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Dokumentenidentifikation DE102004004805A9 10.11.2005
Titel System zum Kompensieren von bei Fahrzeugdynamik-Steuerungen verwendeten Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten
Anmelder Ford Global Technologies, LLC, Dearborn, Mich., US
Erfinder Lu, Jianbo, Livonia, Mich., US;
Brown, A. Todd, Dearborn, Mich., US
Vertreter Viering, Jentschura & Partner, 80538 München
DE-Anmeldedatum 30.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004004805
Offenlegungstag 16.09.2004
Date of publication of correction 10.11.2005
Information on correction Berichtigung in Absatz 0013 der Beschreibung
IPC-Hauptklasse G01P 21/00
IPC-Nebenklasse G01P 3/56   B60T 8/00   B60K 28/16   B62D 37/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein System, das die Fahrzeugrad-Drehzahlsensor-Signale mittels eines Lernalgorithmus kompensiert. Die kompensierten Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten werden dann in Bremssteuerungssystemen (wie z.B. einem Antiblockiersystem und einem Antriebsregelsystem) und Fahrzeugdynamik-Steuersystemen verwendet.

Es ist eine wohlbekannte Praxis die unterschiedlichen Betriebsdynamiken eines Kraftfahrzeugs zu steuern, um aktive Sicherheit zu erzielen, beispielsweise mittels der sogenannten Gierstabilitäts- und Wankstabilitäts-Steuersysteme. Bei einer neueren Entwicklung sind alle verfügbaren Teilsysteme kombiniert, um eine bessere Fahrzeugsicherheit und ein besseres dynamisches Fahrverhalten denn je zu erzielen. Der effektive Betrieb der unterschiedlichen Steuervorrichtungen erfordert eine hochgenaue Bestimmung der Betriebszustände von Kraftfahrzeugen bei einer kurzen Ansprechzeit, unabhängig von den Fahrbahnbedingungen und den Fahrzuständen. Solche Betriebszustände eines Fahrzeugs weisen die Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit, die Fahrzeug-Quergeschwindigkeit und die Fahrzeug-Vertikalgeschwindigkeit, die entlang der karosserieeigenen Längsachse, der karosserieeigenen Querachse bzw. der karosserieeigenen Vertikalachse gemessen werden, die Lage der Fahrzeugkarosserie, die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs usw. auf.

Eine der wichtigen Informationen, welche die Basis für die zuvor genannte Fahrzeugzustands-Berechnung bildet, ist die Lineargeschwindigkeit des jeweiligen Rotationszentrums der vier Fahrzeugräder. Diese Information kann beispielsweise verwendet werden, um den bei Antiblockiersteuerungen und bei Antriebregelungen verwendeten Fahrzeugradschlupf zu berechnen bzw. einzuschätzen und um die Längsgeschwindigkeit zu berechnen bzw. einzuschätzen. Um jene Linear-Eckengeschwindigkeiten zu erhalten, werden die Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren verwendet. Die Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren geben das Produkt der jeweiligen Fahrzeugrad-Drehgeschwindigkeiten und der jeweiligen Fahrzeugrad-Rollradien aus. Die Fahrzeugrad-Drehgeschwindigkeiten werden direkt gemessen und die jeweiligen Fahrzeugrad-Rollradien werden mit ihren Nennwerten angenommen. Da während dynamischer Manöver die Veränderungen der Fahrzeugrad-Normalbelastung und die Veränderung der Fahrzeugreifen die Fahrzeugrad-Rollradien beeinflussen, würden folglich die Fahrzeugrad-Nennrollradien nicht den tatsächlichen Fahrzeugrad-Rollradien entsprechen und daher Fehler bei der Berechnung der jeweiligen Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten verursachen. Daher ist es von Interesse die Berechnung der jeweiligen Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten zu kompensieren.

Die Unterschiede zwischen den Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten während des Fahrens auf einer geraden Straße können zum Überprüfen der Reifenbefüllung genutzt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Mittel bereitzustellen zum genaueren Bestimmen der Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten, die bei Fahrzeugdynamik-Steuerungen über Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren ermittelt werden.

Dies wird mit einem Mittel zur Korrektur der Fahrzeugrad-Geschwindigkeit mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nun anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detaillierter beschrieben.

1 zeigt eine Ansicht, in der die Längsgeschwindigkeit und die Quergeschwindigkeit an den Ecken der Fahrzeugkarosserie dargestellt sind.

2 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugrades, wobei gemäß 2 die Fahrzeugeckengeschwindigkeit entlang der Längsrichtung eines Fahrzeugrades gleich der Summe aus der Kontaktstellen-Schlupfgeschwindigkeit &ngr;cp und dem Produkt aus der Rotationsrate bzw. Winkelgeschwindigkeit &ohgr;whl des Fahrzeugrades und dem Fahrzeugrad-Rollradius r0 ist.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die ein Kraftfahrzeug betreffen, das sich auf einer Straßenoberfläche bewegt. Die Quergeschwindigkeit und die Längsgeschwindigkeit am Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs werden mit Vx bzw. Vy bezeichnet, die Gierwinkelrate bzw. Gierwinkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs wird mit &ohgr;z bezeichnet und der Vorderrad-Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs wird mit &dgr; bezeichnet. Unter Verwendung jener Fahrzeugbewegungs-Variablen können die jeweiligen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs an seinen vier Eckpositionen, an denen die Fahrzeugräder am Fahrzeug angebracht sind, gemäß folgender Vorschrift berechnet werden, wobei die jeweiligen Fahrzeugeckengeschwindigkeiten entlang der karosserieeigenen Längsrichtung und entlang der karosserieeigenen Querrichtung hochgerechnet werden: Vlfx = Vx – &ohgr;ztf, Vlfy = Vy + &ohgr;zlf

Vrfx = Vx + &ohgr;ztf, Vrfy = Vy + &ohgr;zlf

Vlrx = Vx – &ohgr;ztr, Vlry = Vy – &ohgr;zlr

Vrrx = Vx + &ohgr;ztr, Vrry = Vy + &ohgr;zlr(1)
wobei tf und tr die jeweilige Halbspur für die Vorderachse bzw. für die Hinterachse bezeichnen, und wobei lf und lr die jeweilige Distanz zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und der Vorderachse bzw. der Hinterachse bezeichnen. Vlf, Vrf, Vlr und Vrr bezeichnen die Linear-Geschwindigkeiten der vier Ecken des Fahrzeugs entlang der jeweiligen Fahrtrichtung der Fahrzeugräder und können gemäß der folgenden Vorschrift berechnet werden: Vlf = Vlfx cos(&dgr;) + Vlfy sin(&dgr;)

Vrf = Vrfx cos(&dgr;) + Vrfy sin(&dgr;)

Vlr = Vlrx

Vrr = Vrrx(2)

Die Fahrzeugrad-Drehzahlsensor-Ausgaben sind gewöhnlich kalibriert zum Bereitstellen der Linearrichtungs-Geschwindigkeiten &ngr;lf, &ngr;rf, &ngr;lr und &ngr;rr durch Multiplizieren der jeweiligen Rotations-Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugrades mit einem Fahrzeugrad-Nennrollradius, wobei &ohgr;lf–sensor, &ohgr;rf–sensor, &ohgr;lr–sensor und &ohgr;rr–sensor die jeweiligen Fahrzeugrad-Winkelgeschwindigkeiten an der linken vorderen Fahrzeugecke, an der rechten vorderen Fahrzeugecke, an der linken hinteren Fahrzeugecke bzw. an der hinteren rechten Fahrzeugecke sind. Für das Folgende wird der Fahrzeugrad-Nennrollradius, der in einem ABS-System zum Berechnen der Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten aus den Fahrzeugrad-Drehzahlen bzw. den Fahrzeugrad-Winkelgeschwindigkeiten verwendet wird, mit r0 bezeichnet, wobei die folgende Vorschrift gilt: &ngr;lf = &ohgr;lf–sensorr0

&ngr;rf = &ohgr;rf–sensorr0

&ngr;lr = &ohgr;lr–sensorr0

&ngr;rr = &ohgr;rr–sensorr0(3)

Es ist zu bemerken, dass die Fahrzeugräder einen anderen Rollradius als den Nennrollradius r0 haben. Folglich müssen, um die tatsächlichen Linear-Geschwindigkeiten an den vier Fahrzeugecken genau zu berechnen, bestimmte Korrekturfaktoren eingerechnet werden. Für das Folgende werden jene Korrekturfaktoren für die linke vordere Fahrzeugecke, die rechte vordere Fahrzeugecke, die linke hintere Fahrzeugecke und die rechte hintere Fahrzeugecke als &kgr;lf, &kgr;rf, &kgr;lr bzw. &kgr;rr bezeichnet, wobei die folgende Vorschrift gilt: &ngr;lf = &kgr;lf&ohgr;lf–sensorr0

&ngr;rf = &kgr;rf&ohgr;rf–sensorr0

&ngr;lr = &kgr;lr&ohgr;lr–sensorr0

&ngr;rr = &kgr;rr&ohgr;rr–sensorr0(4)

Ferner ist zu bemerken, dass die Fahrzeugräder nicht nur die Drehbewegung ausführen, sondern ferner eine lineare Gleitbewegung, d.h., dass die Fahrzeugräder ferner einen Längsschlupf aufweisen. Der Längsschlupf wird verursacht durch die Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Fahrzeugrad und der Straße an deren Kontaktstelle. Für das Folgende werden die Längsgeschwindigkeiten solcher Relativbewegungen an den Kontaktstellen zwischen jeweiligem Fahrzeugrad und Straße als &ngr;cp–lf, &ngr;cp–rf, &ngr;cp–lr und &ngr;cp–rr bezeichnet, so dass die Fahrzeugeckengeschwindigkeiten wie in folgender Vorschrift als die Summen von zwei Geschwindigkeiten ausgedrückt werden können: Vlf = &ngr;cp–lf + &ngr;lf

Vrf = &ngr;cp–rf + &ngr;rf

Vlr = &ngr;cp–lr + &ngr;lr

Vrr = &ngr;cp–rr + &ngr;rr(5)

Unter Berücksichtigung der folgenden Vorschrift: Vy = Vx tan(&bgr;)(6), wobei &bgr; der Fahrzeug-Driftwinkel ist, können die Korrekturfaktoren &kgr;lf, &kgr;rf, &kgr;lr und &kgr;rr gemäß folgender Vorschrift berechnet werden:

Betrachtet man den Produktterm tan(&bgr;)sin(&dgr;) als vernachlässigbar im Vergleich mit dem Term cos(&dgr;), dann kann die Vorschrift (7) weiter zu folgender Vorschrift vereinfacht werden, wobei die Korrekturfaktoren unabhängig vom Fahrzeug-Driftwinkel &bgr; sind:

Im Fall geringer Fahrzeugrad-Längsschlupf-Verhältnisse sind die Längsgeschwindigkeiten &ngr;cp–lf, &ngr;cp–rf, &ngr;cp–lr und &ngr;cp–rr der Relativbewegungen an den Kontaktstellen nahezu Null und die Vorschrift (8) kann wie zu folgender Vorschrift weiter vereinfacht werden:

Für das Folgende wird der jeweilige, digitale Wert der oben genannten Fahrzeugrad-Geschwindigkeits-Korrekturfaktoren &kgr;lf, &kgr;rf, &kgr;lr und &kgr;rr zu einem bestimmten Zeitpunkt t = k&Dgr;T mit

bezeichnet, so dass ein Lernalgorithmus verwendet werden kann, um die Durchschnitts-Korrekturfaktoren zu berechnen. Die jeweiligen Korrekturfaktoren werden wie gemäß folgender Vorschrift alle N Berechnungsabfragen aktualisiert:

Unter Verwendung des obigen Lernalgorithmus (Vorschrift 10) können die Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten gemäß folgender Vorschrift korrigiert werden:

Es ist zu bemerken, dass der obige Lernalgorithmus nur die Geschwindigkeitskorrektur für die einzelnen Fahrzeugräder realisiert. Es gibt auch Fälle für die Fahrzeugräder, in denen die durchschnittlichen Rollradien der vier Fahrzeugräder infolge einer Veränderung des Fahrzeuggewichts oder der Fahrzeugbelastung gemeinsam reduziert werden. Wenn die oben korrigierten Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten in den bei der Fahrzeugdynamik-Steuerung verwendeten Algorithmus rückgeführt werden, wird eine Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit V⁀ref bereitgestellt, welche in Abhängigkeit vom verfügbaren Längsbeschleunigungssensor-Signal des Fahrzeugs nochmals kalibriert werden muss.

Es ist zu beachten, dass für die tatsächliche Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit die folgende Vorschrift gilt: Vref = &kgr;V⁀ref(12), wobei &kgr; der Korrekturfaktor auf Basis der Gesamtfahrzeugbelastung ist und gewöhnlich ein sich zeitlich langsam verändernder Parameter ist.

Werden die folgenden Variablen gemäß folgender Vorschrift definiert:

dann kann eine Fehler-Quadratberechnung des Korrekturfaktors gemäß folgender Vorschrift:
oder gemäß folgender Vorschrift erzielt werden:

Es ist zu bemerken das &kgr;^ alle N Berechnungsabfragen aktualisiert wird. Die digitale Implementierung von Vorschrift (16) kann wie in folgender Vorschrift dargestellt erreicht werden:

Die mittels der zuvor genannten Faktoren korrigierten Endsignale der Fahrzeugrad-Drehzahlsensoren können gemäß folgender Vorschrift erhalten werden:

Literaturverzeichnis:
  • [1] US 6055488, "Device for calculating initial correction factor for correcting rotational velocity of tire," (Sumitomo, 2000).
  • [2] US 5959202, "Device for detecting initial correction factor for correcting rotational velocity of tire," (Sumitomo, 1999).
  • [3] US 5852788, "Wheel speed correction method that accounts for use of a mini tire," (Nisshinbo, 1998).
  • [4] US 5699251, "Correcting the wheel speed of a wheel having a different diameter than other wheels," (HONDA, 1997).

Anspruch[de]
  1. Mittel zur Korrektur der Fahrzeugrad-Geschwindigkeit, aufweisend, insbesondere bestehend aus:

    – Einzelmitteln zum Lernen eines Fahrzeugrad-Geschwindigkeits-Abgleichfaktors, und

    – gemeinsamen Mitteln zum Lernen eines Fahrzeugrad-Geschwindigkeits-Abgleichfaktors.
  2. Mittel zur Korrektur der Fahrzeugrad-Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1, wobei das Einzelmittel zum Lernen eines Fahrzeugrad-Geschwindigkeits-Abgleichfaktors die folgenden gemessenen und berechneten Signale verwendet:

    – Fahrzeugrad-Drehzahlsensor-Signale,

    – ein Lenkradwinkelsensor-Signal,

    – ein Gierratensensor-Signal, und

    – eine berechnete Fahrzeug-Längsgeschwindigkeit.
  3. Mittel zur Korrektur der Fahrzeugrad-Geschwindigkeit gemäß Anspruch 1, wobei das Einzelmittel zum Lernen eines Fahrzeugrad-Geschwindigkeits-Abgleichfaktors geschlossene Formeln verwendet, um den jeweiligen Abgleichfaktor für jedes der vier Fahrzeugräder zu berechnen, welcher dazu dient, die Differenz zwischen den einzelnen Fahrzeugrad-Rollradien auszugleichen, so dass alle vier Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten mittels eines gemeinsamen Abgleichfaktors nach der Korrektur gleich mit den vier wahren Werten sind.
  4. Mittel zur Korrektur der Fahrzeugrad-Geschwindigkeit gemäß den Ansprüchen 1 und 3, wobei der gemeinsame Fahrzeugrad-Geschwindigkeits-Abgleichfaktor erhalten wird unter Verwendung der folgenden gemessenen Sensorsignale und der berechneten Signale:

    – Fahrzeuglängsbeschleunigungssensor-Signal,

    – Fahrzeugnicklagenwinkel, der aus einem Nickratensensor-Signal berechnet wird, und

    – Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit, die unter Verwendung der einzelnen Fahrzeugrad-Geschwindigkeits-Abgleichfaktoren aus den einzelnen, abgeglichenen Fahrzeugrad-Geschwindigkeiten berechnet wird.
  5. Mittel zur Korrektur der Fahrzeugrad-Geschwindigkeit gemäß den Ansprüchen 1 und 3, wobei der gemeinsame Fahrzeugrad-Geschwindigkeits-Abgleichfaktor einen Online-Fehlerquadrat-Algorithmus verwendet.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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