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
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 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 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 der auftretenden Beladungszustände, bei denen das Fahrzeug einen niedrigen Schwerpunkt aufweist, auch als solche erkannt.Proportionately then only 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 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 ) 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:
Der
zur Schätzung
der Schwerpunktlage verwendete Algorithmus wird von der Rechen-
und Steuereinrichtung
Die
Luftfederung liefert Informationen über die an den Fahrzeugrädern
Bezüglich der Indizierung ij wird die folgende Vereinbarung getroffen: Regarding the indexing ij the following agreement is made:
Das
Elektronische Stabilitäts-Programm
dient der Erhöhung
der Fahrsicherheit von Fahrzeugen, indem durch gezielte Bremseingriffe
an einzelnen Fahrzeugrädern
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
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
Im
Luftfederbein
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,
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,
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 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
Ausgehend von Gleichung (2.4) kann auch das Verhalten der Luftfeder bei beladungsbedingter Veränderung der Masse des Fahrzeugs bestimmt werden. Hierfür wird die Federsteifigkeit 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 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
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.
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
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
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
Die
stationäre
Komponente Fstat,ij gibt die während einer
im wesentlichen unbeschleunigten Fahrt (ay, ≈ 0) auftretende
Federkraft wieder. Aus ihr können
Informationen über
die Masse m des Fahrzeugs,
Mit der für die Größe M0 geltenden Gleichung (2.9) nimmt Gleichung (2.6) die Form 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 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 wobei
F N / dyn,ij die sich für
den Fall einer Masse mN des Fahrzeugs am
Fahrzeugrad
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,
Wird vereinfachend angenommen, dass cvr = cvl = cv sowie ferner cvl = chl = ch gilt, so ergibt sich aus Gleichung (2.14 ) 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)
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), und zum anderen von Gleichung (2.10), The product mh can be calculated in two ways. First, by using equation (2.6), and secondly equation (2.10),
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
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 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 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
Die
Längsbeschleunigung
ax wird hierbei aus den Messsignalen eines
Längsbeschleunigungssensors
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 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)
Die
in
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.
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- 2005-12-24 DE DE200510062282 patent/DE102005062282A1/en not_active Withdrawn
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
|
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |
Effective date: 20120710 |