DE102004053236A1 - Vehicle longitudinal acceleration procedure measures spring travel and vertical acceleration or axle rotation to determine pitch angle - Google Patents

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Abstract

A vehicle longitudinal acceleration determination procedure (1) measures spring travel (2) and vertical acceleration (3) or axle rotation to determine pitch angle and so calculate (4) acceleration using braking and drive torques. Independent claims are included for equipment using spring motion sensors to implement the procedure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn mit Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten charakterisierender Größen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for determining a longitudinal acceleration a x of a motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting variables characterizing the driving behavior according to the preamble of patent claim 1.

In der Praxis wird die Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeugs aus verschiedenen Größen ermittelt, welche sensortechnisch im Kraftfahrzeug erfasst werden. Als Größen zur Bestimmung der Längsbeschleunigung ax werden insbesondere eine Raddrehzahl, ein Radschlupf, ein Antriebsmoment und/oder ein Bremsdruck berücksichtigt. Die so bestimmte Längsbeschleunigung ax kann einen großen Fehler aufweisen, welcher beispielsweise durch einen großen Radschlupf oder durch große Steigungen und Gefälle einer Fahrbahn verursacht werden können.In practice, the longitudinal acceleration a x of a motor vehicle is determined from various variables which are detected by sensors in the motor vehicle. In particular, a wheel speed, a wheel slip, a drive torque and / or a brake pressure are taken into account as variables for determining the longitudinal acceleration a x . The thus determined longitudinal acceleration a x can have a large error, which can be caused for example by a large wheel slip or by large inclines and slopes of a roadway.

Aus der DE 40 25 309 C2 ist ein aktives Aufhängesystem für Fahrzeuge mit einer Aufhängung zwischen dem Fahrzeugaufbau und den einzelnen Rädern bekannt. Es sind vorgesehen, Vertikalbeschleunigungs-Sensoren zur Ermittlung von Vertikalbeschleunigungen in vorderen und hinteren Bereichen des Fahr zeugaufbaus, ein Längsbeschleunigungssensor zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax des Fahrzeugaufbaus, ein Querbeschleunigungssensor zur Ermittlung einer Querbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus und eine Steuereinheit, welche aus den Sensorsignalen Steuersignale zur Ansteuerung von Komponenten des Aufhängesystems ermittelt. Aus der ermittelten Vertikalbeschleunigung werden Nickwinkelwerte φ, insbesondere eine Nickwinkelgeschwindigkeit und eine Nickwinkelbeschleunigung φ .., abgeleitet, welche die durch die Winkelbewegungen des Fahrzeugaufbaus hervorgerufenen Stellungsänderungen repräsentieren. Die Steuereinheit generiert die Steuersignale auf der Basis der Nickwinkelwerte φ in Verbindung mit der Längsbeschleunigung.From the DE 40 25 309 C2 An active suspension system for vehicles with a suspension between the vehicle body and the individual wheels is known. There are provided vertical acceleration sensors for determining vertical accelerations in the front and rear areas of the vehicle body structure, a longitudinal acceleration sensor for determining a longitudinal acceleration a x of the vehicle body, a lateral acceleration sensor for determining a lateral acceleration of the vehicle body and a control unit which controls signals from the sensor signals to control determined by components of the suspension system. From the determined vertical acceleration, pitch angle values φ, in particular a pitch angle speed and a pitch angular acceleration φ .., are derived, which represent the position changes caused by the angular movements of the vehicle body. The control unit generates the control signals on the basis of the pitch angle values φ in conjunction with the longitudinal acceleration.

In der DE 42 26 749 C2 wird ein Verfahren zur Bestimmung das Fahrverhalten charakterisierender Größen beschrieben. Einer Recheneinrichtung werden Signale zugeführt, welche gemessene Größen der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Längsbeschleunigung ax, der Querbeschleunigung und der Gierwinkelgeschwindigkeit repräsentieren. Aus diesen gemessenen Größen wird wenigstens eine weitere Größe abgeleitet. Die Ableitung der weiteren Größe erfolgt unter Verwendung der gemessenen Größen und von Zustandsgleichungen. Als abgeleitete Größe wird beispielsweise ein Schwimmwinkel ausgegeben.In the DE 42 26 749 C2 For example, a method for determining variables characterizing the driving behavior is described. A computing device is supplied with signals which represent measured variables of the vehicle longitudinal speed, the longitudinal acceleration a x , the lateral acceleration and the yaw angular velocity. From these measured quantities, at least one further variable is derived. The derivation of the further variable is carried out using the measured quantities and equations of state. As derived variable, for example, a slip angle is output.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn mit Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten charakterisierender Größen anzugeben, welches mit einem nur geringem Aufwand eine gegenüber dem Stand der Technik zuverlässigere Ermittlung der Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeuges gewährleistet.The invention is based on the object of specifying a method for determining a longitudinal acceleration a x of a motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting variables characterizing the driving behavior, which with a little effort a more reliable compared to the prior art determination of the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle ensured.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn mit Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten charakterisierender Größen mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.The stated object is achieved by a method for determining a longitudinal acceleration a x of a motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting variables characterizing the driving behavior with the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß werden aus den erfassten das Fahrverhalten charakterisierenden Größen ein Nickwinkel φ und eine Nickwinkelbeschleunigung φ .. zur Ermittlung der Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeuges abgeleitet. Bei dem Verfahren zur Ermittlung der Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn werden Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs charakterisierender Größen verwendet. Hierbei wird der Sachverhalt vorteilhaft ausgenutzt, dass die Längsbeschleunigung ax ein Nickmoment am Kraftfahrzeug verursacht. Das Verfahren zur Ermittlung der Längsbeschleunigung ax weist eine hohe Messgenauigkeit auf. Ein zusätzlicher Längsbeschleunigungssensor zur Messung der Längsbeschleunigung ax, welcher mit erhöhten Kosten verbunden ist, wird nicht benötigt.According to the invention, a pitch angle φ and a pitch angular acceleration φ .. for determining the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle are derived from the detected variables characterizing the driving behavior. In the method for determining the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle parallel to a roadway, sensors are used for detecting variables characterizing the driving behavior of the motor vehicle. In this case, the fact is advantageously utilized that the longitudinal acceleration a x causes a pitching moment on the motor vehicle. The method for determining the longitudinal acceleration a x has a high accuracy of measurement. An additional longitudinal acceleration sensor for measuring the longitudinal acceleration a x , which is associated with increased costs, is not needed.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird aus Federwegmessungen an den Federbeinen eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs der Nickwinkel φ und ein Hub zA ermittelt, wobei der Hub zA eine Vertikalbewegung eines Kraftfahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs beschreibt. Aus einer Vertikalbeschleunigungsmessung wird die Nickwinkelbeschleunigung φ .. bestimmt, wobei zusätzlich aus der Vertikalbeschleunigungsmessung eine Hubbeschleunigung z ..A abgeleitet wird. Unter Zuhilfenahme einer Bewegungsgleichung eines Hub-Nickmodells für eine Bewegung des Kraftfahrzeugs kann mit den ermittelten Größen und weiterer Größen die Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeugs berech net werden. Eine Bestimmung der Längsbeschleunigung ax aus solchen das Fahrverhalten charakterisierenden Größen, beispielsweise einem Radschlupf, welche mit einem erheblichen Messfehler behaftet sind, entfällt.In one embodiment of the invention, the pitch angle φ and a stroke z A is determined from spring travel measurements on the struts of a chassis of the motor vehicle, wherein the stroke z A describes a vertical movement of a motor vehicle body of the motor vehicle. From a vertical acceleration measurement, the pitch angle acceleration φ .. is determined, wherein additionally from the vertical acceleration measurement, a stroke acceleration z .. A is derived. With the aid of an equation of motion of a hub pitch model for a movement of the motor vehicle, the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle can be calculated using the determined variables and further variables. A determination of the longitudinal acceleration a x from such variables characterizing the driving behavior, for example a wheel slip, which are associated with a considerable measuring error, is eliminated.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention are the dependent claims remove.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der Figur näher erläutert, wobei die Figur eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeugs in einem Ausschnitt in einer schematischen Darstellung zeigt.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment in the figure, wherein the figure shows a device for performing a method for determining a longitudinal acceleration a x of a motor vehicle in a section in a schematic representation.

Eine Vorrichtung 1 zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeugs parallel zu einer Fahrbahn umfasst gemäß der Figur Sensoren 2 zur Erfassung der Federwege zfi an Federbeinen eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs und wenigstens einen weiteren Sensor 3 zur Erfassung einer Vertikalbeschleunigung azi des Kraftfahrzeugs senkrecht zu der Fahrbahn. Die Vorrichtung 1 kann Bestandteil eines aktiven Fahrwerks des Kraftfahrzeugs sein. Die Federwege zfi und die Vertikalbeschleunigung azi sind das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs charakterisierende Größen, welche mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden können.A device 1 for determining a longitudinal acceleration a x of a motor vehicle parallel to a roadway comprises according to the figure sensors 2 for detecting the spring travel z fi to spring struts of a chassis of the motor vehicle and at least one further sensor 3 for detecting a vertical acceleration a zi of the motor vehicle perpendicular to the roadway. The device 1 may be part of an active chassis of the motor vehicle. The spring travel z fi and the vertical acceleration a zi are the driving characteristics of the motor vehicle characterizing quantities, which can be measured with high accuracy.

Bei einem Verfahren zur Ermittlung der Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeuges wird aus den mit den Sensoren 2, 3 erfassten das Fahrverhalten charakterisierenden Größen ein Nickwinkel φ und eine Nickwinkelbeschleunigung φ .. zur Ermittlung der Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeugs mittels einer Auswerteeinrichtung 4 abgeleitet. Der Nickwinkel φ beschreibt die Neigung des Kraftfahrzeugs gegenüber einer Querachse des Kraftfahrzeugs.In a method for determining the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle is from the with the sensors 2 . 3 detected parameters characterizing the driving behavior a pitch angle φ and a pitch angular acceleration φ .. for determining the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle by means of an evaluation device 4 derived. The pitch angle φ describes the inclination of the motor vehicle relative to a transverse axis of the motor vehicle.

Der Nickwinkel φ und ein Hub zA werden in diesem Ausführungsbeispiel aus den Federwegmessung der Federwege zfi mit den Sensoren 2 bestimmt, wobei der Hub zA eine Vertikalbewegung eines Kraftfahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs beschreibt: zfi ⇒ zA, φ. The pitch angle φ and a stroke z A in this embodiment of the spring travel measurement of the spring travel z fi with the sensors 2 determined, wherein the stroke z A describes a vertical movement of a motor vehicle body of the motor vehicle: z fi ⇒ z A , φ.

Die Nickwinkelbeschleunigung φ .. und eine Hubbeschleunigung z ..A werden aus der Vertikalbeschleunigungsmessung der Vertikalbeschleunigung azi mit dem Sensor 3 abgeleitet: azi ⇒ z ..A, φ ... The pitch angular acceleration φ .. and a stroke acceleration z .. A become from the vertical acceleration measurement of the vertical acceleration a zi with the sensor 3 derived: a zi ⇒ z .. A , φ ...

Aus den Drehmomentbilanzen für die Räder des Kraftfahrzeugs, wobei die Drehmomentbilanzen jeweils ein Bremsmoment Mbi, ein Antriebsmoment Ma i und einen Trägheitsanteil JRω .i umfassen, wird eine auf das jeweilige Rad wirkende Umfangskraft Fxi bestimmt: JRω .i = Mai – Mbi + rdynFxi,mit JR: Massenträgheitsmoment.From the torque balances for the wheels of the motor vehicle, wherein the torque balances each have a braking torque M bi , a drive torque M a i and an inertia component J R ω. i , a circumferential force F xi acting on the respective wheel is determined: J R ω. i = M ai - M bi + r dyn F xi . with J R : mass moment of inertia.

Anschließend werden aus den ermittelten Umfangskräften Fxi, dem Nickwinkel φ und dem Hub zA mittels eines Hub-Nickmodells für das Kraftfahrzeug die auf die auf die Feder beine des Fahrwerks einwirkenden Federbeinkräfte FFB bestimmt und in Vektorform dargestellt: zA, φ, Fxi ⇒ FFB mit

Figure 00060001
wobei

  • H: eine bekannte Geometriematrix,
  • A1, A2: die bekannten Matrizen der Federsteifigkeit und Dämpfungskonstanten,
  • εν, εh: die bekannten Stützwinkel, welche beim Antrieb und bei der Abbremsung unterschiedlich, sind.
Subsequently, from the determined circumferential forces F xi , the pitch angle φ and the stroke z A by means of a Hub-Nickmodells for the motor vehicle on the forces acting on the spring legs of the suspension strut forces F FB determined and represented in vector form: z A , φ, F xi ⇒ F FB With
Figure 00060001
in which
  • H: a known geometry matrix,
  • A 1 , A 2 : the known matrices of spring stiffness and damping constants,
  • ε ν , ε h : the known support angles, which are different during the drive and during deceleration.

Mittels einer Bewegungsgleichung

Figure 00060002
mit

  • Figure 00060003
    bekannte Geometriematrix,
  • hn: bekannter Abstand zwischen Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs und Nickpol,
wird aus den hergeleiteten Federbeinkräften FFB, der Nickwinkelbeschleunigung φ .. und der Hubbeschleunigung z ..A die Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeugs bestimmt: FFB, z ..A, φ .. ⇒ ax By means of an equation of motion
Figure 00060002
With
  • Figure 00060003
    known geometry matrix,
  • h n : known distance between the center of gravity of the motor vehicle and Nickpol,
is determined from the derived strut forces F FB , the pitch angle acceleration φ .. and the Hubbeschleunigung z .. A the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle: F FB , z .. A , φ .. ⇒ a x

Es können verschiedene Hub-Nickmodelle für die Berechnung der Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeugs in Anwendung gebracht werden.Different lift pitch models can be used for the calculation of the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeugs weist eine hohe Genauigkeit bezüglich des ermittelbaren Wertes für die Längsbeschleunigung ax auf, da die im Verfahren verwendeten Größen, welche das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs charakterisieren, nur geringen Messfehlern unterliegen. Es ergibt sich ein Mehrwert aus einer im Regelfall bereits serienmäßig im Kraftfahrzeug eingesetzten Sensorik zur Erfassung der das Fahrverhalten charakterisierenden Größen ohne zusätzlichen Hardwareaufwand.The method according to the invention for determining the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle has a high accuracy with respect to the ascertainable value for the longitudinal acceleration a x , since the variables used in the method, which characterize the driving behavior of the motor vehicle, are subject to only slight measuring errors. This results in an added value from a sensor system, which as a rule is already used as standard in the motor vehicle for detecting the driving behavior characterizing Sizes without additional hardware.

Claims (12)

Verfahren zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn mit Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten charakterisierender Größen, dadurch gekennzeichnet, dass aus den erfassten das Fahrverhalten charakterisierenden Größen ein Nickwinkel φ und eine Nickwinkelbeschleunigung φ .. zur Ermittlung der Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeuges abgeleitet werden.Method for determining a longitudinal acceleration a x of the motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting the driving behavior characterizing sizes, characterized in that variables characterizing φ from the detected driving behavior, a pitch angle and a pitch angular acceleration φ .. to determine the longitudinal acceleration a x of the Motor vehicle be derived. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nickwinkel φ aus Federwegmessungen an den Federbeinen eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs bestimmt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the pitch angle φ out Spring travel measurements on the struts of a chassis of the motor vehicle is determined. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Federwegmessungen ein Hub zA bestimmt wird, welcher eine Vertikalbewegung eines Kraftfahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs beschreibt.A method according to claim 2, characterized in that from the Federwegmessungen a stroke z A is determined, which describes a vertical movement of a motor vehicle body of the motor vehicle. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickwinkelbeschleunigung φ .. aus einer Vertikalbeschleunigungsmessung bestimmt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the pitch angular acceleration φ .. from a vertical acceleration measurement is determined. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Vertikalbeschleunigungsmessung eine Hubbeschleunigung z ..A abgeleitet wird.A method according to claim 4, characterized in that from the vertical acceleration measurement, a Hubbeschleunigung z .. A is derived. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Drehmomentbilanzen für die Räder des Kraftfahrzeugs, welche jeweils ein Bremsmoment Mbi, ein Antriebsmoment Mai und einen Trägheitsanteil JRω .i umfassen, eine auf das jeweilige Rad wirkende Umfangskraft Fxi bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that from the torque balances for the wheels of the motor vehicle, each having a braking torque M bi , a drive torque M ai and an inertia component J R ω. i , a circumferential force F xi acting on the respective wheel is determined. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Umfangskräften Fxi, dem Nickwinkel φ und dem Hub zA mittels eines Hub-Nickmodells für das Kraftfahrzeug die Federbeinkräfte FFB bestimmt werden.A method according to claim 6, characterized in that from the circumferential forces F xi , the pitch angle φ and the stroke z A by means of a Hub-Nickmodells for the motor vehicle, the strut forces F FB are determined. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Federbeinkräften FFB, der Nickwinkelbeschleunigung φ .. und der Hubbeschleunigung z ..A mittels einer Bewegungsgleichung die Längsbeschleunigung ax des Kraftfahrzeugs bestimmt wird.A method according to claim 7, characterized in that from the strut forces F FB , the pitch angle acceleration φ .. and the stroke acceleration z .. A by means of an equation of motion, the longitudinal acceleration a x of the motor vehicle is determined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nickwinkel φ mittels Drehwinkelsensoren an den Achse eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs bestimmt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the pitch angle φ means Angle of rotation sensors to the axle of a chassis of the motor vehicle is determined. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeuges nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen Sensor (2) zur Erfassung eines Federweges zfi und wenigstens einen weiteren Sensor (3) zur Erfassung einer Vertikalbeschleunigung azi umfasst.Device for carrying out the method for determining a longitudinal acceleration a x of a motor vehicle according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the device has at least one sensor ( 2 ) for detecting a spring travel z fi and at least one further sensor ( 3 ) for detecting a vertical acceleration a zi . Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Bestandteil eines aktiven Fahrwerks des Kraftfahrzeugs ist.Device according to claim 9, characterized in that the device ( 1 ) Is part of an active chassis of the motor vehicle. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung ax eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) Bestandteil eines Fahrzeugs mit automatischer Leuchtweitenregulierung ist, bei dem die Drehwinkelsensoren an den Achsen auch die Information zur Leuchtweitenregulierung liefern.Device for carrying out the method for determining a longitudinal acceleration a x of a motor vehicle according to claim 9, characterized in that the device ( 1 ) Is part of a vehicle with automatic headlamp leveling, in which the rotation angle sensors on the axles also provide the information for headlamp leveling.
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