-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen eines Signalwerts hoher Qualität der Vertikalbeschleunigung eines Rades eines Fahrzeugs.
-
Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, werden für einen optimalen Fahrkomfort Systeme eingesetzt, die die Fahrdynamik des Fahrzeugs regeln. Diese Systeme regeln insbesondere Fahrzeugdämpfer des Fahrzeugs. Um diese Regelung zu ermöglichen, muss dem System die Vertikalbeschleunigung der Räder des Fahrzeugs bekannt sein. Zur Ermittlung der Vertikalbeschleunigung eines Rades wird ein Messaufnehmer verwendet und dessen Signale werden nachfolgend über einen standardisierten Datenbus (insbesondere ein so genannter FlexRay-Datenbus) dem System zur Verfügung gestellt. Dabei sind die Aufnahme- und Übertragungskapazitäten sowohl des Messaufnehmers als auch des Datenbusses begrenzt. Zum Stand der Technik wird auf die
DE 10 2004 021 550 A1 und die US 2005 / 0 071 063 A1 verwiesen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zum Bereitstellen eines Signalwerts hoher Qualität der Vertikalbeschleunigung eines Rades eines Fahrzeugs bereitzustellen, dessen Signale dennoch mit einem Messaufnehmer mit geringer Signalqualität aufgenommen werden können.
-
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit einem Verfahren zum Bereitstellen eines Signalwerts hoher Qualität der Vertikalbeschleunigung eines Rades eines Fahrzeugs gelöst, das folgende Schritte umfasst: Aufnehmen eines Signals der Vertikalbeschleunigung des Rades mit einem Messaufnehmer mit geringer Signalqualität, Ermitteln eines ersten Signalzustands aus dem Signal mit geringer Signalqualität, Ermitteln mindestens eines weiteren Signalzustands aus dem Signal, Bereitstellen einer mindestens dreidimensionalen Matrix, deren erste Dimension zuvor ermittelte Signalwerte hoher Qualität in Abhängigkeit der mindestens zwei weiteren Dimensionen angibt, wobei der zweiten Dimension mögliche Werte des ersten Signalzustands zugeordnet sind und der mindestens einen weiteren Dimension mögliche Werte des mindestens einen weiteren Signalzustands zugeordnet sind, Vergleichen des ermittelten ersten Signalzustands mit den möglichen Werten des ersten Signalzustands der Matrix, Vergleichen des ermittelten mindestens einen weiteren Signalzustands mit den möglichen Werten des mindestens einen weiteren Signalzustands der Matrix und Ausgeben des zugehörigen Signalwerts hoher Qualität aus der Matrix.
-
Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass beim Regeln von Fahrzeugdämpfern grundsätzlich bereits kleine Amplituden der Vertikalbeschleunigung des Rades ausreichen, um den notwendigen Fahrkomfort sicherzustellen. Deshalb ist es möglich mit einem Messaufnehmer (insbesondere eines FlexRay-Datenbuses) für die Vertikalbeschleunigung eines Rades zu arbeiten, der Signale vergleichsweise geringer Signalqualität liefert und insbesondere einen begrenzten Messbereich aufweist.
-
Als Signal der Vertikalbeschleunigung des Rades mit einem Messaufnehmer mit geringer Signalqualität wird deshalb vorzugsweise ein digitales Signal und/oder ein Signal mit einer Frequenz allein zwischen 300 Hz und 500 Hz, insbesondere 400 Hz, und/oder ein Signal mit einer Amplitude zwischen +15 g und -15 g, insbesondere +12 g und -12 g, aufgenommen. Ein solcher Messaufnehmer ist kostengünstig und liefert eine vergleichsweise geringe Menge unterschiedlicher Messsignale.
-
Andererseits ist es von großem Nutzen, wenn z.B. für eine Analyse des Fahrverhaltens des Fahrers und/oder des Fahrzeugs selbst, auch die tatsächlichen Vertikalbeschleunigungen des Rades aufgezeichnet werden könnten. Dabei treten allerdings Signalwerte auf, die unter Umständen über +100 g bzw. unter -100 g hinausgehen. Solche Werte würden sich nur mit sehr hochwertigen und entsprechend teueren Messaufnehmern messen lassen.
-
Um dieses Problem zu umgehen, werden gemäß der Erfindung die von einem Messaufnehmer mit vergleichsweise geringer Signalqualität bereitgestellten Signale, welcher insbesondere einen eingeschränkten Messbereich aufweist, so modifiziert, dass das Ergebnis einem höherwertigen Messaufnehmer entspricht. Damit ist ein enormer Informationsgewinn ohne zusätzlichen Geräteaufwand geschaffen.
-
Bisher werden Beschleunigungsdaten mit geringer Güte auf die vermeintlich tatsächliche Amplitude mittels eines Rechenverfahrens hochgerechnet. Dieses Rechenverfahren berücksichtigt den physikalischen Zusammenhang, dass die Beschleunigung die zweifache Integration des Weges darstellt. Der Weg ist dabei das Ein- und Ausfedern des Fahrzeugdämpfers. Durch zweimaliges Integrieren des Wegsignals entspricht das Ergebnis also etwa dem Signal der Vertikalbeschleunigung des zugehörigen Rades. Die Messsignale des Weges sind aber aufgrund der Bedingungen beim Fahren mit Störeffekten überlagert. Diese Störeffekte haben einen enormen Einfluss auf das Integrieren. Sie werden beim Integrieren derart aufsummiert, dass im schlimmsten Fall das Gesamtergebnis unbrauchbar wird. Um die Störeffekte zu mildern ist es zwar bekannt, die Messdaten vor dem Integrieren zu filtern. Das Filtern hat aber den Nachteil, dass kleine, hochfrequente Signalanteile aus dem Messsignal herausgenommen werden. Dadurch werden zugleich Scheitel-Amplituden des Signals erheblich reduziert, da diese von den kleineren, hochfrequenten Amplituden überlagert sind. Daraus resultiert in der Regel ein Berechnungsergebnis, dessen Berechnungsfehler selten kleiner als 30 % ist.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hingegen aus den standardmäßig vorhandenen Vertikalbeschleunigungsdaten ohne Zuhilfenahme des Federwegs oder anderer Ersatzgrößen ein aussagekräftiges Vertikalbeschleunigungssignal ermittelt. Dieses Signal kann und muss in der Regel insbesondere auch weit über Signalwerte von +12 g bzw. weit unter Signalwerte von -12 g hinausgehen.
-
Die zugrunde liegende Idee ist dabei statistischer Natur. Es wird gemäß der Erfindung eine Matrix bzw. Tafel vorgesehen, aus der ersichtlich ist, welche Werte ein Signal hoher Qualität, insbesondere ein hochauflösendes, analog gemessenes Vertikalbeschleunigungssignal eines Rades, annehmen kann. Diese Tafel entspricht einer zumindest dreidimensionalen Matrix. Die erste Dimension der Matrix umfasst die möglichen Signalwerte hoher Qualität, die zugehörigen Zeilen und Spalten der Matrix repräsentieren bestimmte Signalzustände, wie sie dann bei einem Signal minderer Qualität vorliegen. Zum Erstellen der Matrix ist es lediglich notwendig, einmal die Signale hoher Qualität und die Signale minderer Qualität gleichzeitig zu messen.
-
Die derartige Vorgehensweise hat den Vorteil, dass keine weiteren mathematischen Methoden wie Filtern, Integrieren, Differenzieren oder dergleichen notwendig sind. Mittels des einfachen Zusammenhangs eines Signals hoher Qualität zu Signalzuständen eines Signals minderer Qualität aus der Matrix wird einem Signalwert minderer Qualität ein Signalwert hoher Qualität zugewiesen.
-
Beim Ermitteln des ersten Signalzustands und/oder des weiteren Signalzustands wird das Signal bevorzugt auf einen Maximalwert und einen Minimalwert begrenzt, insbesondere auf einen Maximalwert von +8 g und einen Minimalwert von -8 g. Ferner wird beim Ermitteln des ersten Signalzustands und/oder des weiteren Signalzustands das Signal vorteilhaft auf einen Trapeze umfassenden Signalverlauf reduziert. Dabei werden vorzugsweise beim Ermitteln des ersten Signalzustands von den Trapezen nur jene verwendet, deren Trapez-Plateau eine Mindestlänge aufweist. Beim Ermitteln des ersten Signalzustands werden bevorzugt von den Trapezen ferner die Längen der Trapez-Basis verwendet. Auch wird bevorzugt beim Ermitteln des ersten Signalzustands als erster Signalzustand der Quotient aus der Länge einer Trapez-Basis und der Länge des zugehörigen Trapez-Plateaus verwendet.
-
Beim Ermitteln des weiteren Signalzustands wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung von dem Signal ein Absolutwert einer Signaländerung verwendet. Als Absolutwert der Signaländerung wird vorteilhaft die Differenz zwischen einem Signal-Plateau und einer Signal-Basis eines auf Trapeze reduzierten Signalverlaufs verwendet.
-
Als zugehöriger Signalwert hoher Qualität wird bevorzugt der Maximalwert bzw. Minimalwert eines zuvor ermittelten analogen Signals und/oder eines Signals mit einer Frequenz zwischen 800 Hz und 1200 Hz, insbesondere 1000 Hz, und/oder eines Signals mit einer Amplitude von bis +120 g und -120 g, insbesondere +110 g und -110 g, ausgegeben.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 einen Graphen des Verlaufs eines Signals der Vertikalbeschleunigung eines Rades mit hoher Qualität und des Verlaufs eines zugehörigen Signals der Vertikalbeschleunigung des Rades mit geringer Qualität,
- 2 den Graphen gemäß 1 mit einem Verlauf des Signals der Vertikalbeschleunigung des Rades mit geringer Qualität in aufbereitetem Zustand, wobei die Aufbreitung ein Begrenzen auf einen Maximalwert und einen Minimalwert sowie ein Reduzieren auf Trapeze umfasst,
- 3 zwei Graphen in vergrößertem Maßstab von Abschnitten der Verläufe gemäß 2,
- 4 die Graphen gemäß 3 mit darin eingezeichneten Längen von zugehörigen Trapez-Plateaus,
- 5 zwei weitere Graphen in vergrößertem Maßstab von Abschnitten der Verläufe gemäß 2 mit darin eingezeichneten Längen von zugehörigen Trapez-Plateaus und Längen von zugehörigen Trapez-Basen,
- 6 die Graphen gemäß 5 mit darin eingezeichneten Absolutwerten von Signaländerungen und
- 7 eine graphische Darstellung einer erfindungsgemäßen Matrix mit ihren drei Dimensionen.
-
In den 1 bis 6 sind Graphen von Signalverläufen einer an einem Rad eines Fahrzeugs gemessenen Vertikalbeschleunigung dargestellt. Die Graphen umfassen dabei je eine X-Achse 10, auf der die Zeit in Sekunden (s) angetragen ist, sowie je eine Y-Achse 12, auf der die Vertikalbeschleunigung in Erdschwerebeschleunigung (g) angetragen ist.
-
Der Graph gemäß 1 zeigt dabei zwei Signalverläufe, nämlich den Verlauf eines Signals 14, das mit einem Messaufnehmer für die Vertikalbeschleunigung des Rades mit hoher Aufnahmequalität aufgenommen wurde und entsprechend eine hohe Qualität aufweist, sowie den Verlauf eines Signals 16, das mit einem Messaufnehmer für die Vertikalbeschleunigung des Rades mit geringer bzw. verminderter Aufnahmequalität aufgenommen wurde und entsprechend eine geringere Qualität aufweist. Das Signal hoher Qualität ist ein hochauflösendes, mit 1000 Hz aufgenommenes Analogsignal und das Signal geringer Qualität ein mit 400 Hz aufgenommenes Digitalsignal, wie es auch von einem standardisierten Datenbus weitergegeben werden kann.
-
Dabei hat jedes Signal, das während einer Fahrt mit dem zugehörigen Fahrzeug auftritt, eine bestimmte Signalform. Obwohl die Analogsignale sämtlich sehr unterschiedliche Ausprägungen haben und insbesondere sehr stark unterschiedliche Amplituden aufweisen, befinden sich die zugehörigen Digitalsignale sämtlich in einem Bereich von +/-12 g. Das derartige Digitalsignal wird wie nachfolgend erläutert aufbereitet, um daraus auf die zugehörigen Analogwerte rückschließen zu können.
-
Dabei wird das Digitalsignal gemäß dem Signalverlauf 16 auf einen allein (in der Regel ungleichschenklige) Trapeze umfassenden Signalverlauf 18 reduziert. Die Kurve des derartigen Signalverlaufs 18 besteht also nur noch aus einzelnen Trapezen 20, wobei unter Trapez 20 vorliegend ein Verlaufsabschnitt verstanden wird, der einen gerade ansteigenden, ersten Abschnitt, einen diesem unmittelbar nachfolgenden, horizontal verlaufenden, zweiten Abschnitt und einen diesem unmittelbar nachfolgenden, gerade abfallenden, dritten Abschnitt aufweist.
-
Diese Trapeze 20 sind auf eine maximale und minimale Amplitude von +8 g bzw. -8 g begrenzt. Das bedeutet, dass jedes Signal, das größer als +/-8 g ist, auf +8 g bzw. -8 g gesetzt wird.
-
Als nächstes ermittelt ein zugehöriger Algorithmus die Anfangs- und Endflanken eines solchen Trapezes 20. Dazu werden solange Werte aus dem Signalverlauf 16 gelöscht, bis die jeweils aufsteigende bzw. fallende Folge an Einzelwerten unterbrochen wird. Das heißt, der jeweilige Messwert, welcher eine stetige Folge von Messwerten unterbricht, ist der Start- bzw. Endpunkt des Trapezes 20 (siehe 3).
-
Auf diese Weise wurde der Signalverlauf 16 des Digitalsignals auf den Signalverlauf 18 derart reduziert, dass dieser nur noch die in den Graphen gemäß 3 bis 6 dargestellten runden Punkte umfasst. Ein Trapez 20 ist also mit anderen Worten aus vier aufeinander folgenden Punkten (Messwerten) gebildet. Der Algorithmus erkennt am zeitlichen Abstand von zwei, auf derselben Ebene liegenden Punkten, ob es sich um ein Trapez 20 handelt. Punkte, die zu eng beieinander liegen, werden als Trapeze 20 verworfen.
-
Jedes derartige Trapez 20 weist ein Trapez-Plateau auf, welches als der obere gerade und ebene Abschnitt zwischen den beiden schrägen Abschnitten des Trapezes 20 gekennzeichnet ist. Von diesen Trapez-Plateaus wird jeweils deren Länge 22 ermittelt (siehe 4). Es werden dabei von den Trapezen 20 nur jene verwendet, deren Trapez-Plateau eine Mindestlänge aufweist.
-
Ferner wird von den dann relevanten Trapezen 20 eine Länge 24 der Trapez-Basis ermittelt (siehe 5). Als Länge 24 der Trapez-Basis wird dabei der horizontale Abstand zwischen den beiden unteren Punkten jener vier Punkte definiert, die das jeweilige Trapez 20 festlegen.
-
Dann wird für jedes relevante Trapez 20 ein Quotient aus der Länge 24 seiner Trapez-Basis und der Länge 22 des zugehörigen Trapez-Plateaus ermittelt. Ferner wird von dem jeweiligen Trapez 20 ein Absolutwert 26 der zugehörigen Signaländerung ermittelt (siehe 6). Als Absolutwert 26 wird dabei der vertikale Abstand zwischen den jeweils beiden ersten Punkten jener vier Punkte definiert, die das jeweilige Trapez 20 festlegen. Der einzelne Absolutwert 26 der jeweiligen Signaländerung ist also die Differenz zwischen einem Trapez-Plateau und einer Trapez-Basis des auf Trapeze 20 reduzierten Signalverlaufs 18.
-
Der derart ermittelte Quotient aus einer Länge 24 und einer zugehörigen Länge 22 sowie der zugehörige Absolutwert 26 werden als zwei Signalzustände des aufbereiteten Signals 18 mit geringer Qualität in zwei Dimension in einer in 7 dargestellten Matrix eingetragen. Dabei enthält die Matrix in einer Z-Richtung bzw. ersten Dimension 30 die Signalwerte des Signals 14 hoher Qualität, in einer Y-Richtung bzw. zweiten Dimension 32 die Quotienten aus den Längen 24 und den Längen 22 der jeweils zugehörigen Trapeze 20 sowie in einer Z-Richtung bzw. dritten Dimension 34 die zugehörigen Absolutwerte 26.
-
Pro Ereignis im Signal 14 mit hoher Qualität gibt es somit ein Parameterpaar aus Quotient aus den Längen 24 / 22 in der zweiten Dimension 32 sowie dem zugehörigen Absolutwert 26 in der dritten Dimension 34. Diese beiden Parameter sind um den zugehörigen Maximalwert bzw. Minimalwert des Signals 14 hoher Qualität in der ersten Dimension 30 ergänzt. Während die Absolutwerte 26 nur in einem Bereich zwischen +8 g und +16 g auftreten, werden dabei in der ersten Dimension 30 Werte von bis zu 100 g zugeordnet. Zwischen den gemessen Werten der Matrix 28 können ferner Werte mittels insbesondere linearer Interpolation und anschließender Approximation ergänzt werden.
-
Insgesamt ist auf diese Weise ein Verfahren zum Bereitstellen eines Signalwerts hoher Qualität der Vertikalbeschleunigung eines Rades eines Fahrzeugs geschaffen, bei dem Messwerte, die im Bereich von +/-12 g liegen, so umgeformt werden können, dass diese einen Messbereich von +/-110 g repräsentieren. Der mittlere Fehler liegt dabei bei nur etwa 20 % oder darunter.
