DE4035520A1

DE4035520A1 - Verfahren und anordung zur messung der geschwindigkeit eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE4035520A1
Application number: DE19904035520
Authority: DE
Inventors: Thomas Kern; Angelika Bender
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1992-05-14
Anticipated expiration: 2010-11-09
Also published as: DE4035520C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wobei durch Inkrementierung eines Zählers Zählwerte gebildet werden, die Intervallen zwischen Impulsen entsprechen, die mit Hilfe eines mit einem Rad umlaufenden Zahnkranzes erzeugt werden.

Zur Messung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen wird im allgemeinen die Drehgeschwindigkeit der Räder herangezogen. Bei bekannten Anordnungen werden die Intervalle zwischen den Flanken eines mit dem Rad umlaufenden Zahnkranzes gemessen. Dieses erfolgt dadurch, daß Zählimpulse höherer Frequenz von einer bis zur nächsten Signalflanke eines mit Hilfe eines geeigneten mit dem Zahnkranz in Wirkverbindung stehenden Sensors gezählt werden.

Digitale Regelungs- und Steuerungssysteme benötigen in relativ kurzen Zeitabständen Meßwerte. Dieses verbietet die Auswertung einer vollen Zahnkranzumdrehung, wobei sich Teilungsfehler des Zahnkranzes mitteln würden.

Aus fertigungstechnischen Gründen weichen jedoch die einzelnen Segmente des Zahnkranzes erheblich voneinander ab. Bei den üblichen Steuerungs- und Regelungssystemen werden die Eingangsgrößen und damit auch die Abstände zwischen den einzelnen Zähnen des Zahnkranzes zu äquidistanten Zeitpunkten gemessen. Je nach Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann es dabei vorkommen, daß entweder in einem relativ kurzen Zeitraum viele verschiedene Intervalle gemessen werden oder daß - im ungünstigsten Fall - mehrmals der beispielsweise kleinste Abstand gemessen wird, gefolgt von einem mehrmaligen Messen des größten Abstands. Daraus ergeben sich starke Schwankungen der gemessenen Geschwindigkeit, die zudem in einem Frequenzbereich auftreten, in dem mit Rücksicht auf eine ausreichende Regelgeschwindigkeit eine Dämpfung nicht mehr möglich ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs anzugeben, mit welchem auch bei Verwendung von nicht extrem eng tolerierten Zahnkränzen eine ausgeglichene Geschwindigkeitsregelung ermöglicht wird, ohne daß die Regelung zu träge wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß aus mehreren zu verschiedenen Zeitpunkten gewonnenen Zählwerten ein Mittelwert gebildet wird, wobei die zeitlichen Abstände der Zeitpunkte variiert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vermieden, daß je nach gefahrener Geschwindigkeit ein und der gleiche Zahnabstand mehrmals hintereinander ausgewertet wird. Damit wird verhindert, daß sich im Falle einer größeren Abweichung dieses Zahnabstandes ein Meßfehler mit einer Frequenz ergibt, welche in den zur Regelung erforderlichen Frequenzbereich fällt.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Messung der Geschwindigkeit für ein Regelungssystem erfolgt, welchem ein Hauptabtastzyklus zugrundeliegt, und daß der Mittelwert aus mehreren Zählwerten innerhalb des Hauptabtastzyklus gebildet wird, wobei die Zählwerte zu unregelmäßigen Zeitpunkten gewonnen werden. Dadurch ist eine vorteilhafte Anpassung der erfindungsgemäßen Maßnahmen an das Regelungssystem möglich.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in einem innerhalb des Hauptabtastzyklus durchlaufenen Programm eines Mikrocomputers Zeitpunkte zur Übernahme des Zählwertes aus einem den jeweiligen Zählwert speichernden Register nach der Gleichung

T_n(t) = 1/n · f₀ ± δ (t)

festgelegt werden, wobei T_n(t) der zeitliche Abstand zwischen zwei Zeitpunkten, n die Zahl der innerhalb eines Hauptabtastzyklus zu erfassenden Zählwerte, f_o die Abtastfrequenz für die Regelung und δ_i zeitabhängige Werte sind, für die folgende Randbedingungen gelten:

a) es sollte mindestens ein Zahnpaar gemessen werden, also w_i [ms] < (3600·U [m]) / (N·V [km/h]) = δ_min ,wobei U der Radumfang, N die Zähnezahl des Zahnkranzes und V die Fahrzeuggeschwindigkeit ist;
b) die vorzeichenrichtig gebildete Summe aller δ_i darf nicht positiv werden, damit das Abtastintervall T₀=1/f₀ nicht überschritten wird:

Vorzugsweise werden die zeitlichen Abstände von Programmteilen gebildet, deren Laufzeiten von jeweils zu verarbeitenden Daten abhängen.

Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß die Bildung der zeitlichen Abstände ohne zusätzlichen Aufwand an Hard- bzw. Software möglich ist. Es ist lediglich erforderlich, die Programmteile, welche zu beliebigen Aufgaben des Mikrocomputers dienen, derart zu gestalten, daß sie in den oben angegebenen Zeitrahmen passen.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Zähler ein Register angeschlossen ist, das die Zählwerte während des jeweils folgenden Intervalls speichert, daß Ausgänge des Registers über eine Schalteinrichtung (BUS-Treiber, BUS-Controller) mit dem BUS-System eines Mikrocomputers verbunden sind und daß die Schalteinrichtung von Steuersignalen des Mikrocomputers steuerbar ist, die vom Mikrocomputer zu den Zeitpunkten zur Übernahme der Zählwerte erzeugt werden.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß bei der Mittelwertbildung mindestens ein größter und mindestens ein kleinster Zählwert nicht berücksichtigt wird. Hierbei wird in vorteilhafter Weise ausgenutzt, daß die Abweichungen der einzelnen Zahnabstände von ihrem Sollmaß nicht gleichmäßig verteilt sind, sondern daß einzelne, wenige Zahnabstände wesentlich stärker abweichen als die meisten anderen.

Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Zeitpunkte für die Erfassung der Zählwerte,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Computerprogramms für die Erfassung der Zählwerte.

Fig. 1 zeigt eine Zeitachse mit einem Hauptabtastzyklus T_o. Innerhalb des Haupabtastzyklus werden zu fünf Zeitpunkten t₁ bis t₅ fünf Zählwerte erfaßt, deren zeitliche Abstände T₁ bis T₅ untereinander bzw. zu dem Beginn des Hauptabtastzyklus verschieden sind. Von einem Fünftel des Hauptabtastzyklus T_o/5 unterscheiden sie sich durch die zeitveränderliche Größe δ.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Sensor 1 vorgesehen, der jeweils beim Passieren eines Zahnes eines Zahnkranzes 2 einen Rechteckimpuls erzeugt. Der Abstand jeweils zweier Zahnflanken wird mit Hilfe eines Zählers 3 gemessen. Dazu werden einem Takteingang des Zählers 3 von einem Quarzoszillator Zählimpulse zugeführt. Bei der folgenden Zahnflanke wird der Wert des Zählers 3 in ein Register 5 eingeschrieben, wobei der jeweils vorhergehend gespeicherte Zählwert überschrieben wird.

Der Ausgang des Registers 5 ist mit Eingängen eines BUS-Controllers 6 verbunden, der seinerseits über ein BUS-System 7 an einen Mikrocomputer 8 angeschlossen ist. Dieser fragt mit Hilfe eines Enable-Signals über den BUS-Controller 6 den Inhalt des Registers 5 zu den in Fig. 1 dargestellten Zeitpunkten t₁ bis t₅ ab.

Bei dem in Fig. 3 als Flußdiagramm dargestellten Programm wird nach dem Beginn des Hauptabtastzyklus bei 11 ein erster zeitveränderlicher Programmteil 12 abgearbeitet. Der Programmteil 12 kann wie die anderen zeitveränderlichen Programmteile Bestandteil eines beliebigen Programms sein - beispielsweise für einen Soll/Istwert-Vergleich und die Bildung einer Stellgröße. In Abhängigkeit von den jeweils zu verarbeitenden Werten ändern sich die Laufzeiten der zeitveränderlichen Programmteile von Durchlauf zu Durchlauf, das heißt von Hauptabtastzyklus zu Hauptabtastzyklus.

Nach dem Programmteil 12 wird bei 13 der BUS-Treiber 6 (Fig. 2) aktiviert, so daß ein Zählwert in den Mikrocomputer 8 übernommen wird. In im einzelnen nicht dargestellter Weise wird dieser Zählwert im Arbeitsspeicher des Mikrocomputers abgelegt.

Danach wird ein zweiter zeitveränderlicher Programmteil 14 durchlaufen, auf den wiederum das Einlesen 15 eines weiteren Zählwertes folgt, der ebenfalls abgelegt wird. Nach dem n-ten zeitveränderlichen Programmteil 16 wird bei 17 der n-te Zählwert gelesen und abgelegt. In einem Programmteil 18 wird der Mittelwert der Zählwerte errechnet und in einen Geschwindigkeitswert umgewandelt. Daraufhin geht das Programm in eine Warteschleife 19, bis die Zeit T_o von beispielsweise 20 ms abgelaufen ist. Dann beginnt bei 11 wieder ein neuer Hauptabtastzyklus.

Bei dem anhand von Fig. 3 erläuterten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich die Meßzeitpunkte lediglich durch eine geeignete Programmierung, ohne daß zusätzliche Programme oder zusätzliche Schaltungen erforderlich sind. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, für das Übernehmen der Zählwerte jeweils eine Programmunterbrechung (Interrupt) auszulösen. Dazu kann beispielsweise anstelle des BUS-Treibers 6 ein BUS-Controller verwendet werden, der in der Lage ist, die Zeitpunkte t₁ bis t₅ zu berechnen und jeweils einen Interrupt im Mikrocomputer 8 auszulösen. Zur Synchronisierung erhält der BUS-Controller vom Mikrocomputer 8 ein geeignetes Signal zu Beginn des Hauptabtastzyklus.

Das in Fig. 4 als Flußdiagramm dargestellte Programm bewirkt das Übernehmen von Zählwerten in den Mikrocomputer und wird bei 21 gestartet. Darauf folgt eine Programmverzweigung 22 in Abhängigkeit davon, ob bereits ein Zeitgeberzähler abgelaufen ist, ob beispielsweise 5 ms vergangen sind. Ist dieses nicht der Fall, wird das Programm bei 23 wieder verlassen und wieder gestartet, wenn andere Programme im Mikrocomputer abgearbeitet sind. Ist jedoch der Zeitgeberzähler abgelaufen, so wird bei 23 der Zählwert in den Mikrocomputer übernommen und bei 24 einer Variablen Z_i zugeordnet.

Danach erfolgt eine Verzweigung 25 in Abhängigkeit davon, ob die Anzahl i der Zählwerte den Wert n erreicht hat. Ist dieses der Fall, so wird bei 26 i gleich 1 gesetzt. Ist der Wert n noch nicht erreicht, wird bei 27 i inkrementiert. In dem folgenden Programmschritt 28 wird der Zeitgeberzähler neu gestartet, worauf bei 23 das Programm gemäß Fig. 3 beendet ist. Ist das Programm gemäß Fig. 3 n-mal durchlaufen, so stehen n Zählwerte zur Verfügung.

Das in Fig. 5 dargestellte Programm verarbeitet diese Zählwerte entsprechend den in Fig. 1 dargestellten Verarbeitungsschritten 2 bis 4. Dazu beginnt das Programm mit einem Timer-Interrupt 31, der alle 20 ms erfolgt. Danach werden die Zählwerte Z₁ bis Z_n bei 32 der Größe nach sortiert. Im Programmteil 33 werden der größte und der kleinste Zählwert ignoriert. Im Anschluß daran erfolgt die Mittelwertbildung im Programmteil 34, worauf bei 35 die Geschwindigkeitswerte aus dem Zählermittelwert Z berechnet wird. Nach einer Tiefpaßfilterung 36 wird bei 37 der Geschwindigkeitswert anderen Programmodulen, beispielsweise zur Regelung der Fahrzeuggeschwindigkeit, zur Verfügung gestellt.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, wobei durch Inkrementierung eines Zählers Zählwerte gebildet werden, die Intervallen zwischen Impulsen entsprechen, die mit Hilfe eines mit einem Rad umlaufenden Zahnkranzes erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus mehreren zu verschiedenen Zeitpunkten gewonnenen Zählwerten ein Mittelwert gebildet wird, wobei die zeitlichen Abstände der Zeitpunkte variiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Geschwindigkeit für ein Regelungssystem erfolgt, welchem ein Hauptabtastzyklus zugrundeliegt, und daß der Mittelwert aus mehreren Zählwerten innerhalb des Hauptabtastzyklus gebildet wird, wobei die Zählwerte zu unregelmäßigen Zeitpunkten gewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem innerhalb des Hauptabtastzyklus durchlaufenen Programm eines Mikrocomputers Zeitpunkte zur Übernahme des Zählwertes aus einem den jeweiligen Zählwert speichernden Register nach der Gleichung T_n(t) = 1/n · f₀ ± δ (t)festgelegt werden, wobei T_n(t) der zeitliche Abstand zwischen zwei Zeitpunkten, n die Zahl der innerhalb eines Hauptabtastzyklus zu erfassenden Zählwerte, f_o die Abtastfrequenz für die Regelung und δ_i zeitabhängige Werte sind, für die folgende Randbedingungen gelten:

a) es sollte mindestens ein Zahnpaar gemessen werden, also δ_i [ms] < (3600 · U [m]) / (N · V [km/h]) = δ_min ,wobei U der Radumfang, N die Zähnezahl des Zahnkranzes und V die Fahrzeuggeschwindigkeit ist;
b) die vorzeichenrichtig gebildete Summe aller δ_i darf nicht positiv werden, damit das Abtastintervall T₀=1/f₀ nicht überschritten wird:

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Abstände von Programmteilen gebildet werden, deren Laufzeiten von jeweils zu verarbeitenden Daten abhängen.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zähler ein Register angeschlossen ist, das die Zählwerte während des jeweils folgenden Intervalls speichert, daß Ausgänge des Registers über eine Schalteinrichtung (BUS-Treiber, BUS-Controller) mit dem BUS-System eines Mikrocomputers verbunden sind und daß die Schalteinrichtung von Steuersignalen des Mikrocomputers steuerbar ist, die vom Mikrocomputer zu den Zeitpunkten zur Übernahme der Zählwerte erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Mittelwertbildung mindestens ein größter und mindestens ein kleinster Zählwert nicht berücksichtigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Geschwindigkeit für ein Regelsystem erfolgt, welchem ein Hauptabtastzyklus zugrundeliegt, und daß aus innerhalb jeweils eines Hauptabtastzyklus auftretenden Zählwerten ohne Berücksichtigung von mindestens einem größten und mindestens einem kleinsten Zählwert ein Mittelwert gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert der Zählwerte oder der daraus berechnete Geschwindigkeitswert einer Tiefpaßfilterung unterzogen werden.