DE102005060173A1 - Sensoranordnung und Verfahren zum Ermitteln der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus - Google Patents

Sensoranordnung und Verfahren zum Ermitteln der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Ermitteln der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus. DOLLAR A Erfindungsgemäß zeichnet sich die Sensoranordnung dadurch aus, dass wenigstens ein Vertikalbeschleunigungssensor 8 und zwei Drehbeschleunigungssensoren 9; 10 enthalten sind, wobei mittels der Drehbeschleunigungssensoren 9; 10 zwei Winkelbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus um zwei unterschiedliche Achsen einer horizontalen Schnittebene 11 durch den Fahrzeugaufbau erfassbar sind. DOLLAR A Die Messsignale der in der Sensoranordnung enthaltenen Sensoren können für eine Fahrwerkregelung herangezogen werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung und ein Verfahren zum Ermitteln einer Bewegung eines Fahrzeugaufbaus.
  • Es sind Regelsysteme bekannt, bei denen Hub-, Nick- und Wankbewegungen eines Fahrzeugaufbaus durch die Beeinflussung von Fahrwerkelementen minimiert werden, um die Fahreigenschaften eines Fahrzeugs zu verbessern. Üblicherweise werden bei diesen Systemen verstellbare Stabilisatoren oder verstellbare hydraulische oder pneumatische Federungselemente eingesetzt.
  • Zur Durchführung der Fahrwerkregelung ist es erforderlich, die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus zu erfassen. Nach dem Stand der Technik werden hierzu Kombinationen von Vertikalbeschleunigungssensoren bzw. Wankwinkel- und Nickwinkelgeschwindigkeitssensoren eingesetzt. Der Einsatz von Winkelgeschwindigkeitssensoren hat jedoch den Nachteil, dass eine Bewegung erst dann erfasst werden kann, wenn der Winkel sich in ausreichendem Maße geändert hat.
  • Eine im Wesentlichen verzögerungsfreie Erfassung kann mit Hilfe von Vertikalbeschleunigungssensoren vorgenommen werden, die bei einer auftretenden Beschleunigung bereits bei geringen Wank- und Nickwinkeln ein Messsignal liefern. Hierzu ist es bekannt, drei Vertikalbeschleunigungssensoren an verschiedenen Stellen des Fahrzeugaufbaus anzuordnen, aus deren Messsignalen die Bewegung des Fahrzeugaufbaus bestimmt wird.
  • Die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus werden dabei aus Differenzen zwischen den Beschleunigungswerten ermittelt, die von den Sensoren erfasst werden. Bei zu geringen Abständen zwischen den Sensoren ergeben sich dabei nur geringe Differenzen zwischen den gemessenen Beschleunigungen, die leicht von Signalrauschen oder Ungenauigkeiten der Sensoren dominiert werden können. Um eine zuverlässige Bestimmung der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus vornehmen zu können, ist es daher erforderlich, die Sensoren in möglichst großem Abstand voneinander anzuordnen, wie es in der 1 verdeutlicht ist, in der die Vertikalbeschleunigungssensoren mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet sind. Üblich ist es, dass jeweils ein Sensor an den vorderen Raddomen und im Bereich der Hinterachse des Fahrzeugs positioniert ist.
  • Dabei besteht das Problem, dass für die Vertikalbeschleunigungssensoren drei verschiedene Einbaustellen innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen werden müssen, und dass eine aufwendige Verkabelung zum Verbinden der Sensoren mit einer die Fahrwerkregelung ausführenden Steuereinheit erforderlich ist.
    •
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst zuverlässige und verzögerungsfreie Bestimmung der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus und dabei einen möglichst einfachen Einbau von Sensoren zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
  • Demgemäß ist es vorgesehen, dass eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art so ausgeführt wird, dass wenigstens ein Vertikalbeschleunigungssensor und zwei Drehbeschleunigungssensoren enthalten sind, wobei mittels der Drehbeschleunigungssensoren zwei Winkelbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus um zwei unterschiedliche Achsen einer horizontalen Schnittebene durch den Fahrzeugaufbau erfassbar sind. Die Achsen, um welche die Winkelbeschleunigungen erfassbar sind, können sich also in zwei nahezu beliebigen, unterschiedlichen Richtungen der horizontalen Schnittebene erstrecken.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus zeichnet sich dadurch aus, dass die Bewegung anhand einer mittels eines Vertikalbeschleunigungssensors gemessenen Vertikalbeschleunigung sowie anhand zweier Winkelbeschleunigungen um zwei unterschiedliche Achsen einer horizontalen Schnittebene durch den Fahrzeugaufbau ermittelt wird, wobei die zwei Winkelbeschleunigungen mittels zwei Drehbeschleunigungssensoren gesessen wird.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Sensoranordnung eine zuverlässige und verzögerungsfreie Ermittlung der Bewegung des Fahrzeugaufbaus ermöglicht, wobei die in der Sensoranordnung enthaltenen Sensoren nicht in einem bestimmten räumlichen Abstand zueinander angeordnet werden müssen.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Bewegung anhand der mittels des Vertikalbeschleunigungssensors gemessenen Vertikalbeschleunigung, einer mittels eines ersten Drehbeschleunigungssensors gemessenen Nickwinkelbeschleunigung und einer mittels eines zweiten Drehbeschleunigungssensors gemessenen Wankwinkelbeschleunigung ermittelt wird.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind mittels eines ersten Drehbeschleunigungssensors eine Nickwinkelbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus und mittels eines zweiten Drehbeschleunigungssensors eine Wankwinkelbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus erfassbar.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Vertikalbeschleunigungssensor und die Drehbeschleunigungssensoren an im Wesentlichen einer Einbaustelle innerhalb des Fahrzeugaufbaus angeordnet sind.
  • Auf diese Weise müssen Signalleitungen lediglich von einer Einbaustelle aus zu einer die Messsignale der Sensoren verwendenden Steuereinheit verlegt werden.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbeschleunigungssensor und die Drehbeschleunigungssensoren gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind.
  • Die mittels der Drehbeschleunigungssensoren gemessenen Drehbeschleunigungen entsprechen der Nick- und Wankwinkelbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus. Die mittels des Vertikalbe schleunigungssensors gemessenen Vertikalbeschleunigung umfasst jedoch in der Regel einen Anteil, der infolge einer Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus auftritt, sowie rotatorische Anteile, die aufgrund von Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus an der Einbaustelle der Sensoranordnung hervorgerufen werden, so dass die Bewegung des Fahrzeugaufbaus in der Regel nicht direkt aus den Messsignalen der Sensoren ableitbar ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass aus den Messsignalen der Sensoren eine Vertikalbeschleunigung an einem Punkt innerhalb des Fahrzeugaufbaus ermittelbar ist, der außerhalb der Einbaustelle liegt.
  • Bei einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass aus Messsignalen der Sensoren die Vertikalbeschleunigung an einem Schnittpunkt einer Wankachse und einer Nickachse des Fahrzeugaufbaus bestimmbar ist.
  • Die am Schnittpunkt der Wank- und Nickachse des Fahrzeugaufbaus auftretende Vertikalbeschleunigung entspricht dabei gerade der Beschleunigung, die durch eine Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus hervorgerufen wird. Anhand dieser Vertikalbeschleunigung lässt sich in Verbindung mit der gemessenen Nickwinkelbeschleunigung und der Wankwinkelbeschleunigung die Bewegung des Fahrzeugaufbaus bestimmen bzw. charakterisieren.
  • Weiterhin zeichnet sich eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, dass aus den Messsignalen der Sensoren die Vertikalbeschleunigungen an drei verschiedenen Punkten des Fahrzeugaufbaus bestimmbar sind, wobei die Bewegung des Fahrzeugaufbaus anhand von Differenzen zwischen diesen Vertikalbeschleunigungen ermittelbar ist.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich zudem dadurch aus, dass die Sensoranordnung wenigstens einen weiteren Sensor enthält.
  • Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass es sich bei dem weiteren Sensor um einen Sensor aus der Gruppe umfassend einen Gierratensensor, einen Längsbeschleunigungssensor und einen Querbeschleunigungssensor handelt.
  • Ferner stellt die Erfindung ein Fahrwerkregelsystem zum Minimieren der Bewegung eines gefederten Fahrzeugaufbaus, umfassend wenigstens ein steuerbares Fahrwerkelement und eine Steuereinheit, mittels welcher das Fahrwerkelement steuerbar ist, bereit, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Sensoranordnung der zuvor dargestellten Art enthalten ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Fahrwerkelement in Abhängigkeit von Messsignalen des in der Sensoranordnung enthaltenen Vertikalbeschleunigungssensors und der in der Sensoranordnung enthaltenen Drehbeschleunigungssensoren steuerbar ist.
  • Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrwerkelement in Abhängigkeit von an drei verschiedenen Punkten des Fahrzeugaufbaus vorliegenden Vertikalbeschleunigungen steuerbar ist, wobei diese Vertikalbeschleunigungen aus den Messsignalen des in der Sensoranordnung enthaltenen Vertikalbeschleunigungssensors und der in der Sensoranordnung enthaltenen Drehbeschleunigungssensoren ermittelbar sind.
  • Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, dass das Fahrwerkelement in Abhängigkeit von der gemessenen Wankwinkelbeschleunigung, der gemessenen Nickwinkelbeschleunigung und einer Vertikalbeschleunigung an einem Schnittpunkt einer Wankachse und einer Nickachse des Fahrzeugaufbaus steuerbar ist, wobei diese Vertikalbeschleunigung anhand der Messsignale des in der Sensoranordnung enthaltenen Vertikalbeschleunigungssensors und der in der Sensoranordnung enthaltenen Drehbeschleunigungssensoren ermittelbar ist.
  • Ferner ist es bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Sensoranordnung innerhalb der Steuereinheit angeordnet ist.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.
  • Von den Figuren zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Fahrwerkregelsystem nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer ersten Ausführungsform sowie einer Fahrwerkregelung ausgestattet ist,
  • 3 in schematischer Darstellung eine horizontale Schnittebene durch den Fahrzeugaufbau mit verschiedenen Punkten, für welche die Vertikalbeschleunigung gemessen bzw. berechnet wird und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das mit der erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einer zweiten Ausführungsform sowie einer Fahrwerkregelung ausgestattet ist.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug mit Rädern 1, denen jeweils ein hydraulisches oder pneumatisches Federungselement 2 zugeordnet ist, das zwischen dem Rad 1 bzw. einem nicht dargestellten Radaufhängungselement und dem Fahrzeugaufbau angeordnet ist. Die Federungselemente 2 sind in einer dem Fachmann grundsätzlich bekannten Art ausgeführt und weisen eine Druckkammer auf, deren Volumen sich bei Federhüben verändert.
  • Das Fahrzeug verfügt ferner über eine Steuereinheit (ECU) 3, in der Steueranweisungen zur Beeinflussung der Federungselemente 2 erzeugt werden. Dies kann in einer Ausführungsform dadurch erfolgen, dass anhand der Steueranweisungen Drucksteuerungsmittel wie beispielsweise Druckquellen oder Drucksteuerungsventile angesteuert werden, mit denen der Druck in Druckkammern der Federungselemente 2 einstellbar ist. In einer weiteren Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass anhand der Steueranweisungen verstellbare Stabilisatoren angesteuert werden. Bei den Stabilisatoren handelt es sich um Federelemente, welche die Räder federbar relativ zueinander derart koppeln, dass unterschiedliche Federhübe an den Rädern 1 nur gegen den Widerstand des Stabilisators ausgeführt werden können.
  • Die Steueranweisungen werden innerhalb der Steuereinheit 3 insbesondere mittels einer Regelungseinheit erzeugt. Diese ermittelt die Steueranweisungen in Abhängigkeit von Bewegungsdaten, die die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus repräsentieren, derart, dass Bewegungen des Fahrzeugaufbaus, namentlich Hub-, Nick- und Wankbewegungen minimiert bzw. ausgeregelt werden.
  • Der Fahrzeugaufbau umfasst dabei alle Bestandteile des Fahrzeugs, ausgenommen die Räder 1, die Radaufhängungselemente und die Federungselemente 2. Unter einer Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus wird wie üblich eine Bewegung des Fahrzeugaufbaus in eine vertikale Richtung verstanden. Bei einer Nickbewegung handelt es sich um eine Drehbewegung des Fahrzeugaufbaus um eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Nickachse, die den Fahrzeugschwerpunkt enthält oder eine Verschiebung gegenüber dem Fahrzeugschwerpunkt aufweist. Unter einer Wankbewegung wird eine Drehbewegung des Fahrzeugaufbaus um eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Drehachse verstanden, die ebenfalls den Fahrzeugschwerpunkt enthalten oder eine Verschiebung gegenüber dem Fahrzeugschwerpunkt aufweisen kann.
  • Neben den die Bewegung des Fahrzeugaufbaus repräsentierenden Bewegungsdaten können der Fahrwerkregelung auch weiteren Datensignale S zugrunde gelegt werden, die der Steuereinheit 3 vorzugsweise über ein Bussystem wie den üblicherweise in Kraftfahrzeugen eingesetzten CAN-Bus (CAN: Controller Area Network) zugeführt werden. Dabei kann es sich insbesondere um Signale handeln, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Brems- und Gaspedalstellung, die Gierrate des Fahrzeugs, die Wankrate sowie weitere Fahrzeuggrößen repräsentieren.
  • Ferner können die Bewegungen der Räder 1 bzw. der Radaufhängungselemente erfasst werden. Hierfür werden in einer Ausführungsform Vertikalbeschleunigungssensoren 5 eingesetzt, die vorzugsweise an den Radaufhängungselementen angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform werden zur Erfassung der Bewegung der Räder 1 die Federhübe mittels an den Federungselementen 2 angeordneter Wegsensoren ermittelt. Die Messsignale der Vertikalbeschleunigungssensoren 5 oder der Wegsensoren werden dabei ebenfalls an die Steuereinheit 3 übermittelt und bei der Ermittlung der Steueranweisungen zur Beeinflussung der Federungselemente 2 berücksichtigt. Je nach Art des eingesetzten Fahrwerkregelungssystems kann jedoch auch auf die Bewegungsdaten einzelner oder aller Räder 1 verzichtet werden.
  • Insoweit entspricht die Ausgestaltung des Fahrzeugs bzw. des Fahrwerkregelsystems grundsätzlich der in der 1 dargestellten Ausgestaltung eines derartigen Systems nach dem Stand der Technik. Wie eingangs erläutert sind bei dem in der 1 dargestellten System jedoch drei räumlich voneinander getrennte Vertikalbeschleunigungssensoren 6 vorgesehen, deren Messsignale die die Bewegung des Fahrzeugaufbaus repräsentierenden Bewegungsdaten darstellen und bei der Fahrwerkregelung herangezogen werden. Insbesondere erfolgt die Regelung auf der Grundlage von Differenzen zwischen den gemessenen Vertikalbeschleunigungen, aus denen die Bewegung des Fahrzeugaufbaus ermittelt werden kann.
  • Die Erfindung sieht demgegenüber eine Sensoranordnung 7 vor, die einen Vertikalbeschleunigungssensor (ACC) 8 und zwei Drehbeschleunigungssensoren (PA, RA) 9, 10 enthält. Die Sensoren sind dabei in einer dem Fachmann an sich bekannten Weise ausgeführt.
  • Die Sensoranordnung 7 ist als Sensorcluster ausgeführt, der an einer beliebigen geeigneten Einbaustelle innerhalb des Fahrzeugaufbaus angeordnet sein kann. Insbesondere sind die Sensoren 8, 9, 10 dabei im Wesentlichen an derselben Einbaustelle angeordnet und vorzugsweise gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine zur Auswertung der Messsignale der Sensoren 8, 9, 10 vorgesehene Auswerteeinheit in dem Gehäuse angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Sensoren 8, 9, 10 bzw. die Auswerteeinheit signalmäßig über eine Datenleitung mit der Steuereinheit 3 verbunden. Dabei kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Messsignale der Sensoren oder die Ausgangssignale der Auswerteeinheit über das Bussystem des Fahrzeugs an die Steuereinheit 3 übermittelt werden. Vorzugsweise wird hier ebenfalls der in Kraftfahrzeugen üblicherweise eingesetzte CAN-Bus verwendet. In einer weiteren Ausführungsform ist die Sensoranordnung 7 in das Steuergerät 3 integriert.
  • Die Ermittlung der für die Fahrwerkregelung erforderlichen, die Bewegung des Fahrzeugaufbaus repräsentierenden Bewegungsdaten wird nun unter Bezugnahme auf 3 dargestellt. Diese zeigt in schematischer Darstellung eine horizontale Schnittebene 11 durch den Fahrzeugaufbau, die insbesondere die Einbaustelle der Sensoranordnung 7 enthält, welche schematisch als ein Punkt A veranschaulicht ist.
  • Der Vertikalbeschleunigungssensor 8 erfasst die an dem Punkt A bzw. an der Einbaustelle der Sensoranordnung vorliegende Vertikalbeschleunigung aZA, d.h. die Beschleunigung die an dem Punkte A des Fahrzeugaufbaus entlang der z-Richtung des in 3 dargestellten fest mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Koordinatensystems auftritt.
  • Der Drehbeschleunigungssensor (RA) 9 erfasst die Winkelbeschleunigung d2φ/dt2, die bei einer Drehbewegung der Sensoranordnung um die in Längsrichtung des Fahrzeugaufbaus (d.h. in x-Richtung) durch den Punkte A verlaufende Drehachse 12 auftritt. Hierbei handelt es sich um die bei Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus auftretende Wankwinkelbeschleunigung, so dass es sich bei dem Drehbeschleunigungssensor 9 um einen Wankwinkelbeschleunigungssensor handelt.
  • Der Drehbeschleunigungssensor (PA) 10 erfasst die Winkelbeschleunigung d2ϑ/dt2, die bei einer Drehbewegung der Sensoranordnung um die in Querrichtung des Fahrzeugaufbaus, (d.h. in y-Richtung) durch den Punkt A verlaufende Drehachse 13 auftritt. Diese Winkelbeschleunigung entspricht gerade der bei Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus auftretenden Nickwinkelbeschleunigung, so dass es sich bei dem Drehbeschleunigungssensor 10 um einen Nickwinkelbeschleunigungssensor handelt.
  • Die Winkelbeschleunigungen d2φ/dt2 und d2ϑ/dt2 können somit direkt als Bewegungsdaten zur Beschreibung der Bewegung des Fahrzeugaufbaus und zur Fahrwerkregelung herangezogen werden.
  • Die Vertikalbeschleunigung azA entspricht allerdings lediglich dann der infolge einer Hubbewegung der Fahrzeugaufbaus auftretenden Vertikalbeschleunigung, wenn sich die Einbaustelle der Sensoranordnung an dem Schnittpunkte der Wankachse und der Nickachse befindet. Im Allgemeinen setzt sich die an der Einbaustelle der Sensoranordnung auftretende Vertikalbeschleunigung azA jedoch aus einem infolge einer Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus auftretenden Anteil sowie aus infolge von Nick- und Wankbewegungen an dem Punkt A auftretenden rotatorischen Anteilen zusammen.
  • Daher ist es vorgesehen, dass anhand der erfassten Winkelbeschleunigungen d2φ/dt2 und d2ϑ/dt2 sowie anhand der erfassten Vertikalbeschleunigung azA innerhalb eines Modells des Fahrzeugaufbaus die Vertikalbeschleunigungen an weiteren Punkten des Fahrzeugaufbaus berechnet werden. In dem Modell wird von einem starren Fahrzeugaufbau ausgegangen, d.h. von unveränderbaren relativen Positionen der Bestandteile des Fahrzeugaufbaus.
  • Betrachtet man lediglich eine Drehbewegung des Fahrzeugaufbaus um eine bestimmte Drehachse, so tritt an einem Punkt einer horizontalen Schnittebene des Fahrzeugaufbaus die Vertikalgeschwindigkeit vz = r ω auf, wobei r den Abstand des Punktes zu der Drehachse und ω die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung bezeichnet. Hieraus ergibt sich, dass die Vertikalbeschleunigung an dem Punkt durch az = r dω/dt gegeben ist. Für die Differenz zwischen den Vertikalbeschleunigungen an dem der Einbaustelle der Sensoranordnung entsprechenden Punkt A und an einem weiteren Punkt B, der in der gleichen horizontalen Schnittebene liegt wie der Punkt A, gilt somit azA – azB = rAB dω/dt, wobei azB die Vertikalbeschleunigung an dem Punkt B bezeichnet und rAB = rzA – rzB gilt. Dieser Zusammenhang ist dabei auch dann gültig, wenn an den Punkten eine zusätzlich Vertikalbeschleunigung infolge einer Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus auftritt. Sie gilt zudem für Wank- und Nickbewegungen gleichermaßen.
  • Anhand eines Zusammenhangs der dargestellten Art lässt sich aus den Messsignalen des Vertikalbeschleunigungssensors 8 und aus den Messsignalen des Wankbeschleunigungssensors 9 und des Nickwinkelbeschleunigungssensors 10 die Vertikalbeschleunigung an einem beliebigen Punkt des Fahrzeugaufbaus ermitteln.
  • In 3 sind dabei zur Veranschaulichung neben dem Punkt A drei weitere Punkte B, C und D der Ebene 11 dargestellt, an denen die folgenden Vertikalbeschleunigungen azB, aZC und azC auftreten: azB = azA + ΔyB d2φ/dt2 – ΔxB d2ϑ/dt2 azC = azA – ΔyC d2φ/dt2 – ΔxC d2ϑ/dt2 azB = azA – ΔyD d2φ/dt2 + ΔxD d2ϑ/dt2
  • Mit Δyi ist der Abstand zwischen den Punkten A und i in Querrichtung des Fahrzeugaufbaus und mit Δxi der Abstand zwischen dem Punkt A und dem Punkt i in Längsrichtung des Fahrzeugaufbaus bezeichnet, wobei i einem der Punkte B, C oder D entspricht. Die Beziehungen gelten insbesondere, falls die Ebene 11 neben den Punkten A bis D auch den Schnittpunkt der Wankachse und der Nickachse enthalten. Bei den typischerweise auftretenden kleinen Wank- und Nickwinkeln können diese Beziehungen jedoch auch dann zur Berechnung der Vertikalbeschleunigungen azB, azC und azD herangezogen werden, wenn die ser Schnittpunkt nicht in der Ebene 11 liegt. Darüber hinaus erkennt der Fachmann, wie die Beziehungen gegebenenfalls anzupassen sind, um eine genaue Berechnung auch bei größeren Wank- und Nickwinkeln durchführen zu können, was im Rahmen der Erfindung ebenfalls vorgesehen sein kann.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird anhand einer Berechnung, die analog zu der zuvor dargestellten verläuft, die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus in dem Schnittpunkt zwischen der Nickachse und der Wankachse anhand der Messsignale azA, d2ϑ/dt2 und d2φ/dt2, der in der Sensoranordnung 7 enthaltenen Sensoren 8, 9, 10 ermittelt. Diese Vertikalbeschleunigung entspricht der infolge einer Hubbewegung des Fahrzeugaufbaus auftretenden Vertikalbeschleunigung. Zusammen mit der Nickbeschleunigung d2ϑ/dt2 und der Wankbeschleunigung d2φ/dt2 liegen dann die Größen bzw. Bewegungsdaten vor, welche die Bewegung des Fahrzeugaufbaus vollständig beschreiben. Diese Größen können in der Steuereinheit 3 zur Ausregelung der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus herangezogen werden. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die genannten Größen in der mit der Sensoranordnung 7 in einem Gehäuse integrierten Auswerteeinheit berechnet werden. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Sensorsignale azA, d2ϑ/dt2 und d2φ/dt2 an die Steuereinheit 3 übermittelt werden und dass die Berechnungen im Bereich der Steuereinheit 3 durchgeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden, wie in der 3 veranschaulicht, die Vertikalbeschleunigungen an drei verschiedenen Punkten innerhalb des Fahrzeugaufbaus berechnet, und der Fahrwerkregelung zugrunde gelegt. Insbesondere erfolgt die Regelung selbst dabei auf der Grundlage von Differenzen zwischen den Vertikalbeschleunigungen in analoger Weise, wie bei dem in 1 dargestellten Fahrwerkregelsystem nach dem Stand der Technik. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass im Rahmen der Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannte Steuereinheit 3 verwendet werden kann, da das gleiche Regelungsgesetz herangezogen werden kann. Die Steuereinheit 3 muss lediglich durch eine Auswerteeinheit ergänzt werden, welche die Vertikalbeschleunigungen an den drei Punkten aus den Messsignalen der in der erfindungsgemäßen Sensoranordnungen 7 enthaltenen Sensoren 8, 9, 10 ermittelt. Wie bereits erwähnt kann diese Auswerteeinheit dabei in demselben Gehäuse wie die Sensoranordnung 7 angeordnet sein.
  • In der 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der Vertikalbeschleunigungssensor 8 sowie die Drehbeschleunigungssensoren 9, 10 in einer Sensoranordnung enthalten sind, die zudem weitere Sensoren umfasst. Hierbei kann es sich wie schematisch in 4 dargestellt, insbesondere um einen Querbeschleunigungssensor 14, einen Längsbeschleunigungssensor 15 und einen Gierratensensor 16 handeln. Darüber hinaus können beispielsweise auch ein Nickratensensor und ein Wankratensensor in der Sensoranordnung enthalten sein, so dass bis zu neun inertiale Größen erfassbar sind. Diese Größen können zur Fahrwerkregelung in der Steuereinheit 3 herangezogen werden oder, beispielsweise über den CAN-Bus, einem weiteren Fahrzeugregler, wie beispielsweise einem Fahrdynamikregler zugeführt werden.
    •

Claims (16)

  1. Sensoranordnung zum Ermitteln der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Vertikalbeschleunigungssensor (8) und zwei Drehbeschleunigungssensoren (9; 10) enthalten sind, wobei mittels der Drehbeschleunigungssensoren (9; 10) zwei Winkelbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus um zwei unterschiedliche Achsen einer horizontalen Schnittebene (11) durch den Fahrzeugaufbau erfassbar sind.
  2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines ersten Drehbeschleunigungssensors (10) eine Nickwinkelbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus erfassbar ist und mittels eines zweiten Drehbeschleunigungssensors (9) eine Wankwinkelbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus erfassbar ist.
  3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbeschleunigungssensor (8) und die Drehbeschleunigungssensoren (9; 10) an im Wesentlichen einer Einbaustelle (A) innerhalb des Fahrzeugaufbaus angeordnet sind.
  4. Sensoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalbeschleunigungssensor (8) und die Drehbeschleunigungssensoren (9; 10) gemeinsam in einem Gehäu se angeordnet sind.
  5. Sensoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messsignalen der Sensoren (8; 9; 10) eine Vertikalbeschleunigung an einem Punkt (B; C; D) innerhalb des Fahrzeugaufbaus ermittelbar ist, der außerhalb der Einbaustelle liegt.
  6. Sensoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus Messsignalen der Sensoren (8; 9; 10) die Vertikalbeschleunigung an einem Schnittpunkt einer Wankachse und einer Nickachse des Fahrzeugaufbaus bestimmbar ist.
  7. Sensoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messsignalen der Sensoren die Vertikalbeschleunigungen an drei verschiedenen Punkten (B; C; D) des Fahrzeugaufbaus bestimmbar sind, wobei die Bewegung des Fahrzeugaufbaus anhand von Differenzen zwischen diesen Vertikalbeschleunigungen ermittelbar ist.
  8. Sensoranordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (7) wenigstens einen weiteren Sensor (14; 15; 16) enthält.
  9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den weiteren Sensoren um einen Sensor aus der Gruppe umfassend einen Gierratensensor (16), ei nen Längsbeschleunigungssensor (15) und einen Querbeschleunigungssensor (14) handelt.
  10. Fahrwerkregelsystem zum Minimieren der Bewegung eines gefederten Fahrzeugaufbaus, umfassend wenigstens ein steuerbares Fahrwerkelement (2) und eine Steuereinheit (3), mittels welcher das Fahrwerkelement (2) steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoranordnung (7) nach einem der vorangegangenen Ansprüche enthalten ist.
  11. Fahrwerkregelsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerkelement (2) in Abhängigkeit von Messsignalen des in der Sensoranordnung (7) enthaltenen Vertikalbeschleunigungssensors (8) und der in der Sensoranordnungen enthaltenen Drehbeschleunigungssensoren (9; 10) steuerbar ist.
  12. Fahrwerkregelsystem nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerkelement (2) in Abhängigkeit von an drei verschiedenen Punkten (B; C; D) des Fahrzeugaufbaus vorliegenden Vertikalbeschleunigungen steuerbar ist, wobei diese Vertikalbeschleunigungen aus den Messsignalen des in der Sensoranordnung (7) enthalten Vertikalbeschleunigungssensors und der in der Sensoranordnungen (7) enthaltenen Drehbeschleunigungssensoren (9; 10) ermittelbar sind.
  13. Fahrwerkregelsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrwerkelement (2) in Abhängigkeit von der gemessenen Wankwinkelbeschleunigung, der gemessenen Nickwinkelbeschleunigung und einer Vertikalbeschleunigung an einem Schnittpunkt einer Wankachse und einer Nickachse des Fahrzeugaufbaus steuerbar ist, wobei diese Vertikalbeschleunigung aus den Messsignalen des in der Sensoranordnung (7) enthalten Vertikalbeschleunigungssensors und der in der Sensoranordnungen (7) enthaltenen Drehbeschleunigungssensoren (9; 10) ermittelbar ist.
  14. Fahrwerkregelsystems nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (7) innerhalb der Steuereinheit (3) angeordnet ist.
  15. Verfahren zum Ermitteln der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung anhand einer mittels eines Vertikalbeschleunigungssensors (8) gemessenen Vertikalbeschleunigung sowie anhand zweier Winkelbeschleunigungen um zwei unterschiedliche Achsen einer horizontalen Schnittebene (11) durch den Fahrzeugaufbau ermittelt wird, wobei die zwei Winkelbeschleunigungen mittels zwei Drehbeschleunigungssensoren (9; 10) gesessen wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung anhand der mittels des Vertikalbeschleunigungssensors (8) gemessenen Vertikalbeschleunigung, einer mittels eines Drehbeschleunigungssensors (10) gemessenen Nickwinkelbeschleunigung und einer mittels eines Drehbeschleunigungssensors (9) gemessenen Wankwinkelbeschleunigungen ermittelt wird.
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