WO2011039028A1 - Verfahren zum kalibrieren eines neigungssensors - Google Patents

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WO2011039028A1
WO2011039028A1 PCT/EP2010/062852 EP2010062852W WO2011039028A1 WO 2011039028 A1 WO2011039028 A1 WO 2011039028A1 EP 2010062852 W EP2010062852 W EP 2010062852W WO 2011039028 A1 WO2011039028 A1 WO 2011039028A1
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Maik WÜRTHNER
Ingo Sauter
Joachim Staudinger
Johannes Kemler
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels

Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating a tilt sensor of a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • a micromechanical tilt sensor for a motor vehicle is known.
  • the inclination sensor comprises a carrier plate with a plurality of pressure sensor units for determining pressure forces applied to the carrier plate.
  • an evaluation unit for determining the inclination of the carrier plate from the output data of the pressure sensor units is used.
  • a calibration for correcting manufacturing or evaluation tolerances is not provided. Only the minimization of aging effects of the inclination sensor are partially taken into account in the known sensor in that the pressure sensors used on the carrier plate have a nearly identical aging behavior, which is canceled between the different pressure sensors. Deviations due to manufacturing or other effects can not be corrected.
  • a method for calibrating a tilt sensor is known from the document DE 102 00 693 A1.
  • the inclination sensor is arranged in a predetermined initial orientation and a first sensor signal detected in a first detection step.
  • at least three further detection steps of the inclination sensor is in each case brought by turning in different, predetermined further orientations in space and it is detected in each case corresponding sensor signals.
  • several test measurements with the tilt sensor are required to make a corresponding calibration.
  • it is necessary to bring the sensor into different orientations in space which is not readily possible with a sensor used in the vehicle.
  • the present invention is based on the object to propose a method of the type described above, in which as simple as possible during normal operation, a calibration is continuously possible.
  • a method for calibrating a tilt sensor of a vehicle in which during driving the inclination of the vehicle as the output value is determined continuously at least in the direction of travel, wherein the correction between the actual inclination and the determined inclination from a predetermined number of determined output values, an average value is determined and used for zero adjustment in the tilt sensor.
  • each output value of the inclination sensor can be used continuously for averaging, thus realizing a continuous calibration of the sensor.
  • a vehicle overcomes its distance in relation to the distance only small height differences and also the height differences are always overcome in both directions. For this reason it follows that the average determined slope value always gives the value zero.
  • the mean value determined can be used as zero deviation in the inclination sensor for calibration.
  • the proposed method can advantageously be applied continuously during driving, so that then changes over the life can be corrected immediately.
  • the average is determined, for example, over a predetermined distance interval of the vehicle. This has the advantage that the average is formed over the distance traveled and not over time. On In this way, so-called running away of the mean value can be avoided, for example during a vehicle standstill or in the event of influences due to changing vehicle speeds.
  • At least one measured value or output value of the inclination sensor can be used for each defined distance interval. It is particularly advantageous if the averaging is carried out as a function of the vehicle speed, for example.
  • the vehicle speed and therefore also the distance traveled can be made available, for example, from external sources, for example by a control unit which is connected via a vehicle network in order to make the data available to the method according to the invention. It is also possible for these data to be calculated from internal transmission measured variables, for example an output sensor or the like.
  • the defined in the context of averaging length of the distance over which the average is formed can be selected according to an embodiment of the invention as a function of the required accuracy in the process. If, for example, an accuracy of, for example, one percent is required, the distance should be about a hundred times greater than the maximum height difference that can be overcome along the distance traveled by the vehicle.
  • the height difference can be determined, for example, from the geographical conditions of the route of the vehicle, the data being e.g. be provided via a navigation device of the vehicle the proposed method available.
  • a fixed number of output values or measured variables can preferably be determined over the selected distance interval.
  • the output data is then used to form a moving average.
  • the number of measurements that are taken into account in the moving averaging depends on the length of the route interval and on the set number of output values per distance interval.
  • the new measured value always replaces the oldest measured value in averaging, whereby the required values for averaging can be temporarily stored.
  • a further possible embodiment variant of the method according to the invention may provide that to calculate an average value for reducing the required memory space, each new output value is added to a sum and then divided by the number of recorded output data to form a current mean value, for example next mean value is obtained. If a maximum number of slope values or inclination values has been obtained, a current average value is thus stored in each case.
  • the number of output values used is variable depending on the available memory space.
  • the averaging can start anew.
  • the stored average value can be used until a new one has been determined. It is also possible that both the stored and the newly determined, current average values are considered during the calibration, wherein the stored value is weighted more heavily, for example, or the weighting is carried out according to the number of output values used. After switching off the ignition of the vehicle, for example, always be started with the last stored value.
  • the output value of the inclination sensor is used as the starting value for the averaging during a first startup of the vehicle. Because at a first startup of the control unit of the vehicle on the production line can be assumed that the vehicle is in the plane and the output value of the inclination sensor can be used.
  • a calibration during vehicle standstill can also be done for example via a diagnostic command or reset command.
  • the determined mean value can also be reset, for example, via a diagnostic device or set to a defined value, for example as a diagnostic command.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kalibrieren eines Neigungssensors eines Fahrzeuges vorgeschlagen, bei dem während des Fahrbetriebes die Neigung des Fahrzeuges als Ausgabewert in Fahrtrichtung kontinuierlich bestimmt wird, wobei zur Korrektur zwischen der tatsächlichen Neigung und der ermittelten Neigung aus einer vorbestimmten Anzahl von ermittelten Ausgabewerten ein Mittelwert bestimmt wird und zum Nullpunktabgleich bei dem Neigungssensor verwendet wird.

Description

Verfahren zum Kalibrieren eines Neiqunqssensors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Neigungssensors eines Fahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 197 52 439 C2 ist ein mikromechanischer Neigungssensor für ein Kraftfahrzeug bekannt. Der Neigungssensor umfasst eine Trägerplatte mit mehreren Drucksensoreinheiten zur Bestimmung von auf die Trägerplatte aufgebrachten Druckkräften. Ferner wird eine Auswerteeinheit zur Ermittlung der Neigung der Trägerplatte aus den Ausgabedaten der Drucksensoreinheiten verwendet. Eine Kalibrierung zum Korrigieren von Fertigungs- oder Auswertungstoleranzen ist nicht vorgesehen. Nur die Minimierung von Alterungseffekten des Neigungssensors werden teilweise bei dem bekannten Sensor berücksichtigt, indem die verwendeten Drucksensoren auf der Trägerplatte ein nahezu identisches Alterungsverhalten aufweisen, welches sich zwischen den verschiedenen Drucksensoren aufhebt. Abweichungen aufgrund von Fertigungs- oder anderen Effekten können dadurch nicht korrigiert werden.
Darüber hinaus ist aus der Druckschrift DE 102 00 693 A1 ein Verfahren zur Kalibrierung eines Neigungssensors bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird in einem ersten Erfassungsschritt der Neigungssensor in einer vorgegebenen Anfangsorientierung angeordnet und ein erstes Sensorsignal erfasst. In wenigstens drei weiteren Erfassungsschritten wird der Neigungssensor jeweils durch Drehen in verschiedene, vorgegebene weitere Orientierungen im Raum gebracht und es werden jeweils entsprechende Sensorsignale erfasst. Somit sind bei dem bekannten Verfahren mehrere Testmessungen mit dem Neigungssensor erforderlich, um eine entsprechende Kalibrierung vorzunehmen. Darüber hinaus ist es notwendig, den Sensor in verschiedene Orientierungen im Raum zu bringen, welches bei einem Sensor, der im Fahrzeug verwendet wird, nicht ohne weiteres möglich ist. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei dem möglichst einfach während des normalen Betriebs eine Kalibrierung kontinuierlich ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Demnach wird ein Verfahren zum Kalibrieren eines Neigungssensors eines Fahrzeuges vorgeschlagen, bei dem während des Fahrbetriebes die Neigung des Fahrzeuges als Ausgabewert zumindest in Fahrtrichtung kontinuierlich bestimmt wird, wobei zur Korrektur zwischen der tatsächlichen Neigung und der ermittelten Neigung aus einer vorbestimmten Anzahl von ermittelten Ausgabewerten ein Mittelwert bestimmt wird und zum Nullpunktabgleich bei dem Neigungssensor verwendet wird.
Auf diese Weise kann im Fahrbetrieb zum Beispiel jeder Ausgabewert des Neigungssensors ständig zur Mittelwertbildung verwendet werden, um somit ein kontinuierliches Kalibrieren des Sensors zu realisieren. Üblicherweise überwindet ein Fahrzeug entlang seiner Wegstrecke im Verhältnis zur Entfernung nur geringe Höhendifferenzen und zudem werden die Höhendifferenzen immer in beide Fahrtrichtungen überwunden werden. Aus diesem Grund ergibt sich, dass der durchschnittlich ermittelte Neigungswert immer den Wert Null ergibt. Dadurch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der ermittelte Mittelwert als Nullpunktabweichung bei dem Neigungssensors zum Kalibrieren verwendet werden. Das vorgeschlagene Verfahren kann in vorteilhafter Weise während des Fahrbetriebes kontinuierlich angewendet werden, so dass dann Veränderungen über die Lebensdauer sofort korrigiert werden können.
Im Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Mittelwert beispielsweise über ein vorbestimmtes Wegstreckenintervall des Fahrzeuges ermittelt wird. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass der Mittelwert über die zurückgelegte Wegstrecke und nicht über die Zeit gebildet wird. Auf diese Weise kann ein so genanntes Weglaufen des Mittelwertes zum Beispiel während eines Fahrzeugstillstands oder bei Einflüssen durch wechselnde Fahrzeuggeschwindigkeiten vermieden werden.
Vorzugsweise kann für jedes festgelegte Strecken Intervall zumindest ein Messwert beziehungsweise Ausgabewert des Neigungssensors verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittelwertbildung in Abhängigkeit zum Beispiel von der Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt wird. Die Fahrzeuggeschwindigkeit und damit auch die zurückgelegte Wegstrecke kann zum Beispiel von externen Quellen zur Verfügung gestellt werden, beispielsweise durch ein Steuergerät, welches über ein Fahrzeugnetzwerk verbunden ist, um die Daten dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung zu stellen. Es ist auch möglich, dass diese Daten aus getriebeinternen Messgrößen, zum Beispiel einem Abtriebssensor oder dergleichen, berechnet werden.
Die im Rahmen der Mittelwertbildung festgelegte Länge der Wegstrecke, über die der Mittelwert gebildet wird, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in Abhängigkeit der geforderten Genauigkeit bei dem Verfahren gewählt werden. Wenn beispielsweise eine Genauigkeit von beispielsweise einem Prozent gefordert wird, sollte die Wegstrecke etwa hundertfach so groß sein, als die maximal überwindbare Höhendifferenz entlang der Wegstrecke des Fahrzeuges. Die Höhendifferenz kann beispielsweise aus den geographischen Gegebenheiten der Wegstrecke des Fahrzeuges ermittelt werden, wobei die Daten z.B. über ein Navigationsgerät des Fahrzeuges dem vorgeschlagenen Verfahren zur Verfügung gestellt werden.
Vorzugsweise kann bei dem Verfahren über das gewählte Wegstreckenintervall eine feste Anzahl von Ausgabewerten beziehungsweise Messgrößen ermittelt werden. Über die Ausgabedaten wird dann ein gleitender Mittelwert gebildet. Die Anzahl der Messwerte, die bei der gleitenden Mittelwertbildung berücksichtigt werden, sind abhängig von der Länge des Wegstreckenintervalls sowie von der festgelegten Anzahl von Ausgabewerten pro Wegstreckenintervall. Der neue Messwert ersetzt immer den ältesten Messwert bei der Mittelwertbildung, wobei die erforderlichen Werte zur Mittelwertbildung zwischengespeichert werden können. Eine weitere mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass zur Berechnung eines Mittelwertes zum Reduzieren des benötigten Speicherplatzes jeder neue Ausgabewert zu einer Summe addiert wird und dann durch die Anzahl der aufgenommenen Ausgabedaten dividiert wird, um einen aktuellen Mittelwert zu bilden, bis zum Beispiel ein nächster Mittelwert erhalten wird. Wenn eine maximale Anzahl von Steigungswerten beziehungsweise Neigungswerten erhalten worden ist, wird somit jeweils ein aktueller Mittelwert gespeichert. Dabei ist die Anzahl der verwendeten Ausgabewerte variabel je nach zur Verfügung stehendem Speicherplatz.
Vorzugsweise kann nach dem Abspeichern eines aktuellen Mittelwertes die Mittelwertbildung von neuem beginnen. Der gespeicherte Mittelwert kann solange verwendet werden, bis ein neuer ermittelt wurde. Es ist auch möglich, dass beide also der abgespeicherte und der neu ermittelte, aktuelle Mittelwert bei der Kalibrierung betrachtet werden, wobei der gespeicherte Wert zum Beispiel stärker gewichtet oder die Gewichtung nach der Anzahl der verwendeten Ausgabewerte durchgeführt wird. Nach dem Abschalten der Zündung des Fahrzeuges kann zum Beispiel immer mit dem zuletzt gespeicherten Wert begonnen werden.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einer ersten Inbetriebnahme des Fahrzeuges der Ausgabewert des Neigungssensors als Startwert für die Mittelwertbildung verwendet wird. Denn bei einer ersten Inbetriebnahme des Steuergerätes des Fahrzeuges am Produktionsband kann angenommen werden, dass das Fahrzeug in der Ebene steht und der Ausgangswert des Neigungssensors herangezogen werden kann.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann eine Kalibrierung beim Fahrzeugstillstand auch zum Beispiel über einen Diagnosebefehl beziehungsweise Reset- Befehl erfolgen. Der ermittelte Mittelwert kann zum Beispiel auch über ein Diagnosegerät zurückgesetzt werden oder auf einen definierten Wert beispielsweise als Diagnosebefehl festgesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Kalibrieren eines Neigungssensors eines Fahrzeuges, bei dem während des Fahrbetriebes die Neigung des Fahrzeuges als Ausgabewert zumindest in Fahrtrichtung kontinuierlich bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur zwischen der tatsächlichen Neigung und der ermittelten Neigung aus einer vorbestimmten Anzahl von ermittelten Ausgabewerten ein Mittelwert bestimmt wird und zum Nullpunktabgleich bei dem Neigungssensor verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert über ein vorbestimmtes Wegstreckenintervall des Fahrzeuges ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwertbildung in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit und die zurückgelegte Wegstrecke über ein Fahrzeugnetzwerk aus einem Steuergerät eingelesen oder aus getriebeinternen Messgrößen ermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Wegstreckenintervalls in Abhängigkeit von der geforderten Genauigkeit der Kalibrierung gewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass über das gewählte Wegstreckenintervall eine vorbestimmte Anzahl von Ausgabewerten ermittelt und ein gleitender Mittelwert bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu einer maximal festgelegten Anzahl jeder Ausgabewert addiert und durch die festgelegte Anzahl der Ausgabewerte dividiert wird und als aktueller Mittelwert gespeichert wird, bis ein nächster Mittelwert ermittelt worden ist.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Inbetriebnahme des Fahrzeuges der Ausgabewert des Neigungssensors als Startwert für die Mittelwertbildung verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibrierung im Fahrzeugstillstand über einen Diagnosebefehl durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein ermittelter Mittelwert über ein Diagnosegerät zurückgesetzt und auf einen definierten Wert festgelegt wird.
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