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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln
von Beschleunigungsschätzwerten
in einem Fahrzeug.
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In
Fahrzeugen sind Sensoren und insbesondere Beschleunigungssensoren
angeordnet. Beispielsweise weisen Sicherheitsfunktionen, zum Beispiel
für die
Steuerung von Airbags, oder Komfortfunktionen, zum Beispiel für das Regeln
eines Federdämpfersystems,
solche Beschleunigungssensoren auf. Das Vorsehen und die Montage
dieser Beschleunigungssensoren ist teuer und aufwändig.
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In
der
DE 692 11 766
T2 ist ein fehlertolerantes Inertialnavigationssystem offenbart.
In einem Instrumentenblock sind zumindest drei Winkelgeschwindigkeitssensoren
mit einem Freiheitsgrad montiert, die entlang jeweils zueinander
senkrechter Richtungen orientiert sind. Ferner sind auf dem Instrumentenblock
mindestens drei Beschleunigungsmesser angebracht, die wie die Winkelgeschwindigkeitssensoren
entlang jeweiliger Richtungen orientiert sind, die den gleichen
Achsen entsprechen, um die die Winkelgeschwindigkeitssensoren montiert sind.
Es sind zwei Trägheitsnavigationssysteme
vorgesehen, bei denen die Achsen des jeweiligen Instrumentenblocks
derart ausgerichtet sind, dass keine der drei Richtungen in jedem
System kolinear ist. Arbeiten alle Trägheitsinstrumente korrekt,
so liefern verarbeitete Differenzmessungen zwischen den Trägheitsinstrumenten
der zwei Navigationseinheiten präzise
Angaben über
dynamische Fehlausrichtungen, so einer Biegung. Wird ein fehlerhafter
Beschleunigungsmesser erkannt, so kann man eine dynamische Differenzdrehbewegung
zwischen den beiden Instrumentenblöcken aus korrekt arbeitenden Gyroskop-Dreiergruppen jeder
Navigationseinheit vollständig
erhalten.
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In
der
US 5,050,087 ist
ein System und ein Verfahren offenbart zum Bereitstellen akkurater
Lagemessungen an voneinander entfernten Orten in einem Flugzeug.
Das System umfasst ein Inertialnavigationssystem und einen Lagereferenzsensor,
die jeweils Gyroskope und Beschleunigungsmesser aufweisen und die
an den voneinander entfernten Orten angeordnet sind. Ein Mikroprozessor
schätzt
periodisch eine Fahrzeugbiegung zwischen dem Inertialnavigationssystem
und dem Lagereferenzsensor.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu
schaffen zum zuverlässigen und
präzisen
Ermitteln von Beschleunigungsschätzwerten
in einem Fahrzeug.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zum Ermitteln von Beschleunigungsschätzwerten in einem Fahrzeug.
Eine Beschleunigung in einer ersten Richtung und mindestens eine
Drehrate um jeweils eine Achse, die senkrecht zu der ersten Richtung
verläuft,
werden an einem ersten Ort des Fahrzeugs erfasst oder werden aus
Größen ermittelt,
die an dem ersten Ort des Fahrzeugs erfasst wurden. Eine Torsion
eines Fahrzeugaufbaus des Fahrzeugs um die mindestens eine senkrecht
zu der ersten Richtung verlaufenden Achse wird ermittelt. Für das Ermitteln der
Torsion des Fahrzeugaufbaus wird mindestens eine weitere Drehrate
um die mindestens eine senkrecht zu der ersten Richtung verlaufenden
Achse ermittelt. Diese mindestens eine weitere Drehrate wird um
diese jeweilige Achse für
einen von dem ersten Ort des Fahrzeugs beabstandeten Ort entlang
dieser Achse ermittelt. Ferner werden die Beschleunigungsschätzwerte
für eine
jeweilige Beschleunigung in der ersten Richtung für mindestens
einen zweiten Ort des Fahrzeugs, der jeweils von dem ersten Ort
des Fahrzeugs beabstandet ist, ermittelt abhängig von der ermittelten Torsion
des Fahrzeugaufbaus und der erfassten oder ermittelten Beschleunigung
und der mindestens einen erfassten oder ermittelten Drehrate von
dem ersten Ort des Fahrzeugs.
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Der
Vorteil ist, dass aus Beschleunigungen und/oder Drehraten, die an
dem ersten Ort erfasst werden, zum Beispiel durch Beschleunigungs-
beziehungsweise Drehratensensoren, die in einem Inertialsensorcluster
angeordnet sind, zuverlässig
Beschleunigungsschätzwerte
für Beschleunigungen
ermittelt werden können,
die an dem mindestens einen zweiten Ort des Fahrzeugaufbaus auftreten.
Insbesondere wenn das Fahrzeug als ein Cabrio ausgebildet ist, kann
das Fahrzeug aufgrund der fehlenden Dachstruktur eine geringere
Steifigkeit aufweisen. Auch Transportfahrzeuge können eine geringe Steifigkeit
aufweisen aufgrund eines großen
Hohlraums zur Aufnahme von zu transportierenden Gegenständen oder
einer großen
Ladefläche.
Dies kann während
der Fahrt bei dynamisch unterschiedlicher Vertikalbelastung des
Fahrzeugaufbaus im Bereich der Räder
zu einer vergleichsweise großen
Torsion des Fahrzeugaufbaus führen.
Durch Berücksichtigen
der Torsion des Fahrzeugaufbaus können die Beschleunigungsschätzwerte
für die
jeweilige Beschleunigung an dem mindestens einen zweiten Ort des
Fahrzeugs besonders präzise
ermittelt werden. Dadurch ist es gegebenenfalls möglich, auf
Beschleunigungssensoren an dem jeweiligen zweiten Ort des Fahrzeugs
zu verzichten. Entsprechend können
auch Kosten eingespart werden. Bevorzugt werden zwei Drehraten an
dem ersten Ort des Fahrzeugs um Achsen erfasst, die senkrecht zueinander
und senkrecht zu der ersten Richtung verlaufen, oder werden die
zwei Drehraten aus Größen ermittelt,
die an dem ersten Ort des Fahrzeugs erfasst wurden. Die Beschleunigungsschätzwerte
für die
jeweilige Beschleunigung in der ersten Richtung werden für den mindestens
einen zweiten Ort des Fahrzeugs bevorzugt ermittelt abhängig von
der ermittelten Torsion des Fahrzeugaufbaus und der erfassten oder
ermittelten Beschleunigung und den erfassten oder ermittelten zwei
Drehraten von dem ersten Ort des Fahrzeugs.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass die mindestens eine weitere Drehrate
für das
Ermitteln der Torsion einfach zusätzlich zu der jeweiligen erfassten
Drehrate berücksichtigt
werden kann. Dadurch ist dies einfach implementierbar.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei Federwege
erfasst werden. Die mindestens eine weitere Drehrate wird abhängig von
den mindestens zwei erfassten Federwegen ermittelt. Dies hat den
Vorteil, dass die mindestens eine weitere Drehrate zuverlässig aus
den mindestens zwei Federwegen ermittelbar ist.
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In
diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn die mindestens
eine weitere Drehrate abhängig
von einer zeitlichen Ableitung eines Quotienten aus einem der mindestens
einen weiteren Drehrate zugehörigen
Drehmoment und einer zugehörigen
Torsionssteifigkeit ermittelt wird. Das Drehmoment wird abhängig von
den mindestens zwei erfassten Federwegen ermittelt. Der Vorteil
ist, dass dieser Quotient einfach durch Fahrversuche ermittelbar
ist. Ferner ist die mindestens eine weitere Drehrate so einfach
ermittelbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die mindestens eine
weitere Drehrate ermittelt abhängig
von einer Bewegungsgleichung für
den Fahrzeugaufbau, mittels der die mindestens eine weitere Drehrate
ermittelt wird abhängig
von einem Trägheitsmoment
des zugehörigen
Teils des Fahrzeugaufbaus, einer zugehörigen Dämpfungskonstanten, der zugehörigen Torsionssteifigkeit,
dem zugehörigen
Drehmoment und einem zugehörigen
Torsionswinkel. Die mindestens eine weitere Drehrate entspricht
der zeitlichen Ableitung des Torsionswinkels. Der Vorteil ist, dass
durch Berücksichtigen
dieser Bewegungsgleichung die mindestens eine weitere Drehrate und
somit auch die Beschleunigungsschätzwerte besonders präzise ermittelbar
sind.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Beschleunigungsschätzwerte
abhängig von
einer Transformationsvorschrift ermittelt, die durch a2
= a1 + w' × r12 +
w × (w × r12) gegeben
ist mit der mindestens einen an dem ersten Ort des Fahrzeugs erfassten
Beschleunigung, der für den
mindestens einen zweiten Ort des Fahrzeugs zu ermittelnden Beschleunigung,
einem Drehratenvektor mit der mindestens einen erfassten oder ermittelten
Drehrate als Element, einer zeitlichen Ableitung des Drehratenvektors
und einem Verbindungsortsvektor, der den ersten Ort mit dem zweiten
Ort des Fahrzeugs verbindet. Dadurch sind die Beschleunigungsschätzwerte
einfach und zuverlässig
ermittelbar. Die Torsion kann in der Transformationsvorschrift einfach
und mit guter Genauigkeit durch Berücksichtigen der mindestens
einen weiteren Drehrate in dem Drehratenvektor berücksichtigt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die mindestens eine
Beschleunigung in der ersten Richtung an dem ersten Ort des Fahrzeugs
eine Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus. Die senkrecht zu
der ersten Richtung verlaufende Achse ist eine Längsachse des Fahrzeugaufbaus.
Ferner ist die mindestens eine erfasste oder ermittelte Drehrate eine
Rollrate. Bevorzugt sind zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen
die Längsachse
und eine Querachse des Fahrzeugaufbaus. Die vorzugsweise zwei erfassten
oder ermittelten Drehraten sind bevorzugt die Rollrate und eine
Nickrate. Dies hat den Vorteil, dass dies einfach ist. Ferner werden
die Vertikalbeschleunigung und/oder die Rollrate und/oder die Nickrate
gegebenenfalls in dem Fahrzeug bereits für andere Zwecke erfasst. Dann
sind keine zusätzlichen Sensoren
erforderlich.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn eine Querbeschleunigung
an dem ersten Ort des Fahrzeugs erfasst wird. Die Rollrate wird
abhängig
von einer zeitlichen Ableitung der Querbeschleunigung ermittelt.
Bevorzugt wird auch eine Längsbeschleunigung
an dem ersten Ort des Fahrzeugs erfasst und wird die Nickrate abhängig von
einer zeitlichen Ableitung der Längsbeschleunigung
ermittelt. Der Vorteil ist, dass die Rollrate und/oder die Nickrate nicht
erfasst werden müssen.
Diese können
aus der erfassten Quer- beziehungsweise Längsbeschleunigung einfach ermittelt
werden. Dadurch können
gegebenenfalls Drehratensensoren und Kosten eingespart werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der mindestens eine zweite
Ort oberhalb eines jeweiligen Rades des Fahrzeugs in dem Fahrzeugaufbau
angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Beschleunigungsschätzwerte
ermittelt werden können
für Vertikalbeschleunigungssensoren,
die ansonsten oberhalb des jeweiligen Rades in dem Fahrzeugaufbau angeordnet
werden müssten,
zum Beispiel zum Erfassen von Vertikalbeschleunigungen für ein Einstellen
von Federdämpfern
in einem Federdämpfersystem.
Diese Vertikalbeschleunigungssensoren können eingespart werden, wenn
die von diesen ermittelten Beschleunigungswerte durch die Beschleunigungsschätzwerte
ersetzt werden. Dadurch sind Kosteneinsparungen möglich.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Fahrzeug mit einer Sensoreinheit,
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2 ein
erstes Ablaufdiagramm eines Programms und
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3 ein
zweites Ablaufdiagramm des Programms.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
ein Fahrzeug mit vier Rädern. Das
Fahrzeug weist beispielsweise eine Komfortfunktion auf, bei dem
ein Federdämpfersystem
abhängig
von Beschleunigungen geregelt wird, die jeweils durch einen Vertikalbeschleunigungssensor erfasst
werden, die oberhalb der vier Räder
des Fahrzeugs angeordnet sind. Derartige Vertikalbeschleunigungssensoren
und deren Montage sind jedoch teuer.
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Das
in 1 dargestellte Fahrzeug umfasst eine Sensoreinheit
IMU, die beispielsweise als ein Inertialsensorcluster ausgebildet
ist und beispielsweise auch als ”Inertial Measurement Unit” bezeichnet
werden kann. Die Sensoreinheit IMU ist an einem ersten Ort des Fahrzeugs
angeordnet. Dieser erste Ort des Fahrzeugs liegt bevorzugt in einem
Schwerpunkt oder nahe des Schwerpunkts des Fahrzeugs. Der erste
Ort des Fahrzeugs kann jedoch auch woanders in dem Fahrzeug liegen.
Die Sensoreinheit IMU ist in einem Fahrzeugsaufbau des Fahrzeugs
angeordnet. Die Sensoreinheit IMU umfasst vorzugsweise mehrere Sensoren,
insbesondere Beschleunigungs- und/oder Drehratensensoren, die vorzugsweise
derart ausgerichtet sind, dass die erfassten Beschleunigungen beziehungsweise
Drehraten jeweils entlang einer Längsachse, Querachse oder Hochachse
des Fahrzeugaufbaus erfasst werden. Andernfalls werden die erfassten
Beschleunigungen beziehungsweise Drehraten vorzugsweise entsprechend
transformiert.
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Die
Sensoreinheit IMU ist ausgebildet, eine Beschleunigung a1 an dem
ersten Ort des Fahrzeugs in einer ersten Richtung und mindestens
eine Drehrate um jeweils eine Achse, die senkrecht zu der ersten
Richtung verläuft,
zu erfassen oder aus Größen zu ermitteln,
die an dem ersten Ort des Fahrzeugs erfasst wurden. Bevorzugt ist
die Sensoreinheit IMU ausgebildet, die Beschleunigung a1 und zwei
Drehraten um Achsen, die senkrecht zueinander und senkrecht zu der
ersten Richtung verlaufen, zu erfassen oder aus Größen zu ermitteln,
die an dem ersten Ort des Fahrzeugs erfasst wurden. Beispielsweise
verläuft
die erste Richtung in Richtung der Hochachse. Die Beschleunigung
a1 an dem ersten Ort ist somit beispielsweise eine Vertikalbeschleunigung
az. Die Achsen, die senkrecht zueinander und senkrecht zu der ersten
Richtung verlaufen, sind dann die Längsachse und gegebenenfalls
die Querachse des Fahrzeugaufbaus. Die Drehrate, die um die Längsachse erfasst
oder ermittelt wird, wird auch als Rollrate wx bezeichnet. Die Drehrate,
die um die Querachse erfasst oder ermittelt wird, wird auch als
Nickrate wy bezeichnet.
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Die
Beschleunigung a1 an dem ersten Ort, das heißt die Vertikalbeschleunigung
az, wird durch die Sensoreinheit IMU erfasst. Die zwei Drehraten, das
heißt
die Rollrate wx und die Nickrate wy, werden bevorzugt durch die
Sensoreinheit IMU mittels entsprechender Drehratensensoren erfasst.
Es ist jedoch ebenso möglich,
die Rollrate wx und/oder die Nickrate wy abhängig von einer Querbeschleunigung ay
beziehungsweise einer Längsbeschleunigung
ax zu ermitteln, die mittels entsprechender Beschleunigungssensoren
erfasst werden, die vorzugsweise in der Sensoreinheit IMU angeordnet
sind. Beispielsweise ist die Rollrate wx abhängig von einer zeitlichen Ableitung
der Querbeschleunigung ay ermittelbar, zum Beispiel als ein Produkt
einer Proportionalitätskonstanten
mit der zeitlichen Ableitung der Querbeschleunigung ay. Entsprechend
ist die Nickrate wy abhängig
von einer zeitlichen Ableitung der Längsbeschleunigung ax ermittelbar.
Die Sensoreinheit IMU kann ferner ausgebildet sein, eine Gierrate
wz zu erfassen oder zu ermitteln.
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Durch
Transformation sind Beschleunigungsschätzwerte für eine jeweilige Beschleunigung a2
an einem zweiten Ort des Fahrzeugs ermittelbar, der jeweils von
dem ersten Ort des Fahrzeugs beabstandet ist. Der jeweilige zweite
Ort des Fahrzeugs befindet sich beispielsweise oberhalb jedes Rades des
Fahrzeugs an demjenigen Ort, an dem üblicherweise die Vertikalbeschleunigungssensoren
angeordnet sind, die für
das Erfassen der Vertikalbeschleunigungen zur Regelung des Federdämpfersystems
genutzt werden. Diese Vertikalbeschleunigungen sollen anstatt durch
den jeweiligen Vertikalbeschleunigungssensor abhängig von der Vertikalbeschleunigung
az an dem ersten Ort des Fahrzeugs und abhängig von der erfassten oder
ermittelten Rollrate wx und Nickrate wy ermittelt werden. Dadurch kann
auf das Vorsehen der Vertikalbeschleunigungssensoren oberhalb der
Räder verzichtet
werden. Dadurch können
Kosten eingespart werden. Die in diesem Beispiel zu ermittelnden
Vertikalbeschleunigungen sind eine Vertikalbeschleunigung azFL vorne links,
eine Vertikalbeschleunigung azFR vorne rechts, eine Vertikalbeschleunigung
azRL hinten links und eine Vertikalbeschleunigung azRR hinten rechts.
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Die
Transformation der Vertikalbeschleunigung az erfolgt von dem ersten
Ort des Fahrzeugs an den jeweiligen zweiten Ort des Fahrzeugs. Der
erste Ort des Fahrzeugs ist durch einen ersten Ortsvektor r1 in
Bezug auf einen fahrzeugexternen Referenzpunkt REF gekennzeichnet.
Der jeweilige zweite Ort des Fahrzeugs ist entsprechend durch einen
zweiten Ortsvektor r2 gekennzeichnet. Der erste Ort des Fahrzeugs
und der jeweilige zweite Ort des Fahrzeugs sind jeweils durch einen
Verbindungsortsvektor r12 miteinander verbunden. Dieser Verbindungsortsvektor
r12 ist im Falle eines verwindungssteifen, das heißt starren
Fahrzeugs in Bezug auf den Fahrzeugaufbau konstant. Eine Geschwindigkeit
v2 des jeweiligen zweiten Orts entspricht einer zeitlichen Ableitung
des jeweiligen zweiten Ortsvektors r2. Zeitliche Ableitungen von
Größen oder
Ausdrücken
sind im Folgenden durch einen nachgestellten Strich gekennzeichnet,
zum Beispiel die zeitliche Ableitung des jeweiligen zweiten Ortsvektors
r2 als r2'. Der
jeweilige zweite Ortsvektor r2 ist ferner als Summe des ersten Ortsvektors
r1 und des jeweiligen Verbindungsortsvektors r12 darstellbar. Ferner
kann eine zeitliche Ableitung des ersten Ortsvektors r1 auch als Geschwindigkeit
v1 des ersten Orts geschrieben werden. Eine zeitliche Ableitung
des Verbindungsortsvektors r12 ist auch als ein Kreuzprodukt eines Drehratenvektors
w und des Verbindungsortsvektors r12 darstellbar. Der Drehratenvektor
w umfasst als Elemente die Rollrate wx, die Nickrate wy und die Gierrate
wz. Die Gierrate wz kann in diesem Beispiel jedoch vernachlässigt werden
und das zugehörige Element
des Drehratenvektors w kann gleich Null gesetzt werden. Ferner kann
auch der Einfluss der Nickrate wy gegebenenfalls so gering sein,
dass diese vernachlässigt
werden kann und die Nickrate wy entsprechend gleich Null gesetzt
werden kann. Bevorzugt wird jedoch die Nickrate wy erfasst oder
ermittelt und als Element in dem Drehratenvektor w berücksichtigt.
Die Drehraten des Drehratenvektors werden an dem ersten Ort des
Fahrzeugs erfasst oder werden für
diesen ermittelt. Die genannten Zusammenhänge können auch wie folgt dargestellt werden: v2 = r2' =
(r1 + r12)' = v1
+ w × r12.
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Das
Kreuzprodukt ist dabei jeweils als × symbolisiert. Die Beschleunigung
a2 an dem zweiten Ort ist als zeitliche Ableitung der Geschwindigkeit
v2 des zweiten Orts darstellbar. Im Folgenden sind die sich daraus
ergebenden Umformungen dargestellt: a2 = v2 ' = (v1 + w × r12)' = a1 + w' × r12 + w × r12
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Als
Transformationsvorschrift für
die Transformation der Beschleunigung a1 an dem ersten Ort zu der
Beschleunigung a2 an dem zweiten Ort ergibt sich daraus: a2 = a1 + w' × r12 +
w × (w × r12).
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Versuche
haben gezeigt, dass der Drehratenvektor w in genügend hoher Qualität erfasst
oder ermittelt werden kann, dass auch dessen zeitliche Ableitung
genügend
präzise
ermittelt werden kann für
das zuverlässige
und präzise
Ermitteln der Beschleunigung a2 an dem zweiten Ort des Fahrzeugs. Dies
gilt insbesondere auch für
in der Praxis auftretende Anregungsfrequenzen, die beispielsweise etwa
zehn bis fünfzig
Hertz betragen.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel entspricht ein Verbindungsortsvektor
rFL vorne links, ein Verbindungsortsvektor rFR vorne rechts, ein
Verbindungsortsvektor rRL hinten links und ein Verbindungsortsvektor
rRR hinten rechts jeweils dem Verbindungsortsvektor r12. Die Vertikalbeschleunigung az
an dem ersten Ort entspricht der Beschleunigung a1 an dem ersten
Ort. Die Vertikalbeschleunigung azFL vorne links, die Vertikalbeschleunigung
azFR vorne rechts, die Vertikalbeschleunigung azRL hinten links
und die Vertikalbeschleunigung azRR hinten rechts entsprechen jeweils
der Beschleunigung a2 an dem zweiten Ort. Die Transformationsvorschrift wird
für jede
dieser Vertikalbeschleunigungen ausgeführt.
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Im
Allgemeinen ist der Fahrzeugaufbau jedoch nicht starr. Insbesondere
bei Cabrios und Transportfahrzeugen kann es aufgrund der fehlenden
Dachstruktur beziehungsweise aufgrund des großen Transportraums oder der
großen
Transportfläche,
die im Allgemeinen nur eine geringe stabilisierende Wirkung aufweisen,
zu einer dynamischen Verbiegung oder Verwindung des Fahrzeugsaufbaus kommen.
Dadurch kann jedoch die Genauigkeit bei der für den jeweiligen zweiten Ort
des Fahrzeugs ermittelten Vertikalbeschleunigung beeinträchtigt werden.
Die Genauigkeit kann erhöht
werden durch Berücksichtigen
der dynamischen Verbiegung oder Verwindung als eine Torsion TOR
des Fahrzeugaufbaus um dessen Längsachse
und/oder gegebenenfalls um dessen Querachse. Bei der Wahl anderer
Achsen gilt entsprechendes.
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2 zeigt
ein erstes Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermitteln von Beschleunigungsschätzwerten
für die
jeweilige Beschleunigung a2 an dem zweiten Ort des Fahrzeugs in
allgemeiner Form. Das Programm beginnt in einem Schritt S1. In einem Schritt
S2 werden die Beschleunigung a1 an dem ersten Ort des Fahrzeugs,
die Rollrate wx und die Nickrate wy erfasst oder ermittelt. In einem
Schritt S3 wird die Torsion TOR des Fahrzeugaufbaus um mindestens
eine der senkrecht zueinander verlaufenden Achsen ermittelt, das
heißt
insbesondere um die Längsachse
und/oder um die Querachse des Fahrzeugaufbaus. In einem Schritt
S4 werden die Beschleunigungsschätzwerte
für die
jeweilige Beschleunigung a2 an dem zweiten Ort des Fahrzeugs ermittelt
abhängig
von der Beschleunigung a1 an dem ersten Ort des Fahrzeugs, der Rollrate
wx und der Nickrate wy und der Torsion TOR. Das Programm endet in
einem Schritt S5. Vorzugsweise wird das Programm wiederholt ausgeführt, um
die jeweilige Beschleunigung a2 an dem zweiten Ort fortlaufend zu
aktualisieren.
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Das
Ermitteln der Torsion TOR des Fahrzeugaufbaus erfolgt durch Ermitteln
mindestens einer weiteren Drehrate wxE, wyE. Die mindestens eine
weitere Drehrate wxE, wyE wird um mindestens eine der senkrecht
zueinander verlaufenden Achsen ermittelt, das heißt insbesondere
um die Längsachse oder
um die Querachse des Fahrzeugaufbaus. Jedoch wird die mindestens
eine weitere Drehrate wxE, wyE für
einen Ort des Fahrzeugs ermittelt, der von dem ersten Ort des Fahrzeugs
beabstandet ist und der jeweils entlang dieser Achse angeordnet
ist.
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Beispielsweise,
wie in 1 gezeigt, können die
beiden zweiten Orte des Fahrzeugs oberhalb der vorderen Räder durch
eine gedachte Linie miteinander verbunden sein. Entsprechend können auch
die beiden zweiten Orte des Fahrzeugs oberhalb der hinteren Räder der
Fahrzeugs durch eine weitere gedachte Linie miteinander verbunden
sein. Für
einen Bereich eines jeweiligen Schnittpunkts der Längsachse
des Fahrzeugaufbaus mit der jeweiligen gedachten Linie wird beispielsweise
eine vordere Rollrate wxF beziehungsweise eine hintere Rollrate
wxR um die Längsachse
des Fahrzeugaufbaus ermittelt als die mindestens eine weitere Drehrate
wxE, wyE ermittelt. Liegt der erste Ort des Fahrzeugs sehr viel näher an der
weiteren gedachten Linie zwischen den zwei zweiten Orten des Fahrzeugs
oberhalb der hinteren Räder
als an der gedachten Linie zwischen den zwei zweiten Orten des Fahrzeugs
oberhalb der vorderen Räder
oder umgekehrt, dann kann gegebenenfalls auf das Ermitteln der hinteren
Rollrate wxR beziehungsweise der vorderen Rollrate wxF verzichtet
werden. Dies gilt entsprechend ebenfalls für den Fall, dass die Torsion
TOR im Wesentlichen nur in einem Teil des Fahrzeugaufbaus auftritt,
zum Beispiel im Wesentlichen nur in dem vorderen Teil des Fahrzeugs.
Falls die Torsion TOR um die Querachse des Fahrzeugaufbaus berücksichtigt
werden soll, können entsprechend
gedachte Linien an der linken oder rechten Seite des Fahrzeugs und
Schnittpunkte mit der Querachse genutzt werden, um denjenigen jeweiligen Ort
zu ermitteln, für
den entsprechend eine linke Nickrate und/oder eine rechte Nickrate
als die mindestens eine weitere Drehrate wxE, wyE ermittelt werden
soll. Die Orte, für
die die weiteren Drehraten wxE, wyE ermittelt werden sollen, können jedoch auch
anders ermittelt werden.
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Das
Fahrzeug weist ferner Federwegsensoren FWS an einem Federdämpfer des
jeweiligen Rades auf. Mittels der jeweiligen Federwegsensoren FWS
werden ein Federweg hFL vorne links, ein Federweg hFR vorne rechts,
ein Federweg hRL hinten links und ein Federweg hRR hinten rechts
erfasst. Abhängig
von dem ersten Ort, an dem die Sensoreinheit IMU angeordnet ist,
müssen
gegebenenfalls nicht alle diese Federwege erfasst werden. Das Ermitteln
der weiteren Drehraten wxE, wyE, das heißt der vorderen Rollrate wxF,
der hinteren Rollrate wxR, der linken Nickrate und/oder der rechten
Nickrate, erfolgt abhängig
von den erfassten Federwegen.
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3 zeigt
ein zweites Ablaufdiagramm des Programms zum Ermitteln der Beschleunigungsschätzwerte
in detaillierterer Form. Das Programm beginnt in einem Schritt S6,
der dem Schritt S1 entspricht. In einem Schritt S7, der dem Schritt
S2 entspricht, werden die Beschleunigung a1 an dem ersten Ort, die
Rollrate wx und die Nickrate wy erfasst oder ermittelt. Insbesondere
können
in dem Schritt S7 die Vertikalbeschleunigung az als die Beschleunigung
a1 an dem ersten Ort des Fahrzeugs, die Rollrate wx und die Nickrate
wy erfasst werden, wie in einem Schritt S7a dargestellt ist. Alternativ
oder zusätzlich
können
jedoch auch die Längsbeschleunigung
ax und/oder die Querbeschleunigung ay erfasst werden, aus denen
die Nickrate wy beziehungsweise die Rollrate wx ermittelt wird,
zum Beispiel abhängig von
der zeitlichen Ableitung der Längsbeschleunigung
ax beziehungsweise von der Querbeschleunigung ay, wie ebenfalls
in dem Schritt S7a dargestellt ist.
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Das
Programm weist ferner Schritte S8 bis S11 auf, die durch den Schritt
S3 umfasst sind. In dem Schritt S8 werden mindestens ein erster
Federweg h1 und zweiter Federweg h2 erfasst.
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Insbesondere
werden in dem Schritt S8 der Federweg hFL vorne links und/oder der
Federweg hFR vorne rechts und/oder der Federweg hRL hinten links
und/oder der Federweg hRR hinten rechts erfasst, wie in einem Schritt
S8a dargestellt ist.
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In
dem Schritt S9 wird mindestens ein Drehmoment M ermittelt abhängig von
mindestens dem ersten Federweg h1 und zweiten Federweg h2. Das jeweilige
Drehmoment M wird beispielsweise abhängig von einer jeweiligen Spurweite
S und einer dem jeweiligen Federdämpfer zugeordneten ersten Federkraftkonstanten
k1 beziehungsweise zweiten Federkraftkonstanten k2 ermittelt. Beispielsweise
wird das jeweilige Drehmoment M ermittelt als Produkt der halben
jeweiligen Spurweite S, die einen jeweiligen Hebelarm repräsentiert,
und einer Differenz der ersten Federkraftkonstanten k1 multipliziert
mit dem ersten Federweg h1 und der zweiten Federkraftkonstanten
k2 multipliziert mit dem zweiten Federweg h2, die eine resultierende
Kraft repräsentiert.
Insbesondere kann in dem Schritt S9 ein vorderes Drehmoment MF ermittelt
werden als Produkt einer halben vorderen Spurweite SF und einer
Differenz einer Federkraftkonstante kFR vorne rechts multipliziert
mit dem Federweg hFR vorne rechts und einer Federkraftkonstante
kFL vorne links multipliziert mit dem Federweg hFL vorne links,
wie in Schritt S9a dargestellt ist. Entsprechend kann ein hinteres
Drehmoment MR ermittelt werden als Produkt einer halben hinteren
Spurweite SR und einer Differenz einer Federkraftkonstanten kRR
hinten rechts multipliziert mit dem Federweg hRR hinten rechts und
einer Federkraftkonstanten kRL hinten links multipliziert mit dem
Federweg hRL hinten links. Entsprechend sind auch ein linkes und/oder
rechtes Drehmoment ermittelbar, was der Einfachheit halber nicht
dargestellt ist. Anstatt der Spurweite ist dann beispielsweise der
Radstand zu berücksichtigen.
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In
dem Schritt S10 werden die weiteren Drehraten wxE, wyE vorzugsweise
unter Nutzung eines Oszillatormodels ermittelt. In dem Oszillatormodel
wird als Variable ein Torsionswinkel ϕ und dessen erste
und zweite zeitliche Ableitung genutzt. In dem Oszillatormodell
ist das jeweilige Drehmoment M ausgedrückt als Summe eines Trägheitsmoments
J des jeweiligen Teils des Fahrzeugaufbaus, das heißt insbesondere
des vorderen beziehungsweise des hinteren Fahrzeugteils, multipliziert
mit der zweiten zeitlichen Ableitung des Torsionswinkels ϕ,
einer jeweils zugehörigen
Dämpfungskonstanten Γ multipliziert
mit der ersten Ableitung des Torsionswinkels ϕ und einer
jeweiligen Torsionssteifigkeit K multipliziert mit dem Torsionswinkel ϕ.
Die weiteren Drehraten wxE, wyE entsprechen der jeweiligen ersten
zeitlichen Ableitung des Torsionswinkels ϕ.
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Insbesondere
werden in dem Schritt S10 die vordere Rollrate wxF und/oder die
hintere Rollrate wxR abhängig
von dem Oszillatormodell ermittelt, wie in einem Schritt S10a dargestellt
ist. Das Oszillatormodell ist dazu entsprechend für das vordere Drehmoment
MF und/oder das hintere Drehmoment MR und das jeweils zugehörige Trägheitsmoment
J, die jeweils zugehörige
Dämpfungskonstante Γ und der
jeweils zugehörigen
Torsionssteifigkeit K sowie den jeweils zugehörigen Torsionswinkel ϕ anzuwenden.
Das Ermitteln der linken Nickrate und/oder der rechten Nickrate
kann entsprechend erfolgen durch Berücksichtigen der jeweils für den linken
beziehungsweise für
den rechten Teil des Fahrzeugs relevanten Größen anstatt der für den vorderen
beziehungsweise für
den hinteren Teil des Fahrzeugs relevanten Größen.
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In
dem Schritt S11 wird der Drehratenvektor w ermittelt, in dem die
erfasste oder ermittelte Rollrate wx und Nickrate wy sowie die ermittelte
mindestens eine weitere Drehrate wxE, wyE berücksichtigt sind. Insbesondere
wird in dem Schritt 11 ein vorderer Drehratenvektor wF
und/oder ein hinterer Drehratenvektor wR ermittelt, bei dem die
vordere Rollrate wxF und/oder die hintere Rollrate wxR als die weiteren
Drehraten wxE, wyE berücksichtigt
sind, wie in einem Schritt S11a dargestellt ist. Entsprechend kann auch
ein linker und/oder rechter Drehratenvektor unter Berücksichtigung
der linken Nickrate und/oder der rechten Nickrate ermittelt werden,
was der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
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In
einem Schritt S12, der dem Schritt S4 entspricht, wird die Beschleunigung
a2 an dem zweiten Ort entsprechend der Transformationsvorschrift
ermittelt als Summe der Beschleunigung a1 an dem ersten Ort, dem
Kreuzprodukt aus der zeitlichen Ableitung des Drehratenvektors w
und dem Verbindungsortsvektor r12 und dem Kreuzprodukt aus dem Drehratenvektor
w und dem Kreuzprodukt aus dem Drehratenvektor w und dem Verbindungsortsvektor r12.
Insbesondere wird in dem Schritt S12 die Vertikalbeschleunigung
azFR vorne rechts abhängig
von der Vertikalbeschleunigung az an dem ersten Ort, dem vorderen
Drehratenvektor wF und dem Verbindungsortsvektor rFR vorne rechts
ermittelt, wie in einem Schritt S12a dargestellt ist. Entsprechend
wird die Vertikalbeschleunigung azFL vorne links abhängig von
der Vertikalbeschleunigung az an dem ersten Ort, dem vorderen Drehratenvektor
wF und dem Verbindungsortsvektor rFL vorne links ermittelt, wird
die Vertikalbeschleunigung azRR hinten rechts abhängig von
der Vertikalbeschleunigung az an dem ersten Ort, dem hinteren Drehratenvektor
wR und dem Verbindungsortsvektor rRR hinten rechts ermittelt und wird
die Vertikalbeschleunigung azRL hinten links abhängig von der Vertikalbeschleunigung
az an dem ersten Ort, dem hinteren Drehratenvektor wR und dem Verbindungsortsvektor
rRL hinten links ermittelt. Das Ermitteln der Vertikalbeschleunigungen
an dem zweiten Ort können
entsprechend auch abhängig von
dem linken beziehungsweise dem rechten Drehratenvektor erfolgen,
was der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Das Verfahren
endet in dem Schritt S13, der dem Schritt S5 entspricht.
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Unter
der Annahme, dass eine Anregung des Fahrzeugaufbaus so langsam erfolgt,
dass dieser der Anregung im Wesentlichen verzögerungsfrei folgen kann und
dadurch der Fahrzeugaufbau nicht zu schwingen beginnt, können das
jeweilige Trägheitsmoment
J und die jeweilige Dämpfungskonstante Γ vernachlässigt werden.
Eine solche Näherung
kann auch als adiabatische Näherung
bezeichnet werden. Das Oszillatormodell vereinfacht sich dadurch
und die mindestens eine weitere Drehrate wxE, wyE ist ermittelbar
als zeitliche Ableitung eines Quotienten des jeweiligen Drehmoments
M und der jeweiligen Torsionssteifigkeit K: wxE
= ϕ' =
(M/K)'.
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Dieser
Quotient umfasst als Parameter die jeweilige Torsionssteifigkeit
K, die jeweiligen Federkraftkonstanten und die jeweilige Spurweite.
Diese Parameter können
durch einen gemeinsamen Parameter repräsentiert werden, der durch
Fahrversuche einfach ermittelbar ist.
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Durch
Nutzen anderer Oszillator- und/oder Fahrzeugmodelle können auch
Beschleunigungsschätzwerte
für Beschleunigungen
an anderen zweiten Orten des Fahrzeugs ermittelt werden. Durch das Ermitteln
der Beschleunigungsschätzwerte
können gegebenenfalls
Beschleunigungssensoren eingespart und dadurch Kosten reduziert
werden. Ferner können
die ermittelten Beschleunigungsschätzwerte jedoch auch für ein Plausibilisieren,
das heißt Überprüfen von
Beschleunigungen genutzt werden, die durch Beschleunigungssensoren
erfasst werden, die zusätzlich
zu den in der Sensoreinheit IMU angeordneten Sensoren in dem Fahrzeug
vorgesehen sind. Fehler solcher Sensoren sind dann einfach feststellbar.
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Vorzugsweise
umfasst die Sensoreinheit IMU auch eine Recheneinheit, die das Programm
gemäß 2 oder 3 ausführt. Die
Sensoreinheit IMU kann in diesem Fall auch als eine Vorrichtung zum
Ermitteln der Beschleunigungsschätzwerte
bezeichnet werden. Es kann jedoch ebenso eine außerhalb der Sensoreinheit IMU
angeordnete Recheneinheit vorgesehen sein, die das Programm ausführt und
die Beschleunigungsschätzwerte
ermittelt und bereitstellt. Entsprechend kann eine solche Recheneinheit
die Vorrichtung zum Ermitteln der Beschleunigungsschätzwerte
repräsentieren.
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Durch
das Programm gemäß 2 oder 3 kann
eine Koordinatentransformation an einen jeweiligen zweiten Ort des
Fahrzeugs durchgeführt werden
von Größen, insbesondere
Beschleunigungen, die an dem ersten Ort des Fahrzeugs erfasst wurden.
Bei dieser Koordinatentransformation wird jedoch berücksichtigt,
dass der Fahrzeugaufbau elastisch ist und dadurch gegebenenfalls
die Torsion TOR auftritt. Die ermittelten Beschleunigungsschätzwerte
für die
Beschleunigung an dem jeweiligen zweiten Ort des Fahrzeugs können dadurch
besonders zuverlässig
und präzise
sein.
