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Dokumentenidentifikation DE10354944B4 18.10.2007
Titel Verfahren und Anordnung zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Fiedler, Jens, 93107 Thalmassing, DE;
Mayer, Andreas, Dr., 93049 Regensburg, DE;
Schweiger, Thomas, 93086 Wörth, DE;
Stratesteffen, Martin, 93049 Regensburg, DE
DE-Anmeldedatum 25.11.2003
DE-Aktenzeichen 10354944
Offenlegungstag 30.06.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.10.2007
IPC-Hauptklasse G01P 3/64(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01P 15/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B60G 17/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B62D 37/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01P 9/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges mit zumindest zwei Achsen.

Eine präzise Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges bei geringen Kosten und bei geringem technischem Aufwand ist nach wie vor nicht unter allen Fahrbedingungen möglich. Üblicherweise werden die Drehzahlen von nicht angetriebenen Rädern des Fahrzeuges zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit verwendet. Aufgrund des Bremsschlupfes und bei großen Schräglaufwinkeln, die bei Kurvenfahrten auftreten können, ist diese Vorgehensweise nicht in jeder Fahrsituation präzise genug. Weiterhin fällt es bei Fahrten auf unebenen Fahrbahnen oder im freien Gelände sowie bei allradangetriebenen Fahrzeugen schwer, das oder die am besten für die Fahrgeschwindigkeitsbestimmung geeigneten Räder auszuwählen.

Aus den Druckschriften DE 34 35 866 A1, DE 43 28 442 A1, DE 37 19 320 A1 und US 5 301 130 A sind jeweils Verfahren und Anordnungen zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges bekannt, bei denen der Zeitpunkt des Überfahrens einer Bodenunebenheit für ein Rad einer ersten Achse des Fahrzeuges und für ein Rad einer zweiten Achse des Fahrzeuges detektiert wird und aus dem Zeitabstand und dem Achsabstand die Fahrgeschwindigkeit bestimmt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine präzise Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit insbesondere auf unebener Fahrbahn und im Gelände zu ermöglichen.

Es wird vorgeschlagen, ein Überfahren einer Bodenunebenheit mit einem ersten Rad zu detektieren, wobei das erste Rad einer ersten Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist und die Bodenunebenheit zu einem ersten Zeitpunkt überfährt. Weiterhin wird das Überfahren der Bodenunebenheit mit einem zweiten Rad detektiert, wobei das zweite Rad einer zweiten Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist und die Bodenunebenheit zu einem zweiten Zeitpunkt überfährt. Aus einem Zeitabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt und unter Berücksichtigung einer Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Achse wird die Fahrgeschwindigkeit bestimmt.

Unter dem Begriff "Achse" wird nicht nur eine starre und/oder als einzelnes gegenständlich vorliegendes Bauteil ausgeführte Achse verstanden. Vielmehr können die Räder einer Achse beispielsweise lediglich über einen Fahrzeugaufbau sowie über zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem jeweiligen Rad angeordneten Stoßdämpfungseinrichtungen und/oder Federungseinrichtungen miteinander verbunden sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass zumindest eine der Achsen lediglich ein Rad aufweist. Voraussetzung ist lediglich, dass die Räder der zumindest zwei Achsen nacheinander ein und dieselbe Bodenunebenheit überfahren können. Beispielsweise überfährt das linke (oder rechte) Vorderrad eines Personenkraftwagens eine Unebenheit und danach, abhängig von der Fahrgeschwindigkeit früher oder später, das linke (oder rechte) Hinterrad die Unebenheit.

Weiterhin wird folgendes vorgeschlagen: Eine Anordnung zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges mit zumindest zwei Achsen, wobei die Anordnung folgendes aufweist:

  • – einen Sensor, der ausgestaltet ist, bei einem Überfahren einer Bodenunebenheit mit einem ersten Rad ein Signal zu erzeugen, wobei das erste Rad einer ersten Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist und die Bodenunebenheit zu einem ersten Zeitpunkt überfährt,
  • – einen Sensor, der ausgestaltet ist, bei einem Überfahren einer Bodenunebenheit mit einem zweiten Rad ein Signal zu erzeugen, wobei das zweite Rad einer zweiten Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist und die Bodenunebenheit zu einem zweiten Zeitpunkt überfährt,
  • – eine Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung, die ausgestaltet ist, aus einem Ausgangssignal des Sensors oder der Sensoren einen Zeitabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt zu ermitteln, und
  • – eine Fahrgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung, die mit der Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung verbunden ist und ausgestaltet ist, aus dem Zeitabstand und unter Berücksichtigung einer Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Achse die Fahrgeschwindigkeit zu bestimmen.

Das Überfahren der Bodenunebenheit kann auf unterschiedliche Art detektiert werden, worauf noch näher eingegangen wird. Sind der erste und der zweite Zeitpunkt detektiert worden, kann durch Quotientenbildung der Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Achse und des Zeitabstandes der beiden Zeitpunkte die Fahrgeschwindigkeit berechnet werden.

Das Verfahren kann bei Fahrzeugen mit mehr als zwei Achsen entsprechend angewendet werden, wobei z. B. jeweils für Paare von zwei Achsen die Fahrgeschwindigkeit ermittelt wird und anschließend der arithmetische und/oder ein gewichteter Mittelwert der ermittelten Fahrgeschwindigkeiten gebildet wird.

Für die Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit können z. B. ohnehin in dem Fahrzeug vorgesehene Sensoren eingesetzt werden, die beispielsweise elektronischen Systemen wie ESP (Electronic Stability Program), Fahrdynamikregelung (FDR), Fahrkomfort/Dämpfungsregelung, Überschlagsvermeidung und/oder anderen Zwecken dienen. Für das ESP werden beispielsweise Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren (d. h. Sensoren, die zumindest eine Komponente einer Winkelgeschwindigkeit bei einer Drehbewegung des Fahrzeuges detektieren können) verwendet.

Zur Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit wird folgender Ansatz vorgeschlagen:

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad und/oder dem zweiten Rad ein Signal eines Drehratensensors ausgewertet. Die Verwendung von Drehratensensoren ist beispielsweise aus der DE 102 503 21 A1 bekannt, wobei jedoch in dieser Druckschrift nicht die Verwendung der Drehratensensoren zu dem Zweck der Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit offenbart wird. Die Verwendung eines Drehratensensors hat den Vorteil, dass ein einziger Sensor ausreicht, um sowohl das Überfahren der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad als auch das Überfahren der Bodenunebenheit mit dem zweiten Rad zu detektieren. Selbstverständlich kann jedoch auch mehr als ein Drehratensensor verwendet werden. Wird nur ein Drehratensensor verwendet, ist dieser vorzugsweise fest mit einem Fahrzeugaufbau verbunden, der wiederum z. B. über Dämpfungseinrichtungen und Federungseinrichtungen mit dem ersten Rad und dem zweiten Rad verbunden ist. Der Drehratensensor ist weiterhin so angeordnet, dass er eine Nickrate des Fahrzeuges misst, d.h. eine Winkelgeschwindigkeit einer Drehbewegung um eine senkrecht zur Längsachse des Fahrzeuges oder eines Fahrzeugaufbaus in waagerechter Richtung verlaufende Drehachse. Dabei ist die Drehachse relativ zu dem Fahrzeug ortsfest. Auf diese Weise kann der Drehratensensor beim Überfahren der Bodenunebenheit mit einem Vorderrad eine negative Nickrate detektieren und beim Überfahren der Bodenunebenheit mit einem Hinterrad eine positive Nickrate detektieren.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad und/oder dem zweiten Rad zusätzlich ein Signal eines Höhenstandssensors ausgewertet. Der Höhenstandssensor kann z. B. derart an dem Fahrzeugchassis oder an einem Fahrzeugaufbau angeordnet sein, dass er den Abstand zumindest eines Bezugspunktes des Rades von dem Fahrzeugaufbau in vertikaler Richtung (Höhe) detektieren kann. Insbesondere liefert der Höhenstandssensor laufend den Stand der Höhe relativ zu einem Bezugswert der Höhe. Auf diese Weise ist der Höhenstandssensor dazu in der Lage, ein Signal auszugeben, das Informationen über eine kurzfristige Änderung des Höhenstandes des Rades auf Grund des Überfahrens einer Bodenunebenheit enthält. Höhenstandssensoren sind bei Straßenkraftfahrzeugen z. B. als Teil eines Niveauregelsystems zur Einstellung des Höhenstandes aus der DE 199 59 658 A1 und aus der DE 196 40 149 A1 bekannt.

Beispielsweise ist die Bodenunebenheit ein Schlagloch oder eine Erhebung des Bodens, die in Fahrtrichtung eine wesentlich kleinere Abmessung als der Abstand der beiden Achsen hat. Es können jedoch auch plötzlich auftretende stufenartige Erhöhungen oder Absenkungen des Bodens detektiert werden. Die Verwendung des Höhenstandssensors hat den Vorteil, dass auch kleinere Stöße auf das Rad, die durch die Federungseinrichtung und/oder die Dämpfungseinrichtung ausgeglichen oder gemindert werden, zuverlässig detektiert werden können. Bereits aus diesem Grund ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zumindest ein Höhenstandssensor an jeder für die Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit herangezogenen Achse vorgesehen, wobei zusätzlich zumindest eine weitere Ausführungsform der Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit realisiert ist, beispielsweise die im folgenden beschriebene Ausführungsform mit einem Drehratensensor.

Eine weitere Möglichkeit, das Überfahren der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad und/oder mit dem zweiten Rad zu detektieren, besteht darin, ein Signal eines Beschleunigungssensors oder Signale mehrerer Beschleunigungssensoren auszuwerten. Beispielsweise ist ein einziger Beschleunigungssensor zur Detektion einer in vertikaler Richtung gerichteten Beschleunigung fest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist jeweils zumindest ein Beschleunigungssensor zur Detektion einer in vertikaler Richtung gerichteten Beschleunigung im Bereich der Achse des ersten Rades und im Bereich der Achse des zweiten Rades angeordnet, entweder am Fahrzeugaufbau oder am Chassis. So kann der Beschleunigungssensor beispielsweise fest mit einem Drehlager des Rades verbunden sein.

Die Auswertung der von dem Sensor oder den Sensoren beim Überfahren der Bodenunebenheit erzeugten Signale kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, die Signale zunächst zu filtern, bevor ausgewertet wird, ob die Signale auf das Überfahren einer Bodenunebenheit hindeuten. Die Filterung, insbesondere durch ein Bandpassfilter und/oder durch ein Tiefpassfilter, dient der Eliminierung von Störsignalen (z. B. durch elektromagnetische Felder) und/oder der Eliminierung von Rauschen.

Nach der optionalen Filterung, die beispielsweise nach einer Digitalisierung der ursprünglich analogen Sensorsignale durchgeführt wird, kann die Auswertung der Signale insbesondere nach folgendem Verfahren durchgeführt werden: Wiederholt werden zu einem Auswertungszeitpunkt Signalwerte des oder der Sensoren über ein vergangenes Zeitintervall ausgewertet. Dabei werden eine Mehrzahl von Abtastwerten des Sensorsignals in dem Zeitintervall betrachtet (z. B. drei oder fünf Abtastwerte in dem Zeitintervall). Für die betrachteten Abtastwerte wird geprüft, ob ein vordefiniertes Kriterium erfüllt ist, bei dessen Erfüllung auf das Überfahren einer Bodenunebenheit geschlossen wird.

Zum Beispiel bewirkt das Überfahren der Bodenunebenheit bei einem Höhenstandsensor, bei einem Drehratensensor und/oder bei einem Beschleunigungssensor ein kurzzeitiges Ansteigen oder Abfallen des Wertes der Messgröße, danach nähert sich ebenfalls binnen kurzer Zeit der Messwert wieder seinem vorigen Niveau an. In diesem Fall wird der Zeitpunkt festgestellt, zu dem der Messwert ein lokales Maximum oder Minimum annimmt. Dieser Zeitpunkt entspricht dem Zeitpunkt des Überfahrens der Bodenunebenheit. Erfolgt die Auswertung für das Überfahren der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad und mit dem zweiten Rad in der gleichen Weise, kommt es nicht auf einen jeweils in gleicher Weise auftretenden Zeitversatz an, der z. B. durch eine verzögerte Auswertung oder durch eine Verzögerung der Signalübertragung auftreten kann.

Zur Erkennung des lokalen Maximums oder Minimums wird vorgeschlagen, das Quadrat der Abweichung der in dem genannten Zeitintervall liegenden Abtastwerte von deren Mittelwert oder von einem über das Zeitintervall hinausgehenden längerfristigen Mittelwert zu bestimmen, und zwar jeweils für die betrachteten Abtastwerte. Anstelle dieser quadratischen Abweichung kann auch eine andere Auswertungsgröße betrachtet werden, die Aufschluss über die Abweichung von einem zeitlichen Mittelwert gibt. Überschreitet das Maß (insbesondere das Quadrat der Abweichung vom Mittelwert) einen vorgegebenen Grenzwert, so wird auf das Vorliegen eines lokalen Maximums oder Minimums zu dem entsprechenden Zeitpunkt des Abtastwertes geschlossen. Eine weitere Möglichkeit, das Überfahren der Bodenunebenheit festzustellen, ist die Auswertung von zeitlichen Ableitungen der gefilterten Messsignale. Noch eine weitere Möglichkeit besteht darin, für die verschiedenen Messsignale, die durch das Überfahren der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad und mit dem zweiten Rad erzeugt werden, durch Bestimmung von Korrelationskoeffizienten den Zeitunterschied von charakteristischen Signalverläufen festzustellen. Liegen beispielsweise separate Messsignale als Funktionen der Zeit für das erste Rad und das zweite Rad vor, können so die Zeitdifferenzen zwischen den durch das Überfahren der Bodenunebenheit mit den beiden Rädern erzeugten lokalen Maxima oder Minima der Messsignale detektiert werden.

Vorzugsweise werden dabei durch eine Bandpassfilterung für die Auswertung vorbereitete Messsignale verwendet, wobei die untere und die obere Grenzfrequenz der Bandpassfilterung so gewählt sind, dass die typischerweise bei dem Überfahren von Bodenunebenheiten erzeugten Frequenzen der Messsignale ausgefiltert werden und für die Auswertung zur Verfügung stehen. Dabei ist es insbesondere möglich, durch Vergleich mit auf andere Weise gewonnenen Fahrgeschwindigkeitsmesswerten eine der Grenzfrequenzen oder die Grenzfrequenzen für ein bestimmtes Fahrzeug oder für einen bestimmten Fahrzeugtyp einzustellen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Anordnung lässt sich insbesondere zusätzlich zu anderen Verfahren und Einrichtungen die Fahrgeschwindigkeit bestimmen und können die auf verschiedene Weise gewonnenen Informationen über die Fahrgeschwindigkeit verwendet werden, um einen resultierenden Wert eines Gesamtsystems zur Fahrgeschwindigkeitsbestimmung zu bilden. Beispielsweise werden die Drehzahlen von Rädern des Fahrzeuges ausgewertet und wird daraus ein Wert für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges bestimmt. Dieser als Funktion der Zeit vorliegende Wert wird wie auch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmter Wert der Fahrgeschwindigkeit als Funktion der Zeit einem adaptiven Kalman-Filter zugeführt, der unter Berücksichtigung eines Modells des gesamten Systems zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit eine resultierende Fahrgeschwindigkeit als Ausgangsgröße zur Verfügung stellt. Dabei können auch noch weitere Verfahren zur Fahrgeschwindigkeitsbestimmung angewendet werden, um zumindest eine weitere Eingangsgröße für das adaptive Kalman-Filter bereitzustellen.

Insbesondere kann die auf die erfindungsgemäße Weise bestimmte Fahrgeschwindigkeit zur Überprüfung von anderen Systemen zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit und/oder zur Überprüfung von anderen Systemen, für die die Fahrgeschwindigkeit als Eingangsgröße benötigt wird, verwendet werden.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen schematisch:

1 eine Fahrsituation eines Straßenkraftfahrzeuges, wobei ein Vorderrad des Straßenkraftfahrzeuges eine Bodenunebenheit überfährt,

2 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit,

3 ein System zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit mit verschiedenartigen Sensoren und einem Kalman-Filter,

4 eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Berechnung einer Fahrgeschwindigkeit,

5 ein Diagramm mit Messsignalen von zwei Höhenstandssensoren als Funktionen der Zeit und

6 ein Diagramm mit Messsignalen eines Drehratensensors als Funktion der Zeit.

1 zeigt ein Straßenkraftfahrzeug 1 mit einem Fahrzeugaufbau 3. Es weist eine Vorderachse 5 und eine Hinterachse 7 auf. In der dargestellten Fahrsituation ist ein Vorderrad 6 der Vorderachse 5 gerade dabei, eine Bodenunebenheit 4 eines Bodens 2 zu überfahren. Der Boden 2 ist insbesondere eine Fahrbahn oder unebenes Gelände. Unter einem Straßenkraftfahrzeug wird auch ein geländegängiges Fahrzeug verstanden. Wie durch einen Pfeil in 1 dargestellt ist, fährt das Fahrzeug 1 in der dargestellten Fahrsituation nach links, sodass nach dem Überfahren der Bodenunebenheit 4 durch das Vorderrad auch ein Hinterrad 8 der Hinterachse 7 die Bodenunebenheit 4 überfahren wird.

Mit dem Fahrzeugaufbau 3 sind ein erster Beschleunigungssensor 14, ein zweiter Beschleunigungssensor 15 und ein Drehratensensor 12 positionsfest verbunden. Ferner ist im Bereich der Vorderachse 5 ein erster Höhenstandssensor 10 angeordnet, der eine Höhe (z. B. einen Federweg bei Auslenkung einer Federungseinrichtung) des Vorderrades 6 relativ zu dem Fahrzeugaufbau 3 misst. Weiterhin ist im Bereich der Hinterachse 7 ein zweiter Höhenstandssensor 11 angeordnet, der eine Höhe des Hinterrades 8 relativ zu dem Fahrzeugaufbau 3 misst.

Die Sensoren 10, 11, 12, 14 und 15 müssen nicht alle in dem selben Fahrzeug oder Fahrzeugtyp verbaut sein. Vielmehr können bei einem bestimmten Fahrzeug beispielsweise die beiden Höhenstandssensoren 10, 11 weggelassen werden und die für eine Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit erforderlichen Signale allein aus den Beschleunigungssensoren 14, 15 und aus dem Drehratensensor 12 gewonnen werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Kombination des Drehratensensors 12 mit einem Beschleunigungssensor als gemeinsame bautechnische Einheit in dem Fahrzeugaufbau 3 positionsfest angeordnet, und zwar in der Nähe des Schwerpunktes des Fahrzeuges 1. Dabei ist der Beschleunigungssensor derart angeordnet, dass er bezüglich eines Koordinatensystems, in dem der Fahrzeugaufbau 3 ruht, in vertikaler Richtung gerichtete Beschleunigungen messen kann. Weiterhin ist der Drehratensensor 12 so angeordnet, dass er in dem genannten Koordinatensystem eine Nickrate misst, d. h. eine Winkelgeschwindigkeit einer Drehbewegung um eine senkrecht zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 3 in waagerechter Richtung verlaufende Koordinatenachse.

In dem in 1 dargestellten Fall misst der Höhenstandssensor 10 den Höhenstand des Vorderrades 6, der erste Beschleunigungssensor 14 eine Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus 3 in vertikaler Richtung im Bereich der Vorderachse 5, der Höhenstandssensor 11 einen Höhenstand des Hinterrades 8 und der Beschleunigungssensor 15 eine Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus 3 in vertikaler Richtung im Bereich der Hinterachse 7. An Stelle der beiden Beschleunigungssensoren 14, 15 kann auch nur ein einziger Beschleunigungssensor zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit verwendet werden, wobei dieser einzige Beschleunigungssensor vorzugsweise im Bereich des Schwerpunktes des Fahrzeuges oder im Bereich des Schwerpunktes des Fahrzeugaufbaus angeordnet ist. Da dieser Beschleunigungssensor positionsfest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist, misst er sowohl Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus im Bereich der Vorderachse als auch im Bereich der Hinterachse, zumindest eine betragsmäßig verringerte Beschleunigungskomponente. Der Sensor ist derart ausgestaltet und positioniert, dass er zumindest eine in vertikaler Richtung wirkende Beschleunigungskomponente detektieren kann.

2 zeigt einen ersten Sensor 20, der ausgestaltet ist, beim Überfahren einer Bodenunebenheit durch ein erstes Rad ein entsprechendes Messsignal zu erzeugen. Es ist ein zweiter Sensor 21 vorgesehen, der ausgestaltet ist, beim Überfahren der Bodenunebenheit durch ein zweites Rad ein entsprechendes Messsignal zu erzeugen. Der erste Sensor 20 ist beispielsweise der in 1 dargestellte Höhenstandssensor 10. Der zweite Sensor 21 ist beispielsweise der in 1 dargestellte Höhenstandssensor 11. Der erste Sensor 20 ist über eine Signalleitung mit einem Analog/Digital-Wandler 22 zur Wandlung der analogen Ausgangssignale des ersten Sensors in digitale Signale verbunden. Der Analog/Digital-Wandler 22 ist ausgangsseitig mit einem Filter 24 verbunden. Ein Ausgang des Filters 24 ist mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 26 verbunden. Der zweite Sensor 21 ist über eine Signalleitung mit einem Analog/Digital-Wandler 23 zur Wandlung der analogen Ausgangssignale des zweiten Sensors in digitale Signale verbunden. Der Analog/Digital-Wandler 23 ist ausgangsseitig mit einem Filter 25 verbunden.

Die Analog/Digital-Wandler 22, 23, die Filter 24, 25 und die Datenverarbeitungseinrichtung 26 sind Teil einer Auswertungseinrichtung 29, die beispielsweise zentral an einem geeigneten Ort in dem Fahrzeug angeordnet ist. Alternativ ist zumindest einer der Analog/Digital-Wandler entfernt von der Datenverarbeitungseinrichtung 26 angeordnet und über einen Datenbus mit dem Filter und/oder der Datenverarbeitungseinrichtung 26 verbunden.

Während des Betriebes der in 2 dargestellten Anordnung werden kontinuierlich analoge Signale der Sensoren 20, 21 durch die Analog/Digital-Wandler 22, 23 digitalisiert (abgetastet), entsprechende Folgen von digitalen Werten zu den Filtern 24, 25 übertragen, dort gefiltert und die gefilterten Werte der Datenverarbeitungseinrichtung 26 zugeführt. Die Datenverarbeitungseinrichtung 26 berechnet, wie im Folgenden anhand von 4 näher erläutert wird, laufend Werte der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges, die an einem Ausgang 30 der Datenverarbeitungseinrichtung 26 zur Verfügung stehen.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Sensoren mit analogen Ausgangssignalen beschränkt.

In 4 sind funktionale Einheiten der Datenverarbeitungseinrichtung 26 beispielhaft näher dargestellt. Eine erste Abweichungsermittlungseinheit 41 ist mit dem Filter 24 verbunden. Sie dient der Bestimmung der Abweichung der abgetasteten und gefilterten digitalen Werte von einem zeitlichen Mittelwert, beispielsweise der Bestimmung des Quadrats der Abweichung von einem Mittelwert, wie bereits beschrieben. Ausgangsseitig ist die erste Abweichungsermittlungseinheit 41 mit einer ersten Vergleichseinheit 43 verbunden zum Vergleichen der ermittelten Abweichungen mit einem Vergleichswert (z. B. einem vorgegebenen Grenzwert). Ein Ausgang der ersten Vergleichseinheit 43 ist mit einer Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 verbunden.

Eine zweite Abweichungsermittlungseinheit 42 ist mit dem Filter 25 verbunden zur Bestimmung der Abweichung der abgetasteten und gefilterten digitalen Werte von einem zeitlichen Mittelwert. Ausgangsseitig ist die zweite Abweichungsermittlungseinheit 42 mit einer zweiten Vergleichseinheit 44 verbunden zum Vergleichen der ermittelten Abweichungen mit einem Vergleichswert (z. B. einem vorgegebenen Grenzwert). Ein Ausgang der zweiten Vergleichseinheit 44 ist mit der Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 verbunden.

Während des Betriebes der in 4 dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung 26 werden die in den Abweichungsermittlungseinheiten 41, 42 ermittelten Abweichungen laufend von der zugeordneten Vergleicheinheit 43, 44 mit dem Vergleichswert verglichen und wird bei Überschreiten des Vergleichswertes ein Signal an die Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 ausgegeben. Die Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 ermittelt einen Zeitabstand zwischen einem von der ersten Vergleichseinheit 43 und einem von der zweiten Vergleichseinheit 44 empfangenen Zeitsignal und führt optional eine Plausibilitätsprüfung durch. Dabei wird insbesondere geprüft, ob die empfangenen Zeitsignale auf ein Überfahren der Bodenunebenheit mit dem richtigen Vorzeichen der Geschwindigkeit hindeuten. Fährt das Fahrzeug beispielsweise vorwärts und ist den beiden Zeitsignalen zu entnehmen, dass das Fahrzeug rückwärts fährt, werden die Zeitsignale nicht weiter für die Fahrgeschwindigkeitsbestimmung herangezogen oder anderen Zeitsignalen zugeordnet. Weiterhin kann eine Überprüfung einer aus den Zeitsignalen ermittelten Zeitdifferenz hinsichtlich einer plausiblen Größenordnung durchgeführt werden. Legt die Zeitdifferenz unmögliche Geschwindigkeitswerte nahe, so wird die Auswertung ebenfalls verworfen oder in anderer Weise durchgeführt.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Datenverarbeitungseinrichtung ist dem Zeitsignal ein zusätzlicher Wert zugeordnet, der die Größe der in der Abweichungsermittlungseinheit ermittelten Abweichung beschreibt. Auf diese Weise können die von der ersten Vergleichseinheit 43 und die von der zweiten Vergleichseinheit 44 empfangenen Zeitsignale leichter und zuverlässiger einander zugeordnet werden. Dem entspricht der Grundsatz, dass in der Regel größere Bodenunebenheiten auch zu größeren Abweichungen der Messwerte der Sensoren von ihrem Mittelwert führen.

Der in der Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 ermittelte Zeitabstand, oder ein Mittelwert einer Mehrzahl von ermittelten Zeitabständen, wird einer Geschwindigkeits-Bestimmungseinrichtung 47 zugeführt. Die Einrichtung 47 bestimmt durch Quotientenbildung die Fahrgeschwindigkeit, insbesondere unter Verwendung eines in einem Speicher 49 abgelegten Wertes für den Abstand der beiden Achsen (Achsstand).

Bei der in 3 dargestellten Anordnung ist ein einziger Drehratensensor 31 zur Messung einer Nickrate des Fahrzeuges vorgesehen, bei dem es sich z. B. um den Drehratensensor 12 gemäß 1 handeln kann. Die Messsignale des Drehratensensors 31 werden einer Auswertungseinrichtung 34 zugeführt, die beispielsweise entsprechend der in 2 dargestellten Auswertungseinrichtung 29 einen Analog/Digital-Wandler, ein nachfolgendes Filter und eine Datenverarbeitungseinrichtung aufweist. Die Datenverarbeitungseinrichtung funktioniert insbesondere so wie die in 4 gezeigte Datenverarbeitungseinrichtung, ist jedoch nur zur Verarbeitung der Signale eines Sensors ausgebildet.

An einem Ausgang der Auswertungseinrichtung 34 steht kontinuierlich ein aus dem Messsignal des Drehratensensors 31 ermittelter Fahrgeschwindigkeitswert zur Verfügung. Dieser Fahrgeschwindigkeitswert wird einem adaptiven Kalman-Filter 37 zugeführt. Weiterhin werden dem adaptiven Kalman-Filter 37 Messwerte der Fahrgeschwindigkeit zugeführt, die auf andere Weise ermittelt werden. Insbesondere wird ein weiterer Fahrgeschwindigkeitswert laufend von einer Einrichtung 33 ermittelt, die zumindest die Drehzahl eines Rades des Fahrzeuges auswertet. Alternativ ermittelt die Einrichtung 33 Fahrgeschwindigkeitswerte aus den in 1 gezeigten Höhenstandssensoren.

Die in 3 dargestellte Einrichtung 35 liefert ebenfalls einen Eingangswert des Kalman-Filters 37, wobei der Eingangswert insbesondere aus zumindest einem in dem Fahrzeugaufbau verbauten Beschleunigungssensor gewonnen wird. Das Kalman-Filter 37 ermittelt aus den Eingangswerten unter Verwendung eines entsprechenden Modells des Fahrzeugbetriebes laufend die Fahrgeschwindigkeit. Der Ausgang des Kalman-Filters 37 kann beispielsweise mit einer Geschwindigkeitsanzeige (Tachometer) oder mit einer elektronischen Steuerungseinheit verbunden sein, die die Fahrgeschwindigkeit als Eingangsgröße benötigt.

5 zeigt ein Beispiel für Messsignale der in 1 dargestellten Höhenstandssensoren 10, 11. Die breitere der beiden in dem Diagramm dargestellten Linien entspricht dem Höhenstandssensor 10, der der Vorderachse 5 zugeordnet ist. Die dünnere Linie entspricht dem Höhenstandssensor 11 der Hinterachse 7. Aufgetragen sind in dem Diagramm die Höhensstandswerte H als Funktionen der Zeit t. Etwa in der Mitte des dargestellten Zeitbereichs erkennt man sowohl bei der dickeren Linie als auch bei der dünneren Linie jeweils zwei dicht aufeinander folgende Spitzen, die lokalen Maximalwerten des Höhenstandes entsprechen. Diese Doppelspitzen können mit Hilfe eines Mustererkennungsalgorithmus als gemeinsame Muster der verschiedenen Signale erkannt werden und es kann der Zeitabstand zwischen dem Auftreten der Doppelspitze in den beiden Signalen ermittelt werden. Dies ist durch eine kurze waagerechte Linie mit der Überschrift &Dgr;t angedeutet.

In 6 ist die Drehrate eines in dem Fahrzeugaufbau verbauten Drehratensensors als Funktion der Zeit dargestellt. Bei dem Drehratensensor handelt es sich z. B. um den in 1 dargestellten Drehratensensor 12. Man erkennt ein ausgeprägtes Maximum des dargestellten Drehratensignals &ohgr; als Funktion der Zeit t, gefolgt von einem ausgeprägten Minimum. Das Maximum entspricht einer positiven Nickrate des Fahrzeugaufbaus, die beispielsweise dann auftritt, wenn das Vorderrad oder die Vorderräder eine Bodenvertiefung durchfahren. Das Minimum beruht darauf, dass kurze Zeit später auch die Hinterräder bzw. das Hinterrad die Bodenvertiefung durchfahren bzw. durchfährt. Aus dem Zeitabstand des Maximums und des Minimums (wie in 6 durch eine kurze horizontale Linie mit der Überschrift &Dgr;t dargestellt) kann wiederum die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges ermittelt werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges (1) mit zumindest zwei Achsen (5, 7), wobei

– ein Überfahren einer Bodenunebenheit (4) mit einem ersten Rad (6) detektiert wird, wobei das erste Rad (6) einer ersten Achse (5) des Fahrzeuges (1) zugeordnet ist und die Bodenunebenheit (4) zu einem ersten Zeitpunkt überfährt,

– ein Überfahren der Bodenunebenheit (4) mit einem zweiten Rad (8) detektiert wird, wobei das zweite Rad (8) einer zweiten Achse (7) des Fahrzeuges (1) zugeordnet ist und die Bodenunebenheit (4) zu einem zweiten Zeitpunkt überfährt, und

– aus einem Zeitabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt und unter Berücksichtigung einer Entfernung zwischen der ersten (5) und der zweiten Achse (7) die Fahrgeschwindigkeit bestimmt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit (4) mit dem ersten Rad (6) und/oder dem zweiten Rad (8) ein Signal eines Drehratensensors (12) ausgewertet wird, der so angeordnet ist, dass er eine Nickrate des Fahrzeugs (1) misst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit (4) mit dem ersten Rad (6) und/oder dem zweiten Rad (8) ein Signal eines Höhenstandssensors (10, 11) ausgewertet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zur Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit (4) mit dem ersten Rad (6) und/oder dem zweiten Rad (8) ein Signal eines Beschleunigungssensors (14, 15) ausgewertet wird. Anordnung zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges (1) mit zumindest zwei Achsen (5, 7), wobei die Anordnung folgendes aufweist:

– einen Drehratensensor (12), der so angeordnet ist, dass er eine Nickrate des Fahrzeugs (1) misst, und der ausgestaltet ist, bei einem Überfahren einer Bodenunebenheit (4) mit einem ersten Rad (6) ein Signal zu erzeugen, wobei das erste Rad (6) einer ersten Achse (5) des Fahrzeuges (1) zugeordnet ist und die Bodenunebenheit (4) zu einem ersten Zeitpunkt überfährt, und der ausgestaltet ist, bei einem Überfahren einer Bodenunebenheit (4) mit einem zweiten Rad (8) ein Signal zu erzeugen, wobei das zweite Rad (8) einer zweiten Achse (7) des Fahrzeuges (1) zugeordnet ist und die Bodenunebenheit (4) zu einem zweiten Zeitpunkt überfährt,

– eine Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung (45), die ausgestaltet ist, aus einem Ausgangssignal des Drehratensensors (12) einen Zeitabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt zu ermitteln, und

– eine Fahrgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung (47), die mit der Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung (45) verbunden ist und ausgestaltet ist, aus dem Zeitabstand und unter Berücksichtigung einer Entfernung zwischen der ersten (5) und der zweiten (7) Achse die Fahrgeschwindigkeit zu bestimmen.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion des Überfahrens der Bodenunebenheit (4) mit dem ersten Rad (6) und/oder dem zweiten Rad (8) zusätzlich ein Höhenstandssensor (10, 11) oder Linearbeschleunigungssensor (14, 15) vorgesehen ist.






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