WO2021213812A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer drehfrequenz eines rads - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer drehfrequenz eines rads Download PDF

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WO2021213812A1
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pulse
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averaged
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Jan Scheuing
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a rotational frequency of a wheel, in particular of a motor vehicle, with a rotational speed sensor which has a transmitter wheel assigned to the wheel and a sensor element assigned to the transmitter wheel, the transmitter wheel having pulse transmitters which are distributed uniformly over its circumference and which are for example protrude radially from the encoder wheel, and the flanks of which are detected in the circumferential direction by the sensor element for determining the rotational frequency of the encoder wheel.
  • the invention also relates to a device with a control device which carries out the method described above when used as intended.
  • the rotational speed or rotational frequency of one or more wheels of the motor vehicle is monitored in order, for example, to be able to detect and prevent a locking of the wheel or the like.
  • the rotational frequency is determined with the aid of a speed sensor.
  • This has a sensor wheel coupled to the wheel and a sensor element fixed to the body, which is assigned to the sensor wheel.
  • the encoder wheel has a plurality of pulse encoders which are arranged uniformly distributed over the circumference and which, for example, protrude radially from the encoder wheel in the form of teeth and / or are designed as magnetic poles.
  • the pulse generators are arranged at a distance from one another, so that two of each pulse generator due to the sensor element Edges are detectable.
  • the sensor wheel can be scanned optically and / or electromagnetically by the sensor element. To determine the rotational frequency, the number of edges detected by the specified measurement interval is referenced to the time difference measured by a control device between the most recently detected edges of the previous and current measurement interval.
  • the encoder wheel can have an eccentricity, as a result of which a sinusoidally modeled pitch error has an effect on the time difference between the detected edges.
  • the amplitude and phase position depend on the individual encoder wheel, but are not dependent on the speed.
  • a static imbalance of the encoder wheel can also lead to an eccentricity effect if it causes a periodic radial force, which via the mechanical system of the bearing of the wheel leads to periodic modulation of the dynamic rolling radius and also has the effect of a sinusoidal modeled pitch error.
  • the applicant's unpublished patent application DE 102018221 713 also discloses a method in which an optimal filter is used to compensate for a modulation caused by the eccentricity, and the modulation parameters of the optimal filter are adapted by a sequential least squares method.
  • This method leads to a relatively sluggish behavior, which can lead to a speed-dependent phase delay of the compensation signal in steady-state operation and to overcompensation when dynamically passing through an imbalance resonance range.
  • the method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the above-mentioned disadvantages are overcome and an improved method for determining the modulation parameters by means of an eccentricity or wheel imbalance caused rotation-periodic modulation is created in a time-equidistantly sampled frequency signal.
  • this is achieved in that to compensate for a modulation of the rotational frequency caused by an eccentricity, the encoder wheel is divided into segments, a pulse frequency of detected signal pulses is determined and averaged for each segment, and modulation parameters for correcting the rotational frequency are determined as a function of the averaged pulse frequencies will.
  • a segment is understood to mean, in particular, a segment defined or limited by an angle, that is to say an angle segment.
  • the pulse frequency is recorded several times and then averaged.
  • the pulse frequencies are particularly preferably averaged algorithmically by simple arithmetic averaging, with weightings or geometrical averaging methods also being used as an alternative or in addition.
  • the encoder wheel is divided into segments of equal size.
  • the encoder wheel is particularly preferably divided into four segments (quadrants) of equal size, so that the encoder wheel is symmetrically divided in such a way that two of the segments are diametrically opposite each other.
  • the transmitter wheel is divided into segments of different sizes, for example into four segments of different sizes, two of which are each the same size, for example. In principle, a smaller number of segments, for example three segments, or more than four segments are also possible.
  • eccentricity-free pulse frequencies are determined from the averaged pulse frequencies of segments that are diametrically opposite one another. It is therefore assumed that the mean value of the pulse frequencies or averaged pulse frequencies of opposing segments are considered to be free of eccentricity.
  • eccentric pulse frequencies are determined from the averaged pulse frequencies of adjacent segments, that is, segments following one another in the direction of rotation.
  • a linear acceleration is assumed, which allows a good estimate of the instantaneous, eccentricity-free pulse rate and the eccentricity-afflicted pulse rate.
  • the modulation parameter is determined from the ratio of eccentricity-afflicted and eccentricity-free averaged pulse frequencies.
  • the modulation parameters are estimated in alternating segments each time a segment is left from the ratio of the eccentricity-afflicted and eccentricity-free center segment frequency or the averaged pulse frequency.
  • the modulation parameters preferably describe the amount and phase position of the eccentricity of the encoder wheel.
  • the modulation parameters are described as complex-valued amplitudes AR + i Ai.
  • the modulation parameters are subjected to a smoothing filtering, in particular by means of a PT1 filter. It is thereby achieved in particular that the modulation parameters are not completely re-estimated several times per revolution, but that a previous estimate is used and adapted by the current evaluation.
  • control device is specially designed to carry out the method according to the invention when used as intended.
  • Figure 1 shows a speed sensor for a motor vehicle in a simplified representation
  • FIG. 2 shows a schematic model to explain an advantageous method for operating the speed sensor
  • FIGS. 3A and 3B show a simplified representation of the calculation model
  • FIG. 4 shows a geometric representation of the calculation model.
  • Figure 1 shows a simplified representation of a speed sensor 1 for a motor vehicle.
  • the speed sensor 1 has a sensor wheel 2 to which a sensor element 3 is assigned.
  • the sensor element 3 is assigned radially to the outer circumference of the encoder wheel 2 and is fixed to the housing.
  • the encoder wheel 2 is rotatably coupled to a shaft, for example a drive wheel of the motor vehicle.
  • the transducer wheel 2 has a plurality of pulse transducers 4 that are evenly spaced from one another and are distributed over its circumference. In the present exemplary embodiment, these are designed as radially protruding circular ring segments or teeth, which are each delimited in the circumferential direction by two flanks 5.
  • the pulse generators 4 are designed, for example, as magnetic poles of a magnetic multipole wheel, axial teeth and / or perforated diaphragms.
  • the encoder wheel 2 is a pole wheel with a large number of pole pairs NP, which are in particular formed by one or more permanent magnets.
  • six edges 5_1 to 5_6 are detected by the sensor element 3 within the measuring interval DT, the sensor wheel 2 rotating clockwise in the plane of the paper according to arrow 6.
  • the impairment or modulation caused by the eccentricity is advantageously compensated for in a time-equidistant frequency signal.
  • FIG. 2 shows, in a simplified manner, a model which is executed in particular by a control device of the speed sensor or a control device assigned to the speed sensor.
  • the sensor element 3 determines a pulse frequency f resulting from the edges of the pulse generator 4 and the rotational speed, which is then scaled to the angular frequency via the number of encoder wheel poles NP:
  • the parameter f M represents a time-averaged pulse frequency and s (n) the current wheel angle determined by the accumulation of the number of flanks:
  • the model from FIG. 2 will be discussed in more detail with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • the instantaneous pulse frequency is understood here as being dependent on the wheel angle.
  • the pointer 7 thus has the same length regardless of the wheel angle.
  • a momentary wheel angle s (n) is calculated, as already described above.
  • the encoder wheel is divided into four equally sized (angular) segments I to IV (quadrants)
  • the segments are of different sizes or also have a different number of segments, but at least three, is present, which then however require a weighting when assigning to the modulation parameters.
  • the assignment preferably takes place on the mean wheel angle of the pulse frequency, i.e. the above wheel angle calculation at the end of a time interval n is corrected as follows:
  • the instantaneous pulse frequency fl to f4 measured with each passage through each segment is preferably averaged.
  • arithmetic averaging that is particularly easy to implement algorithmically takes place, with other weightings or, for example, geometric averaging being possible as an alternative.
  • the mean values from the pulse frequencies of opposing segments 1, 3 and 2, 4 can be assumed to be free of eccentricity. Given the above assignment with constant rotational speed, both (fl + f3) / 2 and (f2 + f4) / 2 are good estimates of an eccentricity-free pulse frequency.
  • the eccentricity-affected torque frequency ⁇ k can be the eccentricity-free pulse frequency (f k -1 + f k + l ) / 2 assign.
  • the modulation parameters AR and Ai are preferably estimated in alternating segments, in each case when leaving a segment, estimated from the ratio of the averaged pulse frequency with and without eccentricity.
  • the most recently measured averaged pulse frequencies are used in each case.
  • the evaluation is preferably delayed by a quarter of a turn so that, for example, when leaving segment IV, the averaged pulse frequencies of the segments II, III and IV passed through last are used.
  • the method can be explained geometrically, as shown in FIG.
  • the instantaneous pulse frequency plotted around the origin 8 is assigned to one of four segments I to IV.
  • the segments I to IV are indicated in Figure 4 by dash-dot lines and double arrows.
  • fi bis is determined for each segment I to IV.
  • the bisecting of the secants between the averaged pulse frequencies opposite segments, as shown by dashed lines, have approximately the length of the circle radius which represents the pulse frequency free of eccentricity.
  • the center point 9 of the pulse frequency circle can be determined from the orthogonals of the bisector.
  • the displacement of the origin 8 and the center of the circle 9 in relation to the radius of the circle corresponds to the modulation parameters to be estimated in terms of amplitude and phase or real and imaginary parts.
  • the evaluation described above is preferably followed by smoothing filtering by means of a filter 10, as shown in Figure 2, for example a PT1 filter, each with a 30% share of the new evaluation, so that the modulation parameters are not twice per revolution of the encoder wheel 2 must be completely re-estimated. Instead, a previous estimate is advantageously adapted by the evaluation.
  • speed v and acceleration a can then be determined in a simple and conventional manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehfrequenz eines Rads, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Drehzahlsensor (1), der ein dem Rad zugeordnetes Geberrad (2) und ein dem Geberrad (2) zugeordnetes Sensorelement (3) aufweist, wobei das Geberrad (2) über seinen Umfang gleichmäßig beabstandet zueinander verteilt angeordnete Impulsgeber (4) aufweist, deren Flanken (5) vom Sensorelement (3) zum Bestimmen der Drehfrequenz des Geberrads (2) erfasst werden. Es ist vorgesehen, dass zur Kompensation einer durch eine Exzentrizität verursachte Modulation der Drehfrequenz das Geberrad (2) in Segmente (I-IV) eingeteilt wird, für jedes Segment (I-IV) eine Pulsfrequenz (f1-f4) erfasster Signalimpulse ermittelt und gemittelt wird, und dass in Abhängigkeit von den gemittelten Pulsfrequenzen (f1-f4) Modulationsparameter (AR,AI) zur Korrektur der Drehfrequenz bestimmt werden.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehfrequenz eines Rads
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehfrequenz eines Rads, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Drehzahlsensor, der ein dem Rad zugeordnetes Geberrad und ein dem Geberrad zugeordnetes Sensorelement aufweist, wobei das Geberrad über seinen Umfang gleichmäßig beabstandet zueinander verteilt angeordnete Impulsgeber aufweist, die beispielsweise radial von dem Geberrad vorstehen, und deren Flanken in Umfangsrichtung vom Sensorelement zum Bestimmten der Drehfrequenz des Geberrads erfasst werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem Steuergerät, welches das obenstehend beschriebene Verfahren bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durchführt.
Stand der Technik
Bei Sicherheitsbremssystemen in Kraftfahrzeugen wird die Drehzahl beziehungsweise Drehfrequenz eines oder mehrerer Räder des Kraftfahrzeugs überwacht, um beispielsweise ein Blockieren des Rads oder dergleichen erkennen und verhindern zu können. In Steuergeräten von ABS- oder ESP- Systemen wird die Drehfrequenz mithilfe eines Drehzahlsensors bestimmt. Dieser weist ein mit dem Rad gekoppeltes Geberrad und ein karosseriefestes Sensorelement auf, das dem Geberrad zugeordnet ist. Das Geberrad weist eine Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneter Impulsgeber auf, die beispielsweise zahnförmig von dem Geberrad radial vorstehen und/oder als Magnetpole ausgebildet sind. Die Impulsgeber sind beabstandet zueinander angeordnet, sodass durch das Sensorelement von jedem Impulsgeber zwei Flanken erfassbar sind. Dabei kann das Geberrad optisch und/oder elektromagnetisch durch das Sensorelement abgetastet werden. Für die Bestimmung der Drehfrequenz wird die Anzahl der durch den festgelegten Messintervall detektierten Flanken auf die von einem Steuergerät gemessene Zeitdifferenz zwischen den jeweils zuletzt detektierten Flanken des vergangenen und aktuellen Messintervalls referenziert.
Fertigungstechnisch kann das Geberrad jedoch eine Exzentrizität aufweisen, wodurch sich auf die Zeitdifferenz zwischen den detektierten Flanken ein sinusförmig modellierter Teilungsfehler auswirkt. Amplitude und Phasenlage hängen dabei vom individuellen Geberrad ab, sind jedoch nicht geschwindigkeitsabhängig. Auch eine statische Unwucht des Geberrads kann zu einer Exzentrizitätsauswirkung führen, wenn sie eine radperiodische Radialkraft verursacht, welche über das mechanische System der Lagerung des Rads zu einer radperiodischen Modulation des dynamischen Rollradius führt und sich ebenfalls wie ein sinusförmig modellierter Teilungsfehler auswirkt. Im Unterschied zu der fertigungstechnischen Exzentrizität kommt es dabei jedoch typischerweise auch zu einer Änderung von Amplitude und Phasenlage in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit.
Aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 102018221 713 der Anmelderin ist außerdem ein Verfahren bekannt, bei welchem zur Kompensation einer durch die Exzentrizität verursachten Modulation ein Optimalfilter eingesetzt wird, und das Modulationsparameter des Optimalfilters durch eine sequentielle Kleinste-Quadrate-Methode adaptiert werden. Dieses Verfahren führt zu einem verhältnismäßig trägen Verhalten, wodurch es im stationären Betrieb zu einem geschwindigkeitsabhängigen Phasenverzug des Kompensationssignals kommen kann und beim dynamischen Durchfahren eines Unwucht-Resonanzbereichs zu einer Überkompensation.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die oben genannten Nachteile überwunden und ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Modulationsparameter einer durch eine Exzentrizität oder Radunwucht verursachten umdrehungsperiodischen Modulation in einem Zeit-äquidistant abgetasteten Frequenzsignal geschaffen wird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zur Kompensation einer durch eine Exzentrizität verursachten Modulation der Drehfrequenz das Geberrad in Segmente eingeteilt wird, für jedes Segment eine Pulsfrequenz erfasster Signalimpulse ermittelt und gemittelt wird, und dass in Abhängigkeit von den gemittelten Pulsfrequenzen Modulationsparameter zur Korrektur der Drehfrequenz bestimmt werden. Unter einem Segment wird vorliegend insbesondere ein durch einen Winkel definiertes oder begrenztes Segment, also ein Winkelsegment, verstanden. Es wird somit für vorgegebene (Winkel-)Segmente des Geberrads jeweils eine Pulsfrequenz, die sich aus den erfassten Signalimpulsen ergibt, welche durch die Impulsgeber erzeugt beziehungsweise durch das Sensorelement erfasst werden, ermittelt. Diese Pulsfrequenzen werden außerdem über die Zeit gemittelt. Aus den gemittelten Pulsfrequenzen lässt sich auf die Exzentrizität des Geberrads schließen, sodass diese zur Bestimmung der Modulationsparameter herangezogen werden können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden zum Mitteln der Pulsfrequenzen des jeweiligen Segments für ein jeweiliges Segment über einen vorgebbaren Zeitraum oder eine vorgebbare Umdrehungszahl des Geberrads die Pulsfrequenz mehrfach erfasst und dann gemittelt. Besonders bevorzugt werden die Pulsfrequenzen algorithmisch durch eine einfache arithmetische Mittelung gemittelt, wobei alternativ oder zusätzlich Gewichtungen oder auch geometrische Mittelungsverfahren einsetzbar sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Geberrad in gleich große Segmente eingeteilt. Besonders bevorzugt wird das Geberrad in vier gleich große Segmente (Quadranten) eingeteilt, sodass eine symmetrische Aufteilung des Geberrads derart vorliegt, dass sich jeweils zwei der Segmente diametral gegenüber liegen. Alternativ wird das Geberrad in unterschiedlich große Segmente eingeteilt, beispielsweise in vier unterschiedlich große Segmente, von denen beispielsweise jeweils zwei die gleiche Größe aufweisen. Grundsätzlich sind auch eine kleinere Anzahl von Segmenten, beispielsweise drei Segmente, oder mehr als vier Segmente möglich. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden exzentrizitätsfreie Pulsfrequenzen aus den gemittelten Pulsfrequenzen einander diametral gegenüberliegender Segmente ermittelt. Es wird somit die Annahme getroffen, dass sich der Mittelwert der Pulsfrequenzen oder gemittelten Pulsfrequenzen gegenüberliegender Segmente als exzentrizitätsfrei gelten.
Vorzugsweise werden exzentrizitätsbehaftete Pulsfrequenzen aus den gemittelten Pulsfrequenzen benachbarter Segmente, also in Drehrichtung aufeinander folgender Segmente, ermittelt. Dabei wird insbesondere eine lineare Beschleunigung angenommen, die eine gute Schätzung der instantanen exzentrizitätsfreien Pulsfrequenz sowie der exzentrizitätsbehafteten Pulsfrequenz zu lässt.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Modulationsparameter aus dem Verhältnis von exzentrizitätsbehafteter und exzentrizitätsfreier gemittelter Pulsfrequenzen bestimmt wird. Insbesondere werden die Modulationsparameter segmentalternierend jeweils bei Verlassen eines Segments aus dem Verhältnis von exzentrizitätsbehafteter und exzentrizitätsfreier Mittelsegmentfrequenz beziehungsweise gemittelter Pulsfrequenz geschätzt.
Vorzugsweise beschreiben die Modulationsparameter Betrag und Phasenlage der Exzentrizität des Geberrads. Alternativ werden die Modulationsparameter als komplexwertige Amplitude AR + i Ai beschrieben.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Modulationsparameter einer glättenden Filterung unterzogen werden, insbesondere mittels eines PT1- Filters. Dadurch wird insbesondere erreicht, dass die Modulationsparameter nicht mehrfach pro Umdrehung vollständig neu geschätzt werden, sondern dass eine vorangegangene Schätzung genutzt und durch die aktuelle Auswertung adaptiert wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich hierdurch die oben bereits genannten Vorteile. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
Figur 1 einen Drehzahlsensor für ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Darstellung,
Figur 2 ein schematisches Modell zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Betreiben des Drehzahlsensors,
Figuren 3A und 3B eine vereinfachte Darstellung des Berechnungsmodells, und
Figur 4 eine geometrische Darstellung des Berechnungsmodells.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen Drehzahlsensor 1 für ein Kraftfahrzeug. Der Drehzahlsensor 1 weist ein Geberrad 2 auf, dem ein Sensorelement 3 zugeordnet ist. Das Sensorelement 3 ist dabei radial dem Außenumfang des Geberrads 2 zugeordnet und gehäusefest angeordnet. Das Geberrad 2 ist drehfest mit einer Welle, beispielsweise eines Antriebsrads des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Das Geberrad 2 weist über seinen Umfang verteilt mehrere gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnete Impulsgeber 4 auf. Diese sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als radial vorstehende Kreisringsegmente oder Zähne ausgebildet, die jeweils in Umfangsrichtung durch zwei Flanken 5 begrenzt werden. Alternativ sind die Impulsgeber 4 beispielsweise als Magnetpole eines magnetischen Multipolrads, axiale Zähne und/oder Lochblenden ausgebildet. Vorliegend handelt es sich bei dem Geberrad 2 um ein Polrad mit einer Vielzahl von Polpaaren NP, die insbesondere durch ein oder mehrere Permanentmagnete gebildet werden. Die momentane Drehfrequenz f des Rads beziehungsweise des Geberrads 2 wird insbesondere mittels eines Steuergeräts, insbesondere ABS/ES P-Steuergerät, zu einem Zeitpunkt n * DT dadurch bestimmt, dass die Anzahl e der in einem festgelegten Messintervall DT mit beispielsweise AT=5ms, vom Sensorelement 3 detektierte Flanken 5 des Geberrads 2 beziehungsweise der Impulsgeber 4 auf die vom Steuergerät gemessene Zeitdifferenz zwischen den jeweils zuletzt detektierten Flanken des vergangenen und des aktuellen Messintervalls t(n) - t(n-l) referenziert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden innerhalb des Messintervalls DT sechs Flanken 5_1 bis 5_6 durch das Sensorelement 3 erfasst, wobei das Geberrad 2 in der Papierebene im Uhrzeigersinn gemäß Pfeil 6 rotiert.
Durch das im Folgenden beschriebene und in Figur 2 vereinfachten Form eines Berechnungsmodells wird die durch die Exzentrizität verursachte Beeinträchtigung oder Modulation in ein Zeit-äquidistantes Frequenzsignal in vorteilhafter Weise kompensiert.
Figur 2 zeigt dazu vereinfacht ein Modell, das insbesondere von einem Steuergerät des Drehzahlsensors oder einem dem Drehzahlsensor zugeordneten Steuergerät ausgeführt wird.
Durch das Sensorelement 3 wird eine sich aus den Flanken der Impulsgeber 4 und der Rotationsgeschwindigkeit ergebende Pulsfrequenz f ermittelt, welche dann über die Encoderradpolzahl NP auf die Kreisfrequenz skaliert wird:
Figure imgf000008_0001
Aus der noch nicht offengelegten Patentanmeldung DE 10 2018 221 713 ist es bereits bekannt, die durch die Unwucht oder Exzentrizität erzeugte Modulation nach Schätzung ihrer komplexwertigen Amplitude AR + i Ai durch ein Modell 12 oder alternativ ihres Betrags und ihrer Phasenlage zu kompensieren. Hierzu wird, wie in der vorgenannten Patentanmeldung, folgendes Korrektursignal g(n) verwendet: g(n ) = fM(ri) ( AR co ss(n) + A, sins(n)) (2)
Der Parameter fM stellt dabei eine zeitlich gemittelte Pulsfrequenz dar und s(n) den durch die Akkumulation der Flankenzahl bestimmten momentanen Radwinkel: Durch das in Figur 2 vereinfacht dargestellte Verfahren beziehungsweise Modell wird hingegen das gemessene Frequenzsignal je nach Radwinkel zum Zeitpunkt der Messung einem Segment beziehungsweise Winkelsegment, insbesondere einem Quadranten des Geberrads 2 zugeordnet und bei Verlassen eines Segments je einer der Modulationsparameter aus der Relation segmentweise berechneter Frequenzmittelwerte ermittelt. Hierdurch entsteht ein nur geringer Phasenversatz, der keine zeitlich gemittelte Frequenz benötigt und damit dynamisch auf Geschwindigkeitsänderungen reagiert, wodurch die Kompensation der Modulation verbessert wird. Gleichzeitig reduziert sich aus der algorithmische Aufwand.
Anhand von Figuren 3A und 3B soll das Modell aus Figur 2 näher erörtert werden. Die instantane Pulsfrequenz wird vorliegend als radwinkelabhängig verstanden. Ein mit Radkreisfrequenz rotierender Zeiger 7, dessen Länge der Pulsfrequenz f und dessen Winkellage die Radwinkelposition wiedergibt, beschreibt bei konstanter Geschwindigkeit und konzentrischem Geberrad 2, wie in Figur 3A gezeigt, einen Kreis konzentrisch zum Koordinatenursprung 8. Der Zeiger 7 hat somit radwinkelunabhängig dieselbe Länge.
Im Falle einer Exzentrizität des Geberrads, wie in Figur 3B gezeigt, ist der Kreismittelpunkt jedoch aus dem Koordinaten-Ursprung 8 verschoben, sodass je nach Radwinkel die Länge des Zeigers 7 variiert, die gemessene Pulsfrequenz f somit umdrehungsperiodisch moduliert. Bei beschleunigter Bewegung beschreibt der Zeiger eine kreisförmige Spirale. Eine Exzentrizität ist durch die Verschiebung des Spiralmittelpunkts aus dem Ursprung 8 gekennzeichnet.
Durch die Akkumulation der Flankenzahl wird ein momentaner Radwinkel s(n) berechnet, wie zuvor bereits beschrieben. Die gemessene momentane Pulsfrequenz ergibt sich aus e(w) f(n ) = t(n)-t(n-1) (4) und wird jeweils einem Segment I bis IV zugeordnet. Vorzugsweise erfolgt die Zuordnung dabei wie in der folgenden Tabelle gezeigt:
Figure imgf000010_0002
Dadurch ergibt sich bei der Darstellung des komplexen Zeigers cos s(n) + I sin s(n) in der komplexen Ebene, dass die Segmentmittelwerte auf der positiven reellen, der positiven imaginären, der negativen reellen, beziehungsweise der negativen imaginären Achse liegen. Dies vereinfacht die Zuordnung der Segmente zu adaptierten Modulationsparametern. Während gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Geberrad in vier gleich große (Winkel-)Segmente I bis IV aufgeteilt ist (Quadranten), ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Segmente unterschiedlich groß sind oder auch eine unterschiedliche Anzahl von Segmenten, mindestens jedoch drei, vorhanden ist, die dann jedoch eine Gewichtung bei Zuordnung zu den Modulationsparametern erfordern.
Vorzugsweise findet die Zuordnung auf dem mittleren Radwinkel der Pulsfrequenz statt, das heißt die obige Radwinkelberechnung am Ende eines Zeitintervalls n wird wie folgt korrigiert:
Figure imgf000010_0001
Die bei jedem Durchlaufen eines jeden Segments gemessene momentane Pulsfrequenz fl bis f4 wird bevorzugt gemittelt. Dazu findet eine algorithmisch besonders einfach umzusetzende arithmetische Mittelung statt, wobei alternativ auch andere Gewichtungen oder beispielsweise eine geometrische Mittelung möglich ist. So wird zum Beispiel das Segment K (K=l bis 4) zu den Zeitpunkten PA, ..., PE durchlaufen, dann wird zum Zeitpunkt he eine mittlere Frequenz fk (ne) für das Segment k gebildet: Die Mittelwerte aus den Pulsfrequenzen gegenüberliegender Segmente 1, 3 und 2, 4 können als exzentrizitätsfrei angenommen werden. Bei oben genannter Zuordnung mit konstanter Drehgeschwindigkeit sind sowohl (fl + f3)/2 als auch (f2 + f4)/2 gute Schätzungen einer exzentrizitätsfreien Pulsfrequenz.
Unter Annahme einer linearen Beschleunigung, welche innerhalb einer halben Radumdrehung üblicherweise hinreichend approximiert ist, ist der Mittelwert von Pulsfrequenzen benachbarter Segmente eine gute Schätzung der instantanen exzentrizitätsfreien Pulsfrequenz, der exzentrizitätsbehafteten Momentfrequenz ίk lässt sich die exzentrizitätsfreie Pulsfrequenz (fk-1 + fk+l)/2 zuordnen.
Die Modulationsparameter AR und Ai werden bevorzugt segmentalternierend, jeweils bei Verlassen eines Segments aus dem Verhältnis von exzentrizitätsbehafteter und exzentrizitätsfreier gemittelten Pulsfrequenz geschätzt.
Figure imgf000011_0001
Dabei werden jeweils die zuletzt gemessenen gemittelten Pulsfrequenzen genutzt. Vorzugsweise ist, wie oben gezeigt, die Auswertung um eine Viertel Umdrehung verzögert, sodass beispielsweise beim Verlassen von Segment IV die gemittelten Pulsfrequenzen der zuletzt durchlaufenen Segmente II, III und IV verwendet werden.
Geometrisch lässt sich das Verfahren, wie in Figur 4 gezeigt, erklären. Die um den Ursprung 8 aufgetragene instantane Pulsfrequenz wird einer von vier Segmenten I bis IV zugeordnet. Die Segmente I bis IV sind in Figur 4 durch Strich-Punkt-Linien und Doppelpfeile angezeigt. Für jedes Segment I bis IV wird eine gemittelte Pulsfrequenz fi bis ermittelt. Die halbierende der Sekanten zwischen den gemittelten Pulsfrequenzen gegenüberliegende Segmente, wie durch gestrichelte Linien gezeigt, haben näherungsweise die Länge des Kreisradius, der die exzentrizitätsfreie Pulsfrequenz darstellt. Aus den Orthogonalen der sekantenhalbierenden lässt sich der Mittelpunkt 9 des Pulsfrequenzkreises bestimmen. Die Verschiebung von Ursprung 8 und Kreismittelpunkt 9 bezogen auf den Kreisradius entspricht den zu schätzenden Modulationsparametern in Amplitude und Phase beziehungsweise Real-und Imaginär-Teil.
Vorzugsweise wird die oben beschriebene Auswertung noch durch eine glättende Filterung mittels eines Filters 10, wie in Figur 2 gezeigt, nachgeschaltet, beispielsweise ein PT1- Filter, mit jeweils 30 % Anteil der neuen Auswertung, sodass die Modulationsparameter nicht je zwei Mal pro Umdrehung des Geberrads 2 vollständig neu geschätzt werden müssen. Stattdessen wird eine vorangegangene Schätzung durch die Auswertung in vorteilhafter Weise adaptiert. Aus den geschätzten Modulationsparametern und der instantan gemessenen Pulsfrequenz wird somit durch ein Modell 11 das Korrektursignal g berechnet, sodass die umdrehungsperiodische Modulation im korrigierten Signal fcorr(n) = f(n) - g(n) kompensiert ist.
Aus dem so modulierten und korrigierten Signal lassen sich dann Geschwindigkeit v und Beschleunigung a auf einfache und herkömmliche Art und Weise bestimmen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Drehfrequenz eines Rads, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Drehzahlsensor (1), der ein dem Rad zugeordnetes Geberrad (2) und ein dem Geberrad (2) zugeordnetes Sensorelement (3) aufweist, wobei das Geberrad (2) über seinen Umfang gleichmäßig beabstandet zueinander verteilt angeordnete Impulsgeber (4) aufweist, deren Flanken (5) vom Sensorelement (3) zum Bestimmen der Drehfrequenz des Geberrads (2) erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation einer durch eine Exzentrizität verursachte Modulation der Drehfrequenz das Geberrad (2) in Segmente ( I - 1 V) eingeteilt wird, für jedes Segment (l-IV) eine Pulsfrequenz (fi-f4) erfasster Signalimpulse ermittelt und gemittelt wird, und dass in Abhängigkeit von den gemittelten Pulsfrequenzen (fr ) Modulationsparameter (AR,AI) zur Korrektur der Drehfrequenz bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mitteln der Pulsfrequenz (frf4) des jeweiligen Segments (l-IV) die für ein jeweiliges Segment (l-IV) über einen vorgebbaren Zeitraum oder eine vorgegebene Umdrehungszahl des Geberrads die Pulsfrequenz (frf4) mehrfach erfasst und dann gemittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberrad (2) in gleich große oder unterschiedlich große Segmente (l-IV) eingeteilt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberrad (2) in mindestens drei, insbesondere genau vier oder mehr Segmente (l-IV) eingeteilt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass exzentrizitätsfreie Pulsfrequenzen (fi-f4) aus den gemittelten Pulsfrequenzen einander diametral gegenüberliegender Segmente (l,lll;ll,IV) ermittelt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass exzentrizitätsbehaftete Pulsfrequenzen aus den gemittelten Pulsfrequenzen benachbarter Segmente (I,II, III, IV) ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsparameter (AR,AI) aus dem Verhältnis von exzentrizitätsbehafteter und exzentrizitätsfreier gemittelter Pulsfrequenzen bestimmt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsparameter (AR,AI) Betrag und Phasenlage der Exzentrizität des Geberrads beschreiben.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsparameter (AR,AI) einer glättenden Filterung unterzogen werden, insbesondere mittels eines PT1- Filter (10).
10. Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehfrequenz, insbesondere eines Rads eines Kraftfahrzeugs, mit einem Drehzahlsensor (1), der ein dem Rad zugeordnetes Geberrad (2) und ein dem Geberrad (2) zugeordnetes Sensorelement (3) aufweist, wobei das Geberrad (2) über seinen Umfang gleichmäßig oder beabstandet voneinander verteilt angeordnete Impulsgeber (4) aufweist, deren Flanken (5) vom Sensorelement (3) zur Bestimmung der Drehfrequenz erfassbar sind, gekennzeichnet durch ein Steuergerät, das speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
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