DE102006001436B4

DE102006001436B4 - Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Bewegungszustands eines Fahrzeugaufbaus

Info

Publication number: DE102006001436B4
Application number: DE102006001436A
Authority: DE
Inventors: Andreas GÄRTNER; Eberhard Hees; Stefan Rappelt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: US8428807B2; DE102006001436A1; CN101365599A; JP2009522169A; KR20080083283A; WO2007079733A2; WO2007079733A3; US20100228422A1; CN101365599B; KR101299828B1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Bewegungszustands eines Fahrzeugaufbaus (10) eines Fahrzeugs (1), welches wenigstens ein über eine Radaufhängung (6) an dem Fahrzeugaufbau (10) federnd gelagertes Rad (2) aufweist, wobei
– eine Einfederung (z_rel) des Rads (2) mittels eines Weg- oder Winkelsensors (21) gemessen wird,
– eine Einfederungsgeschwindigkeit (ż_rel) des Rads (2) durch zeitliches Differenzieren der Einfederung (z_rel) des Rads (2) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
– eine Vertikalbeschleunigung (z .._RAD) des Rads (2) mittels eines am Rad (2) oder an einem Radträger (16) angeordneten Beschleunigungssensors (22) gemessen wird,
– eine Vertikalgeschwindigkeit (ż_RAD) des Rads (2) durch zeitliches Integrieren der Vertikalbeschleunigung (z .._RAD) des Rads (2) bestimmt wird, und
– eine Vertikalgeschwindigkeit (ż_AUFB) des Fahrzeugaufbaus (10) durch Bilden einer Differenz aus der Vertikalgeschwindigkeit (ż_RAD) des Rads (2) und der Einfederungsgeschwindigkeit (ż_rel) des Rads (2) berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Bewegungszustands eines Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeugs, welches wenigstens ein über eine Radaufhängung an dem Fahrzeugaufbau federnd gelagertes Rad aufweist, wobei eine Einfederung des Rads mittels eines Weg- oder Winkelsensors gemessen wird, und eine Einfederungsgeschwindigkeit des Rads durch zeitliches Differenzieren der Einfederung des Rads bestimmt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau, wenigstens einem Rad, welches über eine Radaufhängung federnd an dem Fahrzeugaufbau gelagert ist, zumindest einem Beschleunigungssensor und wenigstens einem in der Radaufhängung angeordneten Weg- oder Winkelsensor, mittels welchem die Einfederung des Rads erfassbar ist, und einem dem Weg- oder Winkelsensor nachgeschalteten Differentiator.
Sensorische Systeme zur messtechnischen Bestimmung von Bewegungs-Freiheitsgraden von Aufbau und Fahrwerk in Fahrzeugen können auf verschiedene Weisen realisiert werden, wobei die Bestimmung der Bewegungs-Freiheitsgrade z. B. erfolgt:

– Durch Messung von Laufzeiten, d. h. mit Hilfe eines im Bereich von Radaufhängung und/oder Aufbau angeordneten Sensorsystems, das elektromagnetische Wellen emittiert und über die Laufzeitmessung gegenüber einem korrespondierenden Objekt einen entsprechenden Relativabstand ermittelt. Grundsätzlich sind Größen relativ zu einem definierten Bezugssystem – auch zeitlich abgeleitet – möglich. Die Technik kann etwa zur dynamischen Abstandserfassung des Aufbaus gegenüber der Straßenoberfläche oder aber auch gegenüber einer definierten Satellitenposition oberhalb der Erdoberfläche genutzt werden. Durch geeignete Anordnung mehrerer Sensoren sind auch weitere Bewegungs-Freiheitsgrade wie Wanken und Nicken relativ zum korrespondierenden Objekt möglich. Im Allgemeinen erscheint eine Lagedefinition des Aufbaus nach dem GPS-Prinzip für eine vertikaldynamische Aufbauregelung auf Grund von Genauigkeitsanforderungen und Verfügbarkeitsanforderung heute als nicht realistisch. Fahrzeugseitige optoelektronische Sensorik ist hingegen aufwändig und daher eher für messtechnische Aufgabenstellungen einsetzbar.
– Durch Relativwegmessung, d. h. mit Hilfe eines im Bereich von Radaufhängung und/oder Aufbau angeordneten Sensorsystems, das über ein magnetisches oder elektrisches Funktionsprinzip die Relativposition zwischen einem Geberelement und einem Sensor bestimmt. Geber und Sensor sind an gegeneinander in ihrer Stellung veränderlichen Komponenten der Radaufhängung und/oder des Aufbaus angebracht. Da beispielsweise bei Einfederbewegungen der Radaufhängung reproduzierbare Lageänderungen zwischen diesen Komponenten auftreten, die als proportional zum Einfederweg gelten können, wird nun der Messwert des Sensors für die messtechnische Ermittlung dieser Größen herangezogen. Mögliche Prinzipien sind magneto-resistive Sensoren, ebenso Hall-Sensoren, induktive oder ohmsche Sensoren.
– Durch Beschleunigungsmessung, d. h. mit Hilfe von seismisch empfindlichen Sensorsystemen, die ein der Beschleunigung des Aufnehmers proportionales Ausgangssignal darstellen. Die Anordnung erfolgt z. B. am Fahrzeugaufbau. Die Beschleunigung ist eine absolute Größe gegenüber einem ortsfesten Inertialsystem, beispielsweise dem Erdmittelpunkt. Durch einfache zeitliche Integration können die Absolutgeschwindigkeit, bei nochmaliger Integration die Absolutlage ermittelt werden. Speziell letzteres ist durch das fehlerbehaftete Sensorsignal regelmäßig nur mit hohem Aufwand unter Einsatz spezieller Filtertechniken möglich. Grundsätzlich ist durch die sehr kleine seismische Masse des Sensors die Erfassung hochfrequenter starker Beschleunigungen leichter darstellbar als die von tieferfrequenten Bewegungen. Bei Verwendung mehrerer Sensoren an unterschiedlichen Bauteilen ist auch eine Berechnung von Relativbeschleunigung und -geschwindigkeit zwischen den Bauteilen in definierter Richtung realisierbar. Der Sensor selbst ist auf Grund seines Funktionsprinzips sehr empfindlich gegenüber stationären und dynamischen Änderungen seiner Achsenlage – bei entsprechender Anordnung und Auswertalgorithmik kann diese Richtungsabhängigkeit des Sensors gegenüber dem Erdschwerefeld aber auch zur Bestimmung von Winkellagen im Raum genutzt werden.

Die oben beschriebenen Prinzipien können sowohl bei der Bestimmung der primären Bewegungszustände von Kraftfahrzeugen als auch bei der Bestimmung der entsprechenden Zustände in passiven und/oder aktiven Fahrwerks-Kraftelementen angewendet werden.
Aus der EP 1 424 225 A2 ist z. B. ein Lager für einen Lenker einer Radaufhängung eines Fahrzeugs bekannt, wobei das Lager wenigstens einen im und am Lager angeordneten Sensor aufweist, der die relative Bewegung der durch das Lager miteinander verbundenen Fahrzeugteile ermittelt. Insbesondere kann dieses Lager zur Messung des Niveaus des Fahrzeugs eingesetzt werden.
Die DE 103 33 997 A1 offenbart eine Sensoranordnung für ein Landfahrzeug mit einer Karosserie und zumindest einem Rad, wobei die Sensoranordnung einen Niveausensor zum Messen der Relativlage des zumindest einen Rades gegenüber der Karosserie umfasst. Der Niveausensor weist elektronische Bauteile auf, die in einem Gehäuse angeordnet sind, in dem wenigstens ein Beschleunigungssensor vorgesehen ist. Ferner ist ein Landfahrzeug mit einer Karosserie und vier Rädern offenbart, wobei zwischen zumindest drei der Räder und der Karosserie je eine derartige Sensoranordnung vorgesehen ist.
Aus der gattungsbildenden DE 101 26 933 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Stärke der Dämpfung eines einstellbaren Dämpfers in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei der Abstand zwischen einem Rad und dem Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs unter Verwendung von Abstandssensoren gemessen und eine Differenz aus den von diesen Sensoren gelieferten Abstandssensorsignalen gebildet wird. Aus der Differenz der Abstandssensorsignale werden über einen festen Zeitunterschied Dämpfungsgeschwindigkeitssignale bestimmt, woraus die Dämpfungsgeschwindigkeit ermittelt wird. Die Stärke der Dämpfung wird nun in Abhängigkeit von der Dämpfungsgeschwindigkeit gesteuert. Ein Hochpassfilter wird zum Herausfiltern von niedrigen Frequenzen unterhalb von 2 Hertz aus den Abstandsignalen verwendet. Ferner werden die Abstandssensorsignale durch einen Tiefpassfilter gefiltert, dessen Ausgangssignale zum Berechnen der Dämpfungsgeschwindigkeitssignale verwendet werden. Als Sensoren können bereits verfügbare Sensoren einer Niveauregulierung oder einer Luftfederung verwendet werden, wobei die Dämpfungsgeschwindigkeit bevorzugt für jedes Rad bestimmt wird. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus kann mittels eines an diesem montierten Beschleunigungssensors erfasst werden. Alternativ wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus aus einem Dämpfungsgeschwindigkeitssignal mit herausgefilterter Radgeschwindigkeitskomponente ermittelt.
Die Verwendung eines aufbauseitigen Beschleunigungssensors in Kombination mit fahrwerksseitigen Abstandssensoren führt aber zu einem erhöhten Bauaufwand und relativ hohen Kosten. Ferner ist die alternative Ermittlung der Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus aus einem Dämpfungsgeschwindigkeitssignal mit herausgefilterter Radgeschwindigkeitskomponente ungenau.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verwendung eines Weg- oder Winkelsensors und eines Beschleunigungssensors wenigstens einen Bewegungszustand des Fahrzeugaufbaus mit großer Genauigkeit zu bestimmen, wobei der Bauaufwand, insbesondere der Bauraum für die Sensorik, reduziert werden soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Bewegungszustands eines Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, welches wenigstens ein über eine (erste) Radaufhängung an dem Fahrzeugaufbau federnd gelagertes (erstes) Rad aufweist, umfasst die Verfahrensschritte:

– Messen einer Einfederung des Rads mittels eines (ersten) Weg- oder Winkelsensors,
– Bestimmen einer Einfederungsgeschwindigkeit des Rads durch zeitliches Differenzieren der Einfederung des Rads,
– Messen einer Vertikalbeschleunigung des Rads mittels eines (ersten) am Rad oder an einem Radträger angeordneten Beschleunigungssensors,
– Bestimmen einer Vertikalgeschwindigkeit des Rads durch zeitliches Integrieren der Vertikalbeschleunigung des Rads und
– Berechnen einer (ersten) Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus durch Bilden der Differenz aus der Vertikalgeschwindigkeit des Rads und der Einfederungsgeschwindigkeit des Rads.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als (erster) Bewegungszustand des Fahrzeugaufbaus eine Vertikalgeschwindigkeit desselben berechnet, wobei es möglich ist, sowohl den Beschleunigungssensor als auch den Weg- oder Winkelsensor in der Radaufhängung und/oder am Rad vorzusehen. Insbesondere ist es nicht mehr erforderlich, den Beschleunigungssensor am Fahrzeugaufbau zu befestigen. Somit können beide Sensoren in enger räumlicher Nähe zueinander in der Radaufhängung angeordnet werden, wodurch der Bauaufwand bzw. der Bauraum reduzierbar ist.
Unter dem Begriff „Einfederung" wird insbesondere der vertikale Abstand des jeweiligen Rads zum Fahrzeugaufbau bezeichnet. Ferner ist der Begriff „vertikal" derart zu verstehen, dass die vertikale Richtung parallel zur Fahrzeughochachse verläuft oder mit dieser zusammenfällt. Insbesondere erfolgt die Differenzbildung derart, dass die Einfederungsgeschwindigkeit des Rads von der Vertikalgeschwindigkeit des Rads subtrahiert wird.
Bevorzugt weist das Fahrzeug wenigstens ein über eine zweite Radaufhängung an dem Fahrzeugaufbau federnd gelagertes zweites Rad auf, wobei

– die beiden Räder Teil einer gemeinsamen Fahrzeugachse sind,
– eine Einfederung des zweiten Rads mittels eines zweiten Weg- oder Winkelsensors gemessen wird,
– eine Einfederungsgeschwindigkeit des zweiten Rads durch zeitliches Differenzieren der Einfederung des zweiten Rads bestimmt wird,
– eine Vertikalbeschleunigung des zweiten Rads mittels eines zweiten am Rad oder an einem Radträger angeordneten Beschleunigungssensors gemessen wird,
– eine Vertikalgeschwindigkeit des zweiten Rads durch zeitliches Integrieren der Vertikalbeschleunigung des zweiten Rads bestimmt wird und
– eine zweite Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus durch Bilden einer Differenz aus der Vertikalgeschwindigkeit des zweiten Rads und der Einfederungsgeschwindigkeit des zweiten Rads berechnet wird.

Gemäß dieser Weiterbildung wird als zweiter Bewegungszustand des Fahrzeugaufbaus eine zweite Vertikalgeschwindigkeit desselben berechnet, wobei die Differenzbildung insbesondere derart erfolgt, dass die Einfederungsgeschwindigkeit des zweiten Rads von der Vertikalgeschwindigkeit des zweiten Rads subtrahiert wird.
Da nun die Vertikalgeschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus hinsichtlich beider Räder einer Fahrzeugachse vorliegen, kann auch die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus ermittelt werden. Hierzu wird die Differenz aus den beiden Vertikalgeschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus gebildet und anschließend bevorzugt durch ein Bezugsmaß dividiert, welches z. B. durch die Spurweite der Achse bzw. durch den Abstand der beiden Sensoren zueinander gegeben ist. Die Wankgeschwindigkeit bildet einen dritten Bewegungszustand des Fahrzeugaufbaus.
Das Fahrzeug weist insbesondere wenigstens ein über eine dritte Radaufhängung an dem Fahrzeugaufbau federnd gelagertes drittes Rad auf, welches Teil einer zweiten Fahrzeugachse ist. Dabei kann die Vertikalbeschleunigung des dritten Rads mittels eines dritten Beschleunigungssensors gemessen werden. Bevorzugt wird die Vertikalbeschleunigung des dritten Rads aber dadurch bestimmt, dass wenigstens eine der gemessenen Vertikalbeschleunigungen von einem der anderen Räder zeitlich verzögert wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei herkömmlichen Fahrzeugen ab einer gewissen Geschwindigkeit im Straßenbetrieb eine durch die Fahrbahn (Straße) hervorgerufene Anregung eines der Vorderräder regelmäßig zeitlich verzögert an einem Hinterrad derselben Seite auftritt. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann mit einem Sensor gemessen und die Dauer des zeitlichen Verzögerns in Abhängigkeit von der gemessenen Geschwindigkeit bestimmt werden. Ferner weisen die Vorderachse und die Hinterachse bevorzugt die gleiche oder in etwa die gleiche Spurweite auf.
Mit dem Verfahrensschritt des zeitlichen Verzögerns, z. B. unter Anwendung einer Schiebefunktion, ist es möglich, eine Vertikalbeschleunigungsmessung für das dritte Rad und somit auch einen Beschleunigungssensor für das dritte Rad einzusparen. Entsprechendes gilt, sofern vorhanden, auch für ein viertes Rad, welches bevorzugt zusammen mit dem dritten Rad Teil einer gemeinsamen zweiten Fahrzeugachse ist. Es ist aber auch möglich, die für das erste Rad durchgeführten Messungen, Berechnungen und Bestimmungen bzw. die im Zusammenhang mit dem ersten Rad durchgeführten Verfahrensschritte auch für das dritte und/oder das vierte Rad des Fahrzeugs durchzuführen.
Der Fahrzeugaufbau kann vereinfacht als Ebene betrachtet werden, wobei die Lage einer Ebene im Raum durch drei Punkte eindeutig bestimmbar ist. Bevorzugt wird daher eine Einfederung des dritten Rads mittels eines dritten Weg- oder Winkelsensors gemessen, wobei durch zeitliches Differenzieren der Einfederung des dritten Rads eine Einfederungsgeschwindigkeit des dritten Rads bestimmt wird. Die für das dritte Rad ermittelte Vertikalbeschleunigung kann zum Bestimmen einer Vertikalgeschwindigkeit des dritten Rads zeitlich integriert werden, wobei die Vertikalbeschleunigung des dritten Rads entweder durch Messung mit einem dritten Beschleunigungssensor oder durch zeitliches Verzögern des mit z. B. dem ersten und/oder zweiten Beschleunigungssensor ermittelten Beschleunigungssignals gewonnen wird. Als dritter Bewegungszustand kann nun eine dritte Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus durch Bilden der Differenz aus der Vertikalgeschwindigkeit des dritten Rads und der Einfederungsgeschwindigkeit des dritten Rads berechnet werden, wobei die Differenzbildung insbesondere derart erfolgt, dass die Einfederungsgeschwindigkeit des dritten Rads von der Vertikalgeschwindigkeit des dritten Rads subtrahiert wird. Es stehen somit drei Vertikalgeschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus zur Verfügung, um dessen Bewegungszustand zu beschreiben.
Ergänzend ist es möglich, auch für das vierte Rad eine Einfederungsmessung und eine Bestimmung der Vertikalbeschleunigung vorzunehmen, um in analoger Weise eine vierte Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus zu erhalten.
Jede der Vertikalgeschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus ist bevorzugt einer Ecke (Corner) desselben zugeordnet, wobei die Ecken jeweils durch einen Schnittpunkt charakterisiert sein können, den eine Gerade (vertikale Achse) mit dem Fahrzeugaufbau ausbildet, die von dem jeweiligen Radmittelpunkt aus vertikal nach oben bzw. parallel zur Fahrzeughochachse in Richtung Fahrzeugaufbau verläuft. Ferner kann eine Fahrzeugfeder für jedes Rad als auf der jeweiligen vertikalen Achse liegend angenommen werden. Unabhängig von dieser Annahme kann die tatsächliche Lage der Fahrzeugfeder für jedes Rad aber auch von dieser vertikalen Achse abweichen.
Die von den Sensoren gemessenen Signale können insbesondere im hohen wie auch im tiefen Frequenzbereich Signalanteile aufweisen, die für die Bestimmung des oder der Bewegungszustände des Fahrzeugaufbaus störend sind. Aus diesem Grund werden bevorzugt vor dem zeitlichen Differenzieren und/oder vor dem zeitlichen Integrieren die mittels der Sensoren gewonnenen Signale einer Filterung, insbesondere einer Bandpassfilterung unterzogen, so dass die störenden Signalanteile herausgefiltert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Fahrzeugaufbau, wenigsten einem (ersten) Rad, welches über eine (erste) Radaufhängung federnd an dem Fahrzeugaufbau gelagert ist, zumindest einem (ersten) . Beschleunigungssensor und wenigstens einem in der Radaufhängung angeordneten (ersten) Weg- oder Winkelsensor, durch den oder mittels welchem die Einfederung des Rads erfassbar ist, und einem dem Weg- oder Winkelsensor nachgeschalteten Differentiator, wobei der Beschleunigungssensor am Rad oder an einem Radträger angeordnet ist, dem Beschleunigungssensor ein Integrator nachgeschaltet ist, und wobei dem Integrator und dem Differentiator ein Subtrahierer nachgeschaltet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug sind sowohl der Beschleunigungssensor als auch der Weg- oder Winkelsensor in der Radaufhängung und/oder am Rad bzw. Radträger vorgesehen, so dass die beiden Sensoren in enger räumlicher Nähe zueinander angeordnet werden können. Der Beschleunigungssensor weist insbesondere einen Abstand zum Fahrzeugaufbau auf und ist z. B. am Radträger befestigt. Bevorzugt ist der Beschleunigungssensor zusammen mit dem Weg- oder Winkelsensor in einem gemeinsamen Gehäuse oder Gelenk (z. B. Kugelgelenk) angeordnet oder integriert, so dass eine besonders kompakte und platzsparende Sensoranordnung erzielbar ist. Dabei kann das Gehäuse oder Gelenk am Rad, am Radträger oder an einem Lenker befestigt sein. Das Gelenk dient z. B. dazu, den Radträger mit dem Lenker zu verbinden, über welchen der Radträger bzw. das Rad an dem Fahrzeugaufbau angelenkt ist. Die räumliche Zusammenfassung von Beschleunigungssensor und Weg- oder Winkel-Sensor kann auch als Sensorcluster bezeichnet werden und ist bevorzugt mit einer eigenen elektronischen Signalverarbeitung und einer gemeinsamen elektronischen Signalschnittstelle ausgestattet. Insbesondere bildet der Sensorcluster ein Modul mit einer gemeinsamen Signalverarbeitung oder Auswerteeinrichtung, die unter anderem eine Temperaturkompensation, einen Speicher, ein Kennfeld zur Linearisierung, einen Digitalrechner und/oder eine Möglichkeit zur Eigendiagnose aufweisen kann. Das Modul kann das Gehäuse umfassen und/oder das Gelenk bilden und ist bevorzugt als zusammenhängende Einheit austauschbar.
Von dem Weg- oder Winkelsensor ist ein die Einfederung des Rads charakterisierendes Signal abgebbar, das mittels des Differentiators in ein die Einfederungsgeschwindigkeit des Rads kennzeichnendes Signal umgewandelt wird. Ferner ist von dem Beschleunigungssensor ein die Vertikalbescheunigung des Rads charakterisierendes Signal abgebbar, das mittels des Integrators bzw. von dem Integrator in ein die Vertikalgeschwindigkeit des Rads kennzeichnendes Signal umgewandelt wird. Von dem Subtrahierer sind die beiden Geschwindigkeitssignale voneinander subtrahierbar, wobei insbesondere das mittels des Differentiators gewonnenen Signal von dem von dem Integrator gewonnenen Signal subtrahierbar ist. Ergänzend kann zwischen dem Beschleunigungssensor und dem Integrator und/oder zwischen dem Weg- oder Winkelsensor und dem Differentiator jeweils ein Filter geschaltet sein, der störende Signalanteile herausfiltert und insbesondere als Bandpassfilter ausgelegt ist.
Die Anordnung von Weg- oder Winkelsensor mit nachgeschaltetem Differentiator und Beschleunigungssensor mit nachgeschaltetem Integrator, wobei dem Integrator und dem Differentiator gemeinsam ein Subtrahierer nachgeschaltet ist, ist mehrfach vorsehbar, wobei jede dieser Anordnungen jeweils einem Rad zugeordnet sein kann, welches über eine zugehörige Radaufhängung federnd an dem Fahrzeugaufbau gelagert ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder dem erfindungsgemäßen Fahrzeug sind insbesondere folgende Vorteile erzielbar:

– die Einsparung von aufbauseitiger Sensorik zur Bestimmung von Bewegungsgrößen des Aufbaus,
– die Nutzung von ausschließlich im Fahrwerk bzw. in der Radaufhängung angeordneter Sensorik zur Bestimmung von Bewegungsgrößen des Aufbaus (bei Nutzung geeigneter Sensorik ist die Relativwegbestimmung räumlichphysikalisch vollständig der Systemdomäne Fahrwerk zugehörig – es existiert insbesondere keine Schnittstelle zum Aufbau),
– die Verschleifung der Dynamik der jeweiligen Berechnungskette bei der Berechnung der Aufbau-Zustandsgrößen in einem definierten Frequenzband mit Hilfe einer Filterbeschaltung.

Ferner liegen Vorteile der Erfindung:

– in der Substitution von Sensorik,
– in der möglichen räumlichen Zusammenfassung von Sensorik (Clusterung), wodurch eine Reduzierung auf drei Sensorcluster realisierbar ist (bei Implementierung lokaler Intelligenz in einen Mastersensor und Aufbau einer Kommunikationskette ist die Weitergabe einer qualifizierten Datenbasis für eine Vielzahl von Regelsystemen denkbar; die Clusterung könnte umfassen: Raddrehzahl, Rad-Vertikalbeschleunigung und Einfederweg) und
– in der möglichen maximalen Ausnutzung von Regelsystem-Funktionen durch hohe Genauigkeit bei der Relativwegbestimmung, z. B. des Dämpfers, so dass lageabhängige Regelungsstrategien darstellbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1: eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2: eine schematische Darstellung einer Radaufhängung nach 1,
3: ein Verlauf absoluter vertikaldynamischer Bewegungsgrößen des Fahrzeugs bei Überfahren einer unebenen Straßenoberfläche,
4: eine Veranschaulichung der Bestimmung einer Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus,
5: eine vereinfachte perspektivische Ansicht des Fahrzeugs nach 1 mit einer Veranschaulichung von Bewegungszuständen des Fahrzeugaufbaus,
6: eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Fahrzeugs nach 1 mit Sensoren,
7: eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Fahrzeugaufbaus nach 1,
8: ein schematisches Blockschaltbild zur Bestimmung einer Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus,
9: ein schematisches Blockschaltbild zur Verzögerung einer Vertikalbeschleunigung eines Rads, und
10: eine schematische Darstellung eines Kugelgelenks mit Sensoren.
Aus 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, wobei vier Räder 2, 3, 4 und 5 jeweils über eine Radaufhängung 6, 7, 8 und 9 mit einem Fahrzeugaufbau 10 verbunden sind. Die beiden Räder 2 und 3 sind Teil einer Vorderachse (VA) 11, und die beiden Räder 4 und 5 sind Teil einer Hinterachse (HA) 12.
Durch eine geeignete Anordnung von ausschließlich fahrwerksseitiger Sensorik (z. B. Weg- oder Winkelsensor, Beschleunigungssensor) in Kombination mit einer nachgeschalteten Signalverarbeitung (z. B. Differentiator, Integrator, Subtrahierer, ggf. Filter) lassen sich auch die absoluten Bewegungszustände (z. B. Vertikalgeschwindigkeiten, Wankgeschwindigkeit etc.) des Aufbaus in hoher Genauigkeit im Fahrzeug bestimmen. Dabei kann auf eine aufbauseitige Sensorik verzichtet werden. Die von den Sensoren erfasste Datenbasis kann eine Grundlage für vertikaldynamisch wirksame Fahrwerksregelsysteme, wie z. B. für eine semi-aktive Dämpferregelung oder wie für eine Wankstabilisierung mit aktiven Stabilisatoren, bilden.
Die relevanten Bezugsgrößen können am Beispiel eines Zwei-Massen-Schwingungsmodells (sog. Viertelfahrzeug), das eine vereinfachte lineare Entsprechung zum vertikalen Freiheitsgrad des Schwingungssystems Fahrzeug bildet, aufgezeigt werden. Aufbaumasse und Radmasse – diese entspricht insbesondere dem Gewicht von Rad, Reifen, Radträger und gegebenenfalls Bremse inklusive einem anteiligen Gewicht der mit dem Radträger verbundenen Radführungs- und Antriebskomponenten- sind über Feder- und Dämpfungselemente miteinander verbunden. Das Rad selbst ist gegenüber der Fahrbahn ebenfalls federnd abgestützt und wird durch diese vertikal angeregt.
Ein zeitlicher Verlauf folgender Bewegungsgrößen ergibt sich z. B. bei Überfahren einer üblichen unebenen Straßenoberfläche:

z_AUFB:: absoluter Vertikalweg des Fahrzeugsaufbaus
z_RAD:: absoluter Vertikalweg des Rades
z_rel:: relativer Vertikalweg Rad zu Aufbau
z_STRA:: Fußpunktlage der Anregung; z. B. definiert durch Straßenoberfläche.

Die einfache bzw. zweifache zeitliche Ableitung dieser Größen ergibt die entsprechenden Vertikalgeschwindigkeiten respektive -beschleunigungen. Die eingesetzte Sensorik zur Erfassung der Bewegungszustände von Rad und Aufbau weist Beschleunigungssensoren und Relativwegsensoren auf. Um daraus Vertikalgeschwindigkeiten, wie sie als Eingangsgrößen für eine Dämpfungsregelung gewünscht sind, zu bestimmen, werden die Beschleunigungssignale z .._RAD zeitlich integriert und gefiltert, die Relativwegsignale z_rel hingegen zeitlich differenziert und gefiltert. Ziel dieses Verfahrens ist es, die Aufbau-Vertikalgeschwindigkeit zu bestimmen. Dabei kann auf am Aufbau angeordnete Beschleunigungssensorik verzichtet werden. Statt dessen werden Beschleunigungsaufnehmer an der Radmasse in Kombination mit Relativwegsensoren, die den Abstand zwischen Rad und Aufbau messen, herangezogen.
Mit Hilfe der den Sensoren nachgeschalteten Berechnungskette erfolgt für jedes Corner des Fahrzeugs eine numerische Verarbeitung der gemessenen Signale z_rel und z .._RAD.
Das Beschleunigungssignal wird bandpassgefiltert, zum einen um höherfrequente Rauschanteile aber auch Bewegungsanteile in Frequenzspektren, die auf die Aufbauregelung keinen nennenswerten Einfluss ausüben sollen und die Aufbaulage aufgrund der Feder-Dämpferkopplung von Rad- und Aufbau-Masse im Allgemeinen nicht beeinflussen, zu unterdrücken, zum anderen, um stationäre Anteile am Signal (Offsets, langsame Schwankungen) zu kompensieren, welche bei der nachfolgenden zeitlichen Integration zu einer Signaldrift führen würden. Die integrierte bandpassgefilterte Ausgabegröße bildet eine Entsprechung zur absoluten Rad-Vertikalgeschwindigkeit.
Das Signal des Relativwegsensors wird bevorzugt ebenfalls bandpassgefiltert. Der Hochpassanteil dieses Filters wird jedoch schwerpunktmäßig mit dem Ziel genutzt, die dynamischen Übertragungseigenschaften der Filterung auf die der Beschleunigungssignal- Filterung hin anzupassen. Dabei sollen die Phasenunterschiede durch entsprechende Abstimmung der jeweiligen Signalfilter-Eigenschaften sehr klein gehalten werden, da sonst bei der späteren Summation der Signale laufzeitfehlerbedingte Fehler entstehen können. Der Filter dient somit insbesondere als Phasenkorrekturglied (die Phase entsteht schon dadurch, dass ein Differenzierer und ein Integrierer könträre Phasenverläufe besitzen). Anschließend wird das Signal bevorzugt numerisch differenziert.
Da beide Berechnungsschleifen, also die Integration und die Differentation, jeweils deutlich unterschiedliche dynamische Übertragungsverhalten aufweisen, jedoch das Ziel des geschilderten Verfahrens die hinsichtlich Phasen- und Amplitudenverhalten möglichst exakte Ermittlung der Aufbaudynamik in einem definierten Frequenzspektrum ist, können die Filteranteile geeignet aneinander angepasst werden, um Berechnungsfehler zu vermeiden.
Durch Subtraktion der beiden Ausgangsgrößen aus der Filterung bestimmt sich nun über folgende Berechnungsvorschrift die Aufbau-Vertikalgeschwindigkeit (bei Annahme eines positiven Vorzeichens für z_rel in Richtung Einfedern):
Die räumlich-physikalische Zusammenfassung von Beschleunigungs- und Wegsensor ist ausdrücklich möglich und angestrebt. So kann idealerweise ein intelligentes Winkelgelenk zur Höhenstandserfassung einen Vertikalbeschleunigungsaufnehmer integrieren. Somit ist die notwendige Sensorik der Systemdomäne Fahrwerk zugeordnet.
Die Zustandsgröße ż_AUFB soll für die Regelung weiterer Bewegungs-Freiheitsgrade φ ._AUFB und Θ_AUFB des Fahrzeugs herangezogen werden können, wobei mit φ ._AUFB die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus und mit Θ_AUFB die Nickgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus bezeichnet wird. Dazu kann ein rechnerischer Bezug der an allen vier Corner gemessenen und berechneten vertikaldynamischen Zustandsgrößen durchgeführt werden. Beispielsweise errechnet sich die Wankgeschwindigkeit φ ._AUFB des Aufbaus aus der Differenz von Vertikalgeschwindigkeiten ż_{AUFB_VL} und ż_{AUFB_VR} des Fahrzeugaufbaus, die zu den beiden Ecken oder Seiten einer Achse (hier Vorderachse) ermittelt worden sind, wobei diese Differenz durch ein Bezugsmaß S_VA zu dividieren ist, das sich quer zwischen den bei der Berechnung und Messung der vertikaldynamischen Bewegungsgrößen herangezogenen vertikalen Corner-Achsen über dem jeweiligen Rad aufspannt. Die Berechnung der Nickgeschwindigkeit kann analog dazu erfolgen.
Eine optimale Substitution von Einzelsensorik kann z. B. dadurch realisiert werden, dass mit Hilfe einer Verzögerungsfunktion (Schiebefunktion) ⨍(Δt), welche die aktuelle Fahrgeschwindigkeit ν_{x_Fzg} sowie den Fahrzeug-Radstand 1 berücksichtigt, die am Vorderrad gemessene Vertikalbeschleunigung phasenverschoben auf das Hinterrad bezogen wird, mit:
Voraussetzung für das Funktionieren dieses Vorgehens mit ausreichender Genauigkeit ist, dass das hintere Rad zeitversetzt über das identische Anregungsprofil (Straßenoberfläche) wie das vordere Rad rollt und eine identische Vertikalbewegung macht. Diese Voraussetzung wird bei weitgehend ähnlicher Spurweite und Radmasse beim Fahren auf der Straße ab einer Mindestgeschwindigkeit typischerweise erfüllt. Das Verfahren substituiert zwei Beschleunigungsaufnehmer an der Hinterachse. Eine Übertragbarkeit der Schiebefunktion auf die Weggeber ist nur bedingt gegeben, da die Nickdynamik des Aufbaus Relativwegunterschiede zwischen Vorder- und Hinterachse verursacht, so dass nach dem Prinzip der ebenen Platte mindestens ein Wegsignal an der Hinterachse gemessen werden sollte.
Gemäß dem Prinzip der korrespondierenden Plattenbewegung ist die Relativposition der oberen Platte (Fahrzeugaufbau) zur unteren Platte (Ebene der Radträger) durch die Signale von drei Relativweggebern hinreichend definiert, d. h., dass bei bekannter Plattengeometrie, welche durch die Sensorpositionen aufgespannt wird, Relativ-Wankwinkel, Relativ-Nickwinkel und Relativ-Vertikalabstand sowie deren zeitliche Ableitungen bestimmt werden können.
Auf üblichen Straßenoberflächen ist das Heranziehen einer modellhaften Abbildung der unteren Ebene durch eine von den Radträgern aufgespannte Platte, die sich in ihrer Lage zwar ständig der Straßenoberfläche anpasst, dabei aber eben bleibt, gültig und als angenähertes Verfahren bewährt. Der Bewegungszustand der Ecken (Corner) dieser unteren Platten ist durch die Radbeschleunigungssensorik und die Schiebefunktion hinreichend definiert, so dass durch die einfache zeitliche Integration auch die Geschwindigkeitsgrößen und bei zweifacher Integration – mit entsprechend reduzierter Genauigkeit – die Lage-Zustandsgrößen dieser Platte bestimmbar sind.
Aus 2 ist eine schematische Darstellung der Radaufhängung 6 ersichtlich, wobei das Rad 2 über eine Fahrzeugfeder 13 und über einen Stoßdämpfer 14 mit dem Fahrzeugaufbau 10 verbunden ist. Das Rad 2 steht in Kontakt mit einer Fahrbahn oder Straßenoberfläche 15 und weist einen mit der Feder 13 und mit dem Stoßdämpfer 14 verbundenen Radträger 16 mit einem Reifen 17 auf. Der bevorzugt mit Luft gefüllte Reifen 17 bildet eine Feder 18, die zwischen der Fahrbahn 15 und dem Radträger 16 wirkt bzw. angeordnet ist. Das Rad 2 steht in einem Radaufstandspunkt 20 in Kontakt mit der Fahrbahn 15 und weist eine Mittelachse bzw. Drehachse 19 auf.
Ferner sind der absolute Vertikalweg des Fahrzeugaufbaus z_{AUFB_i}, der absolute Vertikalweg des Rads z_RAD, der relative Vertikalweg Rad zu Aufbau z_rel sowie die Fußpunktlage der Anregung z_STRA ersichtlich, wobei z_rel auch als Einfederung bezeichnet wird. Die z-Achse des in 2 dargestellten Koordinatensystems repräsentiert die Fahrzeughochachse, wohingegen die x-Achse für die Fahrtrichtung oder Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs 1 steht. Der Buchstabe „z" bzw. der Begriff „vertikal" steht somit für eine Richtung, die parallel zur Hochachse des Fahrzeugs verläuft oder mit dieser zusammenfällt.
Die aus 2 ersichtliche Anordnung stellt ein Zwei-Massen-Ersatzmodell für vertikale Fahrzeugschwingungen dar, wobei mit m_RAD die Radmasse und mit m_{AUFB_1/4} der auf die Radaufhängung 6 wirkende Teil der Fahrzeugaufbaumasse m_AUFB bezeichnet wird, der insbesondere ein Viertel derselben beträgt.
Obwohl 2 lediglich die Radaufhängung 6 für das Rad 2 zeigt, sind auch die anderen Räder 3, 4 und 5 über entsprechende Radaufhängungen 7, 8 und 9 mit dem Fahrzeugaufbau 10 verbunden. Dies findet seinen Niederschlag auch in der Verwendung des Index „i" in der Bezeichnung z_{AUFB_i}, welcher stellvertretend für VR (= Radaufhängung 7 oder vorne rechts), VL (= Radaufhängung 6 oder vorne links), HR (= Radaufhängung 9 oder hinten rechts) oder HL (= Radaufhängung 8 oder hinten links) steht. Da in 2 konkret die Radaufhängung 6 gezeigt ist, könnte der Index i hier auch gleich VL gesetzt werden. Alternativ ist es natürlich möglich, den Index i von 1 bis 4 laufen zu lassen, z. B. mit VR = 1, VL = 2, HR = 3 und HL = 4.
Aus 3 sind der Vertikalweg z_AUFB des Fahrzeugaufbaus 10 und der Vertikalweg z_RAD des Rades 2 für eine vorgegebene Anregung z_STRA ersichtlich, wobei z_AUFB, z_RAD und z_STRA über die Zeit t aufgetragen sind. Die von der Fahrbahn 15 hervorgerufene Anregung z_STRA wirkt dabei im Radaufstandpunkt 20 auf das Rad 2 bzw. auf die Reifenfeder 18 ein. 3 zeigt somit ein Beispiel für die Abhängigkeit der Lage z_RAD des Rads 2 und Lage z_AUFB des Fahrzeugaufbaus 10 von der Anregung z_STRA.
In der Radaufhängung 6 ist gemäß 4 ein Einfederungssensor 21 angeordnet, von dem ein die Einfederung z_rel des Rads 2 charakterisierendes Signal abgegeben wird. Der Sensor 21 kann dabei als Wegsensor oder als Winkelsensor ausgebildet sein. Letzterer ist z. B. in einem Gelenk, insbesondere in einem Kugelgelenk vorgesehen, über welches der Radträger 16 unter Zwischenschaltung eines Lenkers mit dem Fahrzeugaufbau 10 verbunden ist. Der Sensor 21 bzw. das Gelenk kann dabei radträgerseitig oder fahrzeugaufbauseitig am Lenker vorgesehen sein. Insbesondere ist der Einfederungssensor 21 aber am Rad 2 bzw. am Radträger 16 angeordnet.
Ferner ist am Rad 2 bzw. am Radträger 16 ein Beschleunigungssensor 22 angeordnet, von welchem die Vertikalbeschleunigung z ..RAD des Rads 2 bzw. ein diese keimzeichnendes Signal abgegeben wird. Mit Hilfe der von den beiden Sensoren 21 und 22 gewonnenen Signale lässt sich nun eine Vertikalgeschwindigkeit z_AUFB des Fahrzeugaufbaus 10 bestimmen. Dazu wird zunächst, wie aus 8 ersichtlich, das von dem Sensor 21 gewonnene Signal z_rel einem Bandpassfilter 23 zugeführt, der das gefilterte Signal z_{rel_Filt} an einen Differentiator 24 weitergibt. Ferner wird das Ausgangssignal z .._RAD des Beschleunigungssensors 22 einem Bandpassfilter 25 zugeführt, von dem aus das gefilterte Signal z .._{RAD_Filt} an einen Integrator 26 weitergegeben wird. Das Ausgangssignal ż_{rel_Filt} des Differentiators 24 und das Ausgangssignal ż_{RAD_Filt} des Integrators 26 werden nun einem Subtrahierer 27 zugeführt, der ż_{rel_Filt} von ż_{RAD_Filt} subtrahiert. Die Differenz ż_{RAD_Filt}–ż_{rel_Filt} entspricht dann der Vertikalgeschwindigkeit ż_AUFB des Fahrzeugsaufbaus 10 (hinsichtlich der Radaufhängung 6) und wird als Ausgangssignal von dem Subtrahierer 27 abgegeben.
Der Filter 23, der Differentiator 24, der Filter 25, der Integrator 26 und/oder der Subtrahierer 27 können als analoge oder zeitdiskrete elektrische Baugruppen ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch ein Digitalrechner vorgesehen, von dem alle oder ein Teil der Baugruppen 23 bis 27 realisiert sind. Insbesondere können die Baugruppen 23 bis 27 zu einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung 28 zusammengefasst sein, die bevorzugt von dem Digitalrechner gebildet ist.
Aus 4 sind zwei Messkurven für z_rel und z .._RAD ersichtlich, die aufgrund einer nicht dargestellten Anregung des Rads 2 von den Sensoren 21 und 22 ermittelt worden sind. Ferner ist die auf Basis der gemessenen Werte z_rel und z .._RAD mittels der Auswerteeinrichtung 28 bestimmte Vertikalgeschwindigkeit ż_AUFB des Fahrzeugaufbaus 10 als zeitlicher Verlauf dargestellt.
Aus 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Fahrzeugs 1 ersichtlich, wobei ferner die eine Querrichtung des Fahrzeugs 1 kennzeichnende y-Achse des Koordinatensystems gemäß 2 dargestellt ist. Der Winkel φ_AUFB beschreibt eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus 10 um die x-Achse, wohingegen der Winkel Θ_AUFB eine Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus 10 um die y-Achse repräsentiert. Die Größe φ ._AUFB steht für die Wankgeschwindigkeit und die Größe Θ_AUFB für die Nickgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 10. Sind nun die Vertikalgeschwindigkeiten ż_{AUFB_i} des Fahrzeugaufbaus 10 im Bereich der Räder bzw. in den jeweils dazugehörigen Ecken bekannt, lassen sich die Wankgeschwindigkeit φ ._AUFB und die Nickgeschwindigkeit Θ_AUFB bestimmen. Die Wankgeschwindigkeit φ ._AUFB ergibt sich z. B. zu:
wobei ż_{AUFB_VL} die Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 10 im Bereich von Rad 2, ż_{AUFB _VR} die Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 10 im Bereich von Rad 3 und S_VA ein Bezugsmaß repräsentiert, das sich quer zwischen zwei vertikalen Corner-Achsen bzw. Geraden 32 und 33 erstreckt und insbesondere der Spurweite der Vorderachse 11 oder dem Abstand der Sensoren entspricht.
Gemäß 6 ist auch in den Radaufhängungen 7 und 8 jeweils ein Einfederungssensor 21 vorgesehen, wobei am Rad 3 zusätzlich ein Beschleunigungssensor 22 angeordnet ist, so dass die Einfederungen der Räder 2, 3 und 4 sowie die vertikalen Radbeschleunigungen der Räder 2 und 3 der Vorderachse 11 gemessen werden können. Obwohl die Räder 4 und 5 der Hinterachse 12 nach 6 insbesondere keine Beschleunigungssensoren aufweisen, lässt sich die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus 10 im Bereich des Rads 4 dennoch dadurch bestimmen, dass die von dem Beschleunigungssensor 22 des Rads 2 ermittelte Radvertikalbeschleunigung zeitlich verzögert wird. Die zeitliche Verzögerung ist abhängig vom Abstand 1 zwischen Vorderachse 11 und Hinterachse 12 sowie von der in Richtung x orientierten Geschwindigkeit ν_{x_Fzg} des Fahrzeugs 1, welche mittels eines Geschwindigkeitssensors 29 erfasst wird, wie aus 9 ersichtlich. Die von dem Beschleunigungssensor 22 am Rad 2 ermittelte Vertikalbeschleunigung z .._{RAD_VL} wird dem Verzögerer 30 zugeführt, der mit dem Geschwindigkeitssensor 29 verbunden ist und das Signal z .._{RAD_VL} um Δt zeitlich verzögert. Das von dem Verzögerer 30 ausgegebene Signal repräsentiert dabei, zumindest angenähert, die Vertikalbeschleunigung z .._{RAD_HL} des Rads 4, wobei der Verzögerer 30 Teil der Auswerteeinrichtung 28 sein kann, insbesondere von dem Digitalrechner gebildet ist.
Bei der aus 6 ersichtlichen Anordnung wird näherungsweise davon ausgegangen, dass sich das Fahrzeug 1 in Richtung x oberhalb einer vorbestimmten Mindestgeschwindigkeit auf einer Straße bewegt sowie Vorder- und Hinterachse gleiche oder im Wesentlichen gleiche Spurweiten aufweisen, so dass eine fahrbahnbedingte Vertikalbewegung eines der Vorderräder zeitverzögert auch am Hinterrad derselben Fahrzeugseite auftritt. Alternativ ist es aber auch möglich, das Hinterrad 4 mit einem separaten Beschleunigungssensor zu versehen, was in 6 gestrichelt angedeutet ist.
Aus 7 ist eine schematische Ansicht des Fahrzeugaufbaus 10 ersichtlich, der eine nicht parallele Ausrichtung zur Ebene 31 der Radträger der Räder aufweist. Insbesondere wird deutlich, dass es für eine genauere Erfassung des Bewegungszustands des Fahrzeugaufbaus 10 wünschenswert ist, die Einfederung z_rel der Räder an wenigstens drei Ecken des Fahrzeugaufbaus 10 zu bestimmen. Daher ist, wie bereits unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, in den Radaufhängungen 6, 7 und 8 jeweils ein Einfederungssensor 21 vorgesehen.
Aus 10 ist die schematische Ansicht eines Querlenkers 35 ersichtlich, über welchen der Radträger 16 an dem Fahrzeugaufbau 10 angelenkt ist. Der Lenker 35 ist mit dem Radträger 16 über ein Kugelgelenk 34 verbunden, welches ein Gehäuse 36 und einen darin drehbar und schwenkbar gelagerten Kugelzapfen 37 aufweist, wobei der Lenker 35 und das Kugelgelenk 34 einen Teil der Radaufhängung 6 bilden. In dem Gehäuse 36 sind der Beschleunigungssensor 22 und der hier als Winkelsensor ausgebildete Einfederungssensor 21 angeordnet, der mit einem in dem Kugelzapfen 37 angeordneten Signalgeber 38 zusammenwirkt, um die Auslenkung des Kugelgelenks 34 und somit die Einfederung z_rel des Rads 2 zu erfassen. Bevorzugt ist dabei der Winkelsensor ein magnetfeldempfindlicher Sensor und der Signalgeber ein Magnet. Ferner kann die Auswerteeinrichtung 28 ganz oder teilweise in dem Gehäuse 36 bzw. dem Kugelgelenk 34 integriert sein.

1: Fahrzeug
2: Rad
3: Rad
4: Rad
5: Rad
6: Radaufhängung
7: Radaufhängung
8: Radaufhängung
9: Radaufhängung
10: Fahrzeugaufbau
11: Vorderachse
12: Hinterachse
13: Fahrzeugfeder
14: Stoßdämpfer
15: Fahrbahn
16: Radträger
17: Reifen
18: Feder (Reifen)
19: Mittelachse des Rads
20: Radaufstandpunkt
21: Einfederungssensor
22: Beschleunigungssensor
23: Bandpassfilter
24: Differentiator
25: Bandpassfilter
26: Integrator
27: Subtrahierer
28: Auswerteinrichtung
29: Geschwindigkeitssensor
30: Verzögerer
31: Ebene der Radträger
32: vertikale Corner-Achse
33: vertikale Corner-Achse
34: Kugelgelenk
35: Lenker
36: Kugelgelenkgehäuse
37: Kugelzapfen
38: Signalgeber/Magnet

Claims

Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Bewegungszustands eines Fahrzeugaufbaus (10) eines Fahrzeugs (1), welches wenigstens ein über eine Radaufhängung (6) an dem Fahrzeugaufbau (10) federnd gelagertes Rad (2) aufweist, wobei – eine Einfederung (z_rel) des Rads (2) mittels eines Weg- oder Winkelsensors (21) gemessen wird, – eine Einfederungsgeschwindigkeit (ż_rel) des Rads (2) durch zeitliches Differenzieren der Einfederung (z_rel) des Rads (2) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Vertikalbeschleunigung (z .._RAD) des Rads (2) mittels eines am Rad (2) oder an einem Radträger (16) angeordneten Beschleunigungssensors (22) gemessen wird, – eine Vertikalgeschwindigkeit (ż_RAD) des Rads (2) durch zeitliches Integrieren der Vertikalbeschleunigung (z .._RAD) des Rads (2) bestimmt wird, und – eine Vertikalgeschwindigkeit (ż_AUFB) des Fahrzeugaufbaus (10) durch Bilden einer Differenz aus der Vertikalgeschwindigkeit (ż_RAD) des Rads (2) und der Einfederungsgeschwindigkeit (ż_rel) des Rads (2) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) wenigstens ein über eine zweite Radaufhängung (7) an dem Fahrzeugaufbau (10) federnd gelagertes zweites Rad (3) aufweist, wobei – die beiden Räder (2, 3) Teil einer gemeinsamen Fahrzeugachse (11) sind, – eine Einfederung (z_rel) des zweiten Rads (3) mittels eines zweiten Weg- oder Winkelsensors (21) gemessen wird, – eine Einfederungsgeschwindigkeit (ż_rel) des zweiten Rads (3) durch zeitliches Differenzieren der Einfederung (z_rel) des zweiten Rads (3) bestimmt wird, – eine Vertikalbeschleunigung (z .._RAD) des zweiten Rads (3) mittels eines zweiten am Rad (3) oder an einem Radträger (16) angeordneten Beschleunigungssensors (22) gemessen wird, – eine Vertikalgeschwindigkeit (ż_RAD) des zweiten Rads (3) durch zeitliches Integrieren der Vertikalbeschleunigung (z .._RAD) des zweiten Rads (3) bestimmt wird und – eine zweite Vertikalgeschwindigkeit (ż_AUFB) des Fahrzeugaufbaus (10) durch Bilden einer Differenz aus der Vertikalgeschwindigkeit (ż_RAD) des zweiten Rads (3) und der Einfederungsgeschwindigkeit (ż_rel) des zweiten Rads (3) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz aus den beiden Vertikalgeschwindigkeiten (ż_AUFB) des Fahrzeugaufbaus (10) gebildet wird und eine Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus (10) durch Dividieren dieser Differenz durch ein vorbestimmtes Bezugsmaß (S_VA) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) wenigstens ein über eine dritte Radaufhängung (8) an dem Fahrzeugaufbau (10) federnd gelagertes drittes Rad (4) aufweist, welches Teil einer zweiten Fahrzeugachse (12) ist, wobei – eine Vertikalbeschleunigung (z .._RAD) des dritten Rads (4) dadurch bestimmt wird, dass die gemessene Vertikalbeschleunigung (z .._RAD) für ein anderes der Räder (2) zeitlich verzögert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (ν_{x_Fzg}) des Fahrzeugs (10) gemessen und die Dauer (Δt) des zeitlichen Verzögerns in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (ν_{x_Fzg}) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einfederung (z_rel) des dritten Rads (4) mittels eines dritten Weg- oder Winkelsensors (21) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Einfederungsgeschwindigkeit (ż_rel) des dritten Rads (4) durch zeitliches Differenzieren der Einfederung (z_rel) des dritten Rads (4) bestimmt wird, – eine Vertikalgeschwindigkeit (ż_RAD) des dritten Rads (4) durch zeitliches Integrieren der Vertikalbeschleunigung ₍ _D ₎ des dritten Rads (4) bestimmt wird und – eine dritte Vertikalgeschwindigkeit (ż_AUFB) des Fahrzeugaufbaus (10) durch Bilden einer Differenz aus der Vertikalgeschwindigkeit (ż_RAD) des dritten Rads (4) und der Einfederungsgeschwindigkeit (ż_rel) des dritten Rads (4) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass vor dem zeitlichen Differenzieren oder vor dem zeitlichen Integrieren die mittels der Sensoren (21, 22) gemessenen Signale einer Bandpassfilterung unterzogen werden.
Fahrzeug (1) mit einem Fahrzeugaufbau (10), wenigstens einem Rad (2), welches über eine Radaufhängung (6) federnd an dem Fahrzeugaufbau (10) gelagert ist, zumindest einem Beschleunigungssensor (22) und wenigstens einem in der Radaufhängung (6) angeordneten Weg- oder Winkelsensor (21), mittels welchem die Einfederung des Rads (2) erfassbar ist, und einem dem Weg- oder Winkelsensor (21) nachgeschalteten Differentiator (24), dadurch gekennzeichnet, dass – der Beschleunigungssensor (22) am Rad (2) oder an einem Radträger (16) angeordnet ist, – dem Beschleunigungssensor (22) ein Integrator (26) nachgeschaltet ist und – dem Integrator (26) und dem Differentiator (24) ein Subtrahierer (27) nachgeschaltet ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Beschleunigungssensor (22) und dem Integrator (26) sowie zwischen dem Weg- oder Winkelsensor (21) und dem Differentiator (24) jeweils ein Bandpassfilter (23; 25) geschaltet ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad (2) mit dem Fahrzeugaufbau (10) über einen Lenker (35) verbunden ist, der über ein Kugelgelenk (34) mit dem Rad (2) verbunden ist, wobei der Beschleunigungssensor (22) und der Weg- oder Winkelsensor (21) in dem Kugelgelenk (34) angeordnet sind.