DE10040549A1 - Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnneigung und Vorrichtung zur Neigungserfassung, insbesondere Neigungssensor - Google Patents
Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnneigung und Vorrichtung zur Neigungserfassung, insbesondere NeigungssensorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Neigung der Fahrbahn in einem Fahrzeug; DOLLAR A - bei welchem bei wenigstens zwei unterschiedlichen, den Fortbewegungszustand des Fahrzeuges beschreibenden Referenzereignissen ein Druckwert - erster Druckwert p¶gesamt 1¶ und zweiter Druckwert p¶gesamt 2¶ - am Fahrzeug ermittelt wird; DOLLAR A - bei welchem aus der barometrischen Höhenformel für die ermittelten Druckwerte - erster Druckwert p¶gesamt 1¶ zum ersten Referenzereignis und zweiter Druckwert p¶gesamt 2¶ zum zweiten Referenzereignis - die geodätischen Höhen h¶1¶ und h¶2¶ abgeleitet oder berechnet werden; DOLLAR A - bei welchem die die zwischen beiden Referenzereignissen zurückgelegte Fahrstrecke DELTAs direkt oder indirekt charakterisierende Größen erfaßt werden und die Fahrstrecke ermittelt wird; DOLLAR A - bei welchem die Fahrbahnneigung N in % aus dem Tangens des die Fahrbahnneigung charakterisierenden Winkels alpha¶N¶, welcher sich aus dem Quotienten der Höhendifferenz zwischen der zum zweiten und zum ersten Referenzereignis ermittelten Höhe h¶2¶-h¶1¶ und der Fahrstrecke DELTAs ergibt, nach folgender Beziehung ermittelt wird: DOLLAR F1
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnneigung in
einem Fahrzeug; ferner eine Vorrichtung zur Erfassung der Neigung,
insbesondere einen Neigungssensor.
Bei der Ansteuerung von automatischen Getrieben oder automatisierten
Getrieben in Fahrzeugen steht zunehmend ein optimiertes Motor-
Getriebemanagement im Vordergrund. Zur Gewährleistung des Betriebes
der Antriebsmaschine entsprechend einer Kennlinie optimalen
Wirkungsgrades im Kennfeld der Antriebsmaschine, einer Kennlinie
optimierten Verbrauches oder einem anderen Wunschkriterium ist es
erforderlich, eine Reihe von Randbedingungen, welche auf die Betriebsweise
der Antriebsmaschine wenigstens mittelbar einen Einfluß ausüben, mit zu
berücksichtigen. Neben den am Fahrzeug auftretenden zu
berücksichtigenden Randbedingungen, beispielsweise die Zu- und
Abschaltung von Nebenaggregaten, spielen auch die nicht
fahrzeugspezifischen Randbedingungen eine wesentliche Rolle. Zu diesen
gehören unter anderem die Beschaffenheit der Fahrstrecke, insbesondere
eine Aussage über die Fahrbahnneigung, welche sich entweder in einem
erhöhten oder verringerten Leistungsbedarf und damit einer erhöhten oder
verringerten Leistungsanforderung an die Antriebsmaschine niederschlagen.
Eine Einrichtung, die die Neigung des Fahrzeuges gegenüber der
Horizontalen auch unter dem Einfluß der Fahrzeuggeschwindigkeit und
Beschleunigung zweifelsfrei erfaßt, ist bisher nicht bekannt. Eine Erfassung
mittels bestimmter Hilfsmittel, beispielsweise eines Pendels, ist nur im
Stillstand ohne zusätzliche Plausibilitätsprüfungen möglich, während der
Fahrt des Fahrzeuges jedoch nicht ohne Berücksichtigung der
Fahrgeschwindigkeit und Beschleunigung, welche sich in komplizierten
Rechenmodellen äußern, möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Erfassung der Fahrbahnneigung in einem Fahrzeug und eine Vorrichtung
zur Erfassung der Neigung, insbesondere einen Neigungssensor zu
entwickeln, welcher auch unter dem Einfluß der Fahrgeschwindigkeit und
Beschleunigung des Fahrzeuges die Fahrbahnneigung sicher ermittelt. Das
Verfahren zur Bestimmung der Neigung bzw. die Vorrichtung soll sich dabei
durch einen geringen steuerungstechnischen Aufwand auszeichnen. Die
Anzahl der zu verarbeitenden Größen zur Ermittlung der Neigung soll
möglichst gering gehalten werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und
11 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
wiedergegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnneigung in
einem Fahrzeug ist dadurch charakterisiert, daß für wenigstens zwei
unterschiedliche, den Fortbewegungszustand des Fahrzeuges in
Fahrtrichtung charakterisierende Referenzereignisse der jeweils am Fahrzeug
vorherrschende Gesamtdruck, insbesondere Luftdruck ermittelt wird. Aus
den jeweiligen Druckwerten - erster Druckwert p1 für ein erstes
Referenzereignis und zweiter Druckwert p2 für ein zweites Referenzereignis -
wird aus der barometrischen Höhenformel für den Schweredruck in Luft
jeweils die Höhe des Fahrzeuges über Null für das erste Referenzereignis
und die zweite Höhe h2 für das zweite Referenzereignis ermittelt. Die beiden
Referenzereignisse charakterisieren des weiteren entweder direkt oder
indirekt eine Referenzstrecke Δs, welche durch den örtlichen Abstand der
Position des Fahrzeuges zu beiden Referenzereignissen charakterisiert ist.
Aus dem Quotienten der Differenz der Höhen - zweiter Höhe und erster
Höhe - sowie der Referenzstrecke Δs wird der Tangens des die Neigung N
charakterisierenden Winkels der Horizontalen gegenüber der Fahrbahn und
damit der Winkel α für die Fahrbahnneigung über der Horizontalen ermittelt.
Die Erfassung der Neigung der Fahrbahn in einem Fahrzeug erfolgt dabei
immer zwischen wenigstens zwei Referenzereignissen, wobei jedoch zu
einer genauen Erfassung auch eine Mehrzahl von Einzelerfassungen und
damit einer Vielzahl von hintereinander vorgenommenen Beurteilungen von
aufeinanderfolgenden Referenzereignissen erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, die Neigung der Fahrbahn
anhand zumindest zweier unterschiedlicher Größen mit einem relativ
einfachen Algorithmus zu ermitteln. Die Ermittlungen erfolgen dabei direkt
aus unmittelbar meßbaren Größen - dem Druck und der Wegstrecke -,
wobei Fehler, welche das Vorhandensein zusätzlicher Korrekturalgorithmen
erforderlich machen, weitestgehend vermieden werden können. Die
Ermittlung erfolgt mittels eines relativ einfachen Algorithmus, welcher nur
eine geringe Anzahl von unbekannten, d. h. zu erfassenden Variablen
berücksichtigt.
Bezüglich der barometrischen Höhenformel kann auf die Herleitung der
Barometerformel
oder integriert:
mit
pn = Durck in Höhe h
p0 = Druck in Normal Null
ρ0 = Dichte der Luft am Boden
h = Höhe über dem Erdboden
offenbart in Gerthsen, Kneser, Vogel: "Physik", Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1982, S. 88 verwiesen werden.
pn = Durck in Höhe h
p0 = Druck in Normal Null
ρ0 = Dichte der Luft am Boden
h = Höhe über dem Erdboden
offenbart in Gerthsen, Kneser, Vogel: "Physik", Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1982, S. 88 verwiesen werden.
Die Ermittlung der jeweiligen Höhen h1 und h2 aus den erfaßten Druckwerten
p1 und p2, wobei p1 und p2 an den Referenzereignissen jeweils dem dort
vorherrschenden Gesamtdruck entsprechen, erfolgt aus der barometrischen
Höhenformel, die in verschiedenen Modifikationen vorliegt.
Der einfachste Zusammenhang zwischen absoluter Höhe und Druck ergibt
sich aus der Formel, die z. B. in Kuchling, Taschenbuch der Physik, Verlag
Harm Deutsch zu finden ist.
Mit den Stoffwerten für Luft am Boden und t = 0 C ergibt sich:
Durch Umformen nach der Höhe erhält man:
mit
hx: Höhe in x, wobei h1 = Höhe zu Referenzereignis 1 und h2 = Höhe zu Referenzereignis 2 ist
px: Druck in Höhe x
p0: Druck in Höhe Normal Null
G: Erdbeschleunigung 9,81 m/s2
Tm: mittlere thermodynamische Temperatur in °C
α: thermischer Ausdehnungskoeffizient 1/273°
hx: Höhe in x, wobei h1 = Höhe zu Referenzereignis 1 und h2 = Höhe zu Referenzereignis 2 ist
px: Druck in Höhe x
p0: Druck in Höhe Normal Null
G: Erdbeschleunigung 9,81 m/s2
Tm: mittlere thermodynamische Temperatur in °C
α: thermischer Ausdehnungskoeffizient 1/273°
Diese einfachste Höhenformel berücksichtigt nicht die Änderung der
Temperatur mit zunehmender Höhe, was für die vorliegende Erfindung auch
nicht unbedingt notwendig ist, da nur relative Änderungen der Höhe
bestimmt werden und darauf der Temperatureinfluß sehr gering ist.
Dennoch können genauere Formeln verwendet werden. Eine Möglichkeit
besteht in der Verwendung der internationalen Höhenformel, die die
Temperaturänderung mit der Höhe berücksichtigt:
Umgeformt erhält man:
Hierin wird ein fester Zusammenhang zwischen Höhe und Lufttemperatur
berücksichtigt, der mit ausreichender Genauigkeit bis 11000 m über NN gilt.
Eine andere Variante der barometrischen Höhenformel ergibt sich, wenn die
auf die Höhe Normal Null bezogene mittlere thermodynamische Temperatur
Tm berücksichtigt wird, die aus der in der aktuellen Höhe hx herrschenden
Tempertur tx nach folgender Beziehung berechnet wird:
Tm = tx - hx/100 m . 0,65°C
Die benötigten Höhen h1 bzw. h2 erhält man durch Anwendung der
Gleichung für hx, indem hx = h1 und px = p1 bzw. hx = h2 und px = p2
gesetzt wird.
Die Referenzereignisse können auf unterschiedliche Art und Weise
charakterisiert werden. Im einfachsten Fall werden diese durch einen
Zeitraum t bestimmt. Die beiden aufeinanderfolgenden Referenzereignisse
sind dabei durch einen ersten Zeltpunkt t1referenz und einen zweiten Zeitpunkt
t2referenz charakterisiert. Diese Zeitpunkte bestimmen dabei das Vorhandensein
bzw. die örtliche Zuordnung des Fahrzeuges zu einem ersten Zeitpunkt
t1referenz zu einem bestimmten Ort o1 und zu einem Zeitpunkt t2referenz zu einem
Ort o2. Das Fahrzeug legt dann zwischen den beiden Referenzereignissen
t1referenz und t2referenz eine bestimmte Wegstrecke Δs zurück. Diese Wegstrecke
wird dabei durch den Abstand zwischen den beiden Orten o1 und o2 des
Fahrzeuges zu den Referenzzeitpunkten t1referenz und t2referenz bestimmt. Dabei
ergibt sich dieser Abstand entweder aus der Differenz zweier erfaßter
Fahrstrecken s1 und s2, wobei die erste Fahrstrecke s1 durch den Abstand
von einem beliebigen Startpunkt s0 zum Ort des Fahrzeuges o1 zum ersten
Referenzzeitpunkt t1referenz bestimmt ist, während s2 den Abstand zwischen
dem Startpunkt s0 und dem Ort des Fahrzeuges o2 zum zweiten
Referenzzeitpunkt t2referenz beschreibt. Wird s1 und damit die Fahrstrecke bis
zum ersten Ort o1 gleich Null gesetzt, ergibt sich die zurückgelegte
Fahrstrecke Δs aus dem Abstand zwischen den beiden Orten o2 und o1.
Werden die Referenzereignisse dabei durch die Zelt treferenz charakterisiert, ist
es immer erforderlich, die zu den einzelnen Referenzzeitpunkten t1referenz und
t2referenz durch das Fahrzeug passierten Orte oder die zurückgelegten
Wegstrecken für diesen Zeitpunkt zu ermitteln. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, da die zurückgelegte Fahrstrecke bzw. die einzelnen
Teilstrecken ohnehin bei der Ermittlung der zurückgelegten Fahrstrecken
zwischen zwei Referenzereignissen zu berücksichtigen sind, daß die
Referenzereignisse durch zwei mittels drei Koordinaten charakterisierbare
Orte bestimmt werden. Das erste Referenzereignis wird dabei durch das
Vorhandensein des Fahrzeuges am Ort o1referenz bestimmt und das zweite
Referenzereignis zeitlich gegenüber dem ersten Referenzereignis
verschoben durch das Vorhandensein des Fahrzeuges an einem zweiten Ort
o2referenz. Die Referenzstrecke sreferenz ergibt sich dabei ebenfalls aus dem
Abstand der die Stellung des Fahrzeuges zu den einzelnen
Referenzereignissen charakterisierenden Orte. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, den Abstand zwischen den Orten durch die Differenz der
Referenzfahrstrecken von einem Startpunkt s0 bis zum ersten Ort o1referenz
bzw. von s0 bis zum zweiten Ort o2referenz zu ermitteln. Die Differenz wird
jedoch in allen Fällen immer zwischen dem zeitlich später erfolgenden
Ereignis, in der Regel dem Referenzereignis 2 und dem zeitlich zuerst
erfolgenden Referenzereignis 1 erfolgen.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Berücksichtigung
eventuell auftretender zusätzlicher starker Druckänderungen am Fahrzeug,
welche durch weitere Rand- bzw. Umgebungsbedingungen bedingt sein
können, ein Korrekturalgorithmus für die aus der barometrischen
Höhenformel ermittelte Höhe vorgesehen. Der Korrekturalgorithmus ist dabei
derart ausgeführt, daß insbesondere Ereignisse wie eine plötzliche rasche
Druckänderung, die sich beispielsweise bei Einfahrt eines Fahrzeuges in
einen Tunnel ergeben kann, erkannt und berücksichtigt werden. Es ist dabei
empfehlenswert, den Korrekturalgorithmus zusätzlich in das Grundverfahren
zur Ermittlung der Höhe h und damit der Neigung N zu integrieren, um
Fehler, die durch einen starken Druckanstieg oder Druckabfall bedingt sein
können, wobei Druckanstieg oder Druckabfall nicht allein aufgrund der
Änderung der geodätischen Höhe des Fahrzeuges erzeugt werden, sondern
aus anderen äußeren am Fahrzeug wirksam werdenden Einflüssen
resultieren, zu vermeiden bzw. zu kompensieren.
In einer Weiterentwicklung werden weitere Verfahrensschritte zur
verbesserten Fehlerkorrektur bei der Bestimmung der geodätischen Höhe h1
bzw. h2 aus der barometrischen Höhenformel beispielsweise nach Laplace
für die beiden Referenzereignisse vorgenommen. Dabei erfordern die
Sekundäreffekte am Fahrzeug, im Fahrzeug und/oder der Umgebung,
welche zu Fehlern bei der Bestimmung der Neigung aufgrund äußerer
Einflüsse führen können, und die gewünschte Möglichkeit der
Berücksichtigung und des Erkennens von Neigungsänderungen im Bereich
der Fahrbahnstrecke die Berücksichtigung mindestens einer Zusatzgröße bei
der Ermittlung der geodätischen Höhe zum entsprechenden
Referenzereignis. Diese Zusatzgröße kann dabei beispielsweise einer
Plausibilitätskontrolle unterzogen werden, um somit eine Feststellung
bezüglich des Verlaufes der Gesamtfahrbahnstrecke zwischen den beiden
Referenzereignissen zu ermöglichen. Die Art der Berücksichtigung und
Plausibilitätsprüfung bzw. der Einbeziehung in einen Korrekturalgorithmus
hängt dabei von der erfaßten Zusatzgröße ab. Als derartige Zusatzgrößen
können beispielsweise die nachfolgend genannten allein oder in wenigstens
teilweiser Kombination miteinander fungieren:
- - Neigungswinkel eines Pendels gegenüber der Senkrechten zur Fahrbahn zum Referenzereignis
- - Neigungsrichtung der Meßachse eines Beschleunigungssensors gegenüber der Senkrechten oder Horizontalen gegenüber der Fahrbahn entsprechend der Ausrichtung der Meßachse in Längsrichtung oder in vertikaler Richtung
- - Ermittlung der Nickrate über die Zeit zwischen den Referenzereignissen
- - Bestimmung des Neigungswinkels aus Motordrehmoment und Fahrzeugbeschleunigung
Die Vorrichtung zur Erfassung der Neigung der Fahrbahn in einem Fahrzeug
umfaßt dabei mindestens eine Berechnungseinrichtung, welche einen
Eingang bei serieller Datenübertragung oder mindestens zwei Eingänge bei
paralleler Datenübertragung, einen ersten Eingang und einen zweiten
Eingang, sowie einen Ausgang zur Ausgabe der Größe der
Fahrbahnneigung in Form eines Winkels αN bzw. bei Angabe in % N
aufweist. Die einzelnen Eingänge sind dabei entweder direkt oder indirekt,
d. h. über weitere Einrichtungen unterschiedlicher Funktion mit Einrichtungen
zur Erfassung der zur Bestimmung des Winkels αN der Neigung N
erforderlichen Größen gekoppelt. Der erste Eingang ist dabei mit einer
Einrichtung zur Erfassung eines, den Druck p wenigstens mittelbar
beschreibenden Größe gekoppelt, während der zweite Eingang mit einer
Einrichtung zur Erfassung wenigstens einer, die zurückgelegte Fahrstrecke
zwischen zwei Referenzereignissen wenigstens mittelbar beschreibende
Größe verbunden ist. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung des Druckes
direkt. Die Einrichtung zur Erfassung einer den Druck wenigstens mittelbar
beschreibenden Größe umfaßt dazu mindestens einen Drucksensor. Die
Einrichtung zur Erfassung der Fahrstrecke bzw. der die Fahrstrecke
wenigstens mittelbar charakterisierenden Größen zwischen den beiden
Referenzereignissen kann vielgestaltig ausgeführt sein, beispielsweise in
Form eines Wegaufnehmers. Eine andere Möglichkeit besteht in der
indirekten Erfassung der Fahrstrecke aus der Geschwindigkeit, der
Beschleunigung und der Zeitdauer zwischen beiden Referenzereignissen.
Entsprechend der an den Eingängen anliegenden Größen werden diese in
der Berechnungseinrichtung verarbeitet. Dabei werden die zu zwei
Referenzereignissen, welche beispielsweise durch zwei unterschiedliche
Zeitpunkte zur Charakterisierung der Stellung des Fahrzeuges beschreibbar
sind, erfaßten Druckwerte in die entsprechenden Höhen aus der
barometrischen Höhenformel unter Berücksichtigung eines
Korrekturalgorithmus umgerechnet. Die Ermittlung der Fahrstrecke zwischen
den Referenzereignissen ist dabei entweder direkt bei Verwendung eines
Wegaufnehmers aus der am zweiten Eingang anliegenden Größe
bestimmbar oder muß aus den, die Koordinaten der Stellung des
Fahrzeuges zu den einzelnen Referenzereignissen beschreibenden Größen
ermittelt, insbesondere berechnet werden. Diesbezüglich bestehen ebenfalls
eine Vielzahl von Möglichkeiten, welche auf eine einfache geometrische
Abstandsberechnung hinauslaufen, weshalb hier im einzelnen nicht näher
darauf eingegangen wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird aus dem Tangens des Winkels,
welcher aus der Differenz der für die einzelnen Referenzereignisse
ermittelten Höhenwerte und der Fahrstrecke bestimmt wird, die
Fahrbahnneigung N ermittelt. Die einzelnen Verfahrensschritte können dabei
in einzelnen voneinander entkoppelten Berechnungseinheiten durchgeführt
werden, vorzugsweise sind jedoch alle Berechnungseinheiten in einer
Berechnungseinrichtung integriert. Die letzte Berechnungseinheit weist dabei
den Ausgang auf, welcher zur Ausgabe eines Wertes für die
Fahrbahnneigung ausgebildet ist. Dieser Ausgang bildet vorzugsweise den
Ausgang der Berechnungseinrichtung. Vorzugsweise ist die Vorrichtung als
eigenständige Baueinheit ausgeführt und bildet somit für sich allein die
Funktionseinheit eines Neigungssensors. Dieser erfaßt mechanische oder
physikalische Signale und generiert aus diesen ein entsprechendes Signal,
vorzugsweise ein elektrisches Signal für den Neigungswert der Fahrbahn.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Neigungssensor in einer
Steuereinrichtung in der Getriebebaueinheit zu integrieren.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren
erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1a
und 1b verdeutlichen anhand eines Signalflußbildes das
Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Ermittlung der Fahrbahnneigung mit unterschiedlicher
Definition der Referenzereignisse;
Fig. 2a
und 2b verdeutlichen ein Verfahren gemäß den Fig. 1a und 1b
mit zusätzlicher Berücksichtigung eines Korrekturalgorithmus;
Fig. 3 verdeutlicht anhand eines Signalflußbildes die
Berücksichtigung mindestens einer weiteren Zusatzgröße zur
verbesserten Fehlerkorrektur bei der Bestimmung der
geodätischen Höhe gemäß dem Verfahren aus den Fig. 1a
und 1b bzw. 2a und 2b;
Fig. 4 verdeutlicht den Grundaufbau eines erfindungsgemäß
gestalteten Neigungssensors.
Die Fig. 1a und 1b verdeutlichen anhand eines Signalflußbildes das
Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung der
Fahrbahnneigung, insbesondere Neigungserfassung. Dieses beinhaltet die
Ermittlung der Neigung N, welche sich für ein Fahrzeug gegenüber der
Horizontalen durch einen Winkel αN beschreiben läßt aus einer
Höhendifferenz Δh und einer Wegdifferenz Δs, welche einer zurückgelegten
Fahrstrecke zwischen zwei Referenzereignissen, entweder einem
Referenzzeitraum Δtreferenz oder einer Referenzwegstrecke Δsreferenz entspricht.
Aus diesen Referenzereignissen läßt sich dann im ersten Fall indirekt und im
zweiten Fall direkt die zurückgelegte Fahrstrecke ermitteln. Der
Referenzzeitraum Δtreferenz ist dabei durch mindestens zwei Zeitpunkte, einen
ersten Zeitpunkt t1referenz und einen zweiten Zeitpunkt t2referenz charakterisiert. In
Analogie gilt diese Aussage auch für die Referenzstrecke ΔSreferenz gemäß
Fig. 1b, welche entweder durch die Differenz zwischen zwei
zurückgelegten Strecken s1referenz und s2referenz oder aber bei s1referenz = 0 durch
den Abstand zwischen zwei Orten o1referenz und o2referenz charakterisiert ist.
Jeder einzelne Ort o1referenz und o2referenz ist dabei durch drei Koordinaten
charakterisiert.
Die Ermittlung der Höhendifferenz Δh basiert auf der Ermittlung der
jeweiligen Höhen h1 und h2 des Fahrzeuges an den Referenzereignissen
t1referenz und t2referenz oder s1referenz und s2referenz bzw. bei s1referenz = 0 o1referenz und
o2referenz. Die Höhen h1 und h2 werden dabei aus den zum Zeitpunkt der
Referenzereignisse vorliegenden Drücken p1 und p2 ermittelt. Die Ermittlung
erfolgt dabei aus der barometrischen Höhenformel nach Laplace für den im
Referenzereignis vorliegenden Druck, d. h. entweder zum Referenzzeitpunkt
t1referenz und t2referenz oder an den zur Bestimmung der Referenzstrecke
ausgewählten Orten oreferenz und o2referenz, deren Abstand voneinander auch
die Länge der Fahrstrecke charakterisiert.
Die Fig. 1a verdeutlicht dabei anhand des Signalflußdiagrammes das
Grundprinzip der erfindungsgemäßen Bestimmung der Neigung N eines
Fahrzeuges, bei welchem als Referenzereignis ein Referenzzeitpunkt t1referenz
bzw. t2referenz gewählt wird. In diesem Fall wird zu einem ersten
Referenzzeitraum der Druck p1 ermittelt, des weiteren wird nach Ablauf einer
Referenzzeit Δtreferenz zu einem zweiten Referenzzeitpunkt t2referenz ein zweiter
Druckwert p2 ermittelt. Für jeden Druckwert erfolgt dabei die Berechnung der
geodätischen Höhe h1 zum entsprechenden Referenzzeitpunkt t1referenz oder
h2 für p2 zum Zeitpunkt t2referenz, d. h. t1referenz + Δtreferenz. Des weiteren erfolgt
parallel zur Ermittlung der Druckwerte p1 und p2 zu den jeweiligen
Referenzzeitpunkten t1referenz und t2referenz die Ermittlung der zurückgelegten
Wegstrecke Δs im Referenzzeitraum Δtreferenz. Die zurückgelegte Fahrstrecke
Δs wird dabei entweder durch den Abstand zwischen den zum Zeitpunkt
t1referenz aktuellen Ort o1 und zum Zeitpunkt t2referenz vom Fahrzeug erreichten
aktuellen Ort o2 bestimmt oder aber durch eine Streckenreferenz s2 - s1,
welche sich aus der zurückgelegten Gesamtfahrstrecke zum Zeitpunkt
t2referenz und der Fahrstrecke zum Zeitpunkt t1referenz ergibt. Zur Ermittlung der
Fahrbahnneigung α sind dabei mindestens die den Ort des Fahrzeuges zu
zwei Referenzereignissen beschreibenden Größen erforderlich. Diese
Größen werden dabei in zwei Verfahrensschritten, einem ersten
Verfahrensschritt für den ersten Referenzzeitpunkt t1referenz und einem zweiten
Verfahrensschritt für den zweiten Referenzzeitpunkt t2referenz ermittelt. In einem
dritten Verfahrensschritt werden die Höhendifferenzen Δh = h2 - h1 und die
Fahrstrecke Δs = s2 - s1 ermittelt und ins Verhältnis zueinander gesetzt,
wobei in einem vierten Verfahrensschritt der Tangens für den
Fahrbahnwinkel β aus dem Quotienten der Höhendifferenz Δh und der
Fahrbahnstrecke Δs gebildet wird. In Analogie gelten diese Aussagen auch
für das in der Fig. 1b wiedergegebene Signalflußdiagramm, bei welchem
die Referenzereignisse bereits von den zurückgelegten Fahrstrecken und
damit den jeweiligen Referenzorten, an denen sich das Fahrzeug befindet,
beschrieben werden. Dabei werden in einem ersten Verfahrensschritt der
Druck p1gesamt an einem Ort o1referenz sowie der Ort o1referenz erfaßt, in einem
zweiten Verfahrensschritt wird der Druck p2gesamt an einem zweiten
Referenzort o2referenz ermittelt und aus beiden Drücken werden jeweils die
entsprechenden zu den Orten o1referenz und o2referenz gehörenden geodätischen
Höhen h1 und h2 ermittelt, während aus den zurückgelegten Wegstrecken
s1referenz am Ort o1referenz und s2referenz am Ort o2referenz bzw. den Koordinaten für
die Orte o1referenz und o2referenz auch die zurückgelegte Fahrstrecke Δs
bestimmbar ist. Aus der Höhendifferenz, d. h. h2 - h1 und der Fahrstrecke Δs
läßt sich der Fahrbahnwinkel α in Analogie zu dem in der Fig. 1a
wiedergegebenen Verfahren aus dem Quotienten Δh zu Δs ermittelten
Tangens ermitteln.
Für beide Ausführungen wurde davon ausgegangen, daß die Erfassung der
Druckwerte mit einer Erfassungseinrichtung für Druckwerte erfolgt, während
die Ermittlung der Fahrstrecke vielgestaltig erfolgen kann, beispielsweise
entweder aus der Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung während des
Referenzzeitraumes Δtreferenz oder aber direkt als Weg abgegriffen wird. Im
erstgenannten Fall werden dabei die den zurückgelegten Weg wenigstens
mittelbar charakterisierenden Größen ermittelt und der Weg berechnet,
während im zweiten Fall eine Einrichtung zur Erfassung des zurückgelegten
Weges verwendet wird.
Die Ermittlung der jeweiligen Höhen h1 und h2 aus den erfaßten Druckwerten
p1 und p2, wobei p1 und p2 an den Referenzereignissen jeweils dem dort
vorherrschenden Gesamtdruck entsprechen, erfolgt aus der barometrischen
Höhenformel, die in verschiedenen Modifikationen vorliegt.
Der einfachste Zusammenhang zwischen absoluter Höhe und Druck ergibt
sich aus der Formel, die z. B. in Kuchling, Taschenbuch der Physik, Verlag
Harm Deutsch zu finden ist.
Mit den Stoffwerten für Luft am Boden und t = 0 C ergibt sich:
Durch Umformen nach der Höhe erhält man:
mit
hx: Höhe in x, wobei h1 = Höhe zu Referenzereignis 1 und h2 = Höhe zu Referenzereignis 2 ist
px: Druck in Höhe x
p0: Druck in Höhe Normal Null
G: Erdbeschleunigung 9,81 m/s2
Tm: mittlere thermodynamische Temperatur in °C
α: thermischer Ausdehnungskoeffizient 1/273°
hx: Höhe in x, wobei h1 = Höhe zu Referenzereignis 1 und h2 = Höhe zu Referenzereignis 2 ist
px: Druck in Höhe x
p0: Druck in Höhe Normal Null
G: Erdbeschleunigung 9,81 m/s2
Tm: mittlere thermodynamische Temperatur in °C
α: thermischer Ausdehnungskoeffizient 1/273°
Diese einfachste Höhenformel berücksichtigt nicht die Änderung der
Temperatur mit zunehmender Höhe, was für die vorliegende Erfindung auch
nicht unbedingt notwendig ist, da nur relative Änderungen der Höhe
bestimmt werden und darauf der Temperatureinfluß sehr gering ist.
Dennoch können genauere Formeln verwendet werden. Eine Möglichkeit
besteht in der Verwendung der internationalen Höhenformel, die die
Temperaturänderung mit der Höhe berücksichtigt:
Umgeformt erhält man:
Hierin wird ein fester Zusammenhang zwischen Höhe und Lufttemperatur
berücksichtigt, der mit ausreichender Genauigkeit bis 11000 m über NN gilt.
Eine andere Variante der barometrischen Höhenformel ergibt sich, wenn die
auf die Höhe Normal Null bezogene mittlere thermodynamische Temperatur
Tm berücksichtigt wird, die aus der in der aktuellen Höhe hx herrschenden
Tempertur tx nach folgender Beziehung berechnet wird:
Tm = tx - hx/100 m . 0,65°C
Die benötigten Höhen h1 bzw. h2 erhält man durch Anwendung der
Gleichung für hx, indem hx = h1 und px = p1 bzw. hx = h2 und px = p2
gesetzt wird.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zur Vermeidung von
Fehlern zusätzliche Maßnahmen ergriffen und eventuell eine
Plausibilitätsprüfung durchgeführt. Derartige Verfahren sind anhand von
Signalflußbildern für das Grundverfahren gemäß Fig. 1a in den Fig. 2a
und 2b dargestellt. Insbesondere wird damit dem Zustand Rechnung
getragen, daß die Bestimmung der Höhe auf der Messung des
Umgebungsdruckes mit einem sehr empfindlichen Drucksensor basiert, so
daß Einflüsse, die zu Druckschwankungen in der Umgebung des
Drucksensors führen, Fehler in der Bestimmung der entsprechenden Höhe
h1 oder h2 und die folglich auch der daraus berechnenten Neigung zur
Folge haben. Im einzelnen kann dies bei folgenden Ereignissen beobachtet
werden:
- - Auftreten von Druckstössen, beispielsweise durch Einfahren in einen Tunnel
- - Auftreten von starken Druckänderungen unmittelbar am Fahrzeug aufgrund von Änderungen am und im Fahrzeug.
Im ersten Fall führt der Druckstoß zu einer Fehlbestimmung der Höhe.
Allerdings kann dieser durch Plausibilitätsabfragen bei der Signalanalyse
erkannt werden und der fehlerhafte Einfluß auf die Neigungsbestimmung
weitestgehend korrigiert werden. Unter Druckänderungen im zweiten Fall
werden diejenigen verstanden, welche beispielsweise durch Öffnen von
Fenstern oder Einschalten von Lüftung, Klimaanlage etc. erzeugt werden.
Dabei erfolgt eine Signalkorrektur für die ermittelte Höhe aus der
barometrischen Höhenformel nach Laplace und einem Korrekturalgorithmus
wie in der Fig. 2a dargestellt. Fig. 2b verdeutlicht dabei das Signalflußbild
für das Verfahren gemäß Fig. 1b mit entsprechendem
Korrekturalgorithmus.
Bei dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten Korrekturalgorithmen wird
der Störeinfluß durch den Staudruck aufgrund der Fahrgeschwindigkeit mit
berücksichtigt. Der Staudruck durch die Fahrgeschwindigkeit ist für die
eigentliche Neigungsbestimmung selbst zwar nicht bedeutsam, da eine
relative Höhe für die Neigungsberechnung verwendet wird und sich der
Fehler bei annähernd konstanter Geschwindigkeit aufhebt. Selbst bei einer
großen Geschwindigkeitsänderung, wie sie beispielsweise bei einer
Vollastbeschleunigung auftritt, ist der Einfluß auf die ermittelte Neigung
gering. Die nachfolgend genannte Gleichung verdeutlicht dabei den durch
die Fahrgeschwindigkeit verursachten Fehler. Dieser wird in Form einer
Korrekturvariablen für die Höhe angegeben. Der Korrekturwert wird wie folgt
ermittelt:
mit
hkorr = Korrekturwert der Höhe [m]
v = Fahrgeschwindigkeit [km/h]
hkorr = Korrekturwert der Höhe [m]
v = Fahrgeschwindigkeit [km/h]
Wird der ermittelte Korrekturwert hkorr von der durch die Druckmessung
bestimmten Höhe h1 bzw. h2 abgezogen, so ist der jeweilige Fehler damit
bereits eliminiert.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung werden weitere
Verfahrensschritte zur verbesserten Fehlerkorrektur bei der Bestimmung der
geodätischen Höhe h1 bzw. h2 aus der barometrischen Höhenformel
vorgenommen. Die bereits erwähnten Sekundäreffekte, welche zu Fehlern
bei der Bestimmung der Neigung führen können und die gewünschte
Möglichkeit der Berücksichtigung von Neigungsänderungen, welche
ebenfalls zu einer Verfälschung der ermittelten Neigung zu den
Referenzereignissen führen kann, bedingen die Berücksichtigung einer
Zusatzgröße bei der Ermittlung der geodätischen Höhe zum entsprechenden
Referenzereignis, insbesondere Referenzzeitpunkt t1referenz bzw. t2referenz oder
dem Referenzort o1referenz bzw. o2referenz. Die in den Fig. 1a und 1b sowie 2a
und 2b wiedergegebenen Verfahren liefern dabei nur Ergebnisse über die
Neigung einer bereits befahrenen Strecke. Aufgrund der Auflösung des
Drucksensors muß für eine zuverlässige Erkennung der Neigung die
Fahrstrecke jedoch eine bestimmte Größe besitzen, insbesondere sollte
diese möglichst größer als 10 oder 20 m betragen. Dabei ändert sich in der
überwiegenden Zahl der existierenden Fahrstrecken die Neigung nicht
plötzlich, sondern kontinuierlich, so daß die Neigung der zurückliegenden
Strecke nicht stark von der Neigung der aktuell befahrenen Strecke
abweicht. Ein sehr extremes Beispiel wird dabei bei einer
Neigungsänderung durch Vorhandensein eines Knickes in der Fahrbahn
beschrieben. Dabei ist die Neigung der aktuellen Fahrbahn nicht identisch
mit der gerade befahrenen Neigung. In einem solchen Fall würde jedoch die
Neigungsinformation für den Fall, daß die Referenzereignisse jeweils auf
einem Teilbereich I, d. h. dem Anstieg oder einem zweiten Teilbereich II, dem
Abstieg der Fahrstrecke Δs liegen, führen. Dies ist insbesondere besonders
sicherheitsrelevant für den Einsatz in Stadtbussen, bei welchen aus der
erfaßten Neigung ein Signal für die Betätigung der Haltestellenbremse
generiert werden soll. Weitere Möglichkeiten zum Ausgleich von Fehlern
bestehen in der Verwendung eines sogenannten Gradientenverfahrens oder
Redundanzverfahrens. Dabei wird bei einer Ausführung gemäß Fig. 3a ein
Schwellenwert für die Änderung des Druckes Δp zwischen den beiden
Referenzereignissen vorgegeben. Dieser Schwellenwert ist mit pschwell
bezeichnet. Wird dabei bei Messungen zwischen zwei Referenzereignissen
in einem bestimmten Beurteilungszeitintervall Δtbeurteilung, welches fest
vorgebbar oder frei wählbar ist, überschritten, wird das Meßsignal nicht für
eine Neigungsberechnung verwendet, sondern stattdessen der letzte
Neigungswert beibehalten. Dadurch wird es möglich, extreme Fehler bei der
Neigungsbestimmung zu vermeiden, so daß für eine Wegstrecke von ca.
98% brauchbare Neigungswerte zur Verfügung stehen.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 3b wird eine Pendeleinrichtung verwendet,
welche im Stand des Fahrzeuges eine Senkrechte zur Horizontalen anzeigt
und damit eine Aussage über die Fahrbahnneigung zuläßt. Das Pendel
ergänzt damit die Information der Einrichtung zur Erfassung des Druckes in
idealer Weise, da diese bei Geschwindigkeit null keine Information über die
Neigung liefert. Während der Fahrt ist das Pendel jedoch nicht zur
Neigungsmessung geeignet, da die auftretenden Beschleunigungskräfte den
Pendelwinkel stark beeinflussen und das auftretende Störsignal größer als
das Nutzsignal wäre. Eine Korrektur dieser Störeinflüsse beim Pendel ist
zwar möglich, jedoch nur mit erheblichen Berechnungsaufwand
durchführbar. Wird jedoch das Pendel in Kombination mit dem Drucksensor
verwendet, läßt sich der Nullpunkt des Pendels in beliebiger Einbaulage
durch die Meßdaten des Drucksensors bestimmen. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, anstatt des Pendels eine Einrichtung zur Erfassung der
Beschleunigung zu verwenden, deren Meßachse in Längsrichtung oder in
vertikaler Richtung angeordnet sein kann.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, als Zusatzgröße die Nickrate zu
bestimmen, welche mit einer Einrichtung zur Erfassung der Nickrate ermittelt
wird. Dabei wird ein Nickratensensor, dessen Meßachse horizontal in
Querrichtung im Fahrzeug ausgerichtet wird, verwendet. Das Signal des
Nickratensensors wird über die Zeit integriert und es ergibt sich daraus die
Neigungsänderung zum Integrationszeitraum der Fahrbahn. Dieser kann
jedoch für sich allein zur Neigungsmessung nicht verwendet werden, da die
Nullage der Neigung aus dem Signal des Nickratensensors nicht hervorgeht.
Hier ergänzen sich der Nickratensensor und die Druckerfassungseinrichtung
in idealer Weise. Der Nickratensensor liefert dabei eine hohe Genauigkeit bei
schnellen Änderungen, der Nullpunkt driftet aber bezüglich Neigungssignal
über längere Zeit weg. Eine erforderliche Nullpunktkorrektur kann durch das
Signal des Drucksensors erfolgen.
Die Fig. 3c verdeutlicht anhand eines Signalflußbildes eine Möglichkeit der
Fehlereliminierung im Redundanzverfahren. Dieses besteht darin, die
Neigung nach mindestens zwei voneinander unabhängigen Verfahren zu
bestimmen. Dabei besteht neben der Bestimmung aus dem Drucksignal
noch die Möglichkeit der Bestimmung der Neigung aus den nachfolgend
genannten weiteren Verfahren:
- 1. Ermittlung der Neigung aus dem gemessenen Motormoment und der Fahrzeugbeschleunigung gemäß dem dargestellten Signalflußbild erfolgt während der Fahrt die Messung der nachfolgenden Größen: Weg s, Zeit t, Geschwindigkeit v, Druck p, Drehmoment Motor Mmot.
- 2. Erfassung der Drehrate um die Nickachse und Integration über der Zeit zur Bestimmung eines Winkels. Dieses Verfahren liefert jedoch nicht die horizontale Nullage und ist daher allein zur Neigungsbestimmung nicht brauchbar.
- 3. Messung des Neigungswinkels eines Pendels.
- 4. Erfassung der Neigungsrichtung der Meßachse eines Sensors.
Über die Barometrische Höhenformel gemäß der Erfindung erfolgt die
Berechnung der Höhe zu den einzelnen Referenzereignissen 1 und 2. In
einem weiteren Verfahrensschritt wird die Umfangskraft am Rad aus dem
Drehmoment des Motors Mmot ermittelt und die Neigung N1 aus der Höhe
und der Wegstrecke ermittelt. Des weiteren wird zwischen den beiden
Referenzereignissen die Neigungsänderung dN/ds ermittelt. Das zweite
Verfahren zur Ermittlung der Neigung N2 beinhaltet die Berechnung aus dem
Drehmoment des Motors Mmot und der zurückgelegten Wegstrecke zwischen
den beiden Referenzereignissen. Dabei wird über den Referenzzeitraum
auch die Änderung der Neigung über die Wegstrecke ermittelt. Für diese
Änderungen werden dabei Grenzwerte vorgegeben, wobei nach Vergleich
und eventueller Überschreitung dieser der aktuell ermittelte Neigungswert
nicht berücksichtigt wird. Dabei entspricht N1 [%] dem Neigungswinkel,
welcher nach dem ersten Verfahren bestimmt wird, während N2 der Neigung
entspricht, welche nach dem zweiten Verfahren ermittelt wird. Δs [m]
beschreibt die zurückgelegte Wegstrecke. Die Grenzwerte sind hier mit a1-
grenz bezeichnet und geben die maximal zulässige Änderung der Neigung pro
Wegstrecke für das Verfahren 1 wieder. In Analogie gilt dies auch für den
Grenzwert a2-grenz, welcher die maximal zulässige Änderung der Neigung
über die Wegstrecke für das Verfahren 2 wiedergibt. Zusätzlich
berücksichtigt werden Berichtigungsfaktoren, welche die weitere
Vorgehensweise bestimmen.
Die Fig. 4 verdeutlicht anhand eines Blockschaltbildes den Grundaufbau
einer Vorrichtung zur Erfassung der Neigung einer Fahrbahn, insbesondere
einem Neigungssensor 1. Dieser umfaßt eine Berechnungseinrichtung 2,
welche mindestens zwei Eingänge, einen ersten Eingang 3 und einen
zweiten Eingang 4 und einen Ausgang 5 zur Ausgabe der Größe der
Fahrbahnneigung aufweist. Die Eingänge 3 und 4 sind dabei mit
Einrichtungen zur Erfassung der zur Bestimmung der Neigung α
erforderlichen Größen gekoppelt. Der erste Eingang 3 ist dabei mit einer
Einrichtung 6 zur Erfassung eines den Druck wenigstens mittelbar
beschreibenden Größe gekoppelt. Der Eingang 4 ist mit einer Einrichtung 7
zur Erfassung wenigstens einer, eine zurückgelegte Fahrstrecke wenigstens
mittelbar charakterisierenden Größe verbunden. Vorzugsweise wird als
Einrichtung 6 eine Einrichtung zur Druckerfassung verwendet, während die
Einrichtung 7 die Fahrstrecke zwischen den beiden Referenzereignissen
entweder direkt ermittelt oder aber die Fahrstrecke aus anderen Größen
bildet. Die Berechnungseinrichtung 2 umfaßt eine Berechnungseinheit 8,
welche aus dem Druck mit Hilfe der barometrischen Höhenformel die Höhe
berechnet. Des weiteren werden je nach Abhängigkeit der Eingangsgrößen
die am Eingang 4 anliegende Größe für die während des
Referenzzeitraumes oder der Referenzstrecke zurückgelegte Fahrstrecke Δs
direkt zur Weiterverarbeitung eingegeben oder aber aus den diese Größen
bestimmenden Größen in der Berechnungseinheit 8 ermittelt. Des weiteren
werden aus den zum Referenzereignis 1 und Referenzereignis 2 ermittelten
Werten für den Druck für die Höhe und die Fahrstrecke die entsprechenden
Differenzwerte Δs und Δh ermittelt. Dies kann in einer weiteren
Berechnungseinheit 9 erfolgen, oder aber auch in der Berechnungseinheit 8.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt dann in einer Berechnungseinheit
10 die Ermittlung des die Fahrbahnneigung N beschreibenden Winkels αN
aus der Näherungsformel
Die Neigung N ergibt sich dann aus:
Die einzelnen Berechnungseinheiten 8, 9 und 10 können dabei miteinander
in einer Einheit zusammengefaßt und integriert sein oder werden von einer
einzigen Berechnungseinheit gebildet.
Zum Ausschluß von Fehlbestimmungen werden erfindungsgemäß weitere
Zusatzgrößen in der Berechnungseinrichtung 2 verarbeitet. Die sich daraus
ergebende Berechnungseinheit ist in schematisch vereinfachter Darstellung
anhand eines Blockschaltbildes in der Fig. 4b dargestellt. Dabei weist die
Berechnungseinrichtung 2 einen weiteren Eingang 11 auf, welchem die
Zusatzgröße oder Größen, welche die Zusatzgröße charakterisieren,
zugeführt wird. Die Verarbeitung der Größen, zurückgelegte Fahrstrecke und
Druck erfolgt in Analogie zur Ausführung gemäß Fig. 4a. Für die
Zusatzgröße wird ein zusätzlicher Korrekturalgorithmus eingebunden,
welcher bei der Berechnung der Höhen h1 und h2 in der Berechnungseinheit
mit durchlaufen wird. Dieser ist in den Einzelberechnungseinheiten 8, 9 oder
10 der Gesamteinrichtung 2 hinterlegt. Bei allen Ausführungen wurden zwei
Referenzereignisse zugrundegelegt. Denkbar sind jedoch auch
Ausführungen mit Erfassung der genannten Größen zu mehreren
Referenzereignissen.
Durch entsprechende zeitliche Abstaffelung bzw. Wahl der Größe der
Referenzzeiträume können dann Neigungen an einer Fahrbahnstrecke
ermittelt werden, die aufgrund des räumlich nahe Beieinanderliegens der
Referenzereignisse ebenfalls ein relativ eindeutiges Ergebnis liefern.
1
Neigungssensor
2
Berechnungseinrichtung
3
Eingang
4
Eingang
5
Ausgang
6
Einrichtung zur wenigstens mittelbaren Erfassung einer den
Druck wenigstens mittelbar beschreibenden Größe
7
Einrichtung zur wenigstens mittelbaren Erfassung einer den
Weg charakterisierenden Größe
8
Berechnungseinheit
9
Berechnungseinheit
10
Berechnungseinheit
11
Eingang
Δs Fahrstrecke
s1
Δs Fahrstrecke
s1
Fahrstrecke zum ersten Referenzereignis
s2
s2
Fahrstrecke zum zweiten Referenzereignis
s1referenz
s1referenz
erste Referenzfahrstrecke
s2referenz
s2referenz
zweite Referenzfahrstrecke
o1
o1
Position des Fahrzeuges zum ersten Referenzzeitpunkt
o2
o2
Position des Fahrzeuges zum zweiten Referenzzeitpunkt
o1referenz
o1referenz
erster Referenzort
o2referenz
o2referenz
zweiter Referenzort
t1referenz
t1referenz
erster Referenzzeitpunkt
t2referenz
t2referenz
zweiter Referenzzeitpunkt
α Fahrbahnneigung
p1gesamt
α Fahrbahnneigung
p1gesamt
Gesamtdruck erstes Referenzereignis
p2gesamt
p2gesamt
Gesamtdruck zweites Referenzereignis
ρ Dichte
g Erdbeschleunigung
h Höhe
ρ Dichte
g Erdbeschleunigung
h Höhe
Claims (22)
1. Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnneigung α in einem Fahrzeug;
- 1. 1.1 bei welchem bei wenigstens zwei unterschiedlichen, den Fortbewegungszustand des Fahrzeuges beschreibenden Referenzereignissen ein Druckwert - erster Druckwert pgesamt1 und zweiter Druckwert pgesamt2 am Fahrzeug ermittelt wird;
- 2. 1.2 bei welchem aus der barometrischen Höhenformel für die ermittelten Druckwerte - erster Druckwert pgesamt1 zum ersten Referenzereignis und zweiter Druckwert pgesamt2 zum zweiten Referenzereignis - die geodätischen Höhen h1 und h2 abgeleitet oder berechnet werden;
- 3. 1.3 bei welchem die, die zwischen beiden Referenzereignissen zurückgelegte Fahrstrecke Δs direkt oder indirekt charakterisierenden Größen erfaßt werden und die Fahrstrecke ermittelt wird;
- 4. 1.4 bei welchem die Fahrbahnneigung N in % aus dem Tangens des die
Fahrbahnneigung charakterisierenden Winkels αN, welcher sich aus
dem Quotienten der Höhendifferenz zwischen der zum zweiten und
zum ersten Referenzereignis ermittelten Höhe h2 - h1 und der
Fahrstrecke Δs ergibt, nach folgender Näherungsformel ermittelt wird:
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
ermittelten Druckwerte pgesamt1 zum ersten Referenzereignis und
zweiter Druckwert pgesamt2 zum zweiten Referenzereignis die
geodätischen Höhen h1 und h2 aus der barometrischen Höhenformel
für den Schweredruck der Luft
mit
abgeleitet werden.
mit
abgeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
ermittelten Druckwerte pgesamt1 zum ersten Referenzereignis und
zweiter Druckwert pgesamt2 zum zweiten Referenzereignis die
geodätischen Höhen h1 und h2 aus der barometrischen Höhenformel
nach Laplace
abgeleitet werden.
abgeleitet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fahrstrecke Δs aus der Differenz der zu den
einzelnen Referenzereignissen zurückgelegten Fahrstrecken -
Fahrstrecke zum zweiten Referenzereignis s2 und Fahrstrecke zum
ersten Referenzereignis s1 - ausgehend von einem Startpunkt so
ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter der
Voraussetzung, daß der Startpunkt s0 mit dem ersten Referenzereignis
zusammenfällt, die Fahrstrecke Δs aus dem Abstand der die Position
des Fahrzeuges bestimmenden Orte o2 und o1 zum zweiten
Referenzereignis und erstem Referenzereignis gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Referenzereignisse durch Zeitpunkte (t1referenz,
t2referenz) charakterisiert sind und die Bestimmung der Fahrstrecke (Δs)
aus dem zurückgelegten Weg im Referenzzeitraum, der sich aus der
Differenz zwischen den Zeiten zwischen dem zweiten
Referenzzeitpunkt t2referenz und dem ersten Referenzzeitpunkt t1referenz
ergibt, erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Referenzereignisse durch eine zurückgelegte
Fahrstrecke - Referenzereignis 2 Fahrstrecke s2referenz und
Referenzereignis 1 Fahrstrecke s1referenz - oder dem Abstand zwischen
zwei Orten - Referenzereignis 2 o2referenz und Referenzereignis 1 o1referenz
- charakterisiert ist und die zwischen den Referenzereignissen
zurückgelegte Fahrstrecke Δs durch die Referenzstrecke Δsreferenz
beschrieben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung von starken
Druckanstiegen oder Druckabfällen die ermittelten Höhenwerte (h1, h2)
zu den einzelnen Referenzereignissen jeweils mit einem
entsprechenden Korrekturalgorithmus abgeglichen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Höhenkorrekturwert bestimmt wird, welcher durch mathematische
Operationen mit der tatsächlich aus dem Druck ermittelten Höhe zu
beiden Referenzereignissen verknüpft wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Höhenkorrekturwert hkorr aus nachfolgender Beziehung ermittelt wird:
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch
die folgenden Merkmale:
- 1. 11.1 es wird eine, die Neigung des Fahrzeuges indirekt beschreibende Größe als Zusatzgröße ermittelt;
- 2. 11.2 die Zusatzgröße wird zur Auswertung der ermittelten geodätischen Höhe zum ersten und zweiten Referenzereignis bzw. einer Plausibilitätsprüfung herangezogen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als
Zusatzgröße der Neigungswinkel eines Pendels gegenüber der
Senkrechten zur Fahrbahn erfaßt wird und entsprechend des
Vorliegens eines Neigungswinkels gleichen Vorzeichens auf eine
hinsichtlich der Neigung veränderte Fahrstreckenführung zwischen
den beiden Referenzereignissen oder bei unterschiedlichen
Vorzeichen des Neigungswinkels auf eine Änderung der
Fahrbahnneigung zwischen beiden Referenzzeiträumen geschlossen
werden kann.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als
Zusatzgröße der Neigungswinkel eines Beschleunigungssensors
gegenüber der horizontalen Richtung in Fahrtrichtung oder der
Vertikalen ermittelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß als Zusatzgröße die Nickrate erfaßt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß neben der Neigungsermittlung über die
barometrische Höhenformel die Neigung noch in einem weiteren
zweiten vom Verfahren der Ermittlung über die barometrische
Höhenformel unabhängigen Verfahren ermittelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Neigung gemäß dem zweiten Verfahren aus Drehmoment der
Antriebsmaschine und Wegstrecke bestimmt wird.
17. Vorrichtung (1) zur Erfassung der Neigung der Fahrbahn in einem
Fahrzeug
- 1. 17.1 mit einer Berechnungseinrichtung (2), umfassend mindestens einen Eingang, bei paralleler Datenübertragung zwei Eingänge, ersten Eingang (3) und einen zweiten Eingang (4);
- 2. 17.2 der Eingang oder der erste Eingang (3) ist mit einer Einrichtung (6) zur wenigstens mittelbaren Erfassung eines, den Druck am Fahrzeug wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe verbunden;
- 3. 17.3 der Eingang oder der zweite Eingang (4) ist mit einer Einrichtung (7) zur Erfassung wenigstens einer, die zurückgelegte Fahrstrecke wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe verbunden;
- 4. 17.4 die Berechnungseinrichtung (2) umfaßt eine Berechnungseinheit (8) zur Ermittlung der geodätischen Höhe aus einem Druckwert;
- 5. 17.5 mit einer weiteren Berechnungseinheit (9) zur Ermittlung der Differenz zweier zu zwei Referenzereignissen ermittelten geodätischen Höhen und der Länge der Fahrbahnstrecke;
- 6. 17.6 mit einer weiteren dritten Berechnungseinheit (10) zur Ermittlung der Fahrbahnneigung α aus dem Tangens des Quotienten aus der Höhendifferenz und der zurückgelegten Fahrstrecke für die beiden Referenzereignisse;
- 7. 17.7 die Berechnungseinrichtung (2) umfaßt mindestens einen Ausgang (5), welcher der Ausgabe eines die Fahrbahnneigung α charakterisierenden Signales dient;
- 8. 17.8 die dritte Berechnungseinheit (10) ist mit dem Ausgang (5) der Berechnungseinrichtung (2) verbünden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die
einzelnen Berechnungseinheiten - erste Berechnungseinheit (8),
zweite Berechnungseinheit (9) und dritte Berechnungseinheit (10) von
einer einzigen Baueinheit gebildet werden und diese die
Berechungseinrichtung (2) bildet.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur wenigstens mittelbaren
Erfassung eines Druckwertes am Fahrzeug mindestens einen
Drucksensor umfaßt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der
Drucksensor derart am Fahrzeug angeordnet und ausgebildet ist, daß
geringfügige Druckänderungen am Fahrzeug, bedingt durch die
Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme von Zusatzaggregaten ohne
Einfluß bleiben.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß diese eine eigenständige bauliche Einheit in
Form eines Neigungssensors bilden.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der
Neigungssensor ein elektrisches Ausgangssignal generiert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000140549 DE10040549A1 (de) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnneigung und Vorrichtung zur Neigungserfassung, insbesondere Neigungssensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000140549 DE10040549A1 (de) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnneigung und Vorrichtung zur Neigungserfassung, insbesondere Neigungssensor |
Publications (1)
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---|---|
DE10040549A1 true DE10040549A1 (de) | 2002-03-07 |
Family
ID=7652963
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE2000140549 Ceased DE10040549A1 (de) | 2000-08-15 | 2000-08-15 | Verfahren zur Erfassung der Fahrbahnneigung und Vorrichtung zur Neigungserfassung, insbesondere Neigungssensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10040549A1 (de) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004067311A1 (de) * | 2003-01-29 | 2004-08-12 | Voith Turbo Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur optimierung des fahrverhaltens |
DE102004009417A1 (de) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Längsneigungswinkels eines Fahrzeugs |
WO2008052870A1 (de) * | 2006-11-04 | 2008-05-08 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren zum fahrstreckenneigungsabhängigen steuern und/oder regeln eines automatgetriebes eines fahrzeuges |
DE102010029775A1 (de) | 2010-06-08 | 2011-12-08 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Plausibilisierung der Signale eines Tankfüllstandsensors |
DE102014214965A1 (de) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Steigungswertes |
DE102014011844A1 (de) * | 2014-08-08 | 2016-02-11 | Audi Ag | Luftdruckbasierte Korrektur einer Berechnung einer fahrzeugseitig gemessenen Längsbeschleunigung |
WO2019227112A1 (de) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Avl List Gmbh | Ermittlung der höhe eines fahrzeugs und eines fahrbahngradienten aus dem luft-druck |
CN113984012A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 福建江夏学院 | 一种桥墩外观检测装置及桥墩检测方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10000535A1 (de) * | 2000-01-08 | 2001-07-26 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur Kalibrierung eines Überrollsensors |
-
2000
- 2000-08-15 DE DE2000140549 patent/DE10040549A1/de not_active Ceased
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10000535A1 (de) * | 2000-01-08 | 2001-07-26 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zur Kalibrierung eines Überrollsensors |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004067311A1 (de) * | 2003-01-29 | 2004-08-12 | Voith Turbo Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur optimierung des fahrverhaltens |
DE102004009417A1 (de) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Längsneigungswinkels eines Fahrzeugs |
WO2008052870A1 (de) * | 2006-11-04 | 2008-05-08 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren zum fahrstreckenneigungsabhängigen steuern und/oder regeln eines automatgetriebes eines fahrzeuges |
US8666623B2 (en) | 2006-11-04 | 2014-03-04 | Zf Friedrichshafen Ag | Method for control and/or regulation of a motor vehicle automatic transmission according to driving route slope |
DE102010029775A1 (de) | 2010-06-08 | 2011-12-08 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Plausibilisierung der Signale eines Tankfüllstandsensors |
US8649934B2 (en) | 2010-06-08 | 2014-02-11 | Robert Bosch Gmbh | Method for checking the plausibility of the signals of a tank filling level sensor |
DE102014214965A1 (de) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Steigungswertes |
DE102014214965B4 (de) * | 2014-07-30 | 2017-02-02 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Steigungswertes |
DE102014011844A1 (de) * | 2014-08-08 | 2016-02-11 | Audi Ag | Luftdruckbasierte Korrektur einer Berechnung einer fahrzeugseitig gemessenen Längsbeschleunigung |
DE102014011844B4 (de) | 2014-08-08 | 2019-05-09 | Audi Ag | Luftdruckbasierte Korrektur einer Berechnung einer fahrzeugseitig gemessenen Längsbeschleunigung |
WO2019227112A1 (de) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Avl List Gmbh | Ermittlung der höhe eines fahrzeugs und eines fahrbahngradienten aus dem luft-druck |
AT521277A4 (de) * | 2018-05-30 | 2019-12-15 | Avl List Gmbh | Ermittlung der Höhe eines Fahrzeugs und eines Fahrbahngradienten aus dem Luftdruck |
AT521277B1 (de) * | 2018-05-30 | 2019-12-15 | Avl List Gmbh | Ermittlung der Höhe eines Fahrzeugs und eines Fahrbahngradienten aus dem Luftdruck |
CN113984012A (zh) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 福建江夏学院 | 一种桥墩外观检测装置及桥墩检测方法 |
CN113984012B (zh) * | 2021-10-28 | 2023-10-17 | 福建江夏学院 | 一种桥墩外观检测装置及桥墩检测方法 |
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