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WO1998053329A1 - Verfahren zum ausgleich von abweichungen eines raddrehzahlsensors - Google Patents

Verfahren zum ausgleich von abweichungen eines raddrehzahlsensors Download PDF

Info

Publication number
WO1998053329A1
WO1998053329A1 PCT/EP1998/002303 EP9802303W WO9853329A1 WO 1998053329 A1 WO1998053329 A1 WO 1998053329A1 EP 9802303 W EP9802303 W EP 9802303W WO 9853329 A1 WO9853329 A1 WO 9853329A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wheel
wheel speed
correction factors
determined
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP1998/002303
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Isermann
Peter Scheerer
Oliver Nelles
Ralf Schwarz
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves Ag & Co. Ohg filed Critical Continental Teves Ag & Co. Ohg
Priority to EP98922742A priority Critical patent/EP0983518A1/de
Priority to US09/424,310 priority patent/US6446018B1/en
Priority to JP54985298A priority patent/JP2002500760A/ja
Publication of WO1998053329A1 publication Critical patent/WO1998053329A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/489—Digital circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for compensating for inaccuracies of a wheel speed sensor according to the preamble of claim 1, according to which signal-forming elements are arranged on a sensor wheel and then a certain angle is assigned to determine a wheel speed of a certain number of signal-forming elements and after which the wheel speed is determined by evaluating the time during which the wheel rotates through this angle, a correction factor which is included in the determination of the wheel speed being stored to compensate for deviations in the signal-forming elements and / or the positioning of the elements for each element, the Correction factors are updated while driving.
  • this object is achieved in that the update is carried out in such a way that the directly measured, uncorrected wheel speed is compared with a reference value of the wheel speed determined on the basis of a computing model, the correction factor being updated as a function of this comparison.
  • the correction factors are updated much faster during driving than in the known method. While in the known method an update is only possible if the defined driving conditions are present, the method according to the invention can be used to update the vehicle while the vehicle is in operation, regardless of which driving conditions are currently being recognized.
  • the correction factors depend on the one hand on the manufacturing tolerances of the magnet wheels and the resulting deviations in the distances between the individual signals donating elements, which should ideally be aquidistant. These are therefore uneven tooth and tooth gap widths or, in the case of active sensors, uneven distances between the magnets of the magnet wheel of the sensor due to manufacturing tolerances.
  • the correction factors can be influenced by deformations of the signaling elements, which can occur during driving, and also by the fact that metal chips can possibly settle in the spaces between the signaling elements. Corrosion on the signal-forming elements can also occur. These are therefore uneven tooth and tooth gap widths or pulse spacings of the pole wheel due to corrosion and / or contamination as well as mechanical damage. These last-mentioned influences cause gradual or sudden deviations in the wheel speed, which should be taken into account as soon as possible by updating the correction factors in order to have correct wheel speed values available again as quickly as possible when driving. This is important insofar as the wheel speed is the measured variable for various driving safety systems.
  • the signal-forming elements can be part of both passive and active sensors.
  • the correction factors can be updated by using the correction factors determined so far and the current values an averaging of the new correction factors can be obtained. This can be done, for example, using a recursive least squares procedure - advantageously with a forgetting factor. This forgetting factor ensures that "old" values are no longer taken into account after a certain time.
  • a first set of correction factors is detected before the wheel speed sensor is installed in a vehicle and stored in a control unit.
  • the absolute position of the wheel is determined on the basis of a comparison of the sequence of the stored correction factors with the sequence of currently determined correction factors.
  • this position can in principle be determined anew each time a signaling element has been recognized. From the prior art it is e.g. Known to omit a tooth from a pole wheel and from the fact that when this point is passed through, the distance between two signals is twice as long as the distance between the other signals, to recognize an absolute position. In contrast, no marking is required in the method according to the invention.
  • the correction factors are stored one after the other, with the determination of the wheel speed signal for each element, the correction factor is read from the table, the next correction factor at the beginning of the table being read out after the end of the table, and the elements being assigned to the correction factors on the basis of the determined absolute position.
  • the absolute position can advantageously be determined on the basis of the sequence of the determined correction factors, and the correction factors can subsequently be read out continuously from the table. It is possible to adjust the absolute position in the meantime. This can be done cyclically, for example, or if it is determined that the correction factors read out deviate from the currently determined correction factors by more than a certain amount.
  • the cross correlation of the determined correction factors with the stored correction factors is determined and the absolute position of the sensor wheel is determined from the value ⁇ , which corresponds to the maximum of the cross correlation.
  • the determination of the wheel speed is based on a movement difference measurement between two objects moving relative to one another (mostly wheel and wheel carrier). The time that is required to cover a certain angle (determined by the teeth of the pulse wheel (pole wheel) for wheel speed sensors) is measured.
  • the analog output signal U sens emitted by the sensor is usually first low-pass filtered in terms of signal processing (U senSff i lt ) and converted into a square-wave signal U senSfTTL with a trigger module.
  • the TTL square-wave signal in the control unit of the control system is converted into a wheel turning speed by means of gate switching.
  • this signal can be falsified by the irregularities of the magnet wheel mentioned at the beginning.
  • the wheel speeds ⁇ rad can be corrected using appropriate correction factors and handed over to the subsequent units.
  • a quick determination of the correction factors is also important because after the vehicle has come to a standstill or falls below the "sensor function speed", the absolute position can be determined in a very short time by means of the proposed correlation method.
  • the currently measured wheel rotation speed is compared to a value of the wheel rotation speed determined on the basis of a computing model, the correction factors being updated as a function of deviations of the measured wheel rotation speed from the value of the wheel rotation speed determined on the basis of the computing model.
  • the update can be, for example, a recursive parameter estimation method with a forgetting factor.
  • the reference speed can be determined, for example, by a fuzzy approach or by a non-causal filter approach.
  • the current magnet wheel position can advantageously also be determined without a reference pulse on the magnet wheel by means of correlation analysis.
  • ⁇ i (j) Z / ⁇ z k , the summation taking place over all k from (ln / 2) to (l + nj / 2).
  • Figure 1 shows the representation of five normalized Gaussian functions and Figure 2 shows the representation of straight lines, which were averaged over the membership functions.
  • the number of averaged measured values can be influenced by a suitable choice of the standard deviation ⁇ . Since the regression lines only have local effects, the m k and b k of the different lines can be estimated independently of one another with only small interpolation errors from the measurement data. An estimate of two parameters (m k and b k ) is therefore required for each newly measured rotational speed value.
  • the optimal parameters ⁇ j_ for the i-th tooth result from the following weighted least
  • FIG. 3 shows the classification of the data for the estimation according to equation (2) and for the calculation according to equation (1) for a pole wheel with 48 teeth or pulses.
  • the parameters of the tooth half a revolution back are estimated according to (2). From the data that is half a revolution older, the rotational speed signal for the tooth one revolution back is calculated according to (1).
  • the estimation of the parameters requires data on the right and on the left, and on the other hand, the calculation of the rotational speed requires parameters that have already been estimated on the right and left.
  • the calculation of the rotational speed requires parameters that have already been estimated on the right and left. For each pulse interval, exactly one parameter vector with two parameters is estimated according to (2) and the associated rotational speed is calculated for a tooth.
  • An alternative way of calculating a compensation curve by the measured rotational speeds is acausal digital filtering of the signals.
  • the fundamental difference to the approach described above is that only rotational speed values at the discretely measured times are available for filtering, while a compensation curve generates a continuous signal curve.
  • the filter is advantageously acausal in order to avoid a systematic error due to a phase shift introduced by the filter to avoid.
  • Acausal filtering can be achieved very easily, for example, by forward and subsequent backward filtering of the data using a causal filter. This method therefore also requires data on both sides of the tooth for which the smoothed rotational speed is to be calculated.
  • the filter order and the filter time constant can be controlled via the parameters a ⁇ and b ⁇ .
  • index j of the error ⁇ j or the correction factor VJ runs from one to the number of teeth per rotor rotation nj_.
  • index i is increased by one with each measured value from the start of the journey.
  • the correction factors are calculated using a recursive least squares method.
  • a recursive least-squares method with a forgetting factor ⁇ of less than one is used in order to take into account the time-variant property of tooth-tooth gap errors due to corrosion, contamination or mechanical damage that occurs on the flywheel during driving.
  • the correction factors J thus calculated for the wheel speed values are stored in a table and updated after each new estimate.
  • the passive sensors no longer provide reliable information about the speed of rotation.
  • the correction factors stored in a table can no longer be clearly assigned to the teeth / magnets of the sensor (e.g. even after the vehicle has come to a standstill).
  • the method can advantageously be designed such that such an assignment is possible quickly.
  • new correction factors are first determined for the first wheel rotation after a loss of allocation (for example as a result of the vehicle at a standstill). These are of poor quality compared to the stored correction factors because they only come from one measurement. Nevertheless, they come very close to the characteristics of the stored correction factors. If one now correlates the stored correction factors with the newly measured ones, the correlation function will have its maximum in the number of teeth n v by which the table and measurement are shifted relative to one another.
  • Corrected speed information can thus be obtained from a speed value that has just been measured, the correction value being taken from a table in the memory of a sensor signal evaluation unit.
  • the correction factors are each assigned to a tooth or a tooth / tooth gap sequence or a magnet or magnet area).
  • the parameters can be set as a function of the wheel rotation speed in order to dampen disturbances of the angular speed signal above a certain frequency, regardless of the speed.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich von Ungenauigkeiten eines Raddrehzahlsensors, bei dem auf einem Sensorrad signalbildende Elemente angeordnet sind und bei dem die Bestimmung einer Raddrehzahl erfolgt, indem einer bestimmten Zahl von signalbildenden Elementen ein bestimmter Winkel zugeordnet wird und die Bestimmung der Raddrehzahl erfolgt, indem die Zeit ausgewertet wird, während der das Rad sich um diesen Winkel dreht, wobei zur Kompensation von Abweichungen der signalbildenden Elemente und/oder der Positionierung der Elemente zu jedem Element ein Korrekturfaktor gespeichert ist, der bei der Bestimmung der Raddrehzahl eingeht, wobei die Korrekturfaktoren während des Fahrbetriebes aktualisiert werden, wobei die Aktualisierung erfolgt, indem die mit dem Sensor gemessene, unkorrigierte Raddrehzahl mit einem aufgrund eines Rechenmodells ermittelten Referenzwert der Raddrehzahl verglichen wird, wobei in Abhängigkeit dieses Vergleiches eine Aktualisierung des Korrekturfaktors erfolgt.

Description

Verfahren zum Ausgleich von Abweichungen eines Raddrehzahlsensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich von Ungenauigkeiten eines Raddrezahlsensors nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wonach auf einem Sensorrad signalbildende Elemente angeordnet sind und wonach zur Bestimmung einer Raddrehzahl einer bestimmten Zahl von signalbildenden Elementen ein bestimmter Winkel zugeordnet wird und wonach die Bestimmung der Raddrehzahl erfolgt, indem die Zeit ausgewertet wird, während der das Rad sich um diesen Winkel dreht, wobei zur Kompensation von Abweichungen der signalbildenden Elemente und/oder der Positionierung der Elemente zu jedem Element ein Korrekturfaktor gespeichert ist, der bei der Bestimmung der Raddrehzahl eingeht, wobei die Korrekturfaktoren während des Fahrbetriebes aktualisiert werden.
Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der DE 44 09 846 AI bekannt. Dort wird ein genauer Wert der Raddrehzahl benötigt, um aus Abweichungen der Raddrehzahlen der einzelnen Räder eines Fahrzeuges auf unterschiedliche Raddurchmesser und daraus gegebenenfalls auf Druckverluste einzelner Räder schließen zu können. Die Korrekturfaktoren werden dabei ermittelt, indem unter bestimmten Fahrbedingungen, die im wesentlichen dadurch gegeben sind, daß keine Fahrzeugbe- schleunigung in Längs- oder Querrichtung erkennbar ist, die Raddrehzahl aus einer vollen Umdrehung des Fahrzeugrades ermittelt wird. Anschließend werden die Korrekturfaktoren dieser einzelnen Teilintervalle der signalbildenden Elemente so abgeglichen, daß die aufgrund dieser einzelnen signalbildenden Elemente unter Beachtung der Korrekturfaktoren ermittelten Raddrehzahlen der Raddrehzahl entsprechen, die sich bei der vollen Umdrehung des Rades ergeben hat.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Aktualisierung der Korrekturfaktoren zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach Anspruch 1 gelöst, indem die Aktualisierung so erfolgt, daß die direkt gemessene, nicht korrigierte Raddrehzahl mit einem aufgrund eines Rechenmodells ermittelten Referenzwert der Raddrehzahl verglichen wird, wobei in Abhängigkeit dieses Vergleiches eine Aktualisierung des Korrekturfaktors erfolgt.
Gegenüber dem bekannten Verfahren erweist es sich hierbei als vorteilhaft, daß eine wesentlich schnellere Aktualisierung der Korrekturfaktoren im Fahrbetrieb erfolgt als bei dem bekannten Verfahren. Während bei dem bekannten Verfahren eine Aktualisierung nur möglich ist, wenn die definierten Fahrbedingungen vorliegen, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Aktualisierung im laufenden Fahrbetrieb unabhängig davon vorgenommen werden, welche Fahrbedingungen gerade erkannt werden. Die Korrekturfaktoren hängen zum einen von Fertigungstoleranzen der Polräder und dadurch bedingten Abweichungen der Abstände der einzelnen Signal gebenden Elemente ab, die im optimalen Fall aquidistant sein sollten. Es handelt sich hierbei also um ungleichmäßige Zahn- und Zahnlückenbreiten bzw. bei aktiven Sensoren um ungleichmäßige Abstände der Magnete des Polrades des Sensors aufgrund von Fertigungstoleranzen. Weiterhin können die Korrekturfaktoren beeinflußt werden durch Deformationen der signalgebenden Elemente, die im Fahrbetrieb auftreten können sowie auch dadurch, daß sich eventuell in die Zwischenräume zwischen den signalgebenden Elementen Metallspäne setzen können. Ebenso kann es zu Korrosionen an den signalbildenden Elementen kommen. Es handelt sich hierbei also um ungleichmäßige Zahn- und Zahnlückenbreiten bzw. Impulsabstände des Polrades durch Korrosion und/oder Verunreinigung sowie mechanische Beschädigung. Diese letztgenannten Einflüsse bewirken schleichende oder plötzliche Abweichungen in der Raddrehzahl, die möglichst umgehend durch eine Aktualisierung der Korrekturfaktoren berücksichtigt werden sollten, um im Fahrbetrieb möglichst schnell wieder richtige Raddrehzahlwerte zur Verfügung zu haben. Dies ist insofern wichtig, als die Raddrehzahl die Meßgröße ist für verschiedene Fahrsicherheitssysteme. Die signalbildenden Elemente können sowohl Bestandteil von passiven als auch von aktiven Sensoren sein.
Insofern wirkt sich also die durch das erfindungsgemäße Verfahren bedingte schnellere Aktualisierung der Korrekturfaktoren vorteilhaft aus.
Um den Einfluß nur kurzfristiger Schwankungen der Meßwerte auf die Korrekturfaktoren zu minimieren, kann die Aktualisierung der Korrekturfaktoren erfolgen, indem aus den bisher ermittelten Korrekturfaktoren und den aktuellen Werten durch eine Mittelung die neuen Korrekturfaktoren gewonnen werden. Dies kann beispielsweise durch ein rekursives Least-Squares- Verfahren - vorteilhaft mit Vergessensfaktor - erfolgen. Durch diesen Vergessensfaktor wird erreicht, daß "alte" Werte nach einer gewissen Zeit gar nicht mehr berücksichtigt werden.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 2 wird ein erster Satz von Korrekturfaktoren vor dem Einbau des Raddrehzahlsensors in ein Fahrzeug erfaßt und in einem Steuergerät gespeichert.
Vorteilhaft steht dadurch gleich bei Antritt der ersten Fahrt ein Satz von Korrekturfaktoren zur Verfügung, der entsprechend aktualisisert werden kann.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 4 wird aufgrund eines Vergleiches der Abfolge der gespeicherten Korrekturfaktoren mit der Abfolge von aktuell ermittelten Korrekturfaktoren die absolute Position des Rades bestimmt.
Mit dem Verfahren nach Anspruch 4 kann diese Position prinzipiell jedesmal neu bestimmt werden, wenn ein signalgebendes Element erkannt wurde. Aus dem Stand der Technik ist es z.B. bekannt, bei einem Polrad einen Zahn wegzulassen und daraus, daß bei Durchlauf dieser Stelle der Abstand zwischen zwei Signalen doppelt so lang ist wie der Abstand zwischen den übrigen Signalen, diese eine Absolutposition zu erkennen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist hingegen keine Markierung erforderlich.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 5 sind die Korrekturfaktoren nacheinander abgelegt, wobei bei der Bestimmung des Rad drehzahlsignales zu jedem Element der Korrekturfaktor aus der Tabelle ausgelesen wird, wobei nach Erreichen des Endes der Tabelle der nächste Korrekturfaktor am Anfang der Tabelle ausgelesen wird, und wobei eine Zuordnung der Elemente zu den Korrekturfaktoren anhand der bestimmten absoluten Position vorgenommen wird.
Vorteilhaft kann also anhand der Abfolge der ermittelten Korrekturfaktoren einmal die absolute Position bestimmt werden und anschließend können die Korrekturfaktoren entsprechend fortlaufend aus der Tabelle ausgelesen werden. Dabei ist es möglich, die absolute Position zwischenzeitlich abzugleichen. Dies kann beispielsweise zyklisch erfolgen oder wenn festgestellt wird, daß die ausgelesenen Korrekturfaktoren von den aktuell ermittelten Korrekturfaktoren um mehr als einen bestimmten Betrag abweichen.
Nach Anspruch 6 wird zur Bestimmung der aktuellen Position des Sensorrades die Kreuzkorrelation der ermittelten Korrekturfaktoren mit den gespeicherten Korrekturfaktoren bestimmt und aus dem Wert τ , der dem Maximum der Kreuzkorrelation entspricht, die absolute Position des Sensorrades bestimmt.
Dies stellt ein vergleichsweise einfaches mathematisches Verfahren dar, nach dem die absolute Position des Polrades bestimmt werden kann.
Zur besseren Verständlichkeit besteht die Zeichnung aus einigen Figuren, die nachfolgend die Verständlichkeit der Erläuterungen verbessern sollen. Es zeigt dabei im einzelnen: Fig. 1: die Darstellung von fünf normierten Gaußfunktionen,
Fig. 2: die Darstellung von Geraden, die über die Zugehö rigkeitsfunktionen gemittelt wurden,
Fig. 3: eine Darstellung der Einteilung der Daten zur
Durchführung der Least-Squares-Schätzung und Berechnung der korrigierten Raddrehzahl für ein Polrad mit 48 Zähnen/Impulsen und
Fig. 4: eine Prinzipdarstellung der Korrelation der entsprechenden Daten.
Zunächst soll die Bestimmung der Raddrehzahl nach dem bekannten Stand der Technik erläutert werden. Danach beruht die Bestimmung der Raddrehzahl auf einer Bewegungsdifferenzmessung zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Objekten (meist Rad und Radträger). Es wird die Zeit gemessen, die benötigt wird, um einen bestimmten Winkel (bei Raddrehzahlsensoren durch die Zähne des Impulsrades (Polrades) festgelegt) zu überstreichen.
Die Raddrehgeschwindigkeit ωrad läßt sich also aus der für einen bestimmten Winkel φ benötigten Zeit t wie folgt berechnen: ωrad = Φ / t
Voraussetzung für eine genaue Drehzahlerfassung mit Torzeitmessung ist eine exakte Winkelteilung des Polrades. Unregelmäßigkeiten in den Zahn-/Zahnlückenbreiten bzw. Impulsabständen beeinflussen direkt die Drehzahlmeßwerte. Die Fertigungstoleranz für das Polrad ist daher entscheidend für die Signalgenauigkeit. Zusätzlich können Korrosion und Verunreinigungen die Zahn- und Zahnlückenbreiten bzw. Impulsabstände verändern. Um die in der Praxis geforderte Meßgenauigkeit zu erreichen, erfolgt daher bei heutigen Systemen je nach Drehgeschwindigkeit des Rades oftmals eine Mittelwertbildung über mehrere Zahn-/Zahnlückensequenzen bzw. Impulsabstände. Hierdurch wird die Geschwindigkeitsinformation zeitlich verzögert, was zu einer Verschlechterung der auf dem Geschwindigkeitssignal basierenden Regelung führt.
Von der Signalverarbeitung her wird bei den herkömmlichen Drehzahlsensoren das vom Sensor abgegebene analoge Ausgangssignal Usens meist zunächst tiefpaßgefiltert (UsenSffilt) und mit einem Trigger-Baustein in ein Rechtecksignal UsenSfTTL gewandelt. Mittels Torschaltung wird das TTL-Rechtecksignal im Steuergerät des Regelsystems in eine Raddrehgeschwindigkeit umgesetzt. Dieses Signal kann jedoch durch die eingangs genannten Unregelmäßigkeiten des Polrades verfälscht sein.
Mit Hilfe von entsprechenden Korrekturfaktoren können die Raddrehzahlen ωrad korrigiert
Figure imgf000009_0001
und den nachfolgenden Einheiten übergeben werden.
Eine schnelle Bestimmung der Korrekturfaktoren is auch deswegen wichtig, weil dadurch nach Stillstand oder Unterschreiten der "Sensorfunktionsgeschwindigkeit" des Fahrzeugs die Absolutposition mittels des vorgeschlagenen Korrelationsverfahrens in sehr kurzer Zeit bestimmt werden kann.
Aufgrund der genannten Signalverfälschungen durch das Sensorrad, die durch Unregelmäßigkeiten des Polrades bedingt sind, ist es wichtig, daß diese Korrekturfaktoren auch während des Fahrbetriebes hinreichend schnell aktualisiert werden, um Einflüsse durch Beschädigungen, Verschmutzung und Korrosion schnell genug berücksichtigen zu können.
Nach der Erfindung wird dazu die aktuell gemessene Raddrehgeschwindigkeit mit einem aufgrund eines Rechenmodells ermittelten Wertes der Raddrehgeschwindigkeit verglichen, wobei eine Aktualisierung der Korrekturfaktoren in Abhängigkeit von Abweichungen der gemessenen Raddrehgeschwindigkeit von dem aufgrund des Rechenmodells ermittelten Wert der Raddrehgeschwindigkeit erfolgt.
Es kann sich bei der Aktualisierung beispielsweise um ein rekursives Parameterschätzverfahren mit Vergessensfaktor handeln. Die Referenzgeschwindigkeit kann beispielsweise ermittelt werden durch einen Fuzzy-Ansatz oder durch einen nichtkausalen Filteransatz.
Vorteilhaft kann beispielsweise weiterhin die aktuelle Polradposition ohne einen Referenzimpuls am Polrad mittels Korrelationsanalyse bestimmt werden.
Die Abweichung der Zahn-/Zahnlückenbreiten bzw. Impulsabstände von den jeweiligen Solllängen führt bei der Raddrehzahlberechnung für die einzelnen Meßpunkte zu systematischen Fehlern. Diese für die einzelnen Zahn-/Zahnlückense- quenzen bzw. Impulsabstände spezifischen Fehler sind im störungsfreien Fall für jede Umdrehung gleich. Es läßt sich also für den relativen Fehler einer Geschwindigkeitsinformation für jeden Impulsabstand folgende Gleichung angeben:
® = (ωra ,mess ~ ωrad,ist) / ωrad,isf Beim Fuzzy-Ansatz wird durch den gemessenen Drehgeschwindigkeitsverlauf, der durch jeweils eine Drehgeschwindgkeits- messung pro Zahn-/Zahnlückensequenz gegeben ist, eine Ausgleichkurve gelegt. Da der Rechenaufwand möglichst klein gehalten werden soll, kommt ein Fuzzy-Ansatz kombiniert mit einem lokalen linearen Schätzverfahren zum Einsatz. Das Prinzip hierbei ist folgendes. Jedem Zahn wird eine normierte Gaußfunktion zugeordnet, die sich als Zugehörigkeitsfunktion interpretieren läßt. Diese Gaußfunktionen sind in ihrer Summe auf eins normiert, das heißt die Zugehörigkeitsfunktion i(j) des i-ten Zahnes ergibt sich bei nL Zähnen pro
Umdrehung des Rades zu:
Φi(j) = Z / Σ zk , wobei die Summierung über alle k von (l-n/2) bis zu (l+n-j/2) erfolgt. Die Größe zk wird wie folgt bestimmt: zk = exp( _(j-k)2/(2σ2) ).
Figur 1 zeigt die Darstellung von fünf normierten Gaußfunktionen und Figur 2 die Darstellung von Geraden, die über die Zugehörigkeitsfunktionen gemittelt wurden.
Da die Zahn- bzw. Impulsabstände nicht variabel sind, können diese auch vorab berechnet werden. Zur Bestimmung der Ausgleichkurve wird für jede Zugehörigkeitsfunktion eine Regressionsgerade durch die Meßdaten gelegt. Diese Regressionsgerade repräsentiert eine lokale Drehgeschwindigkeitsschätzung, ihre Steigung approximiert die Drehbeschleunigung. Der Gültigkeitsbereich jeder Geraden wird durch die zugehörige Gaußfunktion bestimmt. Diese Gaußfunktion ist ein Maß für die Zugehörigkeitsgrade der Daten. Die vollständige Ausgleichskurve ergibt sich dann aus der gewichteten Überlagerung dieser Regressionsgeraden. Die korrigierte Raddrehgeschwindigkeit ergibt sich dann nach: ω = ∑ (mk • (i-k) + bk) • Φi(k) (1).
Die Summierung erfolgt dabei über alle Werte k von (l-ni/2) bis (l+nj./2), mit mk und bk als Geradensteigungen und Gera- dengleichwerte. Figur 2 zeigt diese gewichtete Mittelung über die Regressionsgeraden.
Durch eine geeignete Wahl der Standardabweichung σ kann die Anzahl der gemittelten Meßwerte beeinflußt werden. Da die Regressionsgeraden jeweils nur lokale Auswirkungen haben, lassen sich die mk und bk der verschiedenen Geraden unabhängig voneinander mit nur kleinen Interpolationsfehlern aus den Meßdaten schätzen. Es wird daher bei jedem neu gemessenen Drehgeschwindigkeitswert eine Schätzung von zwei Parametern (mk und bk) benötigt. Die optimalen Parameter Θj_ für den i-ten Zahn ergeben sich aus folgender gewichteter Least-
Squares-Schätzung: θ± =( Ψi iΨi r' ψj WiYi (2). mit: θi=(mi bj und yi=(ωrad,mess,i-ni/2. • • • (ωrad,mess,i+ni/2 )
Figure imgf000012_0001
Ψ± = W=| 0 0 0| (3) | i+n±/2 11 | 0 0 Φ(i+ni/2) | Da für jeden Zahn nur zwei Parameter zu schätzen sind, läßt sich Θj_ (nach (2)) sehr schnell berechnen. Damit die nach (1) und (2) berechnete Raddrehgeschwindigkeit rechtzeitig zur Auswertung zur Verfügung steht, werden die Daten wie in Figur 3 gezeigt aufgeteilt. Figur 3 zeigt die Einteilung der Daten zur Schätzung nach der Gleichung (2) und zur Berechnung nach der Gleichung (1) für ein Polrad mit 48 Zähnen bzw. Impulsen.
Aus den Daten der letzten Umdrehung werden die Parameter des eine halbe Umdrehung zurückliegenden Zahnes nach (2) geschätzt. Aus den eine halbe Umdrehung älteren Daten wird das Drehgeschwindigkeitssignal dür den eine Umdrehung zurückliegenden Zahn nach (1) berechnet. Ein solches Vorgehen ist deswegen vorteilhaft, da zum einen die Schätzung der Parameter Daten zur Rechten und zur Linken benötigt und zum anderen die Berechnung der Drehgeschwindigkeit bereits geschätzte Parameter zur Rechten und Linken voraussetzt. Pro Impulsabstand wird also genau ein Parametervektor mit zwei Parametern nach (2) geschätzt und für einen Zahn die zugehörige Drehgeschwindigkeit berechnet.
Eine alternative Möglichkeit zur Berechnung einer Ausgleichskurve durch die gemessenen Drehgeschwindigkeiten besteht in einer akausalen digitalen Filterung der Signale. Der prinzipielle Unterschied zum oben geschilderten Ansatz ist, daß bei der Filterung ausschließlich Drehgeschwindigkeitswerte zu den diskret gemessenen Zeitpunkten zur Verfügung stehen, während eine Ausgleichskurve einen kontinuierlichen Signalverlauf erzeugt.
Vorteilhaft ist der Filter akausal, um einen systematischen Fehler durch eine vom Filter eingeführte Phasenverschiebung zu vermeiden. Eine akausale Filterung kann man z.B. sehr leicht durch eine Vorwärts- und anschließende Rückwärts- Filterung der Daten mit Hilfe eines kausalen Filters erreichen. Daher werden auch bei diesem Verfahren Daten zu beiden Seiten des Zahnes benötigt, für den die geglättete Drehgeschwindigkeit berechnet werden soll.
Die folgende Gleichung (4) zeigt den Ansatz für einen kausalen digitalen Filter in jeweils eine Richtung: GF(z)=(b0 + biZ-1-)-... + bmz~ )/( l+aiZ-1-!-...+anz~n ) (4)
Über die Parameter a^ und b^ können die Filterordnung sowie die Filterzeitkonstante gesteuert werden.
Beide beschriebenen Ansätze haben einzustellende Parameter. Bei dem Fuzzy-Ansatz kann die Standardabweichung der Zugehörigkeitsfunktionen und beim Filter die Eckfrequenz vorgegeben werden. Diese Parameter eignen sich dazu, beide Verfahren auflösungsadaptiv zu machen, d.h. je nach gefahrener Geschwindigkeit die Auflösung anzupassen. In der Praxis soll ein bestimmter Frequenzbereich der Drehzahl gerade noch erfaßt werden können. Je nach Drehgeschwindigkeit entspricht also eine andere Anzahl an Meßwerten der kürzesten erfaßbaren Schwingungsperiode. Folglich ist ein proportionaler Zusammenhang zwischen der Standardabweichung der Zugehörigkeitsfunktionen bzw. der Filterzeitkonstanten und der Drehgeschwindigkeit sinnvoll. Ein Vorteil des Fuzzy-Ansatzes ist die Möglichkeit zur Berechnung einer kontinuierlichen Referenzgeschwindigkeit sowie deren erster Ableitung für jeden Zahn.
Mit der oben angegebenen Gleichung für jeden relativen Fehler e eines Zahnes bzw. einer Zahnlücke läßt sich ein relativer Drehzahlfehler βj berechnen, der eine Korrektur der in nachfolgenden Umdrehungen gemessenen Raddrehzahlwerte nach folgender Gleichung ermöglicht: ωrad,korr,i=vj * rad,mess,i ' VJ = 1 / ( 1 + (__J ) (5).
Der Index j des Fehlers βj bzw. des Korrekturfaktors VJ läuft hierbei von eins bis zur Anzahl der Zähne pro Polradumdrehung nj_. Für die gemessenen Raddrehzahlwerte ωra mess bzw. die korrigierten Drehzahlwerte ωradfkorr.fi wird der Index i ab Fahrtbeginn mit jedem Meßwert um eins erhöht.
Da die Referenzdrehzahlbildung im Fahrbetrieb aufgrund von Störungen (z.B. durch Fahrbahnunebenheiten, Änderung des dynamischen Reifenradius aufgrund von Radlastschwankungen oder ähnlichem) nur eine Näherung für die tatsächliche Raddrehzahl darstellt, ist eine Glättung der Korrekturfaktoren über mehrere Umdrehungen sinnvoll. Zu diesem Zweck werden die Korrekturfaktoren mit einem rekursiven Least- Squares-Verfahren berechnet.
Der Zusammenhang zwischen der Referenzdrehzahl und der gemessenen Drehzahl wird zunächst in die folgende allgemeine
Form gebracht:
Yi = Ψ± * Θj (6), wobei gilt:
Θj = Vj
Ψj_ — ω-^^jjjggg f Yi ~ ωrad,ref,i
Da pro Impulsabstand nur ein Parameter zu schätzen ist und der Meßvektor nur die gemessene Raddrehzahl beinhaltet, handelt es sich bei Gleichung (6) um eine skalare Gleichung. Es ergibt sich daher auch für die rekursive Schätzgleichung (7) ein skalarer Zusammenhang: Θj(k+l)=θj(k) + Yi(k)( yi(k+l)-ψi(k+l) θj(k) ) (7)
Um die zeitvariante Eigenschaft der Zahn-Zahnlückenfehler aufgrund von im Fahrbetrieb am Polrad angreifender Korrosion, Verunreinigung oder mechanischer Beschädigung zu berücksichtigen, wird ein rekursives Least-Squares-Verfahren mit Vergessenfaktor λ kleiner eins eingesetzt.
Der Ausgleichsfaktor γι(k) des rekursiven Least-Squares- Verfahrens (RLS) berechnet sich damit zu: Yi(k)=Pi(k) Ψι(k+l)/( Ψi(k+l)Pi(k)Ψi(k+l)+ λ ) (8)
Der normierte Schätzwert Pj.(k) der Kovarianz des Parameterschätzfehlers in Gleichung (8) ergibt sich aus: Pi(k+l)=(l/λ) .(1 - Yi(k) Ψ±(k+1)) Pi(k) (9)
Die so berechneten Korrekturfaktoren J für die Raddrehzahlwerte werden in einer Tabelle gespeichert und nach jeder neuen Schätzung aktualisiert.
Wenn eine bestimmte Drehzahl unterschritten wird, liefern die passiven Sensoren keine verläßliche Aussage über die Drehgeschwindigkeit mehr. Es wird im normalen Straßenverkehr häufig vorkommen, daß sich die in einer Tabelle abgespeicherten Korrekturfaktoren nicht mehr eindeutig den Zähnen/Magneten des Sensors zuordnen lassen (z. B. auch nach einem Stillstand des Fahrzeuges). Vorteilhaft kann das Verfahren so ausgestaltet werden, daß eine solche Zuordnung schnell möglich ist. Dazu werden zunächst für die erste Raddrehung nach einem Zuordnungsverlust (beispielsweise infolge eines Stillstandes des Fahrzeuges) neue Korrekturfaktoren ermittelt. Diese sind im Vergleich zu den gespeicherten Korrekturfaktoren von schlechter Güte, weil sie nur aus einer Messung stammen. Dennoch kommen sie der Charakteristik der gespeicherten Korrekturfaktoren sehr nahe. Korreliert man nun die gespeicherten Korrekturfaktoren mit den neu gemessenen, so wird die Korrelationsfunktion bei der Anzahl der Zähne nv, um die Tabelle und Messung gegeneinander verschoben sind, ihr Maximum aufweisen.
Diese Zahl der Zähne läßt sich also nach folgender Gleichung berechnen: nv=max( corr(τ) ) (10)
Durch das Auffinden dieses Maximums läßt sich nun die Tabelle mit den neuen Messungen synchronisieren. Die Zuverlässigkeit dieses Verfahrens kann durch Auswertung mehrerer Raddrehungen auf Kosten der Zuordnungsgeschwindigkeit beliebig gesteigert werden.
Im folgenden soll noch erläutert werden, wie das Problem der Beschränkung der für die Korrelationsschätzung zur Verfügung stehenden Daten wegen des Erreichens des Tabellenendes vorteilhaft gelöst werden kann.
Die Berechnung der Korrelation erfolgt nach folgender Gleichung: corr ( τ ) = ( 1 n^) *∑vj r gespeichert ^j+τ , neu, gemessen (H)«
Die Summation erfolgt für alle j von 1 bis nj_. Für die Berechnung von corr(O) stehen n^ Werte zur Verfügung, für die Berechnung von corrtn^) aber nur noch ein Wert. Dies führt zu einer unverläßlichen Schätzung der Korrelation für große Werte von τ . Diesem Problem kann man hier elegant begegnen, indem von der Periodizität der Messungen Gebrauch gemacht wird. Bei jeder Radumdrehung wiederholt sich die prinzipielle Charakteristik der Messung. Daher kann in (11) für alle vj+τ> neu,gemessen mit J+T > ni anstelle von (j+τ) der Index (j+τ-n-L) eingesetzt werden. Es werden also nicht zwei
Datenstreifen sondern zwei Datenringe miteinander korre- liert. Durch diese Vorgehensweise stehen für jeden Wert von τ n^ Meßwerte zur Verfügung. Eine verläßliche Korrelations- schätzung und damit Synchronosierung ist dadurch möglich.
Eine graphische Darstellung dieser Verhältnisse ist in Figur 4 angedeutet.
Es lassen sich also korrigierte Geschwindigkeitsinformationen aus einem gerade gemessenen Geschwindgkeitswert gewinnen, wobei der Korrekturwert aus einer Tabelle im Speicher einer Sensorsignalauswertungseinheit entnommen wird. Die Korrekturfaktoren sind jeweils einem Zahn bzw. einer Zahn- /Zahnlückenssequenz bzw. einem Magnet bzw. Magnetbereich) zugeordnet.
Wie erläutert ist es möglich, die Referenzgeschwindigkeit durch einen Fuzzy-Ansatz oder durch einen Filteransatz zu gewinnen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Parameter (tandardabweichung des Fuzzy-Ansatzes bzw. Parameter des Filters) in Abhängigkeit der Raddrehgeschwindigkeit eingestellt werden, um geschwindigkeitsunabhängig Störungen des Winkelgeschwindigkeitssignales oberhalb einer bestimmten Frequenz zu dämpfen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Ausgleich von Ungenauigkeiten eines Raddrehzahlsensors, bei dem auf einem Sensorrad signalbildende Elemente angeordnet sind und bei dem die Bestimmung einer Raddrehzahl erfolgt, indem einer bestimmten Zahl von signalbildenden Elementen ein bestimmter Winkel zugeordnet wird und die Bestimmung der Raddrehzahl erfolgt, indem die Zeit ausgewertet wird, während der das Rad sich um diesen Winkel dreht, wobei zur Kompensation von Abweichungen der signalbildenden Elemente und/oder der Positionierung der Elemente zu jedem Element ein Korrekturfaktor gespeichert ist, der bei der Bestimmung der Raddrehzahl eingeht, wobei die Korrekturfaktoren während des Fahrbetriebes aktualisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktualisierung erfolgt, indem die mit dem Sensor gemessene, unkorrigierte Raddrehzahl mit einem aufgrund eines Rechenmodells ermittelten Referenzwert der Raddrehzahl verglichen wird, wobei in Abhängigkeit dieses Vergleiches eine Aktualisierung des Korrekturfaktors erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Satz von Korrekturfaktoren vor dem Einbau des Raddrehzahlsensors in ein Fahrzeug erfaßt und in einem Steuergerät gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund eines Vergleiches der Abfolge der gespeicherten Korrekturfaktoren mit der Abfolge von aktuell ermittelten Korrekturfaktoren die absolute Position des Rades bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturfaktoren nacheinander abgelegt sind, wobei bei der Bestimmung des Raddrehzahlsignales zu jedem Element der Korrekturfaktor aus der Tabelle ausgelesen wird, wobei nach Erreichen des Endes der Tabelle der nächste Korrakturfaktor am Anfang der Tabelle ausgelesen wird, und daß eine Zuordnung der Elemente zu den Korrekturfaktoren anhand der bestimmten absoluten Position vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß zur Bestimmung der aktuellen Position des Sensorrades die Kreuzkorrelation der ermittelten Korrekturfaktoren mit den gespeicherten Korrekturfaktoren bestimmt wird und daß aus dem Wert τ , der dem Maximum der Kreuzkorrelation entspricht, die absolute Position des Sensorrades bestimmt wird.
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