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DE10115217C1 - Verfahren zum Bestimmen der Winkellage eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen der Winkellage eines Fahrzeugs

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DE10115217C1
DE10115217C1 DE10115217A DE10115217A DE10115217C1 DE 10115217 C1 DE10115217 C1 DE 10115217C1 DE 10115217 A DE10115217 A DE 10115217A DE 10115217 A DE10115217 A DE 10115217A DE 10115217 C1 DE10115217 C1 DE 10115217C1
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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die Winkellage des Fahrzeugs, die mit Hilfe mindestens eines Drehratensensors ermittelt worden ist, im Rahmen einer Plausibilitätsbetrachtung zu prüfen, d. h. zu prüfen, ob das integrierte Drehratensignal die tatsächliche Winkellage des Fahrzeugs überhaupt wiedergeben kann oder außerhalb des Winkelbereichs liegt, der aufgrund der Fahrsituation für die tatsächliche Winkellage des Fahrzeugs in Frage kommt. DOLLAR A Dazu wird bei einem Verfahren zum Bestimmen der Winkellage eines Fahrzeugs bezüglich mindestens einer Drehachse, insbesondere seiner Längsachse und/oder seiner Querachse, bei dem die Drehrate des Fahrzeugs um die Drehachse mit Hilfe mindestens eines Drehratensensors erfasst wird und die Winkellage, insbesondere der Wankwinkel um die Längsachse des Fahrzeugs bzw. der Nickwinkel um die Querachse des Fahrzeugs, durch Integration der erfassten Drehrate ermittelt wird, wobei der Offsetfehler des Drehratensensors berücksichtigt wird, erfindungsgemäß neben der Drehrate die Querbeschleunigung AQ, d. h. die Beschleunigung des Fahrzeugs quer zur Drehachse, erfasst. Anhand der Abhängigkeit der tatsächlichen Winkellage des Fahrzeugs von der Querbeschleunigung AQ wird dann geprüft, ob die ermittelte Winkellage der tatsächlichen Winkellage des Fahrzeugs entsprechen kann.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Winkellage eines Fahr­ zeugs bezüglich seiner Längsachse und/oder seiner Querachse, bei dem die Drehrate des Fahrzeugs um die Dreh­ achse mit Hilfe mindestens eines Drehratensensors erfasst wird und der Wankwinkel um die Längsachse des Fahrzeugs bzw. der Nickwinkel um die Querachse des Fahrzeugs, durch Integration der erfassten Drehrate ermittelt wird, wobei der Offsetfehler des Drehratensensors berücksich­ tigt wird.
Als Wankratensensor dienende Drehratensensoren werden in der Praxis in Ver­ bindung mit Airbagsteuergeräten zum Auslösen von Seiten- und Kopfairbags ein­ gesetzt. Eine entsprechende Sensorik kann auch für die Kippverhinderer Rollover Prävention genutzt werden.
Es ist bekannt, dass das Ausgangssignal eines Drehratensensors in der Regel mit einem Offsetfehler behaftet ist, der durch verschiedene Faktoren, wie z. B. Alte­ rung oder Fehljustage des Sensors, bedingt sein kann. Dieser Offsetfehler führt bei einfachen Integrationsalgorithmen, mit denen die Winkellage des Fahrzeugs bestimmt wird, zu einem Wegdriften des integrierten Drehratensignals. So kann der berechnete Wankwinkel auch bei längeren Geradeausfahrten auf ebener Fahrbahn auf Werte ansteigen, die ein fälschliches Auslösen von Rückhaltemitteln verursachen können.
In der Patentschrift DE 198 21 617 C1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Neigungswinkels in seitlich geneigten Kurven und deren Verwendung beschrieben. Dabei wird die Gierrate durch einen Drehratensensor bestimmt, und eine Querbeschleunigung sowie ein Lenkwinkel werden zur Fahrdynamikbestimmung verwendet. Aus der Patentschrift DE 198 29 582 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehratenbestimmung, insbesondere der Gierrate, eines Fahrzeugs bekannt. Das Drehratensignal wird dabei integriert. Aus der Offenlegungsschrift EP 690 289 A1 ist eine Vorrichtung zur Berechnung der Fahrdynamik bekannt, bei der ein Drehratensensor zur Bestimmung der Gierrate und ein Richtungssensor eingesetzt werden. Eine Offsetkorrektur der Gierrate erfolgt in Abhängigkeit von Signalen des Richtungssensors. Aus der Offenlegungsschrift DE 198 28 338 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur des Offsets bei der Bestimmung des Wankwinkels bzw. Nickwinkels durch Integration bekannt. Es werden hier vorgegebene Schwellwerte verwendet.
Vorteile der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die Winkellage des Fahr­ zeugs, die mit Hilfe mindestens eines Drehratensensors ermittelt worden ist, im Rahmen einer Plausibilitätsbetrachtung zu prüfen, d. h. zu prüfen, ob das inte­ grierte Drehratensignal die tatsächliche Winkellage des Fahrzeugs überhaupt wie­ dergeben kann oder außerhalb des Winkelbereichs liegt, der aufgrund der Fahr­ situation für die tatsächliche Winkellage des Fahrzeugs in Frage kommt.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 erreicht.
Es ist bekannt, dass die tatsächliche Winkellage eines Fahrzeugs von der ent­ sprechenden Querbeschleunigung AQ und dem Ladezustand des Fahrzeugs ab­ hängig ist. Da der Zusammenhang zwischen Querbeschleunigung AQ und Win­ kellage nicht eindeutig ist, reicht die Erfassung der Querbeschleunigung AQ im allgemeinen nicht aus, um die tatsächliche Winkellage des Fahrzeugs zu bestim­ men. Allerdings lässt sich jeder gemessenen Querbeschleunigung AQ ein Winkel­ bereich für die tatsächliche Winkellage des Fahrzeugs zuordnen, der alle mögli­ chen Ladezustände des Fahrzeugs abdeckt. Davon ausgehend ist erfindungsge­ mäß erkannt worden, dass der aufgrund der parallel gemessenen Querbeschleu­ nigung AQ in Frage kommende Winkelbereich für die tatsächliche Winkellage des Fahrzeugs einen einfach zu ermittelnden und äußerst sinnvollen Rahmen für die Plausibilitätsprüfung der Winkellage darstellt, die durch Integration des erfassten Drehratensignals und unter Berücksichtigung des Sensor-Offsets ermittelt worden ist. Mit Hilfe einer solchen erfindungsgemäßen Plausibilitätsprüfung lässt sich so­ wohl bei Geradeausfahrten als auch bei Kurvenfahrten gleichermaßen zuverlässig feststellen, ob das Drehratenintegral wegdriftet.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten für die Realisierung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens. In einer Vorteilhaften, weil einfach zu realisierenden Variante werden anhand der Abhängigkeit der tatsächlichen Winkellage des Fahrzeugs von der Querbeschleunigung AQ ein oberer und ein unterer Grenzwert für die tatsächliche Winkellage bestimmt. Danach wird geprüft, ob die ermittelte Winkellage innerhalb des durch den oberen und den unteren Grenzwert be­ stimmten Intervalls liegt. Als obere bzw. untere Intervallgrenze kann vorteilhafter­ weise die Winkellage gewählt werden, die sich bei einer gegebenen Querbe­ schleunigung AQ bei maximalem Ladezustand des Fahrzeugs ergibt, da in diesem Fall die größten Neigungswinkel zu erwarten sind. Oftmals erweist es sich aller­ dings - gerade im Hinblick auf mögliche Veränderungen des Offsetfehlers - als sinnvoll, die Intervallgrenzen etwas großzügiger zu wählen.
Der Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Winkellage eines Fahrzeugs und der entsprechenden Querbeschleunigung ist selbstverständlich auch abhängig vom jeweiligen Fahrzeugtyp. In einigen Fällen lässt er sich gut durch einen linea­ ren Zusammenhang beschreiben, so dass die Intervallgrenzen einfach durch Mul­ tiplikation der jeweils erfassten Querbeschleunigung AQ mit immer dem gleichen Faktor bestimmt werden können. Wenn der Zusammenhang zwischen der tat­ sächlichen Winkellage und der Querbeschleunigung AQ nicht ohne weiteres funk­ tional beschreibbar ist, so müssen von Seiten des Herstellers, beispielsweise im Rahmen von Messfahrten, entsprechende Daten ermittelt und in Form von Kennli­ nien zur Verfügung gestellt werden. Die Grenzwerte für die tatsächliche Winkel­ lage des Fahrzeugs lassen sich dann einfach mit Hilfe einer Kennlinie bestimmen, die den Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Winkellage und der Querbe­ schleunigung AQ bei normalem Fahrbetrieb des vollbeladenen Fahrzeugs wieder­ gibt.
In einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens er­ folgt nicht nur eine Plausibilitätsprüfung der ermittelten Winkellage mit Hilfe der erfassten Querbeschleunigung AQ sondern außerdem noch eine ggf. erforderliche Korrektur der ermittelten Winkellage. So erweist es sich als vorteilhaft, die ermit­ telte Winkellage dann zu korrigieren, wenn sie bei gegebener Querbeschleunigung AQ den oberen Grenzwert für die tatsächliche Winkellage überschreitet oder den unteren Grenzwert für die tatsächliche Winkellage unterschreitet. Eine einfache aber sinnvolle Möglichkeit der Korrektur besteht in diesem Fall darin, für die ermittelte Winkellage den Grenzwert anzunehmen, den sie überschritten bzw. unter­ schritten hat.
Es erfolgt neuen der Plausibilitätsprüfung der ermittelten Winkellage auch eine Korrektur des Offsetfehlers, falls dies erforderlich zu sein scheint, wobei ebenfalls die Querbe­ schleunigung AQ zugrunde gelegt wird. So kann das Erfordernis der Korrektur des Offsetfehlers als gegeben angenommen werden, wenn die ermittelte Winkellage des Fahrzeugs bei gegebener Querbeschleunigung AQ den oberen Grenzwert für die tatsächliche Winkellage überschreitet oder den unteren Grenzwert für die tat­ sächliche Winkellage unterschreitet. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn diese quasi selbstlernende Korrektur des Offsetfehlers nur langsam erfolgt. Dazu wird der Offsetfehler durch einen vorgebbaren Wert dekrementiert bzw. inkrementiert. Der jeweils aktuell ermittelte Offsetfehler wird vorteilhafter Weise abgespeichert, so dass bei der Ermittlung der Winkellage des Fahrzeugs anhand der erfassten Drehrate jeweils der aktuelle Offsetfehler berücksichtigt werden kann und insbe­ sondere auch bei einem erneuten Fahrtbeginn zur Verfügung steht.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens eine etwaige Korrektur der ermittelten Winkellage unabhängig von einer et­ waigen Korrektur des Offsetfehlers vorgenommen werden kann und dass die Kri­ terien für diese beiden Korrekturen nicht identisch sein müssen.
Zeichnung
Wie bereits voranstehend ausführlich erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordne­ ten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung verwiesen.
Das in der einzigen Figur dargestellte Flussdiagramm veranschaulicht das erfin­ dungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Winkellage eines Fahrzeugs am Beispiel eines Wankratensensors.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Mit Hilfe des Wankratensensors wird die Drehrate des Fahrzeugs um seine Längsachse als Sensorsignal Wankrate_unkorr erfasst. Wie bereits erwähnt, ist das Sensorsignal Wankrate_unkorr mit einem Offsetfehler WR_offset behaftet, dar durch Alterung oder Fehljustage des Wankratensensors bedingt sein kann.
Bei 1 wird das Sensorsignal Wankrate_unkorr zunächst durch Addition des Offset­ fehlers WR_offset korrigiert.
Wankrate = Wankrate_unkorr + WR_offset (1a)
Das daraus resultierende offsetbereinigte Signal Wankrate wird dann einer Integra­ tion zur Bestimmung des Wankwinkels zugrundegelegt.
Wankwinkel = Wankwinkel + Wankrate.dT (1b)
Die erfindungsgemäße Plausibilitätsprüfung des so ermittelten Wankwinkels be­ ginnt bei 2. Hier wird der obere Grenzwert für den tatsächlichen Wankwinkel an­ hand der parallel zur Wankrate erfassten Querbeschleunigung AQ als Wankgrenze bestimmt
Wankgrenze = AQ.#Wank_AQ_Ratio, (2)
wobei #Wank_AQ_Ratio ein Parameter, z. B. 5°/1 g oder eine Kennlinie für den Zu­ sammenhang zwischen dem tatsächlichen Wankwinkel und der Querbeschleuni­ gung AQ ist.
Bei 3 wird lediglich geprüft, ob die Querbeschleunigung AQ negativ ist,

AQ < 0 (3)
um für diesen Fall bei 4 die untere Wankgrenze als maßgebliche Wankgrenze symmetrisch zur bei 2 bestimmten oberen Wankgrenze zu bestimmen. In diesem Fall gilt also
Wankgrenze = -AQ.#Wank_AQ_Ratio. (4)
Bei 5 und 7 wird dann geprüft, ob der ermittelte Wankwinkel innerhalb des durch die Wankgrenzen bestimmten Intervalls für den tatsächlichen Wankwinkel liegt und damit dem tatsächlichen Wankwinkel des Fahrzeugs entsprechen kann.
Wankwinkel < Wankgrenze? (5)
bzw.
Wankwinkel < -Wankgrenze? (7)
Falls der ermittelte Wankwinkel außerhalb dieses Intervalls liegt und damit dem tatsächlichen Wankwinkel des Fahrzeugs nicht entsprechen kann, werden im hier dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl eine Korrektur des ermittelten Wank­ winkels als auch eine Korrektur des abgespeicherten Offsetfehlers vorgenommen.
Ist der ermittelte Wankwinkel größer als die obere Wankgrenze, wird bei 6 die obere Wankgrenze als neuer Wankwinkel angenommen.
Wankwinkel = Wankgrenze (6a)
Außerdem wird der Offsetfehler durch Subtraktion eines Korrekturwerts #WR_Adaption für sehr langsames Lernen des Wankratenoffsets angepasst.
WR_offset = WR_offset - #WR_Adaption (6b)
Analog zu 6 wird bei 8 die untere Wankgrenze als neuer Wankwinkel angenom­ men, wenn der ermittelte Wankwinkel kleiner als die untere Wankgrenze ist.
Wankwinkel = -Wankgrenze (8a)
Außerdem wird der Offsetfehler durch Addition des Korrekturwerts #WR_Adaption für sehr langsames Lernen des Wankratenoffsets angepasst.
WR_offset = WR_offset + #WR_Adaption (8b)

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen der Winkellage eines Fahrzeugs bezüglich seiner Langsachse und/oder seiner Querachse, bei dem die Drehrate des Fahrzeugs um die Drehachse mit Hilfe mindestens eines Drehratensensors erfasst wird und der Wankwinkel um die Langsachse des Fahrzeugs bzw. der Nickwinkel um die Querachse des Fahrzeugs, durch Integration der erfassten Drehrate ermittelt wird, wobei der Offsetfehler des Drehratensensors berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Drehrate die Querbeschleunigung AQ, d. h. die Beschleunigung des Fahrzeugs quer zur Drehachse, erfasst wird,
dass anhand der Abhängigkeit der tatsächlichen Winkellage des Fahrzeugs von der Querbeschleunigung AQ ein oberer und ein unterer Grenzwert für die tatsächliche Winkellage bestimmt werden und dass geprüft wird, ob die ermittelte Winkellage innerhalb des durch den oberen und den unteren Grenzwert bestimmten Intervalls liegt,
dass der Offsetfehler dann korrigiert wird, wenn die ermittelte Winkellage den oberen Grenzwert überschreitet oder den unteren Grenzwert unterschreitet und
dass die Querbeschleunigung AQ einer Korrektur des Offsetfehlers zugrunde gelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte für die tatsächlichen Winkellage des Fahrzeugs mit Hilfe einer Kennlinie bestimmt werden, die den Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Winkellage und der Querbeschleunigung AQ bei normalem Fahrbetrieb des vollbeladenen Fahrzeugs wiedergibt.
3. Verfahren nach einem der Anspruche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querbeschleunigung AQ einer ggf. erforderlichen Korrektur der ermittelten Winkellage zugrunde gelegt wird.
4. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Winkellage dann korrigiert wird, wenn sie den oberen Grenzwert überschreitet oder den unteren Grenzwert unterschreitet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die ermittelte Winkellage der Grenzwert angenommen wird, den sie überschritten bzw. unterschritten hat.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetfehler korrigiert wird, indem er durch einen vorgebbaren Wert dekrementiert bzw. inkrementiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils aktuell ermittelte Offsetfehler abgespeichert wird, so dass bei der Ermittlung der Winkellage des Fahrzeugs anhand der erfassten Drehrate jeweils der aktuelle Offsetfehler berücksichtigt werden kann und insbesondere auch bei einem erneuten Fahrtbeginn zur Verfügung steht.
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