DE102005062282A1 - Evaluation device for center of gravity (CG) of vehicle includes calculator processing CG values and producing combined probability value for CG height - Google Patents

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Abstract

The evaluation device (10) includes a calculator (11) to evaluate the CG of a vehicle depending on reported operating state values (a y, psi, a x), from which several CG position values are produced. The calculator processes the CG position values to produce an individual probability value from each of them, and then uses these to produce a combined probability value for the CG height and of CG class.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schätzung der Schwerpunktlage bei einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The The invention relates to an apparatus and a method for estimate the center of gravity in a vehicle having the features of the preamble of claim 1

Vor allem geländegängige Fahrzeuge weisen aufgrund ihrer Bauform eine im Vergleich zu gewöhnlichen Straßenfahrzeugen erhöhte Schwerpunktlage auf. Dies hat Auswirkungen auf das fahrdynamische Verhalten des Fahrzeugs. So nimmt der kippende Einfluss der Querbeschleunigung, die das Fahrzeug bei einer Kurvenfahrt, einem Ausweichmanöver oder dergleichen erfährt, mit der Höhe des Schwerpunkts zu.In front All terrain vehicles due to their design one compared to ordinary road vehicles increased Focus position on. This has an effect on the driving dynamics Behavior of the vehicle. So the tipping influence of lateral acceleration, the vehicle when cornering, an evasive maneuver or learns the like, with the height to the center of gravity.

Hohe Querbeschleunigungsbeträge können dazu führen, dass die kurveninneren Fahrzeugräder den Kontakt zur Fahrbahnoberfläche verlieren und das Fahrzeug nur schwer oder schlimmstenfalls überhaupt nicht mehr beherrschbar ist. Der Betrag der Querbeschleunigung, bei dem dies der Fall ist, definiert die jeweilige Umkippgrenze des Fahrzeugs. Die Umkippgrenze nimmt ihrerseits mit der Höhe des Schwerpunkts ab. Um einem möglichen Kippen des Fahrzeugs vorzubeugen, werden fahrzeugstabilisierende Systeme, wie beispielsweise das Elektronische Stabilitäts-Programm (ESP), eingesetzt.Height Lateral acceleration amounts can cause that the inside of the vehicle wheels the contact to the road surface lose and the vehicle difficult or at worst ever is no longer controllable. The amount of lateral acceleration, where this is the case defines the respective overturning limit of the vehicle. The overturning limit takes in turn with the height of the center of gravity from. To a possible Tilting the vehicle to be vehicle-stabilizing Systems, such as the Electronic Stability Program (ESP).

Das Elektronische Stabilitäts-Programm misst den aktuellen Istwert der Gierrate und/oder der Querbeschleunigung des Fahrzeugs und vergleicht diesen mit einem jeweils vorgegebe nen Schwellenwert, der sich aus der spezifischen Umkippgrenze des Fahrzeugs ergibt. Erreicht der aktuelle Istwert den vorgegebenen Schwellenwert, so werden fahrzeugstabilisierende Bremseingriffe an einzelnen Fahrzeugrädern vorgenommen.The Electronic Stability Program measures the current actual value of the yaw rate and / or the lateral acceleration of the vehicle and compares this with a given each nen Threshold resulting from the specific overturning limit of the vehicle results. If the current actual value reaches the specified threshold, Thus, vehicle-stabilizing braking interventions are made on individual vehicle wheels.

Die Vorgabe des Schwellenwerts erfolgt derart, dass ein Umkippen des Fahrzeugs auch im Falle ungünstiger Beladungszustände, die zu einer Erhöhung des Schwerpunkts führen, zuverlässig vermieden wird. Die tatsächliche Höhe des Schwerpunkts kann jedoch bei geringer Beladung des Fahrzeugs erheblich abweichen. In einem solchen Falle wäre es gefahrlos möglich, den Schwellenwert dementsprechend höher anzusetzen. Dadurch ließen sich unnötige Bremseingriffe von Seiten des Elektronischen Stabilitäts-Programms vermeiden und die Agilität des Fahrzeugs verbessern.The Presetting the threshold value is such that an overturning of the Vehicle also in case of unfavorable Loading conditions which leads to an increase of the center of gravity, reliable is avoided. The actual Height of Center of gravity, however, can be considerable at low load of the vehicle differ. In such a case, it would be safe, the Threshold higher accordingly to be set. Thus let unnecessary Brake intervention by the Electronic Stability Program avoid and agility improve the vehicle.

Es wird als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren anzugeben, die bzw. das eine möglichst einfache und dennoch genaue Schätzung der aktuellen Schwerpunktlage des Fahrzeugs erlaubt.It is regarded as an object of the present invention, a device or specify a method, the one or as possible simple yet accurate estimate the current center of gravity of the vehicle allowed.

Zu diesem Zweck werden die von Seiten eines Elektronischen Stabilitäts-Programms sowie eines aktiven Fahrwerks bereitgestellten Sensordaten ausgewertet. Da beide Systeme meist ohnehin im Fahrzeug vorhanden sind, ist es möglich, die Schätzung der Schwerpunktlage ohne wesentlichen Mehraufwand durchzuführen. Bei dem aktiven Fahrwerk handelt es sich insbesondere um eine Luftfederung.To This is the purpose of the Electronic Stability Program and an active chassis provided sensor data evaluated. Since both systems are usually present in the vehicle anyway, it is possible, the estimation the center of gravity without significant additional effort. at The active chassis is in particular an air suspension.

Die Schätzung der Schwerpunktlage erfolgt vorzugsweise derart, dass zwischen mindestens zwei Beladungsvarianten (Schwerpunktklassen) unterschieden werden kann. Zum einen sind dies Beladungszustände, die zu einer geringen Schwerpunkthöhe („niedriger Schwerpunkt") führen, und zum anderen solche, bei denen dies nicht der Fall ist („erhöhter Schwerpunkt").The estimate the center of gravity is preferably such that between at least two load variants (main classes) can be distinguished can. On the one hand, these are loading conditions that are too low Gravity height ("lower Focus "), and on the other hand, if this is not the case ("increased emphasis").

Ist das Fahrzeug nur mit dem Fahrer besetzt, so nimmt die Schwerpunkthöhe ihren minimal möglichen Wert hmin an. Ihren maximal möglichen Wert hmax weist die Schwerpunkthöhe hingegen auf, wenn das Fahrzeug voll beladen ist und dieses eine entsprechende Last auf dem Dach trägt. Die Schwerpunkthöhe vermag also um den Wert (hmax – hmin) zu variieren. Die Schwerpunkthöhe wird hierbei als gering angesehen, wenn diese betragsmäßig im Intervall

Figure 00030001
liegt.If the vehicle is occupied only by the driver, the center of gravity height assumes its minimum possible value h min . By contrast, its maximum possible value h max indicates the center of gravity height when the vehicle is fully loaded and this carries a corresponding load on the roof. The center of gravity can therefore vary by the value (h max -h min ). The center of gravity is considered to be low, if this amount in the interval
Figure 00030001
lies.

Die geschätzte Schwerpunktlage bzw. -höhe dient insbesondere zur Abstimmung sicherheitsrelevanter Fahrzeugsysteme. Der Fall, dass fälschlicherweise von einer zu geringen Schwerpunkthöhe ausgegangen wird, ist deshalb auszuschließen.The estimated Balance position or height is used in particular for tuning safety-relevant vehicle systems. The case that mistakenly is therefore assumed that the center of gravity is too low excluded.

Es ist daher von Vorteil, wenn eine Sicherheitstoleranz in Höhe der zweifachen Standardabweichung σ zwischen der jeweils geschätzten Schwerpunkthöhe und der unteren Intervallgrenze (hmax – hmin)/2 eingehalten wird. Ist dieses Kriterium erfüllt, so kann – unter Voraussetzung einer Gaußschen Normalverteilung – mit einer Wahrscheinlichkeit von 97,85 % davon ausgegangen werden, dass das Fahrzeug aktuell einen niedrigen Schwerpunkt aufweist.It is therefore advantageous if a safety tolerance in the amount of twice the standard deviation σ between the respectively estimated center of gravity height and the lower interval limit (h max - h min ) / 2 is maintained. If this criterion is fulfilled, assuming a Gaussian normal distribution, it can be assumed with a probability of 97.85% that the vehicle currently has a low center of gravity.

Anteilsmäßig werden dann lediglich

Figure 00030002
der auftretenden Beladungszustände, bei denen das Fahrzeug einen niedrigen Schwerpunkt aufweist, auch als solche erkannt.Proportionately then only
Figure 00030002
the occurring loading conditions in which the vehicle has a low center of gravity, also recognized as such.

Die Standardabweichung σ kann nun aber nicht beliebig klein gewählt werden. Je kleiner diese ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Fahrzustände auftreten, in denen sich die Schwerpunkthöhe überhaupt schätzen lässt. Im folgenden wird die Standardabweichung σ derart vorgegeben, dass zumindest 70 % der während des Fahrtbetriebs auftretenden Beladungszustände, die zu einem niedrigen Schwerpunkt führen, auch als solche erkannt werden.The Standard deviation σ can but not be chosen arbitrarily small. The smaller this one is, the lower the probability that driving conditions occur in which the center of gravity height at all estimate leaves. In the following, the standard deviation σ is specified such that at least 70 % of during of the driving operation occurring loading conditions, which leads to a low Focus on also be recognized as such.

Wird beispielsweise hmin = 69 cm, hmax = 80 cm gesetzt, so ergibt sich gemäß Gleichung (1.2) eine Standardabweichung von σ = 1,18 cm. Die prozentuale Abweichung bei der Schätzung der Schwerpunkthöhe darf dann bezogen auf den jeweiligen Wert (hmax – hmin) höchstens

Figure 00040001
betragen, um eine zuverlässige Aussage dahingehend treffen zu können, ob der aktuelle Schwerpunkt des Fahrzeugs niedrig ist oder nicht.If, for example, h min = 69 cm, h max = 80 cm are set, the result is a standard deviation of σ = 1.18 cm according to equation (1.2). The percentage deviation in the estimate of the center of gravity height may then be at most relative to the respective value (h max -h min )
Figure 00040001
in order to make a reliable statement as to whether the current center of gravity of the vehicle is low or not.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The inventive device or the inventive method will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. there demonstrate:

1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a schematically illustrated embodiment of the device according to the invention,

2 ein Diagramm, das eine beispielhafte Federkennlinie eines Luftfederbeins unter Einfluss einer Zuganschlagfeder wiedergibt, 2 3 is a diagram showing an exemplary spring characteristic of an air spring strut under the influence of a tension stop spring;

3 ein Diagramm, das eine beispielhafte Federkennlinie eines Luftfederbeins unter Einfluss eines Puffers wiedergibt, 3 a diagram showing an exemplary spring characteristic of an air spring strut under the influence of a buffer,

4 ein schematisch dargestellter Fahrzeugaufbau, der eine Wankbewegung unter Querbeschleunigungseinfluss ausführt, 4 a schematically illustrated vehicle body, which performs a rolling movement under lateral acceleration influence,

5 ein Diagramm, das einen beispielhaften Zusammenhang zwischen der Masse des Fahrzeugs und der Schwerpunkthöhe wiedergibt, 5 a diagram showing an exemplary relationship between the mass of the vehicle and the center of gravity,

6 ein schematisch dargestellter Fahrzeugaufbau, der eine Nickbewegung unter Längsbeschleunigungseinfluss ausführt, 6 a schematically illustrated vehicle structure which executes a pitching movement under longitudinal acceleration influence,

7 ein Diagramm, das eine zur Schätzung der Schwerpunkthöhe auszuwertende Geradenschar wiedergibt, 7 a diagram representing a set of straight lines to be evaluated for the estimation of the center of gravity height,

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Schätzung der Schwerpunktlage eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung 10 umfasst neben einem Elektronischen Stabilitäts-Programm ferner ein aktives Fahrwerk. Bei der Schätzung der Schwerpunktlage werden Komponenten beider Systeme genutzt. Bei dem aktiven Fahrwerk handelt es sich beispielsgemäß um eine Luftfederung. 1 shows an embodiment of the inventive device for estimating the center of gravity of a vehicle. The device 10 also includes an active landing gear in addition to an electronic stability program. In estimating the center of gravity, components of both systems are used. The active chassis is, for example, an air suspension.

Der zur Schätzung der Schwerpunktlage verwendete Algorithmus wird von der Rechen- und Steuereinrichtung 11 des Elektronischen Stabilitäts-Programms ausgewertet. Hierbei werden die Messsignale eines Querbeschleunigungssensors 12 und/oder eines Gierratensensors 13 genutzt. Diesen liefern eine Aussage über die aktuelle Querbeschleunigung ay bzw. Gierrate ψ des Fahrzeugs. Der Querbeschleunigungssensor 12 und/oder der Gierratensensor 13 ist ebenfalls Bestandteil des Elektronischen Stabilitäts-Programms.The algorithm used to estimate the center of gravity is provided by the computing and control device 11 evaluated by the Electronic Stability Program. Here are the measurement signals of a lateral acceleration sensor 12 and / or a yaw rate sensor 13 used. These provide an indication of the current transverse acceleration a y, and yaw rate ψ of the vehicle. The lateral acceleration sensor 12 and / or the yaw rate sensor 13 is also part of the Electronic Stability Program.

Die Luftfederung liefert Informationen über die an den Fahrzeugrädern 14ij auftretenden Federkräfte. Diese werden aus den Messsignalen zugehöriger Drucksensoren 15ij und/oder Fe derwegsensoren 16ij ermittelt. Die Messsignale werden ebenfalls der Rechen- und Steuereinrichtung 11 zugeführt. Die Drucksensoren 15ij und/oder die Federwegsensoren 16ij sind hierbei Luftfederbeinen 20ij zugeordnet, die sich zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Fahrzeugrädern 14ij befinden.The air suspension provides information about the on the vehicle wheels 14 ij occurring spring forces. These become from the measuring signals of associated pressure sensors 15 ij and / or Fe derwegsensoren 16 years determined. The measuring signals also become the arithmetic and control device 11 fed. The pressure sensors 15 ij and / or the spring travel sensors 16 years are here air spring legs 20 years assigned, which is between the vehicle body and the vehicle wheels 14 ij are located.

Bezüglich der Indizierung ij wird die folgende Vereinbarung getroffen:

Figure 00060001
Regarding the indexing ij the following agreement is made:
Figure 00060001

Das Elektronische Stabilitäts-Programm dient der Erhöhung der Fahrsicherheit von Fahrzeugen, indem durch gezielte Bremseingriffe an einzelnen Fahrzeugrädern 14ij ein gegebenenfalls bevorstehendes Schleudern bzw. Kippen des Fahrzeugs verhindert wird. Hierzu vergleicht das Elektronische Stabilitäts-Programm permanent den fahrerseitig vorgegebenen Soll-Fahrzustand mit dem tatsächlichen Ist-Fahrzustand des Fahrzeugs. Lenkradwinkelsensor, Vordrucksensor im Bremssystem und das Motormanagementsystem liefern Informationen über den Einschlag des Lenkrads sowie über die Position des Brems- und/oder Fahrpedals. Aus diesen Informationen und aus der geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Soll-Fahrzustand des Fahrzeugs ermittelt. Zur Erfassung des Ist-Fahrzustands werden Informationen des Motormanagementsystems, der Raddrehzahlen sowie des Querbeschleunigungssensor 12 und/oder des Gierratensensors 13 herangezogen. Weicht der Ist-Fahrzustand in unzulässiger Weise vom vorgegebenen Soll-Fahrzustand ab, so nimmt das Elektronische Stabilitäts-Programm fahrzeugstabilisierende Bremseingriffe an einzelnen Fahrzeugrädern 14ij durch Ansteuerung zugehöriger Radbremsen 21ij vor.The Electronic Stability Program is designed to increase the driving safety of vehicles, by targeted braking interventions on individual vehicle wheels 14 ij any impending spinning or tilting of the vehicle is prevented. For this purpose, the electronic stability program permanently compares the driver's default desired driving state with the actual actual driving state of the vehicle. Steering wheel angle sensor, pre-pressure sensor in the brake system and the engine management system provide information about the steering wheel impact as well as the position of the brake and / or accelerator pedal. From this information and from the estimated vehicle speed, the target driving state of the vehicle is determined. To record the actual driving state, information about the engine management system, the wheel speeds and the lateral acceleration sensor 12 and / or the yaw rate sensor 13 used. If the actual driving state differs in an impermissible manner from the predetermined desired driving state, then the electronic stability program adopts vehicle-stabilizing braking interventions on individual vehicle wheels 14 ij by controlling associated wheel brakes 21 ij in front.

Der Fahrkomfort eines Fahrzeugs ist im wesentlichen durch das fahrtbedingte Auftreten vertikaler Beschleunigungen bestimmt.Of the Ride comfort of a vehicle is essentially due to the driving Occurrence of vertical accelerations determined.

Insbesondere Beschleunigungen im Frequenzbereich zwischen 4 und 8 Hertz haben merklichen Einfluss auf das Wohlbefinden der Fahrzeuginsassen. Die Eigenfrequenzen von Fahrzeugaufbau und Fahrzeugrädern 14ij sollten deshalb außerhalb dieses Frequenzbereichs liegen. Durch geeignete Abstimmung des Fahrwerks lässt sich erreichen, dass die Eigenfrequenz des Fahrzeugaufbaus weniger als ein Hertz beträgt. Hierzu ist eine verhältnismäßig weiche Federcharakteristik (geringe Federsteifigkeit) erforderlich, wie sie insbesondere Luftfedern zu eigen ist.In particular, accelerations in the frequency range between 4 and 8 hertz have noticeable influence on the well-being of the vehicle occupants. The natural frequencies of vehicle body and vehicle wheels 14 ij should therefore be outside this frequency range. By appropriate tuning of the chassis can be achieved that the natural frequency of the vehicle body is less than a hertz. For this purpose, a relatively soft spring characteristic (low spring stiffness) is required, as it is in particular air springs own.

Die Eigenfrequenz des Fahrzeugaufbaus hängt typischerweise von der Masse des Fahrzeugs, mithin also von der jeweiligen Beladung ab. Ferner ist die Federsteifigkeit der verwendeten Luftfedern zu berücksichtigen. Die Federsteifigkeit einer Luftfeder hängt wiederum – wie im folgenden gezeigt wird – von der Beladung ab. Bei geeigneter Auslegung der Luftfedern können beide Effekte – Beladungsabhängigkeit der Eigenfrequenz des Fahrzeugaufbaus sowie der Federsteifigkeit der Luftfedern – derart miteinander verknüpft werden, dass ein nahezu beladungsunabhängiges Eigenfrequenzverhalten erzielt wird.The Natural frequency of the vehicle body typically depends on the Mass of the vehicle, thus from the respective load. Furthermore, the spring stiffness of the air springs used must be taken into account. The spring stiffness of an air spring hangs again - as in following is shown - by the loading. With a suitable design of the air springs, both Effects - Loading Dependence the natural frequency of the vehicle body and the spring stiffness the air springs - such linked together be that a virtually load-independent natural frequency behavior is achieved.

Das federnde Element der Luftfeder wird durch die in einem Gummibalg eingeschlossene Luft gebildet. Die im Gummibalg befindliche Luftmenge kann zum Zwecke der Regulierung des Fahrzeugaufbauniveaus mit einem Ein- und Auslassventil beeinflusst werden.The The resilient element of the air spring is replaced by that in a rubber bellows trapped air formed. The amount of air in the rubber bellows can be used for the purpose of regulating the vehicle construction level with a Inlet and outlet valves are influenced.

Weitere Bestandteile des Luftfederbeins 20ij sind eine Zuganschlagfeder und ein Puffer. Sie dienen als Zusatzfedern, die die Federsteifigkeit des Luftfederbeins 20ij bei großen Auslenkungen erhöhen, um mögliche Beschädigungen – insbesondere ein „Durchschlagen" – zu vermeiden.Other components of the air strut 20 years are a pull stop spring and a buffer. They serve as additional springs, the spring stiffness of the air spring strut 20 years increase at large deflections to avoid possible damage - especially a "strike through" -.

Im Luftfederbein 20ij sind somit insgesamt drei Federn parallel geschaltet. Die Federkraft der Zuganschlagfeder bzw. des Puffers ergibt sich aus den zugehörigen Federkennlinien, die den Zusammenhang zwischen Federweg und Federkraft wiedergeben. Die Federkennlinien sind aus den jeweiligen Konstruktionsdaten des Puffers bzw. der Zuganschlagfeder bekannt.In the air strut 20 years Thus, a total of three springs are connected in parallel. The spring force of the Zuganschlagfeder or the buffer results from the associated spring characteristics that reflect the relationship between travel and spring force. The spring characteristics are known from the respective design data of the buffer or the Zuganschlagfeder.

Die Federkennlinie der dritten Feder – der eigentlichen Luftfeder – hängt von der Luftmenge im Gummibalg ab und ändert sich damit in Abhängigkeit einer Betätigung des Ein- und Auslassventils. Nachfolgend soll ein Ausdruck für die Federkennlinie der Luftfeder und ihre Abhängigkeit von der Luftmenge hergeleitet werden. Ausgangspunkt dieser Herleitung ist die sogenannte Polytropengleichung, Pij·Vnij = const. (2.1) The spring characteristic of the third spring - the actual air spring - depends on the amount of air in the rubber bellows and thus changes depending on an operation of the intake and exhaust valve. The following is an expression for the spring characteristic of the air spring and their dependence on the amount of air to be derived. The starting point of this derivation is the so-called polytropic equation, P ij · V n ij = const. (2.1)

In Gleichung (2.1) bezeichnet n den Polytropenexponenten, der den Charakter der Zustandsänderung beschreibt. Wird die Zustandsänderung isotrop vollzogen, so gilt n = 1, bei adiabatischen Zustandsänderungen ist hingegen n ≈ 1,4. Ferner bezeichnet Vij das aktuelle Innenvolumen des Gummibalgs und pij den zugehörigen Innendruck, reduziert um den Atmosphärendruck.In equation (2.1), n denotes the polytropic exponent, which describes the character of the state change. If the change in state is isotropic, then n = 1, but for adiabatic state changes n ≈ 1.4. Further, V ij denotes the actual internal volume of the rubber bellows and p ij the associated internal pressure reduced by the atmospheric pressure.

Der Innendruck pij übt auf den Kolben der Luftfeder eine Kraft Fij aus, Fij = Pij·Aij, (2.2)wobei Aij die druckwirksame Querschnittsfläche des Kolbens ist. Wird Gleichung (2.1) nach pij aufgelöst und in Gleichung (2.2) eingesetzt, so ergibt sich

Figure 00080001
The internal pressure p ij exerts a force F ij on the piston of the air spring, F ij = P ij · A ij , (2.2) where A ij is the pressure-effective cross-sectional area of the piston. If equation (2.1) is solved for p ij and used in equation (2.2), we obtain
Figure 00080001

Die Abhängigkeit der Querschnittsfläche Aij und des Innenvolumens Vij vom Federweg sij ist aus den konstruktiven Daten der Luftfeder bekannt.The dependence of the cross-sectional area A ij and the inner volume V ij of the spring travel s ij is known from the design data of the air spring.

Für das folgende sei n = 1 angenommen. Wie bereits erwähnt, gilt dieser Wert nur für den Fall isotroper Zustandsänderungen. Isotrope Zustandsänderungen liegen dann vor, wenn der Übergang zwischen den verschiedenen Ein- bzw. Ausfederungszuständen der Luftfeder langsamer erfolgt als der Wärmeaustausch mit der Umgebung. Die Bestimmung der Federkraft FF,ij ist damit nur in Fahrzuständen möglich, in denen die Ein- bzw. Ausfederungsgeschwindigkeit hinreichend klein ist. Während dieser Fahrzustände kann auch die Proportionalitätskonstante in Gleichung (2.3) ermittelt werden, indem Innendruck pij und Innenvolumen Vij des Gummibalgs gemessen werden. Bezogen auf einen bestimmten Messzeitpunkt t* ergibt sich für diese ein Wert von p * / ijV * / ij, wobei dieser solange Gültigkeit behält, wie die Luftmenge im Gummibalg unverändert bleibt. Damit folgt für die Federkraft Fij in Abhängigkeit des Federwegs sij

Figure 00090001
For the following we assume n = 1. As already mentioned, this value only applies in the case of isotropic state changes. Isotropic changes in state occur when the transition between the different states of rebound or rebound of the air spring is slower than the heat exchange with the environment. The determination of the spring force F F, ij is thus possible only in driving conditions in which the input or Ausfederungsgeschwindigkeit is sufficiently small. During these driving conditions, the proportionality constant in equation (2.3) can also be determined by measuring internal pressure p ij and internal volume V ij of the rubber bellows. Based on a specific measurement time t *, this results in a value of p * / ijV * / ij, whereby this value remains valid as long as the air quantity in the rubber bellows remains unchanged. This follows for the spring force F ij as a function of the spring travel s ij
Figure 00090001

Ausgehend von Gleichung (2.4) kann auch das Verhalten der Luftfeder bei beladungsbedingter Veränderung der Masse des Fahrzeugs bestimmt werden. Hierfür wird die Federsteifigkeit

Figure 00090002
betrachtet. Mit steigender Masse des Fahrzeugs muss die Luftfeder eine dementsprechend höhere Last tragen. Die Luftfederung ist derart konzipiert, dass unabhängig von der Beladung stets das gleiche Fahrzeugniveau aufrechterhalten bleibt. Die Größen Aij und Vij werden in diesem Fall konstant gehalten, sodass gemäß Gleichung (2.4) die Federkraft Fij ausschließ lich durch Änderung des Produkts p * / ijV * / ij an die aktuelle Beladung des Fahrzeugs angepasst werden kann. Das Produkt p * / ijV * / ij muss folglich um den selben Faktor erhöht werden wie die von der Luftfeder zu tragende Last. Dies wirkt sich wiederum auf die Federsteifigkeit cij der Luftfeder aus. Da sich die Federsteifigkeit cij gemäß Gleichung (2.5) proportional zum Produkt p * / ijV * / ij verhält, nimmt auch diese um den gleichen Faktor zu. Insgesamt ist die Änderung der Federsteifigkeit cij somit proportional zur Änderung der von der Luftfeder zu tragenden Last.Based on equation (2.4), the behavior of the air spring can also be determined in the event of a load-related change in the mass of the vehicle. This is the spring stiffness
Figure 00090002
considered. With increasing mass of the vehicle, the air spring must carry a correspondingly higher load. The air suspension is designed in such a way that the same vehicle level is always maintained regardless of the load. The quantities A ij and V ij are kept constant in this case, so that, according to equation (2.4), the spring force F ij can be adapted exclusively to the current load of the vehicle by changing the product p * / ijV * / ij. The product p * / ijV * / ij must therefore be increased by the same factor as the load to be borne by the air spring. This in turn affects the spring stiffness c ij of the air spring out. Since the spring stiffness c ij according to equation (2.5) is proportional to the product p * / ijV * / ij, this also increases by the same factor. Overall, the change in the spring stiffness c ij is thus proportional to the change in the load to be borne by the air spring.

Wie sich den 2 und 3 entnehmen lässt, weist der Federweg sij Bereiche auf, in denen die gesamte Federkraft Fij ausschließlich von der Luftfeder aufgebracht wird, d.h. weder die Zuganschlagfeder noch der Puffer liefern hier einen Beitrag. Beispielsgemäß ist dies der Bereich zwischen 0 und 22 mm. Hier verhält sich die Federsteifigkeit cij des Luftfederbeins im wesentlich proportional zur zu tragenden Last.How the 2 and 3 can be seen, the spring travel s ij areas in which the entire spring force F ij is applied exclusively by the air spring, ie neither the Zuganschlagfeder nor the buffer provide a contribution here. For example, this is the range between 0 and 22 mm. Here, the spring stiffness c ij of the air spring strut behaves substantially in proportion to the load to be supported.

Um die Federkraft FF,ij berechnen zu können, muss also der aktuelle Federweg sij, der Innendruck p * / ij bzw. das Innenvolumen V * / ij während eines stationären Fahrzustands zum Messzeitpunkt t*, das Innenvolumen Vij als Funktion des Federwegs sij, die Querschnittsfläche Aij des Kolbens der Luftfeder als Funktion des Federwegs sij, sowie die Federkennlinie der Zuganschlagfeder und des Puffers bekannt sein.In order to be able to calculate the spring force F F, ij , therefore, the actual spring travel s ij , the internal pressure p * / ij or the internal volume V * / ij during a stationary driving state at the measurement time t * , must be the internal volume V ij as a function of the spring travel s ij , the cross-sectional area A ij of the piston of the air spring as a function of the spring travel s ij , as well as the spring characteristic of the Zuganschlagfeder and the buffer be known.

Für die eigentliche Schätzung der Schwerpunkthöhe werden unter anderem Zusammenhänge herangezogen, die auf einer Analyse fahrtbedingter Bewegungen des Fahrzeugaufbaus unter Querbeschleunigungseinfluss (ay, ψ . ≠ 0) und bei unbeschleunigter Fahrt (ay, ψ . ≈ 0) beruhen.Interrelations are used for the actual estimation of the center of gravity, which are based on an analysis of drive-related movements of the vehicle body under lateral acceleration (a y , ψ. ≠ 0) and unaccelerated driving (a y , ψ. ≈ 0).

Nachfolgend werden diese Zusammenhänge erläutert und aus ihnen Gleichungen hergeleitet, die bei der Aufstellung von Algorithmen zur Schwerpunktschätzung verwendet werden. Ziel ist es, Aussagen über die Schwerpunkthöhe auf verschiedenen, von einander unabhängigen Wegen zu treffen. Anhand des Übereinstimmungsgrads der so erzielten Ergebnisse können Aussagen über die Güte der geschätzten Schwerpunkthöhe getroffen werden. Hierzu werden Methoden der Fuzzy-Logik herangezogen.following become these connections explained and derived from them equations used in the preparation of Algorithms for emphasis estimation be used. The goal is to make statements about the center of gravity at different, independent from each other Because of meeting. Based on the degree of agreement the results obtained in this way Statements about the goodness the esteemed Center of gravity hit become. For this purpose, methods of fuzzy logic are used.

4 zeigt in schematischer Darstellung einen Fahrzeugaufbau unter Querbeschleunigungseinfluss. 4 shows a schematic representation of a vehicle body under lateral acceleration influence.

Die Querbeschleunigung ay greift im Schwerpunkt SP des Fahrzeugs an und führt zu einer Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus um die Wankachse WA, wobei an den Luftfederbeinen 20ij Federkräfte Fij hervorgerufen werden, die der Wankbewegung entgegenwirken. Ist das von den Federkräften FF,ij erzeugte Gegenmoment gleich dem Moment, das von der Querbeschleunigung ay herrührt, so stellt sich eine Momentenbilanz der Gestalt

Figure 00110001
ein, in der m die Masse des Fahrzeugs, h den vertikalen Abstand zwischen der Wankachse und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs, M0 ein stationäres Drehmoment um die Wankachse und b die Spurbreite des Fahrzeugs bezeichnet.The lateral acceleration a y engages in the center of gravity SP of the vehicle and leads to a rolling movement of the vehicle body about the roll axis WA, wherein the air spring struts 20 years Spring forces F ij are caused to counteract the rolling motion. If the counter-torque generated by the spring forces F F, ij equals the moment which results from the transverse acceleration a y , then a torque balance of the shape is established
Figure 00110001
in which m denotes the mass of the vehicle, h the vertical distance between the roll axis and the center of gravity of the vehicle, M 0 denotes a stationary torque about the roll axis and b the track width of the vehicle.

Obige Gleichung (2.6) wird verwendet, um das Produkt mh zu schätzen. Dieses Produkt reagiert besonders sensibel auf Veränderungen der Schwerpunkthöhe. Einerseits ist der Abstand h zwischen der Wankachse und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs in etwa zweimal kleiner als die Höhe des Schwerpunkts gegenüber der Fahrbahnoberfläche, andererseits sind die relativen Änderungen von h aber mit denen der Schwerpunkthöhe vergleichbar. Die relativen Änderungen von h sind damit rund doppelt so hoch wie die der Schwerpunkthöhe. Ferner korreliert die Schwerpunkthöhe mit der Masse m des Fahrzeugs.Above Equation (2.6) is used to estimate the product mh. This Product is particularly sensitive to changes in the center of gravity. On the one hand is the distance h between the roll axis and the center of gravity of the Vehicle approximately twice smaller than the height of the center of gravity compared to the Road surface, on the other hand, the relative changes of h but comparable with those of the center of gravity. The relative changes of h are thus about twice as high as the center of gravity height. Further the center of gravity is correlated with the mass m of the vehicle.

In 5 ist beispielhaft ein empirisch ermittelter Zusammenhang zwischen der Schwerpunkthöhe hsp und der Masse m des Fahrzeugs für verschiedene Beladungsvarianten dargestellt.In 5 By way of example, an empirically determined relationship between the center of gravity height h sp and the mass m of the vehicle is shown for different loading variants.

Wie zu erkennen ist, nimmt die Schwerpunkthöhe hsp mit steigender Masse m des Fahrzeugs tendenziell zu. Der Zusammenhang zwischen der Schwerpunkthöhe hsp und dem Produkt mh gehorcht in etwa einem Zusammenhang der Gestalt mh∝2·h 2 / sp.As can be seen, the center of gravity h sp tends to increase as the mass m of the vehicle increases. The relationship between the center of gravity height h sp and the product mh obeys approximately the same shape as mhα2 · h 2 / sp.

Im folgenden sollen Gleichungen hergeleitet werden, mit denen sich sowohl die Masse m des Fahrzeugs als auch der Abstand h zwischen dem Schwerpunkt und der Wankachse des Fahrzeugs unabhängig voneinander schätzen lassen. Hierzu ist es erforderlich, die Federkraft Fij in ihre Komponenten zu zerlegen. Wie in 4 bereits angedeutet ist, setzt sich die Federkraft Fij aus einer dynamischen Komponente Fdyn,ij und einer stationären Komponente Fstat,ij zusammen, Fij = Fstat,ij + Fdyn,ij. (2.7) In the following, equations are to be derived with which both the mass m of the vehicle and the distance h between the center of gravity and the roll axis of the vehicle can be estimated independently of each other. For this purpose, it is necessary to disassemble the spring force F ij in their components. As in 4 already indicated, the spring force F ij is composed of a dynamic component F dyn, ij and a stationary component F stat, ij , F ij = F stat, ij + F dyn, ij , (2.7)

Die stationäre Komponente Fstat,ij gibt die während einer im wesentlichen unbeschleunigten Fahrt (ay,

Figure 00120001
≈ 0) auftretende Federkraft wieder. Aus ihr können Informationen über die Masse m des Fahrzeugs, m = Fstat,vl + Fstat,vr + Fstat,hl + Fstat,hr + muf, (2.8)und das stationäre Drehmoment M0 um die Wankachse,
Figure 00120002
gewonnen werden, wobei muf die ungefederte Masse des Fahrzeugs darstellt. Letztere setzt sich aus der bekannten Masse der Fahrzeugräder sowie Teilen der Radaufhängung zusammen.The stationary component F stat, ij indicates that during a substantially unaccelerated ride (a y ,
Figure 00120001
≈ 0) occurring spring force again. From it information about the mass m of the vehicle, m = F stat, vl + F stat, vr + F stat, hl + F stat, hr + m uf , (2.8) and the stationary torque M 0 about the roll axis,
Figure 00120002
are obtained, where m uf is the unsprung mass of the vehicle. The latter is composed of the known mass of the vehicle wheels and parts of the suspension.

Mit der für die Größe M0 geltenden Gleichung (2.9) nimmt Gleichung (2.6) die Form

Figure 00120003
an. Gleichung (2.10) stellt eine Alternative zu Gleichung (2.6) dar und erlaubt gleichfalls eine Schätzung des Produkts mh. Ausgehend von Gleichung (2.8) ist ferner eine unmittelbare Schätzung der Masse m des Fahrzeugs möglich.With the equation (2.9) valid for the quantity M 0 , equation (2.6) takes the form
Figure 00120003
at. Equation (2.10) represents an alternative to equation (2.6) and also allows an estimate of the product mh. Based on equation (2.8), an immediate estimate of the mass m of the vehicle is also possible.

Um einen Ausdruck zur Ermittlung des Abstand h zu erhalten, muss auf die vorausgehend beschriebenen Eigenschaften der Luftfeder zurückgegriffen werden. In einem bestimmten Federwegbereich – nämlich dort, wo die Zuganschlagfeder und der Puffer keine Beiträge liefern – ist die Federsteifigkeit cij der Luftfeder proportional zur vom Luftfederbein abgestützten Kraft Fij. Unter der Voraussetzung, dass sich bei einer Zu- oder Abnahme der Masse m des Fahrzeugs die Federkräfte Fij an allen vier Fahrzeugrädern in gleicher Weise ändern, gilt in dem besagten Federwegbereich ein Zusammenhang der Gestalt

Figure 00130001
wobei F N / dyn,ij die sich für den Fall einer Masse mN des Fahrzeugs am Fahrzeugrad 14ij ergebende dynamische Federkraft bezeichnet.In order to obtain an expression for determining the distance h, the above-described properties of the air spring must be used. In a certain Federwegbereich - namely, where the Zuganschlagfeder and the buffer provide no contributions - the spring stiffness c ij the air spring is proportional to the force supported by the air spring leg force F ij . Assuming that the spring forces F ij on all four vehicle wheels change in the same way with an increase or decrease in the mass m of the vehicle, a relationship of the shape applies in said spring travel range
Figure 00130001
where FN / dyn, ij which in the case of a mass m N of the vehicle on the vehicle 14 ij resulting dynamic spring force referred.

Im Falle des für Gleichung (2.12) geltenden Federwegbereich kann die Federsteifigkeit cij als konstant angesehen werden. Die Federkraft Fij lässt sich dann auf Grundlage einer rechnerisch einfach auszuführenden Multiplikation des Federwegs sij mit der Federsteifigkeit cij berechnen, Fij = cij(sstat,ij + sdyn,ij), (2.13) wobei sich der Federweg sij aus einer stationären Komponente sstat,ij und einer dynamischen Komponente sdyn,ij zusammensetzt. Die stationäre Komponente sstat,ij entspricht demjenigen Federweg sij, wie er im Falle einer im wesentlichen unbeschleunigten Fahrt (ay, ψ . ≈ 0) auftritt, wohingegen die dynamische Komponente sdyn,ij den sich unter Querbeschleunigungseinfluss (ay, ψ . ≠ 0) einstellenden Federweg sij angibt. Mit Gleichung (2.13) lässt sich Gleichung (2.12) umschreiben in

Figure 00140001
In the case of the suspension travel range valid for equation (2.12), the spring stiffness c ij can be regarded as constant. The spring force F ij can then be calculated on the basis of a computationally simple multiplication of the spring travel s ij with the spring stiffness c ij , F ij = c ij (s stat, ij + s dyn, ij (2.13) wherein the spring travel s ij from a stationary component s stat, ij and a dynamic component s dyn, ij composed. The stationary component s stat, ij corresponds to the spring travel s ij , as it occurs in the case of a substantially unaccelerated ride (a y , ψ. ≈ 0), whereas the dynamic component s dyn, ij under the lateral acceleration influence (a y , ψ ≠ 0) indicating the adjusting spring travel s ij . Equation (2.13) can be used to rewrite equation (2.12) in
Figure 00140001

Wird vereinfachend angenommen, dass cvr = cvl = cv sowie ferner cvl = chl = ch gilt, so ergibt sich aus Gleichung (2.14 )

Figure 00140002
Assuming for the sake of simplification that c vr = c vl = c v and furthermore c vl = c hl = c h , it follows from equation (2.14)
Figure 00140002

Gleichung (2.15) ermöglicht es, den Abstand h unmittelbar durch Erfassung der beiden Federwegdifferenzen (sdyn,vr – sdyn,vl) und (sdyn,hr – sdyn,hl) zu bestimmen.Equation (2.15) makes it possible to determine the distance h directly by detecting the two spring- path differences (s dyn, vr -s dyn, vl ) and (s dyn, hr -s dyn, hl ).

Aus den Gleichungen (2.6), (2.8), (2.10) und (2.12) bzw. (2.15) lässt sich der Abstand h zwischen Schwerpunkt und Wankachse des Fahrzeugaufbaus, die Masse m des Fahrzeugs sowie das Produkt mh herleiten. Die berechneten Größen sind jedoch naturgemäß mit Fehlern behaftet. Einerseits geben die Gleichungen nicht alle denkbaren Effekte wieder, andererseits sind die zur Berechnung der Gleichungen herangezogenen Messsignale nicht frei von Störungen.Out equations (2.6), (2.8), (2.10) and (2.12) or (2.15) can be solved the distance h between the center of gravity and roll axis of the vehicle body, derive the mass m of the vehicle and the product mh. The calculated Sizes are but of course with errors afflicted. On the one hand, the equations do not give all conceivable Effects again, on the other hand, those for calculating the equations used measuring signals not free of interference.

Um mögliche Fehler zu minimieren, ist es daher von Vorteil, wenn die Auswertung der Gleichungen ausschließlich in solchen Fahrzuständen erfolgt, in denen die nicht modellierten Effekte weitgehend ohne Einfluss bleiben.Around possible To minimize errors, it is therefore beneficial if the evaluation the equations exclusively in such driving conditions takes place, in which the non-modeled effects largely without Stay in influence.

Aufgrund von Vereinfachungen, die bei der Herleitung der Gleichungen (2.6), (2.8), (2.10) und (2.12) bzw. (2.15) getroffen worden sind, gelten diese Formeln nicht in allen Fahrzuständen.by virtue of of simplifications in the derivation of the equations (2.6), (2.8), (2.10) and (2.12) or (2.15) these formulas not in all driving conditions.

Bei der Aufstellung der Gleichung (2.10) wird das von den dynamischen Federkräften Fdyn,ij erzeugte Gegenmoment mit dem von der Querbeschleunigung aij hervorgerufenen Moment gleichgesetzt. Gleichung (2.10) gilt nur dann exakt, wenn dieses Moment ausschließlich zum Aufbau von Federkräften führt. Bei nichtstationären Zuständen werden nun aber außer den Federkräften noch Dämpferkräfte aufgebaut. Gleichzeitig erfährt der Fahrzeugaufbau eine durch die Wankbewegung verursachte Wankbeschleunigung. Wie präzise Gleichung (2.10) erfüllt ist, kann abgeschätzt werden, indem die dynamischen Federkräfte Fdyn,ij mit der Dämpferkraft und der zur Wankbeschleunigung führenden Kraft verglichen werden.In the formulation of equation (2.10), the counter-torque generated by the dynamic spring forces F dyn, ij is set equal to the moment caused by the lateral acceleration a ij . Equation (2.10) only applies exactly if this moment leads exclusively to the build-up of spring forces. In non-stationary states but now damper forces are built up in addition to the spring forces. At the same time, the vehicle body undergoes a rolling acceleration caused by the rolling motion. How precise Equation (2.10) is satisfied can be estimated by comparing the dynamic spring forces F dyn, ij with the damper force and the force leading to roll acceleration.

Im Sinne von Gleichung (1.3) kann Gleichung (2.10) als ausreichend genug angesehen werden, wenn die beiden Kräfte einzeln nicht größer als 10 % der dynamischen Federkraft Fdyn,ij sind.In the sense of equation (1.3), equation (2.10) can be considered sufficient enough if the two forces individually are not greater than 10% of the dynamic spring force F dyn, ij .

Unter Verwendung der Gleichungen (2.6), (2.8), (2.10) und (2.12) bzw. (2.15) lassen sich die Größen m, h und mh jeweils nun auf unterschiedliche Weise berechnen.Under Using the equations (2.6), (2.8), (2.10) and (2.12) or (2.15), the quantities m, h and mh each calculate now in different ways.

Das Produkt mh kann hierbei auf zweierlei Weise berechnet werden. Zum einen durch Verwendung von Gleichung (2.6),

Figure 00150001
und zum anderen von Gleichung (2.10),
Figure 00150002
The product mh can be calculated in two ways. First, by using equation (2.6),
Figure 00150001
and secondly equation (2.10),
Figure 00150002

Gleichung (2.10) ermöglicht eine Schätzung der Schwerpunkthöhe auch dann, wenn lediglich ein einzelnes Wertepaar für ay und (Fdyn,vr – Fdyn,vl + Fdyn,hr – Fdyn,hl) vorliegt. So definiert Gleichung (2.10) eine durch den Koordinatenursprung verlaufende Gerade, deren Steigung unmittelbar das Produkt mh liefert. Um Gleichung (2.10) auswerten zu können, müssen jedoch die dynamischen Federkräfte Fdyn,ij bekannt sein. Eine Bestimmung des Produkts mh auf Grundlage von Gleichung (2.10) kann daher nicht unmittelbar zu Fahrtbeginn erfolgen. Hier findet stattdessen Gleichung (2.6) Verwendung.Equation (2.10) enables an estimate of the center of gravity even if there is only a single value pair for a y and (F dyn, vr - F dyn, vl + F dyn, hr - F dyn, hl ). Thus equation (2.10) defines a straight line passing through the origin of coordinates, the slope of which gives directly the product mh. In order to be able to evaluate equation (2.10), however, the dynamic spring forces F dyn, ij must be known. A determination of the product mh on the basis of equation (2.10) can therefore not be made directly at the beginning of the journey consequences. Here instead equation (2.6) is used.

Die stationären Federwege sstat,ij aus denen wiederum die stationären Federkräfte Fstat,ij berechnet werden, können ihrerseits auf zweierlei unterschiedliche Weise bestimmt werden.The stationary spring paths s stat, ij, from which in turn the stationary spring forces F stat, ij are calculated, can in turn be determined in two different ways.

Einerseits lassen sich die stationären Federwege sstat,ij unmittelbar aus den bei unbeschleunigter Fahrt (ay, ψ . ≈ 0) auftretenden Federwegen sij ermitteln. Andererseits besteht die Möglichkeit, dass das zum Ein- und Ausfedern zu überwindende Losbrechmoment des Luftfederbeins 20ij dazu führt, dass eine exakte Bestimmung der stationären Federwege sstat,ij auf unmittelbarem Wege nicht möglich ist. Der Einfluss des Losbrechmoments lässt sich reduzieren, indem das Fahrzeug während der Fahrt zu Wankbewegungen angeregt und die dabei auftretenden Federwege sij sowie die zugehörigen Querbeschleunigungen ay ermittelt werden. Die so erhaltenen Wertepaare werden mittels einer Geradengleichung approximiert, wobei der Wert der Geradengleichung für ay = 0 dann die gesuchten stationären Federwege sstat,ij wiedergibt. Die Genauigkeit dieser Methode hängt von dem gewählten Querbeschleunigungsbereich ab, in dem die Approximation vorgenommen wird.On the one hand, the stationary spring travel s stat, ij can be determined directly from the spring travel s ij occurring during unaccelerated travel (a y , ψ, ≈ 0). On the other hand, there is a possibility that the breakaway torque of the air spring strut to be overcome for rebounding and rebounding 20 years This leads to the fact that an exact determination of the stationary spring travel s stat, ij is not possible directly. The influence of the breakaway torque can be reduced by the vehicle being excited to roll during driving and the resulting spring travel s ij and the associated lateral accelerations a y being determined. The pairs of values obtained in this way are approximated by means of a straight line equation, the value of the straight line equation for a y = 0 then representing the desired stationary spring travel s stat, ij . The accuracy of this method depends on the selected lateral acceleration range in which the approximation is made.

Somit stehen zwei Möglichkeiten zur Bestimmung der statischen Federwege sstat,ij zur Verfügung – zum einen durch unmittelbare Erfassung der sich bei unbeschleunigtem Fahrzeug (ay, ψ . ≈ 0) ergebenden Federwege sij und zum anderen durch approximative Auswertung der unter Querbeschleunigungseinfluss (ay, ψ . ≠ 0) während des Fahrtverlaufs auftretenden Federwege sij.Thus, there are two possibilities for determining the static spring travel s stat, ij - on the one hand by direct detection of the spring paths s ij resulting from an unaccelerated vehicle (a y , ψ. ≈ 0) and on the other hand by approximating the transverse acceleration influence (a y , ψ. ≠ 0) spring travel s ij occurring during the course of the journey.

Insgesamt werden die Größen m und h jeweils auf zwei unterschiedlichen Wegen – entsprechend den beiden möglichen Vorgehensweisen bei der Bestimmung der stationären Federwege sstat,ij – unter Verwendung der Gleichungen (2.8) und (2.12) berechnet. Daneben wird das Produkt mh auf drei unterschiedlichen Wegen – zum einen ausgehend von Gleichung (2.6) und zum anderen ausgehend von Gleichung (2.10) – berechnet, wobei ebenfalls die beiden möglichen Vorgehensweisen bei der Bestimmung der stationären Federwege sstat,ij herangezogen werden.Overall, the quantities m and h are respectively calculated in two different ways - according to the two possible approaches in determining the stationary spring travel s stat, ij - using equations (2.8) and (2.12). In addition, the product mh is calculated in three different ways - on the one hand starting from equation (2.6) and on the other hand starting from equation (2.10) - also taking into account the two possible approaches in determining the stationary spring travel s stat, ij .

Zusätzlich oder alternativ erfolgt eine Schätzung der Schwerpunkthöhe durch Auswertung einer in Bezug auf eine Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus geltenden Momentenbilanz

Figure 00170001
wobei Nv bzw. Nh eine an der Vorder- bzw. Hinterachse des Fahrzeugs wirkende Normalkraft, g die Gravitationsbeschleunigung, lx den Radstand in Fahrzeuglängsrichtung, x den horizontalen Abstand zwischen Schwerpunkt und Nickachse des Fahrzeugs, hsp die Schwerpunkthöhe und ax die zum Auftreten der Nickbewegung führende Längsbeschleunigung des Fahrzeugs bezeichnet.Additionally or alternatively, an estimate of the center of gravity height is carried out by evaluating a torque balance that applies in relation to a pitching motion of the vehicle body
Figure 00170001
where N v or N h is a force acting on the front and rear axle of the vehicle normal force, g the gravitational acceleration, l x the wheelbase in the vehicle longitudinal direction, x the horizontal distance between the center of gravity and pitch axis of the vehicle, h sp the center of gravity height and a x denotes the occurrence of pitching leading longitudinal acceleration of the vehicle.

Der durch Gleichung (3.1) wiedergegebene Sachverhalt ist in 6 veranschaulicht.The fact represented by equation (3.1) is in 6 illustrated.

Die Längsbeschleunigung ax wird hierbei aus den Messsignalen eines Längsbeschleunigungssensors 22 abgeleitet, der gleichfalls Bestandteil des Elektronischen Stabilitätsprogramms ist.The longitudinal acceleration a x is in this case from the measurement signals of a longitudinal acceleration sensor 22 which is also part of the Electronic Stability Program.

Gleichung (3.1) ermöglicht eine Schätzung der Schwerpunkthöhe in solchen Fahrzuständen, in denen der Fahrzeugaufbau aufgrund fahrtbedingt auftretender Längsbeschleunigungseinflusses zu einer Nickbewegung angeregt wird. Hierzu gehören insbesondere Anfahr- bzw. Abbremsvorgänge. Durch Umformung von Gleichung (3.1) ergibt sich

Figure 00180001
wobei ΔNN die Differenz der Normalkräfte zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs wiedergibt. Durch Einführung eines für die Vorderachse des Fahrzeugs geltenden Zusammenhangs der Gestalt (Fvr = Fvl = Fv) Nv = Fv + kvm·ax·tan(εv), (3.3)bzw. eines für die Hinterachse des Fahrzeugs geltenden Zusammenhangs der Gestalt (Fhr = Fhl = Fh) Nh = Fh + khm·ax·tan(εh), (3.4)lässt sich in Gleichung (3.1) die zum Auftreten der Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus führende Anfahr- bzw. Abbremsdynamik des Fahrzeugs berücksichtigen,
Figure 00180002
wobei kv die Antriebs- bzw. Bremsmomentenverteilung an der Vorderachse, kh die Antriebs- bzw. Bremsmomentenverteilung an der Hinterachse, tan(εv) den Anfahr- bzw. Bremsstützwinkel an der Vorderachse und tan(εh) den Anfahr- bzw. Bremsstützwinkel an der Hinterachse des Fahrzeugs bezeichnet. m* stellt hierbei eine fiktive, von der jeweiligen Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs abhängige Masse dar.Equation (3.1) allows an estimate of the center of gravity height in such driving conditions in which the vehicle body is caused to pitch due to the influence of longitudinal acceleration caused by driving. These include in particular start-up or braking operations. By transformation of equation (3.1) results
Figure 00180001
where ΔN N represents the difference in normal forces between the front axle and the rear axle of the vehicle. By introducing a relation of shape to the front axle of the vehicle (F vr = F vl = F v ) N v = F v + k v m · a x · Tan (ε v (3.3) or a relation of the shape applicable to the rear axle of the vehicle (F hr = F hl = F h ) N H = F H + k H m · a x · Tan (ε H ), (3.4) can be considered in equation (3.1) leading to the occurrence of the pitching motion of the vehicle body starting or Abbremsdynamik the vehicle,
Figure 00180002
where k v is the drive or braking torque distribution at the front axle, k h the drive or braking torque distribution at the rear axle, tan (ε v ) the starting or braking support angle at the front axle and tan (ε h ) the starting or Brake support angle at the rear axle of the vehicle called. In this case, m * represents a fictitious mass which depends on the respective center of gravity height of the vehicle.

7 zeigt beispielhaft den Zusammenhang zwischen der Federkraftdifferenz ΔF und der Längsbeschleunigung ax des Fahrzeugs für unterschiedliche Beladungen des Fahrzeugs. Hierbei repräsentiert die punktierte Linie ein unbeladenes Fahrzeug, die durchgezogene Linie das Vorhandensein einer Ladung im Gepäckraum des Fahrzeugs und die strichpunktierte Linie das Vorhandensein einer Ladung sowohl im Gepäckraum als auch auf dem Dach des Fahrzeugs. 7 shows by way of example the relationship between the spring force difference .DELTA.F and the longitudinal acceleration a x of the vehicle for different loads of the vehicle. Here, the dotted line represents an unloaded vehicle, the solid line represents the presence of a load in the luggage compartment of the vehicle and the dotted line represents the presence of a charge in both the luggage compartment and on the roof of the vehicle.

Die in 7 dargestellte Geradenschar ist in der Rechen- und Steuereinrichtung 11 des Elektronischen Stabilitätsprogramms abgelegt, wobei die Auswahl der jeweils geltenden Geraden auf Basis der ermittelten Federwegdifferenz ΔF sowie der zugehörigen Längsbeschleunigung ax des Fahrzeugs erfolgt. Aus der Steigung der ausgewählten Geraden ergibt sich dann ausgehend von Gleichung (3.5) unmittelbar die fiktive Masse m*.In the 7 shown straight line is in the arithmetic and control device 11 stored the electronic stability program, the selection of the applicable straight line on the basis of the determined spring deflection .DELTA.F and the associated longitudinal acceleration a x of the vehicle takes place. From the slope of the selected straight line, the fictitious mass m * then results directly from equation (3.5).

Wie zu erkennen ist, weisen die Geraden bei ax = 0 einen Knick auf, der seinen Ursprung darin hat, dass die Größen kv, kh, tan(εv) und tan(εh) für den Fall eines Anfahrvorgangs andere Werte aufweisen als im Falle eines Abbremsvorgangs.As can be seen, the straight lines at a x = 0 have a kink which has its origin in that the variables k v , k h , tan (ε v ) and tan (ε h ) have different values in the case of a starting operation than in the case of a deceleration process.

Zur Absicherung der auf Basis der fiktiven Masse m* geschätzten Schwerpunkthöhe wird zusätzlich die bei unbeschleunigter Fahrt (ax ≈ 0) zwischen der Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs auftretende Federwegdifferenz ΔFax≈0 ausgewertet. Weist die Federwegdifferenz ΔFax≈0 einen hohen Betrag auf, so kann auf eine entsprechende Beladung des Fahrzeugs (beispielsweise im Gepäckraum), mithin also auf einen erhöhten Schwerpunkt geschlossen werden.In order to secure the center of gravity estimated on the basis of the fictitious mass m * , the spring deflection ΔF ax≈0 occurring between the front and rear axles of the vehicle during unaccelerated driving (a x ≈ 0) is additionally evaluated. If the spring path difference ΔF ax≈0 has a high amount, then it is possible to conclude that the vehicle has a corresponding load (for example in the luggage compartment), that is to say an increased center of gravity.

Die eigentliche Schätzung der Schwerpunkthöhe erfolgt, indem den für m, h, mh und m* ermittelten Werten entsprechende Fuzzy-Wahrscheinlichkeiten w(m), w(h), w(mh) und w(m*) für das Vorliegen eines niedrigen Schwerpunkts zugeordnet werden. Die so gewonnenen Fuzzy-Wahrscheinlichkeiten w(m), w(h), w(mh) und w(m*) werden anschließend multiplikativ zu einer Gesamtwahrscheinlichkeit wges verknüpft.The actual estimation of the center of gravity height is made by the fuzzy probabilities w (m), w (h), w (mh) and w (m * ) corresponding to m, h, mh and m * for the presence of a low center of gravity be assigned. The fuzzy probabilities w (m), w (h), w (mh) and w (m * ) thus obtained are then multiplicatively linked to a total probability w ges .

Hierdurch ist eine besonders sichere Aussage hinsichtlich der aktuellen Schwerpunkthöhe des Fahrzeugs möglich. Ist die Gesamtwahrscheinlichkeit wges größer als ein vorgegebener Schwellenwert, so wird darauf geschlossen, dass das Fahrzeug aktuell einen niedrigen Schwerpunkt aufweist.As a result, a particularly reliable statement regarding the current center of gravity height of the vehicle is possible. If the total probability w ges is greater than a predefined threshold value, it is concluded that the vehicle currently has a low center of gravity.

Diese Information wird dann insbesondere zur geeigneten Anpassung der Auslöseschwelle des Elektronischen Stabilitäts-Programms herangezogen.These Information is then in particular for the appropriate adaptation of triggering threshold of the Electronic Stability Program.

Claims (5)

Vorrichtung zur Schätzung der Schwerpunktlage bei einem Fahrzeug, mit einer Recheneinrichtung (11), die in Abhängigkeit ermittelter Betriebszustandsgrößen (ay, ψ ., ax, pij, sij), die einen fahrtbedingt auftretenden Betriebszustand des Fahrzeugs wiedergeben, mehrere die Schwerpunktlage des Fahrzeugs repräsentierende Schwerpunktlagengrößen (m, h, mh, m*) berechnet, wobei die Recheneinrichtung (11) in einem ersten Schritt jeder der berechneten Schwerpunktlagengrößen (m, h, mh, m*) in Abhängigkeit ihres Betrags eine Einzelwahrscheinlichkeit (w(m), w(h), w(mh), w(m*)) für das Vorliegen einer bestimmten Schwerpunkthöhe und/oder Schwerpunktklasse zuordnet und in einem zweiten Schritt die ermittelten Einzelwahrscheinlichkeiten (w(m), w(h), w(mh), w(m*)) zu einer Gesamtwahrscheinlichkeit (wges) für das Vorliegen einer bestimmten Schwerpunkthöhe und/oder Schwerpunktklasse verknüpft.Device for estimating the center of gravity in a vehicle, having a computing device ( 11 ), which in dependence of determined operating state variables (a y , ψ., a x , p ij , s ij ), which represent a driving condition occurring operating condition of the vehicle, a plurality of the center of gravity of the vehicle representing center of gravity position sizes (m, h, mh, m * ) calculated, the computing device ( 11 ) in a first step each of the calculated center of gravity position sizes (m, h, mh, m * ) depending on their magnitude a single probability (w (m), w (h), w (mh), w (m * )) for the presence assigns to a certain center of gravity and / or the center of gravity and in a second step the determined individual probabilities (w (m), w (h), w (mh), w (m * )) are linked to a total probability (w ges ) for the presence of a particular center of gravity height and / or center of gravity class. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (11) die Schwerpunktlagengrößen (m, h, mh, m*) für unterschiedliche Fahrzustände des Fahrzeugs berechnet.Apparatus according to claim 1, characterized in that the computing device ( 11 ) the center of gravity positions (m, h, mh, m * ) calculated for different driving conditions of the vehicle. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (11) einen ersten Satz von Schwerpunktlagengrößen (m, h, mh, m*) in Fahrzuständen berechnet, in denen das Fahrzeug eine im wesentlichen unbeschleunigte Fahrt aufweist, und einen zweiten Satz von Schwerpunktlagengrößen (m, h, mh, m*) in Fahrzuständen berechnet, in denen sich das Fahrzeug durch eine beschleunigte Fahrt auszeichnet.Apparatus according to claim 2, characterized in that the computing device ( 11 ) calculates a first set of CG positions (m, h, mh, m * ) in driving conditions in which the vehicle has substantially unaccelerated travel, and calculates a second set of CG positions (m, h, mh, m * ) in driving conditions in which the vehicle is characterized by an accelerated ride. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (11) zur Schätzung der aktuellen Schwerpunktlage eine unter Längsbeschleunigungseinfluss (ax) auftretende Nickbewegung und/oder eine unter Querbeschleunigungseinfluss (ay, ψ .) auftretende Wankbewegung des Fahrzeugs auswertet.Apparatus according to claim 1, characterized in that the computing device ( 11 ) evaluates a pitching movement occurring under longitudinal acceleration influence (a x ) and / or a rolling motion of the vehicle occurring under lateral acceleration influence (a y , ψ) in order to estimate the current center of gravity. Verfahren zur Schätzung der Schwerpunktlage bei einem Fahrzeug, bei dem in Abhängigkeit ermittelter Betriebszustandsgrößen (ay, ψ ., ax, pij, sij), die einen fahrtbedingt auftretenden Betriebszustand des Fahrzeugs wiedergeben, mehrere die Schwerpunktlage des Fahrzeugs repräsentierende Schwerpunktlagengrößen (m, h, mh, m*) berechnet werden, wobei in einem ersten Schritt jeder der berechneten Schwerpunktlagengrößen (m, h, mh, m*) in Abhängigkeit ihres Betrags eine Einzelwahrscheinlichkeit (w(m), w(h), w(mh), w(m*)) für das Vorliegen einer bestimmten Schwerpunkthöhe und/oder Schwerpunktklasse zugeordnet wird und in einem zweiten Schritt die ermittelten Einzelwahrscheinlichkeiten (w(m), w(h), w(mh), w(m*)) zu einer Gesamtwahrscheinlichkeit (wges) für das Vorliegen einer bestimmten Schwerpunkthöhe und/oder Schwerpunktklasse verknüpft werden.Method for estimating the center of gravity in a vehicle, in which, as a function of determined operating state variables (a y , ψ., A x , p ij , s ij ), which represent a driving condition of the vehicle as a result of the journey, a plurality of center of gravity position values representing the center of gravity of the vehicle (m are computed h, mh, m *), wherein in a first step, each of the calculated center of gravity quantities (m, h, mh, m *) in dependence on its amount a single probability (w (m), w (h) w (mh ), w (m * )) is assigned for the presence of a certain center of gravity height and / or center of gravity class and in a second step the determined individual probabilities (w (m), w (h), w (mh), w (m * )) linked to a total probability (w ges ) for the existence of a given center of gravity and / or category of center of gravity.
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