WO2010043702A1 - Einschlagwinkelbestimmung für ein fahrzeug - Google Patents

Einschlagwinkelbestimmung für ein fahrzeug Download PDF

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WO2010043702A1
WO2010043702A1 PCT/EP2009/063567 EP2009063567W WO2010043702A1 WO 2010043702 A1 WO2010043702 A1 WO 2010043702A1 EP 2009063567 W EP2009063567 W EP 2009063567W WO 2010043702 A1 WO2010043702 A1 WO 2010043702A1
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WO
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steering angle
measured
calculated
deviation
threshold
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PCT/EP2009/063567
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vladimir Koukes
Ralf Herbst
Mathias Niepelt
Robert Schmidt
Jochen FÜHRER
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/17—Using electrical or electronic regulation means to control braking
    • B60T8/1755—Brake regulation specially adapted to control the stability of the vehicle, e.g. taking into account yaw rate or transverse acceleration in a curve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/0245—Means or methods for determination of the central position of the steering system, e.g. straight ahead position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T2250/00—Monitoring, detecting, estimating vehicle conditions
    • B60T2250/06—Sensor zero-point adjustment; Offset compensation

Definitions

  • the invention relates to the steering angle or steering angle determination of vehicles.
  • the invention relates to a steering angle determination system for determining a steering angle of a vehicle, a method for determining a steering angle of a vehicle, a program element and a computer-readable medium.
  • Inexpensive sensors for measuring the steering wheel angle provide relative values of the angle relative to the position of the steering wheel when the vehicle starts to fire.
  • the measured angle of the steering wheel at ignition start is usually shifted with respect to the center position of the steering wheel (so-called zero shift or offset).
  • the sensor first displays a zero value regardless of the steering wheel position, although the angle is not always equal to zero.
  • the steering angle must be measured accurately (and absolutely) because it is used in the Electronic Stability Program (ESP) and is very important to the safety of the vehicle.
  • ESP Electronic Stability Program
  • DE 697 14 806 T2 discloses a method for determining the position of a steering wheel, in which the center position of the steering wheel is estimated using a first predetermined algorithm or a second predetermined algorithm, depending on whether a calculated steering wheel angle within or outside a certain interval. Depending on the algorithm used, there is a faster or slower settling to a mid-position value.
  • the described embodiments likewise relate to the steering angle determination system, the method, the
  • a steering angle determination system for determining a steering angle of a vehicle which has a sensor arrangement and a control unit.
  • Sensor arrangement is used to measure a yaw rate and a steering angle of the vehicle. From the measured steering angle results in knowledge of the steering ratio of (thus at least indirectly) measured steering angle.
  • the control unit is designed to calculate the steering angle based on the measured yaw rate and the measured steering angle. Furthermore, the control unit for calculating a time derivative of the measured steering angle and a time derivative of the calculated steering angle and for determining whether a first deviation between the derivative of the measured steering angle and the derivative of the calculated steering angle is below a first predetermined threshold, executed.
  • control unit is used to carry out a correction of the measured steering angle on the basis of the calculated steering angle, in particular if the first
  • Deviation is below the first threshold. If the first deviation is not below the first threshold, but above it, the measurement of the yaw rate and the steering angle and the subsequent calculations are repeated.
  • the corrected value or the calculated zero offset is forwarded together with the information regarding the quality of the correction (eg the first deviation and possibly further values such as confidence interval and standard deviation of the zero shift) to corresponding vehicle systems (eg to the ESP).
  • vehicle systems eg to the ESP.
  • These systems can then use the calculated value in a first step, and at the same time know how "good” that value is, then later on the systems will be given a recalculated value (with the aid of additional measurements) a very early time provided useful value for the zero shift, which is then improved again and again.
  • further measured values are recorded, so that new, more accurate calculations can take place.
  • the new values zero offset, first deviation and possibly further values such as confidence interval and standard deviation of the zero offset
  • the steering angle is determined using the so-called single-track model. However, the steering angle is only calculated if the measured values are "good enough", ie if the model is sufficiently well applicable (valid) .This is to decide whether the time derivatives between the measured steering angle and the calculated steering angle If the differences are too large, ie exceed a certain threshold, further measurements must be made.
  • control unit is further configured to determine whether a second deviation between a first measured steering angle (or first steering angle) and a time following second measured steering angle (or a temporally following second measured steering angle) is below a second predetermined threshold. Furthermore, the correction of the measured steering angle based on the calculated steering angle is only performed when the second deviation is below the second threshold. Otherwise, the measurement is repeated. Likewise, the following calculations are repeated until this second condition is fulfilled.
  • control unit is furthermore used to determine an averaged one
  • Zero shift of a sensor of the sensor arrangement for measuring the steering angle on the basis of an averaging of several calculated zero shifts over time. Furthermore, the control unit for correcting the measured steering angle is carried out on the basis of the averaged zero shift.
  • a filtered zero shift of the sensor array sensor may be based on filtering the measured yaw rate and the measured steering angle, whereupon the measured steering angle is corrected based on the filtered zero shift.
  • the correction of the measured steering angle is performed only when an estimated standard deviation of the calculated or filtered zero shifts is within a predetermined third threshold.
  • the so-called confidence interval can also be calculated.
  • Standard deviation and confidence interval are computed for the first time after a short time since the start of the procedure, that is, usually since the ignition was switched on (for example, after the processing of two or three measured values). The calculated zero offset, the standard deviation and the confidence interval then become the corresponding
  • Vehicle systems eg ESP, vehicle control systems
  • further measured values are recorded so that new, more accurate calculations can take place.
  • the new values zero offset, standard deviation and confidence interval
  • the measurements and the subsequent calculations are repeated when the estimated standard deviation of the calculated or filtered zero shifts is above the third threshold.
  • the filtering is repeated with an increased filter constant if the estimated standard deviation is above the third threshold.
  • control unit is an ESP control unit.
  • a vehicle is provided with a steering angle determination system as described above.
  • a yaw rate and a steering angle of the vehicle is measured, resulting from the measured steering angle (measured) steering angle. Furthermore, a calculation of the steering angle on the basis of the measured yaw rate and the measured steering angle. Also, the time derivative of the measured steering angle and the time derivative of the calculated steering angle is calculated. Then, a determination is made as to whether a first deviation exists between the derivative of the measured steering angle and the derivative of the calculated
  • Steering angle is below a first predetermined threshold. If the first deviation is below the first threshold, the measured steering angle is corrected based on the calculated steering angle. If the first deviation is above the first threshold, the measurements and the subsequent calculations are repeated.
  • a program element is specified which, when executed on a processor, instructs the processor to perform the method steps given above.
  • a computer-readable medium having stored thereon a program element which, when executed on a processor, instructs the processor to perform the method steps specified above.
  • the program element z. B. part of a software that is stored on a processor of an ESP control unit.
  • the processor can also be the subject of the invention.
  • this embodiment of the invention comprises a program element, which already uses the invention from the beginning, as well as a program element which causes by an update an existing program for using the invention.
  • Fig. 1 shows a steering angle determination system according to an embodiment of the invention.
  • 2 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a steering angle determination system 100, which has a plurality of sensors 101, 102, 104 in addition to a control unit 103, which is embodied, for example, in the form of a CPU.
  • the sensor 101 is used to measure the yaw rate of the vehicle.
  • the sensor 101 measures the time derivative of the yaw rate. Also, several sensors can be provided for this purpose. It is also possible that the time derivative of the
  • Yaw rate is not measured but calculated, for example, by the control unit 103rd
  • the sensor 102 measures the (relative) steering angle of the vehicle and the sensor 104 measures the vehicle speed and / or its acceleration.
  • the acceleration can alternatively be calculated from the time course of the measured vehicle speed.
  • the control unit 103 is used to calculate the steering angle or the steering angle and to correct the
  • the zero shift of the steering angle and the correction of the measurement results are based on the so-called single-track model of the vehicle (see also Zomotor, Adam, chassis technology: driving behavior, Vogel 1987).
  • a steering angle is associated with the steering angle ⁇ o (eg the front wheel steering angle):
  • ⁇ o ⁇ / K (1) ⁇ - steering angle
  • the relationship between the steering angle and the yaw rate can be described as follows:
  • the ratio (2) may generally only be used for certain limited conditions, eg [cf. Mitschke; Dynamics of motor vehicles; Volume C; Springer-Verlag 1990]:
  • the wheelbase points at which the side forces of the tires required for heading maintenance are engaged are grouped in the middle of the vehicle.
  • ⁇ is the yaw acceleration and a is the vehicle acceleration.
  • a time derivative of the measured steering angle is not affected by the zero shift. If the ratio (3) is valid, the measured and calculated values should have only small differences:
  • the calculation according to (4) is made on the basis of the available measured or calculated values ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , V, a in an ESC controller. In addition, it is monitored whether the measured values do not have too large jumps, eg:
  • ⁇ n _i measured steering angle in the measurement n - 1; ⁇ n - measured steering angle in the measurement n; and where ⁇ l is a small, predetermined threshold.
  • the roll angle may be calculated according to (2).
  • the theoretical values ⁇ t h eo r et are used for the correction of the measured values of the steering angle.
  • the measured steering angle is written as follows:
  • ⁇ is the zero offset of the sensor.
  • a N is an averaged value of zero shift over time. For this value, an estimate for the standard deviation ⁇ and the confidence interval p * ⁇ N is calculated
  • p p (N) is an empirical parameter and dependent on N.
  • the confidence interval p * ⁇ N is used in the ESP for the adaptive parameter change of the control system. It is checked if ⁇ N is small enough:
  • So is a parameter that is set depending on the requirements of the ESC.
  • the corrected steering angle is calculated as follows:
  • the yaw rate 201, the time derivative of the yaw rate 202, the steering angle 203, the Change in the time of the steering angle 204 and the vehicle speed 205 or the vehicle acceleration are included in the calculation of the theoretical time derivative of the steering angle 206.
  • the yaw rate 201, the steering angle 203 and the vehicle speed 205 are measured.
  • the time derivative of the yaw rate 202 and the acceleration of the vehicle and the time derivative of the steering angle 204 can be calculated or alternatively measured.
  • step 207 the differences between the theoretical time derivative of the steering angle and the measured time derivative of the steering angle with a first threshold ⁇ and the difference of adjacent measured steering angle with a second threshold ⁇ l are then compared.
  • step 208 If these differences are each below the corresponding threshold value, further calculations are carried out in step 208. If at least one of these differences is not below the corresponding threshold value, further measured values are consulted and the method is continued with step 206.
  • step 209 the calculation of the time-averaged zero shift, the standard deviation and the confidence interval then takes place.
  • step 210 it is then determined whether the standard deviation is small enough, that is, below a certain threshold. If the standard deviation is too large, further measured values are consulted and the calculation 206 is carried out again, followed by the steps 207 to 210.
  • the corrected steering angle is calculated by the equation (10) in step 211.
  • a low-pass filter with a filter constant can also be used (see equations (11), (12) and (13)).

Abstract

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Lenkwinkelbestimmung unter Verwendung eines einspurigen Modells des Fahrzeugs durchgeführt, wobei eine Korrektur des Lenkwinkels nur dann erfolgt, wenn die Differenz zwischen der Ableitung eines gemessenen Einschlagwinkels und der Ableitung eines berechneten Einschlagwinkels unterhalb eines Schwellwerts liegt. Andernfalls wird die Messung wiederholt.

Description

Einschlagwinkelbestimmung für ein Fahrzeug
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Einschlagwinkel- oder Lenkwinkelbestimmung von Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Einschlagwinkelbestimmungssystem zur Bestimmung eines Einschlagwinkels eines Fahrzeugs, ein Verfahren zur Bestimmung eines Einschlagwinkels eines Fahrzeugs, ein Programmelement sowie ein computerlesbares Medium.
Technologischer Hintergrund
Kostengünstige Sensoren für die Messung des Lenkradwinkels liefern relative Werte des Winkels bezogen zur Position des Lenkrades beim Zündungsstart des Fahrzeugs. Der gemessene Winkel des Lenkrades beim Zündungsstart ist allerdings im Regelfall bezüglich der Mittelstellung des Lenkrades verschoben (sog. Nullverschiebung oder Offset) . Nach dem Start der Zündung zeigt der Sensor also zuerst unabhängig von der Lenkradposition einen Nullwert an, obwohl der Winkel nicht in jedem Fall gleich Null ist. Der Lenkwinkel muss jedoch genau (und absolut) gemessen werden, weil er im elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) benutzt wird und für die Sicherheit des Fahrzeugs von großer Bedeutung ist.
DE 697 14 806 T2 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln der Stellung eines Lenkrades, bei dem die Mittelstellung des Lenkrades mit einem ersten vorgegebenen Algorithmus oder einem zweiten vorgegebenen Algorithmus geschätzt wird, je nachdem, ob ein berechneter Lenkradeinschlagwinkel innerhalb oder außerhalb eines bestimmten Intervalls liegt. Abhängig von dem verwendeten Algorithmus ergibt sich ein schnelleres oder langsameres Einpendeln auf einen Mittelstellungswert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine schnelle und genaue Bestimmung der Nullverschiebung des gemessenen Lenkwinkels und damit eine schnelle und genaue Bestimmung des tatsächlichen Einschlagwinkels bereitzustellen.
Es sind ein System zur Einschlagwinkelbestimmung, ein Verfahren zur Bestimmung eines Einschlagwinkels, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche angegeben.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen gleichermaßen das Einschlagwinkelbestimmungssystem, das Verfahren, das
Programmelement und das computerlesbare Medium. In anderen Worten lassen sich die im Folgenden im Hinblick auf das Einschlagwinkelbestimmungssystem genannten Merkmale auch in dem Verfahren, dem Programmelement oder dem computerlesbaren Medium implementieren, und umgekehrt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Einschlagwinkelbestimmungssystem zur Bestimmung eines Einschlagwinkels eines Fahrzeugs angegeben, welches eine Sensoranordnung und eine Steuereinheit aufweist. Die
Sensoranordnung dient der Messung einer Gierrate und eines Lenkwinkels des Fahrzeugs. Aus dem gemessenen Lenkwinkel ergibt sich in Kenntnis der Lenkübersetzung der (somit zumindest indirekt) gemessene Einschlagwinkel. Die Steuereinheit ist ausgeführt zur Berechnung des Einschlagwinkels auf Basis der gemessenen Gierrate und des gemessenen Lenkwinkels. Weiterhin ist die Steuereinheit zur Berechnung einer zeitlichen Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und einer zeitlichen Ableitung des berechneten Einschlagwinkels sowie zur Bestimmung, ob eine erste Abweichung zwischen der Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und der Ableitung des berechneten Einschlagwinkels unterhalb einer ersten vorbestimmten Schwelle liegt, ausgeführt.
Weiterhin dient die Steuereinheit zur Durchführung einer Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis des berechneten Einschlagwinkels, insbesondere wenn die erste
Abweichung unterhalb der ersten Schwelle liegt. Wenn die erste Abweichung nicht unterhalb der ersten Schwelle liegt, sondern darüber, werden die Messung der Gierrate und des Lenkwinkels sowie die sich daran anschließenden Berechnungen wiederholt.
Aber selbst wenn die erste Abweichung nicht unterhalb der ersten Schwelle liegt kann der Einschlagwinkel trotzdem korrigiert werden. Der korrigierte Wert bzw. die berechnete Nullverschiebung wird zusammen mit den Informationen bezüglich der Güte der Korrektur (also z.B. die erste Abweichung und ggf. weitere Werte wie Vertrauensintervall und Standardabweichung der Nullverschiebung) an entsprechende Fahrzeugsysteme weitergegeben (z.B. an das ESP) . Diese Systeme können dann in einem ersten Schritt den berechneten Wert verwenden, und wissen gleichzeitig, wie „gut" dieser Wert ist. Später wird den Systemen dann ein neu berechneter Wert (unter Zuhilfenahme weiterer Messwerte) geliefert. In anderen Worten wird den Systemen bereits ab einem sehr frühen Zeitpunkt ein brauchbarer Wert für die Nullverschiebung bereitgestellt, der dann immer wieder verbessert wird. Nach und gegebenenfalls während der Übergabe werden weitere Messwerte erfasst, so dass neue, genauere Berechnungen stattfinden können. Die neuen Werte (Nullverschiebung, erste Abweichung und ggf. weitere Werte wie Vertrauensintervall und Standardabweichung der Nullverschiebung) werden wieder an die Fahrzeugsysteme übergeben, so dass sich das Verfahren dem tatsächlichen Wert für die Nullverschiebung annähert.
Es ist zu beachten, dass, wenn im Folgenden von Einschlagwinkel oder Lenkwinkel die Rede ist, diese Begriffe synonym verwendet werden können, da der Einschlagwinkel direkt aus dem Lenkwinkel berechnet werden kann, und umgekehrt.
Letztendlich ist es also nicht wesentlich, ob Messdaten bezüglich des Lenkwinkels oder Messdaten bezüglich des Einschlagwinkels bereitgestellt werden.
Beispielsweise wird der Einschlagwinkel unter Verwendung des sog. Einspurmodells bestimmt. Der Einschlagwinkel wird allerdings nur dann berechnet, wenn die Messwerte „gut genug" sind, wenn also das Modell hinreichend gut anwendbar ist (gültig ist) . Um dies zu entscheiden, wird überprüft, ob die zeitlichen Ableitungen zwischen dem gemessenen Einschlagwinkel und dem berechneten Einschlagwinkel nahe genug beisammen liegen. Sind die Unterschiede zu groß, übersteigen also eine bestimmte Schwelle, müssen weitere Messungen erfolgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit weiterhin ausgeführt zur Bestimmung, ob eine zweite Abweichung zwischen einem ersten gemessenen Einschlagwinkel (bzw. ersten Lenkwinkel) und einem zeitlich darauf folgenden zweiten gemessenen Einschlagwinkel (bzw. einem zeitlich darauf folgenden zweiten gemessenen Lenkwinkel) unterhalb einer zweiten vorbestimmten Schwelle liegt. Weiterhin wird die Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis des berechneten Einschlagwinkels nur dann durchgeführt, wenn die zweite Abweichung unterhalb der zweiten Schwelle liegt. Andernfalls wird die Messung wiederholt. Ebenso werden die darauf folgenden Berechnungen wiederholt, bis auch diese zweite Bedingung erfüllt ist.
Es wird also bestimmt, ob die Güte der Messungen des Lenkwinkels bzw. des Einschlagwinkels ausreichend hoch ist. Dies muss nicht zwingend dadurch geschehen, dass die Unterschiede zwischen benachbarten Messwerten mit einem Schwellwert verglichen werden. Zur Abschätzung, ob die Güte der Messung ausreicht, kann auch verifiziert werden, dass der Messwert nicht außerhalb eines bestimmten Bereich liegt, z. B. |δ| < S. Außerdem kann ein Mittelwert über ein bestimmtes, verhältnismäßig kurzes Zeitintervall gebildet werden. Der Messwert darf sich von diesem Mittelwert nicht viel unterscheiden. Auch kann zusätzlich kontrolliert werden, ob der Sensor fehlerfrei funktioniert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit weiterhin zur Ermittlung einer gemittelten
Nullverschiebung eines Sensors der Sensoranordnung zur Messung des Einschlagwinkels auf Basis einer Mittelung mehrerer berechneter Nullverschiebungen über die Zeit ausgeführt. Weiterhin ist die Steuereinheit zur Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis der gemittelten Nullverschiebung ausgeführt . Alternativ kann, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine gefilterte Nullverschiebung des Sensors der Sensoranordnung auf Basis einer Filterung der gemessenen Gierrate und des gemessenen Einschlagwinkels erfolgen, woraufhin der gemessene Einschlagwinkel auf Basis der gefilterten Nullverschiebung korrigiert wird.
Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn nicht genügend Speicherplatz für die Speicherung der für die Mittelwertbildung notwendigen Messwerte zur Verfügung steht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels nur dann vorgenommen, wenn eine geschätzte Standardabweichung der berechneten oder gefilterten Nullverschiebungen innerhalb einer vorbestimmten dritten Schwelle liegt.
Weiterhin kann neben der Standardabweichung auch das sogenannte Vertrauensintervall berechnet werden. Standardabweichung und Vertrauensintervall werden bereits nach kurzer Zeit seit Beginn des Verfahrens, also in der Regel seit Einschalten der Zündung (also z.B. nach der Verarbeitung von zwei oder drei Messwerten) zum ersten Mal berechnet. Die berechnete Nullverschiebung, die Standardabweichung und das Vertrauensintervall werden dann den entsprechenden
Fahrzeugsystemen (z.B. ESP, Fahrzeugkontrollsysteme) übergeben. Gleichzeitig bzw. danach werden weitere Messwerte erfasst, so dass neue, genauere Berechnungen stattfinden können. Die neuen Werte (Nullverschiebung, Standardabweichung und Vertrauensintervall) werden wieder an die Fahrzeugsysteme übergeben, so dass sich das Verfahren dem tatsächlichen Wert für die Nullverschiebung annähert. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Messungen und die darauf folgenden Berechnungen wiederholt, wenn die geschätzte Standardabweichung der berechneten oder gefilterten Nullverschiebungen oberhalb der dritten Schwelle liegt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Filterung mit einer erhöhten Filterkonstante wiederholt, wenn die geschätzte Standardabweichung oberhalb der dritten Schwelle liegt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit ein ESP-Steuergerät .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem oben beschriebenen Einschlagwinkelbestimmungssystem angegeben .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Einschlagwinkels eines
Fahrzeugs angegeben, bei dem eine Gierrate und ein Lenkwinkel des Fahrzeugs gemessen wird, wobei sich aus dem gemessenen Lenkwinkel ein (gemessener) Einschlagwinkel ergibt. Weiterhin erfolgt eine Berechnung des Einschlagwinkels auf Basis der gemessenen Gierrate und des gemessenen Lenkwinkels. Auch wird die zeitliche Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und die zeitliche Ableitung des berechneten Einschlagwinkels berechnet. Daraufhin erfolgt eine Bestimmung, ob eine erste Abweichung zwischen der Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und der Ableitung des berechneten
Einschlagwinkels unterhalb einer ersten vorbestimmten Schwelle liegt. Wenn die erste Abweichung unterhalb der ersten Schwelle liegt, erfolgt eine Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis des berechneten Einschlagwinkels. Falls die erste Abweichung oberhalb der ersten Schwelle liegt, werden die Messungen und die darauf folgenden Berechnungen wiederholt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Programmelement angegeben, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor anleitet, die oben angegebenen Verfahrensschritte durchzuführen .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein computerlesbares Medium angegeben, auf dem ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor anleitet, die oben angegebenen Verfahrensschritte durchzuführen .
Dabei kann das Programmelement z. B. Teil einer Software sein, die auf einem Prozessor eines ESP-Steuergeräts gespeichert ist. Der Prozessor kann dabei ebenso Gegenstand der Erfindung sein. Weiterhin umfasst dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Programmelement, welches schon von Anfang an die Erfindung verwendet, sowie auch ein Programmelement, welches durch eine Aktualisierung (Update) ein bestehendes Programm zur Verwendung der Erfindung veranlasst.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt ein Einschlagwinkelbestimmungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
In der folgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen oder ähnlichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt ein Einschlagwinkelbestimmungssystem 100, welches neben einer Steuereinheit 103, die beispielsweise in Form einer CPU ausgeführt ist, mehrere Sensoren 101, 102, 104 aufweist.
Der Sensor 101 dient der Messung der Gierrate des Fahrzeugs. Außerdem misst der Sensor 101 die zeitliche Ableitung der Gierrate. Auch können hierfür mehrere Sensoren vorgesehen sein. Auch ist es möglich, dass die zeitliche Ableitung der
Gierrate nicht gemessen sondern berechnet wird, beispielsweise durch die Steuereinheit 103.
Der Sensor 102 misst den (relativen) Lenkwinkel des Fahrzeugs und der Sensor 104 misst die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder dessen Beschleunigung. Die Beschleunigung kann alternativ auch aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden.
Die Steuereinheit 103 dient der Berechnung des Lenkwinkels bzw. des Einschlagwinkels und zur Korrektur der
Nullverschiebung. Eine theoretische, modellbasierte Berechnung des Lenkwinkels ist insbesondere dann wichtig, wenn das Fahrzeug in der Anfahrtsphase nach dem Zündungsstart einige Zeit lang konstant in eine Richtung (links oder rechts) fährt, die Lenkung also eingeschlagen ist.
Die Nullverschiebung des Lenkwinkels und die Korrektur der Messergebnisse basieren auf dem sog. einspurigen Modell des Fahrzeugs (vgl. auch Zomotor, Adam, Fahrwerktechnik: Fahrverhalten; Vogel 1987) .
Beim einspurigen Modell wird der Zusammenhang zwischen dem
Einschlagwinkel und der Gierrate verwendet. Ein Lenkwinkel ist mit dem Einschlagwinkel δo (z. B. der Vorderradeinschlagwinkel) verbunden :
δo = λ/K (1) λ — Lenkwinkel
K - Lenkübersetzung
Laut dem einspurigen Modell des Fahrzeugs kann der Zusammenhang zwischen dem Einschlagwinkel und der Gierrate wie folgt beschrieben werden:
ψ * I
+EG*ψ*V (2:
V
δtheoret ~ theoretisch ermittelte Einschlagwinkel
1 - Radstand
V - Geschwindigkeit ψ - Gierrate
EG - Eigenlenkgradient (ist im Rahmen des Einspurmodells ein Fahrzeugparameter) . Das Verhältnis (2) darf in der Regel nur bei bestimmten begrenzten Bedingungen benutzt werden, z.B. [ vgl. M. Mitschke; Dynamik der Kraftfahrzeuge; Band C; Springer-Verlag 1990] :
1. Fahrgeschwindigkeit V = const. (keine Beschleunigung in Fahrzeuglängsrichtung) .
2. Zwei Freiheitsgrade: Gierbewegung und Schwimmbewegung.
3. Keine Wankbewegung, keine Radlastdifferenz zwischen kurveninneren und kurvenäußeren Rad einer Achse.
4. Keine Hub- und Nickbewegung, konstante Radlasten an Vorder- und Hinterachse.
5. Die RadaufStandspunkte, an denen die zur Kurshaltung erforderlichen Seitenkräfte der Reifen angreifen, werden achsweise in der Fahrzeugmitte zusammengefasst .
6. Kleine Lenk- und Schräglaufwinkel, linearisierte Seitenkraftkennlinien an den Reifen.
7. Die Reifennachläufe und Rückstellmomente infolge der Schräglaufwinkel werden vernachlässigt.
8. Keine Umfangskräfte an den Reifen. (Die Bedingung V = const. erfordert Längskräfte, die jedoch bei kleinen
Einschlagwinkeln vernachlässigt werden können.)
Bei der Berechnung des Einschlagwinkels und der Korrektur der Messergebnisse des Einschlagwinkelsensors ist es erforderlich darauf zu achten, dass das Verhältnis (2) bzw. das Einspurmodell gültig ist. Andernfalls wird die Korrektur fehlerhaft.
Für die Überwachung des Fahrzeugzustands und der
Fahrbedingungen wird eine zeitliche Ableitung =δ des dt gemessenen Einschlagwinkels berechnet. Von (2) folgt für die theoretische zeitliche Ableitung:
ψ*l a*ψ (~^<^oret =δtl + EG*(ψ*V + a*ψ) :3)
V V2
wobei ψ die Gierbeschleunigung und a die Fahrzeugbeschleunigung ist.
Eine zeitliche Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels wird nicht von der Nullverschiebung beeinflusst. Falls das Verhältnis (3) gültig ist, dürfen die gemessenen und berechneten Werte nur kleine Unterschiede haben:
20
Figure imgf000014_0001
(4)
wobei sein kleiner Schwellenwert ist.
Die Berechnung nach (4) wird auf der Basis von den verfügbaren gemessenen oder berechneten Werten δ,δ,ψ,ψ,V,a in einem ESC Steuergerät gemacht. Außerdem wird überwacht, ob die gemessenen Werte keine zu große Sprünge haben, z.B.:
Figure imgf000015_0001
λn_i - gemessener Lenkwinkel in der Messung n - 1 ; λn - gemessener Lenkwinkel in der Messung n; und wobei εl ein kleiner, vorbestimmter Schwellenwert ist.
Wenn (4) und (5) erfüllt sind, darf der Rollwinkel nach (2) berechnet werden. In diesem Fall werden die theoretischen Werte δtheoret für die Korrektur der gemessenen Werte des Einschlagwinkels benutzt.
Der gemessene Lenkwinkel wird wie folgt geschrieben:
A = Δ + (^— + EG*ψ*V)*K (6;
wobei Δ die Nullverschiebung des Sensors ist.
Die Ergebnisse von N Messungen werden summiert und für die Ermittlung der Nullverschiebung des Sensors benutzt:
Figure imgf000015_0002
~K = — * (A- B* K -EG* C* K)
N wobei AN ein über die Zeit gemittelter Wert der Nullverschiebung ist. Für diesen Wert wird eine Einschätzung für die Standartabweichung σ und den Vertrauensinterwall p*σN berechnet
∑C^-Δ^)2
O* =-^ N-I
(Q) ÄN-p*σN<A<ÄN+p*σN
wobei p = p (N) ein empirischer Parameter und von N abhängig ist.
Das Vertrauensintervall p*σN wird im ESP für die adaptive Parameteränderung des Kontrollsystems benutzt. Es wird überprüft, ob σN klein genug ist:
σN < S0 (9)
wobei So ein Parameter ist, der abhängig von den Anforderungen des ESC festgelegt wird.
Wenn σN zu groß ist, werden die Messungen weiter durchgeführt und die Berechnungen wie in den Gleichungen (7) bis (8) für die nächsten Messungen wiederholt.
Es werden so lange ähnliche Schritte wiederholt, bis der Wert σ klein genug wird (das Verhältnis der Gleichung (9) ist also gültig) .
Der korrigierte Lenkwinkel wird wie folgt berechnet:
λo = λ-ÄN (10) Um die oben beschriebene Methode benutzen zu können ist es erforderlich, N Messwerte V, ψ und λ in einem Speicher beizubehalten. Wenn dies nicht möglich ist, kann eine andere, vereinfachte Methode benutzt werden. Statt der Mittelwertbildung wird ein Tiefpassfilter mit einer Filterkonstante F benutzt:
A = FiUp(O1);
B = FiItF(^- * /)
V1 (11)
D = FiltF(ψ*Vι); AF=(A-B* K -EG* C* K) wobei Ap ein gefilterter Wert der Nullverschiebung ist.
Die Einschätzungen für die Standartabweichung und den Vertrauensintervall werden wie in (8) berechnet:
Figure imgf000017_0001
(12)
Ap - p * σP < A < Ap + p * σP
Falls die eingeschätzte Standartabweichung zu groß ist (σF >So) , wird die Filterkonstante so lange stufenweise erhöht, bis dieser Wert klein genug wird (σF < So) . Der korrigierte Lenkwinkel wird wie folgt berechnet:
λo = λ-ÄP (13)
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Gierrate 201, die zeitliche Ableitung der Gierrate 202, der Lenkwinkel 203, die zeitliche Änderung des Lenkwinkels 204 sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit 205 bzw. die Fahrzeugbeschleunigung fließen in die Berechnung der theoretischen zeitlichen Ableitung des Einschlagwinkels 206 ein.
Hierbei werden beispielsweise die Gierrate 201, der Lenkwinkel 203 sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit 205 gemessen. Die zeitliche Ableitung der Gierrate 202 sowie die Beschleunigung des Fahrzeugs sowie die zeitliche Ableitung des Lenkwinkels 204 können berechnet oder alternativ auch gemessen werden.
In Schritt 207 werden dann die Differenzen zwischen der theoretischen zeitlichen Ableitung des Einschlagwinkels und der gemessenen zeitlichen Ableitung des Einschlagwinkels mit einem ersten Schwellwert ε und die Differenz benachbarter gemessener Lenkwinkel mit einem zweiten Schwellwert εl verglichen .
Liegen diese Differenzen jeweils unterhalb dem entsprechenden Schwellwert werden in Schritt 208 weitere Berechnungen durchgeführt. Liegt zumindest eine dieser Differenzen nicht unterhalb des entsprechenden Schwellwertes, werden weitere Messwerte hinzugezogen und das Verfahren mit Schritt 206 fortgeführt .
Sind allerdings die Bedingungen (4) und (5) erfüllt, werden in Schritt 208 die Ergebnisse aus N Messungen summiert (siehe auch Gleichung (7)) .
In Schritt 209 erfolgt dann die Berechnung der zeitlich gemittelten Nullverschiebung, der Standardabweichung sowie des Vertrauensintervalls . In Schritt 210 wird dann bestimmt, ob die Standardabweichung klein genug ist, also unterhalb eines bestimmten Schwellwerts liegt. Ist die Standardabweichung zu groß, werden weitere Messwerte hinzugezogen und die Berechnung 206 gefolgt von den Schritten 207 bis 210 erneut durchgeführt.
Liegt die Standardabweichung unterhalb des vorbestimmten Schwellwerts, wird in Schritt 211 der korrigierte Lenkwinkel durch die Gleichung (10) berechnet.
Alternativ zur Mittelwertbildung kann auch ein Tiefpassfilter mit einer Filterkonstante eingesetzt werden (siehe Gleichungen (11), (12) und (13)) .
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend" und
„aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims

Patentansprüche :
1. Einschlagwinkelbestimmungssystem zur Bestimmung eines Einschlagwinkels eines Fahrzeugs, das Einschlagwinkelbestimmungssystem (100) aufweisend:
Sensoranordnung (101, 102) zur Messung einer Gierrate und eines Lenkwinkels des Fahrzeugs, woraus sich ein gemessener Einschlagwinkel ergibt;
Steuereinheit (103), ausgeführt zur: Berechnung des Einschlagwinkels auf Basis der gemessenen Gierrate und des gemessenen Lenkwinkels;
Berechnung einer zeitlichen Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und einer zeitlichen Ableitung des berechneten Einschlagwinkels; Bestimmung, ob eine erste Abweichung zwischen der
Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und der Ableitung des berechneten Einschlagwinkels unterhalb einer ersten vorbestimmten Schwelle liegt;
Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis des berechneten Einschlagwinkels; und
Wiederholung der Messung und der darauffolgenden Berechnungen, wenn die erste Abweichung oberhalb der ersten Schwelle liegt.
2. Einschlagwinkelbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (103) weiterhin ausgeführt ist zur :
Bestimmung, ob eine zweite Abweichung zwischen einem ersten gemessenen Einschlagwinkel und einem zeitlich darauffolgenden zweiten gemessenen Einschlagwinkel unterhalb einer zweiten vorbestimmten Schwelle liegt; und Wiederholung der Messung und der darauffolgenden Berechnungen, wenn die zweite Abweichung oberhalb der zweiten Schwelle liegt.
3. Einschlagwinkelbestimmungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (103) weiterhin ausgeführt ist zur :
Ermittlung einer gemittelten Nullverschiebung eines Sensors (101) der Sensoranordnung (101, 102) zur Messung des Einschlagwinkels auf Basis einer Mittelung mehrerer berechneter Nullverschiebungen über die Zeit;
Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis der gemittelten Nullverschiebung.
4. Einschlagwinkelbestimmungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (103) weiterhin ausgeführt ist zur :
Ermittlung einer gefilterten Nullverschiebung eines Sensors (101) der Sensoranordnung (101, 102) zur Messung des Einschlagwinkels auf Basis einer Filterung der gemessenen Gierrate und des gemessenen Einschlagwinkels;
Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis der gefilterten Nullverschiebung.
5. Einschlagwinkelbestimmungssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Messungen und der darauffolgenden Berechnungen wiederholt werden, wenn eine geschätzte Standardabweichung der berechneten oder gefilterten Nullverschiebungen oberhalb einer vorbestimmten dritten Schwelle liegt.
6. Einschlagwinkelbestimmungssystem nach Anspruch 5, wobei die Filterung mit einer erhöhten Filterkonstante wiederholt wird, wenn die geschätzte Standardabweichung oberhalb der dritten Schwelle liegt.
7. Einschlagwinkelbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei weiterhin ein Vertrauensintervall hinsichtlich der Nullverschiebungen berechnet wird; wobei die Standardabweichung, das Vertrauensintervall und die entsprechende Nullverschiebung von einem ESP Steuergerät zur Fahrerassistenz weiterverwendet werden, selbst wenn das Vertrauensintervall und die Standardabweichung nicht unterhalb der vorbestimmten Schwellen liegen.
8. Einschlagwinkelbestimmungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (103) ein ESP Steuergerät ist.
9. Fahrzeug mit einem Einschlagwinkelbestimmungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verfahren zur Bestimmung eines Einschlagwinkels eines Fahrzeugs, das Verfahren aufweisend die Schritte:
Messung einer Gierrate und eines Lenkwinkels des Fahrzeugs, woraus sich ein gemessener Einschlagwinkel ergibt; Berechnung des Einschlagwinkels auf Basis der gemessenen Gierrate und des gemessenen Lenkwinkels;
Berechnung einer zeitlichen Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und einer zeitlichen Ableitung des berechneten Einschlagwinkels;
Bestimmung, ob eine erste Abweichung zwischen der Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und der Ableitung des berechneten Einschlagwinkels unterhalb einer ersten vorbestimmten Schwelle liegt;
Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis des berechneten Einschlagwinkels; und Wiederholung der Messung und der darauffolgenden
Berechnungen, wenn die erste Abweichung oberhalb der ersten Schwelle liegt.
11. Programmelement, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor anleitet, die folgenden
Schritte durchzuführen:
Berechnung eines Einschlagwinkels eines Fahrzeugs auf Basis einer gemessenen Gierrate und eines gemessenen Lenkwinkels, woraus sich ein gemessener Einschlagwinkel ergibt;
Berechnung einer zeitlichen Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und einer zeitlichen Ableitung des berechneten Einschlagwinkels;
Bestimmung, ob eine erste Abweichung zwischen der Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und der Ableitung des berechneten Einschlagwinkels unterhalb einer ersten vorbestimmten Schwelle liegt;
Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis des berechneten Einschlagwinkels; und Wiederholung der Messung und der darauffolgenden
Berechnungen, wenn die erste Abweichung oberhalb der ersten Schwelle liegt.
12. Computerlesbares Medium, auf dem ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf einem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor anleitet, die folgenden Schritte durchzuführen : Berechnung eines Einschlagwinkels eines Fahrzeugs auf Basis einer gemessenen Gierrate und eines gemessenen Lenkwinkels, woraus sich ein gemessener Einschlagwinkel ergibt; Berechnung einer zeitlichen Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und einer zeitlichen Ableitung des berechneten Einschlagwinkels;
Bestimmung, ob eine erste Abweichung zwischen der Ableitung des gemessenen Einschlagwinkels und der Ableitung des berechneten Einschlagwinkels unterhalb einer ersten vorbestimmten Schwelle liegt;
Korrektur des gemessenen Einschlagwinkels auf Basis des berechneten Einschlagwinkels, wenn die erste Abweichung unterhalb der ersten Schwelle liegt; und Wiederholung der Messung und der darauffolgenden
Berechnungen, wenn die erste Abweichung oberhalb der ersten Schwelle liegt.
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