DE102010050635B4

DE102010050635B4 - Steuermodul für ein Fahrzeugsystem, das Fahrzeugsystem sowie ein Fahrzeug mit diesem Fahrzeugsystem

Info

Publication number: DE102010050635B4
Application number: DE102010050635.4A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Kamischke
Original assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2030-11-06
Also published as: EP2635480A1; WO2012059147A1; US20130261875A1; DE102010050635A1; CN103068656A

Abstract

Steuermodul (2) für ein Fahrzeugsystem (3), wobei das Steuermodul (2) aufweist:einen Querbeschleunigungssensor (8) zur Messung einer Querbeschleunigung (a_s) und Ausgabe eines Querbeschleunigungs-Messsignals (S3),einen Gierratensensor (7) zur Erfassung einer Gierrate (φ) und Ausgabe eines Gierraten-Messsignals (S2), undeine zentrale Steuereinrichtung (6) zur Aufnahme des Gierraten-Messsignals (S2) und des Querbeschleunigungs-Messsignals (S3) und Ermittlung einer Schwerpunkts-Querbeschleunigung (aq) des Fahrzeugs (1) in dessen Fahrzeugschwerpunkt (S),wobei die zentrale Steuereinrichtung (6) die Schwerpunkts- Querbeschleunigung (aq) ermittelt aus einem Sensor-Abstand (d) des Querbeschleunigungssensors (8) von dem Fahrzeugschwerpunkt (S) unddem Gierraten-Messsignal (S2) unter Bildung einer zeitlichen Ableitung, dadurch gekennzeichnet, dassdie zentrale Steuereinrichtung (6) das Gierraten-Messsignal (S2) zunächst mit einem Tiefpassfilter filtert und nachfolgend eine zeitliche Ableitung bildet,die zentrale Steuereinrichtung (6) den Sensor-Abstand (d) aktuell ermittelt,die zentrale Steuereinrichtung (6) den Fahrzeug-Schwerpunkt (S) ermittelt aus Modulgewichten (AB1, AB2, AB3) von als Teilen des Fahrzeugs (1) bestimmten Modulen des Fahrzeugs (1), undzur Ermittlung des Fahrzeug-Schwerpunkts (S) Entfernungen (x1, x3) der Schwerpunkte der Module zu Fahrzeugachsen (A1, A2) und mittlere Überhänge (L1, L2) eines vorderen und hinteren Moduls herangezogen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuermodul für ein Fahrzeugsystem, das Fahrzeugsystem sowie ein Fahrzeug mit diesem Fahrzeugsystem. Weiterhin wird ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Fahrzeugs geschaffen.
Fahrdynamik-Regelsysteme für Fahrzeuge ermöglichen insbesondere auch die Feststellung von Fahrzeug-Instabilitäten und eine nachfolgende Korrektur. Hierbei können insbesondere Wankneigungen des Fahrzeugs und Übersteuer- oder Untersteuer-Neigungen festgestellt werden. Die Fahrzeug-Stabilitätssysteme weisen hierfür zum Teil Querbeschleunigungssensoren und Gierratensensoren auf. Mit Hilfe der ermittelten Gierrate des Fahrzeugs, d. h. der Drehfrequenz um die Hochachse des Fahrzeugs, und der Querbeschleunigung in seitlicher Richtung sowie der bekannten Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch gezielte Radbremseingriffe die Fahrzeugstabilität verbessert oder ein korrigierendes Verhalten für den Fahrer angezeigt werden.
Für das Fahrdynamik-Regelsystem bzw. Fahrstabilitätsregelsystem wird im Allgemeinen ein Steuermodul eingesetzt, auf dem eine zentrale Steuereinrichtung und z. B. der Gierratensensor und Querbeschleunigungssensor angebracht sind. Der Einbauort ist im allgemeinen der Schwerpunkt des Fahrzeugs, da hier die relevanten Fahrdynamikgrößen direkt gemessen werden können. Die DE 198 56 303 A1 , DE 10 2005 033 237 B4 , DE 10 2005 059 229 A1 und EP 1351843 B1 zeigen entsprechende Sensorsysteme und Fahrdynamikregelungssysteme.
DE 100 65 724 A1 , DE 196 23 595 A1 , DE 10 2006 009 680 A1 , EP 1 692 026 B1 und DE 100 61 235 A1 zeigen zum Teil die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei einigen Fahrzeugen ist eine Platzierung des Sensormoduls im Fahrzeugschwerpunkt bzw. sehr nah am Fahrzeugschwerpunkt jedoch nicht möglich. So kann z. B. bei Reisebussen der Fahrzeugschwerpunkt in einem Bereich liegen, der im Fahrgastraum liegt oder durch andere Fahrzeugkomponenten belegt ist. Die Gierrate eines Fahrzeugs ist im Allgemeinen in sämtlichen Punkten des Fahrzeugs gleich und kann somit auch mittels eines Sensors außerhalb des Schwerpunkts ermittelt werden; die Messung der Fahrzeug-Querbeschleunigung außerhalb des Schwerpunkts führt jedoch zu falschen Werten, da Beiträge. durch die dynamische Drehung des Fahrzeugs, d. h. die Gierrate, auftreten.
Die US 2007 / 0 106 444 A1 beschreibt ein System, bei dem die Querbeschleunigung mittels eines Sensors außerhalb des Fahrzeugschwerpunkts gemessen wird. Nachfolgend wird aus dieser gemessenen Querbeschleunigung, einer Gierratenänderung und dem Hebelarm, der als Sensorabstand zwischen dem Schwerpunkt und dem Sensor-Einbauort gebildet wird, die Querbeschleunigung im Fahrzeugschwerpunkt ermittelt. Hierzu wird die Gierratenänderung aus zwei aufeinander folgenden Messsignalen des Gierratensensors ermittelt. Der Sensorabstand des Querbeschleunigungssensors gegenüber dem Fahrzeugschwerpunkt wird als gegeben angenommen.
Nachteilhaft an einem derartigen Messsystem ist jedoch, dass aufgrund des Signalrauschens bei aufeinander folgenden Messwerten eine so ermittelte Gierratenänderung relativ groß sein kann, und zusammen mit fehlerhaften Angaben zu dem Sensorabstand des Querbeschleunigungssensors gegenüber dem Schwerpunkt Kompensationswerte auftreten können, die größer als das Querbeschleunigungs-Messsignal sind. Eine so ermittelte Fahrzeug-Querbeschleunigung des Fahrzeug-Schwerpunkts ist für Fahrzeug-Regelsysteme somit im allgemeinen nicht hinreichend genau.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Sensormodul für ein Fahrzeugsystem, ein derartiges Fahrzeugsystem sowie ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Fahrzeugs zu schaffen, mit denen auch bei Einbau zumindest des Querbeschleunigungssensors außerhalb des Fahrzeugschwerpunkts eine hinreichend genaue Ermittlung der Fahrzeug- Querbeschleunigung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuermodul nach Anspruch 1, ein Fahrzeugsystem nach Anspruch 6 und ein Verfahren nach Anspruch 8 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Hierbei ist ergänzend auch das gesamte Fahrzeug mit dem Fahrzeugsystem vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Berechnung der Fahrzeug-Querbeschleunigung im Fahrzeug-Schwerpunkt unter Messung der Fahrzeug-Querbeschleunigung außerhalb des Schwerpunkts zu guten Ergebnissen führt, indem bei einigen der verwendeten Größen entsprechende Korrekturen vorgenommen werden. Hierbei wird erkannt, dass bereits eine leichte Tiefpassfilterung des Gierraten-Messsignals noch vor Bildung der zeitlichen Ableitung vorteilhaft ist. Insbesondere wird erfindungsgemäß erkannt, dass ein Tschebyscheff-Filter sehr geeignet ist, um eine Tiefpassfilterung vor Bildung der zeitlichen Ableitung vorzunehmen. Hierbei wird insbesondere die Heranziehung einer Grenzfrequenz im Bereich von 7 bis 10 Hz, insbesondere 7,5 bis 8,5 Hz des Tschebyscheff-Filters als vorteilhaft angesehen.
Überraschender Weise wird somit erkannt, dass durch die rechentechnisch nicht all zu aufwendige Verwendung eines Tschebyscheff-Filters für die aufgenommenen Gierraten -Messsignale eine deutliche Verbesserung der Korrektur bzw. Kompensation, d. h. der Ermittlung der Fahrzeug- Querbeschleunigung im Fahrzeug-Schwerpunkt möglich. Der besondere Vorteil des Tschebyscheff-Filters liegt insbesondere in seiner Flankensteilheit. Die Filterung durch das Tschebyscheff-Filter sollte zur Eliminierung des Rauschens hinreichend niedrig sein; eine zu tiefe Grenzfrequenz würde jedoch bei schneller Änderung der Gierrate die Korrektur der Querbeschleunigung zu langsam erfolgen lassen und hierdurch Überschwinger auf den korrigierten Signalen entstehen lassen, d.h. die Dynamik bzw. Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Gierrate zu gering wird, um hiermit ein sicherheitsrelevantes Fahrzeug-Regelsystem betreiben zu können.
Erfindungsgemäß wird hierbei insbesondere erkannt, dass sich besondere Vorteile ergeben beim Einsatz eines derartigen Tschebyscheff-Filters und gleichzeitiger Hinzuziehung berechneter Werte des Sensorabstands. Dem liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass ein Tschebyscheff-Filter bei fehlerhaften Werten des Sensorabstands in der Formel zur Ermittlung der Fahrzeug-Querbeschleunigung aus der Gierratenänderung und dem Abstand schnell zu fehlerhaften Werten führen wird, die bei Einsatz einer Tschebyscheff-Filterung größer sein können als z. B. bei anderen Tiefpassfiltern.
Eine aktuelle Ermittlung des Sensor-Abstands kann hierbei insbesondere durch Ermittlung des Fahrzeugschwerpunkts erfolgen. Hierbei wird erkannt, dass die Ermittlung des Fahrzeugschwerpunkts insbesondere in Fahrzeug-X-Richtung durch Ansetzen eines Momentengleichgewichts möglich ist, bei dem die Radlasten oder Achslasten, d. h. auf die Radachsen wirkende Gewichtsverteilungen in Fahrzeug-Längsrichtung verwendet werden, oder das Fahrzeug in Module aufgeteilt und die Einwirkung der Modulgewichte auf die Radachsen ermittelt wird.
Somit wird durch diese beiden Berechnungen, zum einen die Tschebyscheff-Filterung vor Ermittlung der Gierratenänderung und zum anderen die Ermittlung des Fahrzeugschwerpunkts relativ zum Querbeschleunigungssensor, eine genaue Ermittlung der Fahrzeug-Querbeschleunigung im Fahrzeugschwerpunkt möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug unter Angabe relevanter Abstände;
2 eine allgemeine Darstellung zur Erreichung des Momentengleichgewichts bei drei Körpern;
3 eine Darstellung der Verteilung und Ermittlung unterschiedlicher Modulgewichte im Fahrzeug;
4 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Fahrzeug unter Darstellung des Fahrstabilitäts-Regelsystems;
5 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein Nutzfahrzeug 1 weist drei Achsen A1, A2 und A3 auf, wobei A1 hier die Vorderachse ist. Das Fahrzeug 1 fährt in Fahrzeuglängsrichtung bzw. X-Richtung. Die Querrichtung bzw. Y-Richtung und Vertikalrichtung bzw. Z-Richtung sind in den 1 und 4 entsprechend dargestellt. Weiterhin sind der Schwerpunkt S des Nutzfahrzeugs 1 sowie ein Steuermodul 2 seines Fahrdynamik-Regelungssystems bzw. Fahrstabilitätssystems dargestellt. Das Fahrdynamik-Regelsystem 3 wirkt gemäß der schematischen Darstellung der 4 mittels Steuersignalen S1 auf Radbremsen 5 des Fahrzeugs an den Rädern der Achsen A1, A2 und A3 ein, wie es als solches bekannt ist.
Das Steuermodul 2 weist eine zentrale Steuereinrichtung 6, einen Gierratensensor 7 zur Messung einer Gierrate φ und einen Querbeschleunigungssensor 8 zur Messung einer Sensor-Querbeschleunigung a_s auf. Der Gierratensensor 7 gibt ein Gierraten-Messsignal S2 an die zentrale Steuereinrichtung 6 aus; entsprechend gibt der Querbeschleunigungssensor 8 ein Querbeschleunigungs-Messsignal S3 an die zentrale Steuereinrichtung 6 aus. Die zentrale Steuereinrichtung 6 nimmt weiterhin auch andere Signale auf, insbesondere Raddrehzahlsignale von hier nicht gezeigten Raddrehzahlsensoren bzw. ABS-Sensoren an den Rädern der Achsen A1, A2 und A3, wie dem Fachmann als solches bekannt ist. In der schematischen Darstellung der 4 ist das Steuermodul 2 zur detaillierten Darstellung der Sensoren 7, 8 und der Signale S2, S3 hierbei deutlich vergrößert dargestellt.
Das Steuermodul 2 mitsamt den Sensoren 7, 8 ist in X-Richtung um einen Abstand d vom Schwerpunkt S des Fahrzeugs 1 entfernt. Im Schwerpunkt S tritt die Schwerpunkts-Querbeschleunigung aq auf, die im allgemeinen von der Sensor-Querbeschleunigung a_s verschieden sein kann. Die Gierrate φ ist hingegen von der Längsposition in x-Richtung unabhängig.
Erfindungsgemäß wird die gemessene Sensor-Querbeschleunigung a_s kompensiert bzw. korrigiert, um hieraus die Schwerpunkts- Querbeschleunigung aq zu ermitteln. Dies erfolgt auf Grundlage der Sensor- Querbeschleunigung a_s der Gierrate φ und dem Abstand d gemäß der Formel: $aq = φ' d + a_s,$
wobei φ' die Gierratenänderung, d. h. die zeitliche Ableitung dφ/dt der Gierrate φ ist.
Somit stellt der Abstand d den Hebelarm dar, mit dem die Gierratenänderung φ' einen Beitrag zum Sensor-Querbeschleunigungssignal a_s liefert.
Erfindungsgemäß sind somit der Abstand d und die Gierratenänderung φ' zu ermitteln. Die Einbauposition des Querbeschleunigungssensors 8 bzw. des ganzen Steuermoduls 2 ist bekannt, wobei die Sensoren 7 und/oder 8 auch außerhalb des Steuermoduls 2 verbaut sein können. Somit ist der Schwerpunkt S bzw. dessen Längsposition zu ermitteln. Dies kann bevorzugt erfolgen aus:

1) Bestimmung des Fahrzeugschwerpunkts S aus Modulgewichten,
2) Bestimmung des Fahrzeugschwerpunkts S aus Radlasten an den Achsen A1, A2, A3 oder den Rädern der Achsen A1, A2, A3,
3) Bestimmung des Fahrzeugschwerpunkts S mit Hilfe externer Systeme.

Weiterhin wird erfindungsgemäß die Gierratenänderung φ' ermittelt, indem das Gierraten-Messsignal S2 zunächst einer Tiefpassfilterung unterzogen wird und nachfolgend die zeitliche Ableitung gebildet wird, wie weiter unten beschrieben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in dem schematisierten Flussdiagramm, der 5 detaillierter gezeigt. Das Verfahren startet in Schritt St0, z. B. bereits bei Einschalten der Zündung des Fahrzeugs 1. Nachfolgend werden in Schritt St1 von den Sensoren 7 und 8 Messungen durchgeführt und die Messsignale S2 und S3 an die zentrale Steuereinrichtung 6 ausgegeben. In Schritt St2 erfolgt nachfolgend eine Tiefpassfilterung des Gierraten- Messsignals S2 mittels eines Tschebyscheff-Filters, wodurch gefilterte Signale S4 gebildet werden. Die gefilterten Signale S4 werden nachfolgend in Schritt St3 einer zeitlichen Differenzierung bzw. zeitlichen Ableitung unterzogen, wodurch die Gierratenänderung φ' ermittelt wird. In Schritt St4 wird der Schwerpunkt S des Nutzfahrzeugs 1 und hieraus der Abstand d zum Einbauort der zentralen Steuereinrichtung 6 bzw. des Querbeschleunigungssensors 8 ermittelt. In Schritt St5 wird dann mit der obigen Gleichung die Schwerpunkts-Querbeschleunigung aq als aq= φ'd + a_s ermittelt. Der Schritt St4 kann grundsätzlich auch vor Schritt St2 erfolgen; relevant ist, dass die erforderlichen Werte in Schritt St 5 vorliegen.
Erfindungsgemäß wurde hierbei festgestellt, dass als Tiefpassfilterung insbesondere die Tschebyscheff-Filterung ein sehr gutes Ergebnis liefert, um die Gierraten-Messsignale zunächst tiefpass zu filtern, um nachfolgend die zeitliche Ableitung zu bilden. Hierbei wird insbesondere von der Tschebyscheff-Filterung die hohe Flankensteilheit als vorteilhaft angesehen.
Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, dass eine Grenzfrequenz fg von 7 bis 10 Hz, vorzugsweise von 7 bis 9 Hz, insbesondere von 7,5 bis 8,5 Hz, d. h. um 8 Hz herum für das Tschebyscheff-Filter vorteilhaft ist. Es wurde festgestellt, dass Filterungen mit fg oberhalb von 10 Hz nicht mehr zu dem gewünschten Ergebnis führen. Erfindungsgemäß wird hierbei erkannt, dass die Gierraten-Messsignale S2 als solche ggf. für die Ermittlung einer Gierrate selbst noch hinreichend sind; für die Bildung einer zeitlichen Ableitung streuen sie jedoch zu sehr, so dass eine zeitliche Differenzenbildung bzw. Bildung der zeitlichen Ableitung als Differenzenquotient aus zwei aufeinander folgenden Messungen zu nicht hinreichenden Genauigkeiten führt. Eine zu starke Tiefpassfilterung wiederum verschlechtert die Dynamik und Ansprechzeit des Fahrzeug-Regelsystems bzw. des Fahrstabilitäts-Programms.
Bei all zu tiefen Grenzfrequenzen sind zwar die Schwankungen im Messsignal weiter behoben; ein nachteilhafter Effekt ist jedoch, dass bei schnellen Änderung der Gierrate die Korrektur des Signals und somit auch die Korrektur der berechneten Querbeschleunigung zu langsam erfolgt und hierdurch Überschwinger auf den korrigierten Signalen entstehen können.
Die zeitliche Ableitung dφ/dt kann bereits durch Bildung eines einfachen Differenzenquotienten erfolgen, der gebildet wird als Quotient Δφ/Δt aus der Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Werten und der Differenz der Zeitpunkte der Messungen. Vorteilhafterweise wird jedoch eine zeitliche Ableitung unter Hinzuziehung mehrerer Messwerte gebildet, d. h. als Tangentenbildung an die zuvor ermittelte Funktion des gefilterten Signals S4, da erfindungsgemäß durch die Tschebyscheff-Filterung eine glattere Funktion gebildet wird, ist diese nachfolgende Ableitung durch Tangentenbildung möglich und vorteilhaft, da sie dem Kurvenverlauf insgesamt Rechnung trägt.
In Schritt St4 wird jeweils aktuell der Fahrzeug-Schwerpunkt S ermittelt, da erfindungsgemäß erkannt wird, dass auf Grund unterschiedlicher Beladungen und Beladungszustände des Fahrzeugs 1 vorab eingestellte Fahrzeugdaten nicht hinreichend genau sind; es wird erfindungsgemäß somit jeweils die aktuelle Ermittlung des Abstandes d ermöglicht, indem der Einbauort des Moduls 2 bzw. des Querbeschleunigungssensors 8 bekannt ist und der Schwerpunkt S aus aktuellen Messsignalen bzw. Messdaten ermittelt wird, ggf. unter Hinzuziehung externer Signale bzw. Messsignale.
Die Ermittlung des Schwerpunkts S kann erfindungsgemäß durch verschiedene Varianten erfolgen. Gemäß einer in 2 gezeigten ersten Ausführungsform wird der Schwerpunkt S des Fahrzeugs 1 ermittelt aus dem Momentengleichgewicht, d. h. seine Längsposition x₀ ergibt sich als Quotient aus der Summe der Momente (ABi * xi) geteilt durch Summe der Massen ABi. Somit ergibt sich die Formel $x 0 = \frac{\sum (A B i * x i)}{\sum A B i}$
wobei die Summenbildung jeweils über den Index i erfolgt, z. B. bei drei Modulen mit i=1, 2, 3, wodurch sich ergibt $x 0 = \frac{A B 1 * x 1 + A B 2 * x 2 + A B 3 * x 3}{A B 1 + A B 2 + A B 3}$
Gemäß einer in 1 gezeigten ersten Ausführungsform wird der Schwerpunkt S errechnet, indem der Bezugspunkt (Betrachtungspunkt) auf die Vorderachse A1 gelegt wird. Bei bekannten Achslasten F1, F2 und F3 auf den Achsen A1, A2, A3 und den entsprechenden Radständen R1 und R2 lässt sich der Schwerpunkt S des Fahrzeugs 1 bestimmen. Da in dem in 1 dargestellten Model die nachfolgenden Größen L1 und L2 nicht bekannt sind, werden einige der Größen durch bekannte Größen ersetzt. $L_{1} = \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}$
mit $L_{2} = R_{1} - L_{1}$
$R_{1} - L_{2} = \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}$
$L_{2} = R_{1} - \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}$
$L_{2} = R_{1} - \frac{F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}$
Gemäß einer in 3 gezeigten Ausführungsform wird der Schwerpunkt S errechnet, indem Module gebildet werden, um die Massenverteilung des Fahrzeugs 1, d. h. insbesondere eines beladenen Nutzfahrzeugs 1, darzustellen. Somit ergibt sich die folgende Formel als konkrete Summe aus einigen wenigen Modulen, insbesondere z. B. drei Modulen mit Massen AB1, AB4, AB3. Somit kann der Schwerpunkt dieses gesamten Gebildes mit relativ einfacher Formel und wenigen Parametern gebildet werden. Erfindungsgemäß wird hierbei erkannt, dass sich bei einem beladenen Nutzfahrzeug 1 jeweils spezifisch bestimmte Module darstellen und ermitteln lassen. Bei einem Fahrzeug mit zwei Achsen oder mit drei Achsen, wenn die beiden hinteren Achsen als Hinterachsen nahe beieinander liegen, kann insbesondere ein vorderer Bereich, ein mittlerer Bereich und ein hinterer Bereich angesetzt werden.
Gemäß der mit Bezug zu 3 beschriebenen Ausführungsform kann der Fahrzeug-Schwerpunkt auch aus den Modulgewichten bestimmt werden, die in die obige Formel des Momentengleichgewichtes eingesetzt werden. Bei dieser Betrachtung werden folgende Kenngrößen eines Moduls herangezogen:

- Das Gewicht der Module, d. h. AB1 und AB3 sind bekannt,
- die Entfernung des Schwerpunkts des Moduls AB1 bzw. AB3 zu den betreffenden Achsen ist als Werte x1 und x3 bekannt,
- mittlere Überhänge der Module AB1 und AB3 sind als L1 und L3 bekannt.

Aus diesen Daten und dem als solchen bekannten Radstand, d. h. R1 und R2, lässt sich die Fahrzeuglänge Lges ermitteln. Unter der Annahme, dass der Aufbau homogen verteilt ist, können der Fahrzeug-Schwerpunkt S und das Gewicht des Aufbaus kalkuliert werden. Der Bezugspunkt für die Bestimmung des Schwerpunkts des gesamten Fahrzeugs kann hierbei auf das Fahrzeugheck festgelegt werden. Dies ist in 3 entsprechend schematisiert gezeigt.
Da der Aufbau der einzelnen Fahrzeuge 1 sich in der Höhe unterscheiden kann, ist es sinnvoll, die Massenverteilung des mittleren Moduls AB4 variabel zu halten. Hierbei können folgende Werte für AB4 bei folgendem Fahrzeugtypen angesetzt werden:

Niederflurbus 450 kg/m,
Hochdecker 500 kg/m,
Doppelstock 650 kg/m.

Diese Konstante wird als G_B im nachfolgenden Gleichungssystem eingesetzt: $L_{1} + R_{2} + L_{4} = \frac{A B_{1} * (L_{1} + R_{2} - x_{1}) + A B_{3} * (L_{1} + R_{2} + R_{1} + x_{3}) + A B_{4} * \frac{L_{1} + R_{2} + R_{1} + L_{3}}{2}}{A B_{1} + A B_{3} + A B_{4}}$
$L_{4} = \frac{A B_{1} * (L_{1} + R_{2} - x_{1}) + A B_{3} * (L_{1} + R_{2} + R_{1} + x_{3}) + A B_{4} * \frac{L_{1} + R_{2} + R_{1} + L_{3}}{2}}{A B_{1} + A B_{3} + A B_{4}} - L_{1} - R_{2}$
Somit kann entsprechend der Schwerpunkt S bestimmt werden.
Hierbei können weiterhin auch ergänzend Daten über die Größe und Position des Kofferraums, weiterhin Größe und Position des Dieseltanks, und Größe und Position der Batterie einbezogen werden, die bei den oben angesetzten Modulen zunächst pauschalisiert eingesetzt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Fahrzeugschwerpunkt S auch durch externe Systeme bzw. deren Datensignale bestimmt werden, wobei z. B. von einer Niveauregelanlage, insbesondere einer elektronisch geregelten ECAS des Fahrzeugs 1 Werte für die Radlasten F1, F2 und F3 herangezogen werden können. Unter Hinzuziehung der bekannten Radstände R1 und R2 lässt sich in 1 der Schwerpunkt S des Fahrzeugs bestimmen. Soweit L1 und L2 nicht bekannt sind, kann nachfolgende Formel angesetzt werden: $L_{1} = \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}$
mit $L_{2} = R_{1} - L_{1}$
$R_{1} - L_{2} = \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}$
$L_{2} = R_{1} - \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}$
$L_{2} = R_{1} - \frac{F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}$
Somit kann nachfolgend eine Kompensation zur Bestimmung der Schwerpunkts-Querbeschleunigung aq durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß wurde in diesen Ausführungsformen zunächst insbesondere die Kompensation in X-Richtung ermittelt. Eine entsprechende Kompensation bzw. Korrektur kann entsprechend auch in Z-Richtung, d. h. die Hochachse erfolgen, wobei anstelle der Gierratenänderung φ' entsprechend die Wankwinkeländerung heranzuziehen ist. Falls als Gierratensensor 7 ein Dreieckquadranten-Gierratensensor eingesetzt wird, der somit auch diese dynamische Änderungsgröße des Wankwinkels erfasst, ist somit die Einbaulage absolut variabel.
Bezugszeichenliste

1: Nutzfahrzeug
2: Steuermodul
3: Fahrdynamik-Regelsystem
5: Radbremsen
6: zentrale Steuereinrichtung
7: Gierratensensor
8: Querbeschleunigungssensor
A1, A2, A3: Achsen
a_s: Sensor-Querbeschleunigung
aq: Schwerpunkts- Querbeschleunigung
d: Abstand des Steuermoduls 2 vom Schwerpunkt S
fg: Grenzfrequenz für das Tschebyscheff-Filter
Lges: Fahrzeuglänge
S: Schwerpunkt
S1: Steuersignale
S2: Gierraten-Messsignal
S3: Querbeschleunigungs-Messsignal
S4: gefilterte Signale
St0, St1, St2, St3, St4, St5: Schritte des Verfahrens
X: Fahrzeuglängsrichtung
Y: Querrichtung
Z: Vertikalrichtung
AB1, AB2, AB3, AB4: Massen der Module
F1, F2, F3: Radlasten
F1, F2, F3: Achslasten auf Achsen A1, A2, A3.
L1, L2 L3: mittlere Überhänge der Module AB1, AB2, AB3
R1, R2: Radstände
x1, x2, x3: Entfernung der Schwerpunkte der Module AB1, AB2, AB3 zu Achsen
φ: Gierrate
φ': Gierratenänderung

Claims

Steuermodul (2) für ein Fahrzeugsystem (3), wobei das Steuermodul (2) aufweist: einen Querbeschleunigungssensor (8) zur Messung einer Querbeschleunigung (a_s) und Ausgabe eines Querbeschleunigungs-Messsignals (S3), einen Gierratensensor (7) zur Erfassung einer Gierrate (φ) und Ausgabe eines Gierraten-Messsignals (S2), und eine zentrale Steuereinrichtung (6) zur Aufnahme des Gierraten-Messsignals (S2) und des Querbeschleunigungs-Messsignals (S3) und Ermittlung einer Schwerpunkts-Querbeschleunigung (aq) des Fahrzeugs (1) in dessen Fahrzeugschwerpunkt (S), wobei die zentrale Steuereinrichtung (6) die Schwerpunkts- Querbeschleunigung (aq) ermittelt aus einem Sensor-Abstand (d) des Querbeschleunigungssensors (8) von dem Fahrzeugschwerpunkt (S) und dem Gierraten-Messsignal (S2) unter Bildung einer zeitlichen Ableitung, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinrichtung (6) das Gierraten-Messsignal (S2) zunächst mit einem Tiefpassfilter filtert und nachfolgend eine zeitliche Ableitung bildet, die zentrale Steuereinrichtung (6) den Sensor-Abstand (d) aktuell ermittelt, die zentrale Steuereinrichtung (6) den Fahrzeug-Schwerpunkt (S) ermittelt aus Modulgewichten (AB1, AB2, AB3) von als Teilen des Fahrzeugs (1) bestimmten Modulen des Fahrzeugs (1), und zur Ermittlung des Fahrzeug-Schwerpunkts (S) Entfernungen (x1, x3) der Schwerpunkte der Module zu Fahrzeugachsen (A1, A2) und mittlere Überhänge (L1, L2) eines vorderen und hinteren Moduls herangezogen werden.
Steuermodul (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilter ein Tschebyscheff-Filter ist, vorzugsweise mit einer Grenzfrequenz (fg) von 7 bis 10 Hz, insbesondere 7,5 bis 8,5 Hz.
Steuermodul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinrichtung (6) den Sensor-Abstand (d) ermittelt aus einem Momentengleichgewicht des Fahrzeug-Schwerpunkts (S).
Steuermodul (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinrichtung (6) Radlasten und/oder Achslasten (F1, F2, F3) des Fahrzeugs (1) ermittelt und den Fahrzeug-Schwerpunkt (S) aus den ermittelten Radlasten und/oder Achslasten (F1, F2, F3) und bekannten Radständen (R1, R2) ermittelt.
Steuermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Fahrzeugdaten zur Ermittlung des Fahrzeug-Schwerpunktes von externen Systemen an die zentrale Steuereinrichtung (6) übertragen werden.
Fahrzeugsystem, insbesondere Fahrdynamik-Regelsystem (3), das ein Steuermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche und Radbremsen (5) des Fahrzeugs (1) aufweist.
Fahrzeug (1) mit einem Fahrdynamik-Regelsystem (3) nach Anspruch 6, wobei das Fahrzeug ein Nutzfahrzeug (1) ist, insbesondere ein Reisebus, z. B. ein Niederflurbus, Hochdecker oder Doppelstock-Bus.
Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Fahrzeugs (1), mit mindestens folgenden Schritten: Messen einer Gierrate (φ) und Bilden eines Gierraten-Messsignals (S2), Messen einer Fahrzeug-Querbeschleunigung (a_s) außerhalb des Fahrzeug-Schwerpunkts (S) und Bildung eines Querbeschleunigungs-Messsignals (S3), Ermittlung einer Schwerpunkts-Querbeschleunigung (aq) aus dem Querbeschleunigungs-Messsignal (S3), einem Sensor-Abstand (d) zwischen dem Querbeschleunigungssensor (8) und dem Fahrzeug-Schwerpunkt (S), und dem Gierraten-Messsignal (S2) unter Bildung einer zeitlichen Ableitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Gierraten-Messsignal (S2) tiefpassgefiltert wird und nachfolgend eine zeitliche Ableitung des gefilterten Gierraten-Messsignals (S4) gebildet wird, der Sensor-Abstand (d) aktuell ermittelt wird, die zentrale Steuereinrichtung (6) den Fahrzeug-Schwerpunkt (S) ermittelt aus Modulgewichten (AB1, AB2, AB3) von als Teilen des Fahrzeugs (1) bestimmten Modulen des Fahrzeugs (1), und zur Ermittlung des Fahrzeug-Schwerpunkts (S) Entfernungen (x1, x3) der Schwerpunkte der Module zu Fahrzeugachsen (A1, A2) und mittlere Überhänge (L1, L2) eines vorderen und hinteren Moduls herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tschebyscheff-Filter verwendet wird, vorzugsweise mit einer Grenzfrequenz von 7 bis 10 Hz, insbesondere 7,5 bis 8,5 Hz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor-Abstand (d) ermittelt wird durch Ermittlung des Fahrzeug-Schwerpunkts (S) und des Abstandes des Fahrzeugschwerpunkts (S) zu dem Querbeschleunigungssensor (8), wobei der Fahrzeug-Schwerpunkt (S) ermittelt wird aus einem Momentengleichgewicht des Fahrzeugs (1) unter Heranziehung von Gewichtswerten und Abstandswerten, insbesondere Radständen des Fahrzeugs und ermittelten Radlasten oder Achslasten des Fahrzeugs.