate ref1 und ref2 ermittelt und es werden die zugehörigen Signalspannungen U₁ und U₂ des Gierratensensors 3 gemessen. Als Referenzgierrate wird hier eine Gierrate bezeichnet, die aus den Signalen an­ derer Sensoren als des Gierratensensors in bekannter Weise berechnet wird, z. B. aus den Signalen des Lenkradwinkelsen­ sors 18 und der Raddrehzahlsensoren 9 bis 12 oder des Querbe­ schleunigungssensors 22. Zum Bestimmen der Referenzgierraten müssen zwei Fahrzustände zu den Zeitpunkten t₂ und t₁ gewählt werden, bei denen zum einen die Gierrate eindeutig bestimmt werden kann und zum anderen die Werte der Gierraten voneinan­ der verschieden sind. Solche Fahrzustände sind z. B. wie er­ wähnt die Geradeausfahrt und die Kurvenfahrt mit geringer Querbeschleunigung (z. B. 0,4 g).
Zwischen dem Offset und der Empfindlichkeit eines Gierraten­ sensors einerseits und der Temperatur andererseits können je­ weils lineare oder nichtlineare funktionelle Abhängigkeiten bestehen. In Fig. 3 ist der Fall einer linearen Abhängigkeit zwischen der Temperatur und dem Offset (oberes Diagramm) und einer linearen Abhängigkeit zwischen der Temperatur und der Empfindlichkeit (unteres Diagramm) dargestellt.
Wird durch eine Messung M1 der Offset bei einem Fahrzustand ermittelt, bei dem er eindeutig bestimmbar ist, so kann über die Temperatur die zugehörige Empfindlichkeit des Gierraten­ sensors direkt abgelesen werden, wie in Fig. 3 durch den linken, durchgehend gezeichneten, abwärts gerichteten Pfeil verdeutlicht ist. Wird hingegen durch eine Messung M2 die Empfindlichkeit bei einem Fahrzustand, bei dem sie eindeutig bestimmbar ist, ermittelt, so kann über die Temperatur der zugehörige Offsetwert des Gierratensensors ebenfalls direkt abgelesen werden (rechter, gestrichelt gezeichneter, aufwärts gerichteter Pfeil in Fig. 3).
Wegen dieses eindeutigen Zusammenhangs zwischen den beiden Sensorparametern läßt sich die Empfindlichkeit auch direkt über dem Offset des Gierratensensors auftragen (Fig. 4). Dieser Zusammenhang wird in der Tabelle des Speichers 28 in Form von Stützstellen-Koordinaten abgelegt, die in Fig. 4 durch Punkte kenntlich gemacht sind. Die Werte zwischen die­ sen Stützstellen werden rechnerisch interpoliert.
Besteht zwischen der Temperatur und dem Offset eines Gierra­ tensensors eine lineare Abhängigkeit, zwischen der Temperatur und der Empfindlichkeit aber eine nicht lineare Abhängigkeit, so kann aus einem gemessenen Offsetwert über die Temperatur ebenfalls die zugehörige Empfindlichkeit festgestellt werden. Ist die Abhängigkeit der Empfindlichkeit von der Temperatur eine nicht monoton steigende oder fallende Funktion, so kann einer Empfindlichkeit, die bei einem geeigneten Fahrzustand berechnet worden ist, keine eindeutige Temperatur und damit auch kein eindeutiger Offsetwert zugeordnet werden. Entspre­ chendes gilt mutatis mutandis für den Fall der linearen Ab­ hängigkeit zwischen der Empfindlichkeit und der nicht linea­ ren Abhängigkeit zwischen dem Offset und der Temperatur. Sind schließlich beide Parameter nicht linear und nicht monoton von der Temperatur abhängig, so führt das erfindungsgemäße Verfahren nicht zu eindeutigen Zuordnungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in dem Steuergerät 8 durchgeführt, indem ein Programm abgearbeitet wird, das dem Strukturdiagramm von Fig. 5 entspricht. Es werden dabei fol­ gende Programmschritte durchgeführt:
S0 Die Sensorsignale werden eingelesen und aufbereitet, z. B. gefiltert. Der aktuelle Zeitpunkt t wird der Varia­ blen t₂ zugewiesen.
S1A Es wird festgestellt, ob ein Fahrzustand vorliegt, aus dem direkt auf den Offset geschlossen werden kann (z. B. Fahrzeugstillstand).
S1B Der aktuelle Offset wird berechnet und ein Offsetberech­ nungsbit auf den Wert "true" gesetzt.
S1 Es wird überprüft, ob ein Fahrzustand vorliegt, aus dem der Offset bestimmt werden kann, indem eine Referenzgier­ rate berechnet werden kann.
Wenn "nein", so erfolgt eine Verzweigung zu dem Schritt S6.
S2 Die eingelesene Spannung U wird der Variablen Uref2 zuge­ wiesen. Die Referenzgierrate wird berechnet.
S3 Es wird überprüft, ob ein vorgegebenes Zeitintervall Δt t₂-t₁ eingehalten wurde.
Wenn "nein", so erfolgt eine Verzweigung nach S6.
S4 Der Offset wird aus den Werten Uref2, ref2 und einem gülti­ gen Empfindlichkeitswert E berechnet.
S5 Das Offsetberichtigungsbit wird auf "true" gesetzt. Der Zeitpunkt t₂ wird unter der Variablen t₁ gespeichert.
S6 Es wird überprüft, ob ein Fahrzustand vorliegt, bei dem die Empfindlichkeit bestimmt werden kann, d. h. bei dem eine Referenzgierrate für die Empfindlichkeitsbestimmung berechnet werden kann.
S7 Die eingelesene Spannung U wird der Variablen Uref2 zuge­ wiesen. Die Referenzgierrate wird berechnet.
S8 Es wird überprüft, ob ein vorgegebenes Zeitintervall Δt₂ t₂-t₃ eingehalten wurde.
Wenn "nein", so erfolgt eine Verzweigung nach S14.
S9 Die Empfindlichkeit wird aus Uref2, ref2 und Uref1, ref1 be­ rechnet.
Der Zeitpunkt t₃ wird der Variablen t₂ zugewiesen.
S10 Es wird abgefragt, ob das Offsetberechnungsbit auf "true" gesetzt ist.
Wenn "nein", so erfolgt eine Verzweigung nach S17.
S11 Der Offset- und der Empfindlichkeitsfehler werden abge­ glichen.
S12 Die Spannung Uref2 wird der Variablen Uref1 zugewiesen.
S13 Die Gierrate ref2 wird der Variablen ref1 zugewiesen.
S14 Es wird abgefragt, ob das Offsetberechnungsbit auf "true" gesetzt ist.
Wenn "nein", so erfolgt eine Verzweigung nach S15.
S15 Der Offset wird mit einer Langzeitfilterung (Hochpaß) be­ stimmt.
S16 Die Empfindlichkeit wird aus dem ermittelten Offset be­ stimmt (durch Interpolation der in dem Speicher 28 abge­ legten Tabellen).
S17 Der Offset wird aus der ermittelten Empfindlichkeit be­ stimmt (durch Interpolation der in dem Speicher 28 abge­ legten Tabellen).
Damit läßt sich jederzeit der Offset des Giergeschwindig­ keitssensors 3 abgleichen oder seine Empfindlichkeit einstel­ len, ohne daß dazu ein Temperatursensor benötigt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Kompensieren der Signalfehler eines Gierge­ schwindigkeitssensors in einem Kraftfahrzeug, insbesondere eines in einer Fahrstabilitätsregelung eines Kraftfahrzeugs verwendeten Giergeschwindigkeitssensors, bei dem:
  • - aus den elektrischen Signalen eines Lenkradwinkelsensors, von Raddrehzahlsensoren oder eines Querbeschleunigungssensors ein Fahrzustand festgestellt wird, in dem der Offset des Giergeschwindigkeitssensors eindeutig bestimmbar ist, und in diesem Fahrzustand der Offset ermittelt wird,
  • - zu Beginn und Ende eines vorgegebenen Zeitintervalls Fahr­ zustände festgestellt werden, in denen die Giergeschwindig­ keiten des Kraftfahrzeugs eindeutig bestimmbar und unterein­ ander verschieden sind, und zu diesen Zeitpunkten aus den elektrischen Signalen des Lenkradwinkelsensors und der Rad­ drehzahlsensoren oder des Querbeschleunigungssensors die Giergeschwindigkeiten berechnet und die zugehörigen Si­ gnalspannungen des Giergeschwindigkeitssensors festgehalten werden,
  • - aus den berechneten Giergeschwindigkeiten und den zugehö­ rigen Signalspannungen des Giergeschwindigkeitssensors dessen Empfindlichkeit berechnet wird,
  • - anhand der funktionellen Abhängigkeit des Offsets und der Empfindlichkeit von der Temperatur verschiedene Werte des Offsets und der Empfindlichkeit einander paarweise zugeordnet und abgespeichert werden, und
  • - mit den gespeicherten Werten der Offset- und der Empfind­ lichkeitsfehler des Giergeschwindigkeitssensors kompensiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fahrzuständen, bei denen der Offset des Gierge­ schwindigkeitssensors eindeutig bestimmbar ist, der Offset durch eine Langzeitfilterung ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit und/oder der Offset des Giergeschwindigkeits­ sensors rechnerisch abgeglichen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit E des Giergeschwindigkeitssensors nach der Formel berechnet wird, worin und ref1 und ref2 die zu zwei Zeitpunkten berechneten Giergeschwindigkeiten und U₁ und U₂ die zugehöri­ gen Signalspannungen des Giergeschwindigkeitssensors sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Offset und die Empfindlichkeit des Giergeschwindigkeitssen­ sors jeweils während eines klassifizierten Fahrzustands er­ mittelt werden.
6. Schaltungsanordnung zum Kompensieren der Signalfehler ei­ nes Giergeschwindigkeitssensors in einem Kraftfahrzeug, ins­ besondere eines in einer Fahrstabilitätsregelung eines Kraft­ fahrzeugs verwendeten Giergeschwindigkeitssensors (3), mit einem Steuergerät (8) und einem Speicher (28), bei der das Steuergerät (8)
  • - aus den elektrischen Signalen eines Lenkrad­ winkelsensors, von Raddrehzahlsensoren oder eines Querbe­ schleunigungssensors (18, 9 bis 12 bzw. 22) einen Fahrzustand feststellt, in dem der Offset des Giergeschwindigkeitssensors (3) eindeutig bestimmbar ist, und in diesem Fahrzustand den Offset ermittelt,
  • - zu Beginn und Ende eines vorgegebenen Zeitintervalls (t₁, t₂) Fahrzustände feststellt, in denen die Giergeschwindig­ keiten () des Kraftfahrzeugs eindeutig bestimmbar und un­ tereinander verschieden sind, und zu diesen Zeitpunkten (t₁, t₂) aus den elektrischen Signalen des Lenkradwinkelsensors (18) und der Raddrehzahlsensoren (9 bis 12) oder des Querbe­ schleunigungssensors (22) die Giergeschwindigkeiten (ref1, ref2-) berechnet und die zugehörigen Signalspannungen (U₁, U₂) des Giergeschwindigkeitssensors (3) festhält,
  • - aus den berechneten Giergeschwindigkeiten ref1, ref2- und den zugehörigen Signalspannungen (U₁, U₂) des Giergeschwin­ digkeitssensors (3) dessen Empfindlichkeit (E) berechnet,
  • - anhand der funktionellen Abhängigkeit des Offsets und der Empfindlichkeit (E) von der Temperatur verschiedene Werte des Offsets und der Empfindlichkeit (E) einander paarweise zuord­ net und in dem Speicher (28) ablegt, und
  • - mit den gespeicherten Werten den Offset- und den Empfind­ lichkeitsfehler des Giergeschwindigkeitssensors (3) kompen­ siert.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Steuergerät (8) einen Algorithmus (4) zum Be­ rechnen von Giergeschwindigkeiten (ref1, ref2) und einen Algo­ rithmus (6) zum Ermitteln und Abgleichen des Offsets und der Empfindlichkeit (E) des Giergeschwindigkeitssensor (3) ent­ hält.
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