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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zur Durchführung des
Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Ermittlung des Oberflächenprofils
eines durch ein Fahrzeug befahrenen Fahrweges nach den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 und 8.
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Als
Fahrer oder Passagier eines Kraftfahrzeuges ist man stets dreidimensionalen
Bewegungs- bzw. Schwingungsanregungen ausgesetzt. Die Ursachen sind
vielfältig
und komplex. Sowohl die durch Lenken und Längseingriffe bedingten Bewegungen des
Fahrzeugaufbaus, als auch die Schwingungseinträge durch Fahrzeugaggregate
und Regelsysteme sowie Störungsanregungen
durch den Fahrbahn-Reifen-Kontakt und andere Umwelteinwirkungen,
wie Seitenwind, spielen hierbei eine Rolle. Insgesamt müssen die
Schwingungseinwirkungen auf den Menschen durch geeignete Isolations-
und Dämpfungsmaßnahmen
soweit limitiert werden, dass keine Wesentlichen Komforteinschränkungen
entstehen. Gleichzeitig ist jedoch auch sicherzustellen, dass die
Anbindung des Fahrers an das Fahrzeug hinreichend direkt und straff
erfolgt, um die Fahraufgabe sicher wahrnehmen zu können.
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Betrachtet
man die Schwingungsanregungen durch Fahrbahnunebenheiten genauer,
dann wird schnell klar, dass eine genaue Kenntnis der Fahrbahnoberflächenkontur
erforderlich ist.
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In
der
US 6688167 B2 wird
ein Messsystem beschrieben, welches die Oberfläche mittels dreier Abstandssensoren
erfasst, welche entlang einer zur Fahrrichtung des Messfahrzeuges
parallelen Achse angeordnet sind. Durch die spezielle Ausgestal tung der
Aufhängung
der Sensoraufnahme und deren Lageregelung über einen Aktuator wird sichergestellt, dass
sich die Abstandssensoren kontinuierlich auch bei Nickbewegungen
des Fahrzeuges in einer horizontalen Ebene befinden. Die Stabilisierung
der Sensoranordnung in dieser Lage ermöglicht es mittels Fourieranalyse
(FFT) der miteinander korrelierten Messdaten Aussagen über das
Oberflächenprofil
der Fahrbahn zu gewinnen.
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Die
japanischen Patentanmeldungen
JP 03107711 A und
JP 03107712 A beschreiben
ein System zur Ermittlung von Oberflächenprofilen von Straßen, bei
welchem an einem Messfahrzeug in einer Sensoraufnahme entlang einer
Achse parallel zur Fahrtrichtung mehrere Abstandssensoren eingebracht
sind. Die Sensoraufnahme wird während
der Fahrt des Fahrzeuges kontinuierlich quer zur Fahrrichtung hin
und her verschoben, so dass ein mäandrierendes Höhenprofil
der Straße
entlang der Fahrtrichtung erfasst wird. Durch die Mehrzahl von in Fahrtrichtung
hintereinander angeordneten Sensoren wird ein enger Verbund von
mehreren mäandrierenden
Messprofilen erfasst. Aus diesem Verbund an Messdaten können sodann
durch Kurvenapproximation Zwischenpositionen berechnet werden, so
dass im Ergebnis ein Höhenprofil
des gesamten mit dem Meßsystem überfahrenen
Straßenbereichs
ermittelt werden kann.
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Um
zusätzlich
zur Feinstruktur der Straßenoberfläche auch
deren Welligkeit und Steigung zu erfassen beschreibt die
JP 10168810 A ein
Meßsystem bei
welchem an einem Stoßfänger quer
zur Fahrtrichtung drei Abstandsensoren angeordnet sind, welche ihren
Abstand zur Fahrbahn messen. Das Messsystem umfasst ferner einen
Inertialsensor in Form eines Gyroskops um die Lage des Fahrzeuges
im Raum über
die Zeit zu verfolgen. Hieraus lassen sich Informationen über Fahrzeug
Rollwinkel und Fahrzeugausrichtung ermitteln. Durch Integration
der gemessenen Beschleunigung senkrecht zur Fahrbahnoberfläche lässt sich
auch der horizontale Versatz des Fahrzeuges über die Zeit verfolgen, so
dass ein Ansteigen oder Abfallen der Fahrbahn in Fahrtrichtung mit
in den gespeicherten Straßen-.
profilmessdaten berücksichtigt
werden kann. Aus dem Wissen um den Rollwinkel des Fahrzeuges lässt sich durch
Vergleich der Messdaten der quer zur Fahrtrichtung angeordneten
Abstandssensoren eine Fahrbahnneigung ermitteln. Durch die aus den
Daten des Inertialsensors abgeleiteten Daten lässt sich die Position und Ausrichtung
des Fahrzeugs auf der Fahrbahn genau bestimmen, so dass die Messwerte
mit hoher Positionsgenauigkeit gespeichert werden können. Auch
werden die durch eine seitliche Verkippung des Fahrzeuges durch
Messung abseits von der Oberflächennormalen
gemessenen, verfälschten Abstandsmessdaten
korrigiert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es ein Verfahren und eine zur Durchführung des
Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Ermittlung des Oberflächenprofils
eines durch ein Fahrzeug befahrenen Fahrweges zu finden, welches
eine exaktere Rekonstruktion des Oberflächenprofils ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine zur Durchführung des
Verfahrens geeignete Vorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und
8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden
in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Bei
der Ermittlung des Oberflächenprofils
eines durch ein Fahrzeug befahrenen Fahrweges, wird mittels wenigstens
eines am Fahrzeug angebrachten ersten Abstandssensors dessen Abstand
zum Fahrweg vermessen. Jeder der so gemessenen Abstandsmesswerte
wird mit Referenz auf dessen Messposition auf dem Fahrweg in einem
Speicher abgelegt. Hierbei kann beispielsweise die Referenz dadurch
geschaffen werden, dass die Speicherpositionen des Speichers einzelnen
Messpositionen auf dem Fahrweg zugeordnet sind, so dass die dort
gemessenen Abstandswerte an der entsprechenden Stelle im Speicher
abgelegt werden. Es ist sehr wohl aber auch möglich gemeinsam mit jedem Abstandsmesswert
einen zusätzlichen
die Messposition i dentifizierenden Datensatz mit abzuspeichern.
Die Messposition wird zum Zeitpunkt der Abstandsmessung mit Hilfe
eines mit dem Abstandssensor synchronisierten Wegstreckenzählers und/oder
der Daten eines Inertialsensors, insbesondere eines Gyroskops, bestimmt.
Zur Steigerung der Genauigkeit der späteren Rekonstruktion des Oberflächenprofils
des Fahrweges wird in erfinderischer Weise der Fahrweg zusätzlich durch
wenigstens einen zweiten Abstandssensor vermessen, wobei dieser
zweite Sensor in einem Abstand längs
der zur Bewegungsrichtung parallelen Achse des Objektes versetzt
zu dem wenigstens einen ersten Abstandssensor angeordnet ist. Auf
diese Weise wird es möglich
in einer Korrelationseinheit die Abstandswerte dieser wenigstens zwei,
versetzt zueinander angeordneten Abstandssensoren zu korrelieren.
Hierbei werden diejenigen Messdaten der versetzt zueinander angeordneten Abstandssensoren
miteinander korreliert, welche in Bezug auf identische oder eng
benachbarte Abschnitte des Bodenbereichs gemessen wurden. Aus dem
Ergebnis der Korrelation lassen sich sodann in Kenntnis der geometrischen
Einbauposition der Abstandssensoren auf den Nickwinkel des mobilen
Objektes zu schließen.
Die Bestimmung des Nickwinkels aus dem Vergleich (Korrelation) der
Abstandsmesswerte zweier Abstandssensoren welche versetzt längs der
zur Fahrtrichtung parallelen Fahrzeugachse angeordnet sind basiert
auf der Annahme, dass bei der gleichen Einbauhöhe im Fahrzeug die beiden Sensoren
bei Überfahrt über den
selben oder eng benachbarten Bereich der Fahrbahn dann dieselbe
Abstandsinformation liefern sollten, wenn der Nickwinkel des Messfahrzeugs
0° beträgt. Ist
das Fahrzeug insbesondere auf Grund von positiven Beschleunigungen
in dem in Fahrtrichtung vorderen Bereich nach oben geneigt (positiver
Neigungswinkel) so wird der in Bezug auf die Position in Fahrtrichtung hintere
Abstandsensor einen geringeren Abstand messen als der vordere. Entsprechend
wird der in Fahrtrichtung vordere Abstandssensor dann einen geringeren Abstand
als der weiter hinten angeordnete Abstandssensor messen, wenn das
Fahrzeug abgebremst wird, was in einem negativen Neigungswinkel
resultiert.
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Nachfolgend
soll anhand von Ausführungsbeispielen
und mit Hilfe von Figuren die Erfindung im Detail erläutert werden.
Dabei zeigt
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1 Auswirkungen
unterschiedlicher Neigungswinkel auf die durch die Abstandssensoren
gemessenen Abstandswerte bei glatter Fahrbahn,
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2 Zusammenhang
zwischen Fahrzeuglage im Raum, Fahrzeugnickwinkel und Fahrbahnsteigung,
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3 redundante
Messungen des Abstandes zu den Abstandssensoren an einer identischen Stelle
einer unregelmäßigen Fahrbahnoberfläche,
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4 Messbereiche
alternativer Ausgestaltungsformen von Abstandssensoren,
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5 Auswirkungen
des Fahrzeughubes auf die gemessenen Entfernungswerte,
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6 ein
Ablaufdiagramm der Messdatenauswertung.
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Die
drei Illustrationen in 1 zeigen deutlich die Auswirkungen
auf die gemessene Höheninformation
(11a, 21a) durch an einem Messfahrzeug (1)
angebrachte Abstandssensoren (10, 20). In 1a) bewegt sich das Messfahrzeug (1)
auf einer Fahrbahn (3) in Fahrrichtung (2); zur
Vereinfachung wird hier angenommen, dass die Oberfläche der Fahrbahn
(3) plan ist und dass sich die Einbauposition beider Abstandssensoren
im selben Abstand über der
Fahrbahn befindet. Ohne positive oder negative Beschleunigung werden
beide Sensoren denselben Abstand (11a, 21a) zur
Fahrbahn messen. Misst der in Fahrtrichtung vordere Abstandssensor
(20) einen größeren Höhenabstand
(21b) als der versetzt, weiter hinten angeordnete Abstandssensor
(10), so kann davon ausgegangen werden, dass sich das Messfahrzeug
(1) nach hinten neigt; zum Beispiel bei Beschleunigung.
Dementsprechend wird der vor dem anderen Abstandssensor (10)
angeordnete Abstandssensor (20) einen zu (11c)
vergleichsweise geringeren Abstandswert (21c) messen, wenn
das Fahrzeug (1) auf Grund eines Bremsvorganges nach vorne
nickt. In der realen Situation können
sich die Einbauhöhen
der Abstandssensoren (10, 20) differieren, so
dass die hieraus resultierende relative Höhendifferenz bei der Berechnung
des Nickwinkels selbstverständlich
berücksichtigit
werden muss.
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In 2 wird
der Zusammenhang zwischen dem Fahrzeuglagewinkel α, dem Fahrzeugnickwinkel β und der
Fahrbahnsteigung χ dargestellt.
Hierbei sind die x- und y-Achse eines orthogonalen Koordinatensystems
so ausgerichtet, dass die z-Achse die Normale zur Erdoberfläche bildet.
Dies entspricht der Definition der drei, durch ein Inertialmesssystem
vermessenen Richtungskoordinaten. Die Lage des Messfahrzeugs (1)
in diesem durch die xyz-Koordinaten aufgespannten Raum lässt sich
somit durch einen im Fahrzeug integrierten Inertialsensor vermessen.
Aus dieser Vermessung kann der Fahrzeuglagewinkel α gegenüber der
z-Achse bestimmt werden. Auf Grund von auf es wirkende Beschleunigungen neigt
das Messfahrzeug jedoch dazu um einen Nickwinkel β nach hinten
oder nach vorne zu Nicken, so dass aus dem Fahrzeuglagewinkel α nicht direkt
auf die interessierenden Fahrbahnsteigung χ geschlossen werden kann; vielmehr
gilt: χ = α – β
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Hierbei
kann in besonders vorteilhafter weise der Fahrzeugnickwinkel β mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf Basis wenigstens zweier redundanter Abstandsmessungen, durch
an in Fahrtrichtung versetzt angeordneten Abstandssensoren, erfolgen.
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Auch
ist in der Praxis zu beachten, dass die Fahrbahnen oft signifikante
Unregelmäßigkeiten
aufweisen, welche eben gerade durch eine Oberflächenprofilmessung ermittelt
werden sollen. In der 3 ist eine derartige Situation
skizziert. Obwohl sich das Messfahrzeug (1) eben (Nickwinkel
= 0°) auf der
unregelmäßigen Fahrbahnoberfläche befindet misst
der vordere Abstandssensor (20) einen wesentlich größeren Abstand
als der hintere Abstandssensor (10). Würde aus dieser Differenz sogleich
ein Nickwinkel abgeleitet, so würden
hieraus ersichtlich Messfehler resultieren. Die Messanordnung ist
deshalb so zu gestalten, dass während
der Messfahrt zeitlich versetzt, der Sensor (10) die im
Wesentlichen gleichen Messpositionen auf der Fahrbahnoberfläche wie
zuvor bereits Sensor (20) vermisst. Dies kann am besten
hierdurch sichergestellt werden, dass die beiden Abstandssensoren
(10, 20) am Messfahrzeug (1) entlang
einer zur Fahrtrichtung des Messfahrzeuges parallelen Richtung versetzt
angeordnet werden. Werden zusätzlich
die Abstandsmessungen miteinander unter Beachtung der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit
synchronisiert kann sicher gestellt werden, dass beide Sensoren
die Fahrbahn an identischen Messpunkten (31) vermessen.
Alternativ oder ergänzend
zur Synchronisation kann durch eine hohe Abtastrate die Wahrscheinlichkeit der
Abtastung derselben Messpunkte (31) auf der Fahrbahn weiter
verbessert werden.
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Bei
ruhiger Fahrt bewegt sich der Messpunkt (41) auf einer
Geraden (50) in Fahrtrichtung auf der Fahrbahnoberfläche entlang
und erreicht so mit zeitlichem Versatz die Messposition, welche
zuvor mit Messfleck 42 durch den in Bezug auf die Fahrtrichtung
weiter vorne am Fahrzeug angebrachten Sensor vermessen wurde (4a)). Verursacht durch eine dynamische Änderung
der Lage des Messfahrzeugs, insbesondere resultierend aus Fahrbahnunregelmäßigkeiten,
kann jedoch bewirkt werden, dass der Messfleck (41) sich
nicht auf einer Geraden (50) sondern auf einer gekrümmten Bahn
(51) über
die Fahr bahnoberfläche
bewegt. Hierdurch kann es passieren, dass durch die beiden Sensoren
nicht mehr dieselbe Stelle auf der Fahrbahn vermessen wird, und
so eine Korrelation der zeitlich versetzt aufgenommen Messdaten
aufgrund ihres zusätzlichen örtlichen
Versatzes zu einer Fehlberechnung des Fahrzeugnickwinkels führt. In
besonders vorteilhafter Weise kann dieses Problem dadurch gelöst werden, dass
zumindest einer der beiden Abstandssensoren so ausgebildet wird,
dass sich sein Messbereich quer zu Fahrrichtung ausdehnt; in 4b) wurde beispielhaft der in Fahrrichtung
vordere Sensor so ausgestaltet. Hierbei ist es denkbar als Sensor
eine Längsanordnung
von mehreren Einzellasern zu verwenden, oder aber ein Linienprofil
mittels eines Laserscanners oder eines auf Basis des Lichtschnitt-Verfahrens arbeitenden
Sensors zu verwenden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden,
dass egal auf welcher Messbahn (51, 51) sich ein
Messfleck (41) bewegt, sich dieser auf eine Messposition
(43) trifft, welche zuvor von dem in Fahrtrichtung vorderen
Sensor bereits vermessen wurde. Durch geeignete Ausgestaltung der
Korrelationsroutine, welche den Verlauf der Messdaten an den einzelnen
Messflecken (41, 42, 43) über die
Zeit verfolgt, kann der Verlauf der Messbahnen erkannt werden. Dies
wird zum einen dadurch möglich,
dass die Messwerte der zeitlich nachfolgenden Messung mit den in
den benachbarten Messfleckbereichen der zeitlich vorab messenden Sensoranordnung
erfassten Messwerten verglichen werden. Hierbei kann ein Abweichen
von einer geraden Messbahn desto leichter detektiert und verfolgt werden, je
enger die abgetasteten Messflecken (42, 43) innerhalb
eines quer zur Fahrtrichtung ausgedehnten Messbereichs liegen.
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Bewegt
sich ein Messfahrzeug (1) in Fahrtrichtung (2) über eine
unebene Fahrbahn, so erfährt es
Beschleunigungen in zur Fahrbahnoberfläche (3) senkrechte
Richtung. Moderne Federungssysteme sind so ausgelegt, dass die Räder des
Fahrwerkes zumindest bei moderaten auf und ab Bewegungen des Fahrzeugs
in kontinuierlichem Kontakt mit der Fahrbahn verbleiben. Das Chassis
des Fahrzeuges wird sich jedoch dynamisch nach oben und unten bewegen.
Zur Erfassung des Profils der Fahrbahnoberfläche erfassen am Messfahrzeug
(1) angebrachte Abstandssensoren (10, 20)
ihre Abstände
(11a, 21a, 11b, 21b) zu den
Messpunkten (32, 33) auf der Fahrbahnoberfläche (3).
Bei der im linken Teil von 5 dargestellten
Situation sind die Federbeine des Messfahrzeuges (1) gestaucht,
so dass sich relativ kurze Abstände
(11a, 21a) zu den Messflecken (32, 33)
ergeben. Bei der im rechten Teil der 1 aufgezeigten
Messsituation ist das Fahrzeug (1) weit nach oben geschwungen,
so dass die Abstandswerte (11b, 21b) signifikant
größer als
die an derselben Stelle bei anderer Fahrsituation gemessene Abstandswerte
(11a, 21a) sind. Würde bei der Abspeicherung der
Abstandswerte zum Messzeitpunkt der vorherrschende Fahrzeughub nicht
berücksichtigt, ergäben sich
für dieselben
Messpunkte (32, 33) bei unterschiedlichen Messsituationen
unterschiedliche Höhenwerte.
Dies führte
zu einem dem dynamischen Verlauf des bei der Messfahrt vorherrschenden
Fahrzeughubes entsprechenden welligen Verlauf der aus den abgespeicherten
Messdaten rekonstruierten Fahrbahnoberfläche. Um derartige Rekonstruktionsfehler
zu vermeide, ist der abzuspeichernde Abstandsmesswert mit dem mittels
des Inertialsensors ermittelten Fahrzeughub (hl, h2) zu korrigiere.
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In
der realen Messumgebung handelt es sich bei dem Abstandsmesswert
(l1a, 21a, 11b, 21b) um einen
3-dimensionalen Vektor dessen Lage im Raum durch das dynamische
Bewegungsverhalten des Messfahrzeugs (1), insbesondere
durch dessen Kippen, Nicken und dessen Hub, beeinflusst wird. Um für die spätere Rekonstruktion
zu einem möglichst exakten,
das Oberflächen
der Fahrbahn repräsentierenden
Messwert zu gelangen und um dessen Messposition auf der Oberfläche möglichst
genau festlegen zu können,
sind die Messdaten in einer besonders vorteilhaften Weise einem
Korrekturalgorithmus zu unterwerfen, welcher sich im Wesentlichen
in 8 Teilschritte gliedern lässt.
Die einzelnen mittels des wenigstens einen Abstandssensors aufgenommenen Messdaten
werden zur späteren
Rekonstruktion des Oberflächenprofils
der Fahrbahn auf Positionsdaten in einem 3-dimensionalen, durch Einheitsvektoren
x, y und z beschriebenen Messraum referenziert. Hierbei wird in
x- und y-Richtung eine Ebene im Wesentlichen parallel zur Erdoberfläche aufgespannt,
während
die Ablage der Messpunkte in z-Richtung senkrecht zu dieser Ebene
steht, und insbesondere die Erhabenheit dieser Messpunkte beschreibt.
Die x-Richtung wird im Allgemeinen so gewählt, dass sie mit der Fahrtrichtung
des Messfahrzeuges (1) im Wesentlichen übereinstimmt.
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Der
8-stufige Verfahrensablauf ist in 6 symbolisch
dargestellt, wobei jede Verfahrensstufe durch ein separates Rechteck-Symbol
repräsentiert wird;
gleiche Symbole verweisen auf im wesentlichen ähnliche Verfahrensabläufe, so
dass in der Wiederholung gleicher Symbole der quasi-rekursive Charakter
des quasi-rekursiven Korrekturalgorithmus deutlich zum Ausdruck
kommt. Im ersten Verarbeitungsschritt wird die gemessene, skalare
Fahrzeuggeschwindigkeit V in Richtung der Fahrzeuglagewinkel gedreht,
welche insbesondere durch den Inertialsensor gemessen werden. Die
Drehung erfolgt hierbei in Bezug auf den Wankwinkel WWank,
den Nickwinkel WNick und den Gierwinkel
WGier des Fahrzeuges. Der skalare Wert der
Fahrzeuggeschwindigkeit V wird hierbei insbesondere durch einen
Wegstreckenzähler
wie beispielsweise einem mit der Antriebsachse in Verbindung stehenden
Tachometer ermittelt.
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Durch
diese Drehung wird der skalare Geschwindigkeitswert V in einen 3-dimensionalen
Geschwindigkeitsvektor V(x, y, z) umgebildet. Die Integration dieser
Geschwindigkeit V(x, y, z) liefert sodann die Fahrzeugposition im
Raum und somit in Kenntnis der geometrischen Anordnung des wenigstens
einen Abstandssensors am Messfahrzeug dessen aktuelle Position im
Raum P(x, y, z). P(x, y, z) = f(WWank,
WNick, WGier)
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Ausgehend
von einem frei definierbaren Fahrzeugnullpunkt befindet sich der
wenigstens eine Abstandssensor an einer im ersten Ansatz bekannten
geometrischen Position mit Versatz zum Fahrzeugnullpunkt in x- und
y-Richtung; die Höhe
des Abstandssensors über
der Fahrbahn, d.h. die z-Position des Sensors an dessen x/y-Position
ergibt sich im ersten Ansatz aus dem gemessenen Abstandswert. Aus
diesen geometrischen Verhältnissen
wird nun im zweiten Verarbeitungsschritt ausgehende von den Fahrzeuglagewinkeln
die tatsächliche
dreidimensionale Ausrichtung L(x, y, z) des Messstrahls des Abstandssensors
im Raum bestimmt.
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Aus
der Kenntnis der Position des Abstandssensors im Raum P(x, y, z)
und dem Wissen um die Ausrichtung des Messstrahls L(x, y, z) kann
zwar auf die Messposition auf der Fahrbahnoberfläche geschlossen werden, um
aber auf deren korrekte Ablage zur Fahrbahnoberfläche schließen zu können, muss
dieser Wert in der 3. Verarbeitungsstufe des Korrekturalgorithmus
um den aktuellen Fahrzeughub Phub in z-Richtung
korrigiert werden. Ohne diesen Schritt, würde sich ein zeitlich veränderlicher
Fahrzeughub in einer entsprechenden Welligkeit des Oberflächenprofils
nach dessen Rekonstruktion aus den Messdaten abbilden. Der Fahrzeughub
wird durch zweifache Integration der durch den Inertialsensor ermittelten
Beschleunigung senkrecht zur Fahrbahn ermittelt. Das so erfasste
Bewegungsverhalten des Fahrzeuges in einer zur Fahrbahnoberfläche senkrechten Richtung
wird mit der zeitlichen Variation des Fahrzeughubes Phub gleichgesetzt.
In Kenntnis des Fahrzeughubes kann die korrekte Position des Abstandssensors
in z-Richtung Pz,neu korrigiert werden,
indem der Fahrzeughub Phub zur ursprünglichen
im ersten Verarbeitungsschritt ermittelten Position Pz addiert
wird: Pz,neu = Pz + Phub.
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Besonders
vorteilhaft wirkt es sich aus, wenn die mittels des Inertialsensors
ermittelten Beschleunigungswerte senkrecht zur Fahrbahn vor einer
der Integrationsstufen bei der zweifachen Integration über die
Zeit einer Hochpassfilterung unterzogen werden. Hierdurch können niederfrequente
Stör- und Rauscheinflüsse, welche
auf den Inertialsensor einwirken eliminiert werden.
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Ausgehend
hiervon lässt
sich im 4. Verarbeitungsschritt nun mittels der bereits im zweiten
Verarbeitungsschritt bestimmten 3-dimensionalen Ausrichtung L(x,
y, z) des Messstrahls die Position des Messpunktes auf der Fahrbahn
PMess(x, y, z) korrigieren: PMess,x = Px + Lx; PMess,y = Py + Ly; PMess,z = Pz,neu +
Lz
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Der
5. Verfahrensabschnitt dient dazu die Fahrzeuglage in Bezug auf
den Fahrzeugnickwinkel WNick dahingehend
zu korrigieren, dass die aus Beschleunigungs- und Bremsmanövern resultierenden Fahrzeugneigungen
Wkorr eliminiert werden. In besonders vorteilhafter
Weise lässt
sich die auf Beschleunigungs- und Bremsmanövern zurückzuführende Fahrzeugneigung Wkorr dadurch bestimmen, dass am Messfahrzeug
entlang der zur Fahrrichtung parallelen Fahrzeuglängsachse
neben dem wenigstens einen Abstandssensor ein weiterer Abstandssensor
versetzt angeordnet wird. Die beiden Abstandssensoren sind sodann
so anzusteuern, bzw. deren Messdaten sind so auszuwerten, dass von
beiden Sensoren Messwerte an derselben Messpo sition auf der Fahrbahnoberfläche ausgewertet
werden können.
In einem ersten Schritt wird sodann die Differenz Ldiff der
beiden Messstrahlen L1(x, y, z) und L2(x, y, z) gebildet. Aus dem arctan(Ldiff) und dem geometrischen Versatz bzw.
Abstand der Abstandssensoren in x-Richtung abs(L1,x–L2,x) lässt
sich ein Korrekturwert WNick,korr für den Nickwinkel
berechnen: WNick,korr =
arctan(Ldiff)/abs(L1,x – L2,x)
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Auf
diese Weise ergibt sich ein neuer Nickwinkel WNick,neu zu: WNick,neu = WNick + WNick,korr
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Unter
Rückgriff
auf den neu berechneten Nickwinkel WNick,neu erfolgt
in der 6. Verarbeitungsstufe analog zur Verarbeitungsstufe 1 eine
erneute Berechnung der Fahrzeugposition. PMess(x, y, z) = f(WWank,
WNick,neu, WGier)
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Ausgehend
von den nun gültigen
Winkellagen des Fahrzeuges erfolgt in der 7. Stufe der Verarbeitungskette,
analog zum vormaligen Verarbeitungsschritt 3, eine erneute Bestimmung
des Fahrzeughubs Phub ausgehend von der
durch den Inertialsensor ermittelten Beschleunigung senkrecht zur Fahrbahnoberfläche. In
Kenntnis dieses nachkorrigierten Wertes zum Zeitpunkt t1 des Fahrzeughubes Phub kann nun erneut die korrekte Position
des Abstandssensors in z-Richtung Pz,neu,t1 berechnet
werden, indem der Fahrzeughub Phub zur im
dritten Verarbeitungsschritt zum Zeitpunkt t0 erstmalig nachberechneten
Position Pz,neu,t0 addiert wird: Pz,neu,t1 = Pz,neu,t0 + Phub.
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Ausgehend
hiervon lässt
sich abschließend in
der letzten Verarbeitungsstufe analog zum 4. Verarbeitungsschritt
mittels der bereits im zweiten Verarbeitungsschritt bestimmten 3-dimensionale Ausrichtung
L(x, y, z) des Messstrahls die Positi on des Messpunktes auf der
Fahrbahn PMess(x, y, z) korrigieren und
damit erneut bestimmen: PMess,x =
Px + Lx; PMess,y = Py + Ly; PMess,z = Pz,neu + Lz
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Die
mittels des quasi-rekursiven Verfahrens ermittelten Positionen PMess(x, y, z) des Messpunktes auf der Fahrbahnoberfläche dienen
zur Zuordnung der Abstandsmesswerte und bilden mit diesen gemeinsam
die Grundlage für
die Rekonstruktion der Fahrbahnoberfläche.
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In
gewinnbringender Weise kann zur Bestimmung der Lage des Fahrzeuges
im Raum bzw. der Messposition ein Wegstreckenzähler oder ein Navigationssystem,
insbesondere ein DGPS-System, herangezogen werden. Eine Fusion der
mittels dieser Sensoren ermittelten Orts- und Richtungsinformation mit
den aus den Daten des Inertialsensors abgeleiteten Informationen
führt zu
einer Steigerung der Genauigkeit der Lage und Positionsbestimmung
des Messfahrzeugs bzw. der Messsensoren und in Folge zu einer Steigerung
der Qualität
der Oberflächenrekonstruktion.
Als Inertialsensor im Rahmen der Erfindung eignen sich jede Art
von Sensoren, mittels welchen man eine Bewegungsbestimmung im dreidimensionalen
Raum durchführen
kann, so beispielsweise auch ein System von gekoppelten GPS-Sensoren.