DE102013110954A1 - Bestimmen eines Höhenstands eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Höhenstands eines Aufbaus eines Kraftfahrzeugs und umfasst Schritte des Bestimmens von Radhöhenständen an wenigstens vier verschiedenen Rädern des Kraftfahrzeugs, des Bildens unterschiedlicher Auswahlen von jeweils drei der bestimmten Radhöhenstände, des Bestimmens eines Höhenstands des Aufbaus für jede Auswahl, des Vergleichens der bestimmten Höhenstände und des Bestimmens, dass wenigstens ein Messwert für einen Radhöhenstand unplausibel ist, falls sich die bestimmten Höhenstände um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander unterscheiden.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Bestimmung eines Höhenstands eines Aufbaus eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung die Plausibilisierung und Fehlererkennung einer solchen Bestimmung.
  • Ein Kraftfahrzeug umfasst eine Anzahl Räder, die mittels eines Fahrwerks gegenüber einem Aufbau abgestützt sind. Das Fahrwerk erlaubt eine vorbestimmte vertikale Bewegung jedes Rads, um die Räder möglichst in Kontakt mit einem Untergrund zu halten und um Stöße und Bewegungen des Aufbaus zu verhindern. Der Aufbau umfasst üblicherweise eine Karosserie, an der weitere Elemente des Kraftfahrzeugs angebracht sind, insbesondere ein Antriebsmotor und ein Fahrgastbereich. Das Fahrwerk umfasst Anlenkungen der Räder und üblicherweise eine dedizierte Feder-Dämpfer-Einheit für jedes Rad.
  • Ein Höhenstand des Aufbaus gegenüber den Rädern bzw. dem Untergrund kann bestimmt werden, indem Radhöhenstände, die jeweils angeben, welcher Abstand zwischen dem Aufbau und dem Rad besteht, miteinander verknüpft werden. Der Höhenstand des Aufbaus kann statisch bestimmt werden, sodass eine Höhe bzw. eine Neigung in Längs- bzw. Querrichtung des Aufbaus bestimmt wird, oder dynamisch, indem eine Bewegung des Aufbaus nach oben oder unten sowie ein Schwanken in Längs- bzw. Querrichtung bestimmt wird. Der Höhenstand des Aufbaus kann insbesondere bestimmt werden, um das Fahrwerk aktiv zu beeinflussen. Beispielsweise kann ein elektronisches Stabilitätsprogramm über den statischen oder dynamischen Höhenstand Informationen über die Höhe des Schwerpunkts des Kraftfahrzeugs erlangen. Die Höhe des Schwerpunkts kann beispielsweise dadurch verändert sein, dass eine Dachlast am Kraftfahrzeug angebracht ist. Ein Beeinflussen des Fahrwerks so, dass ein Umfallen des Kraftfahrzeugs bei schneller Kurvenfahrt verhindert wird, kann die Höhe des Schwerpunkts berücksichtigen und dadurch verbesserte Ergebnisse erzielen. Allgemein kann der Höhenstand von verschiedenen Sicherheits- oder Komfortsystemen an Bord des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • Da der Höhenstand des Aufbaus Einfluss auf ein sicherheitsrelevantes System des Kraftfahrzeugs haben kann, muss die Bestimmung des Höhenstands hohen Anforderungen bezüglich der Genauigkeit oder Zuverlässigkeit gerecht werden, die beispielsweise als Stufe im ASIL-Standard angegeben sein kann.
  • WO 2011/098333 A1 zeigt einen Fahrzeug-Sensor-Knoten, bei dem mehrere Sensorelemente vorgesehen sind, die unterschiedliche primäre Messgrößen erfassen und unterschiedliche Messprinzipien nutzen. Auf diese Weise kann eine Plausibilisierung von Messwerten erfolgen.
  • EP 1 792 759 B1 zeigt eine Vorrichtung, bei der Sensoren zur Ermittlung von Höhenständen vorgesehen sind. Jeder Sensor kann eine eigene Fehlfunktion diagnostizieren und ein entsprechendes Signal ausgeben. Melden zu viele Sensoren, dass sie nicht mehr einwandfrei funktionieren, kann eine Fahrzeughöhenregulierung gestoppt werden.
  • US 5,627,751 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Messwert eines schadhaften Sensors durch ein berechnetes Signal ersetzt werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf kostengünstige Weise ein Höhenstandssignal eines Aufbaus an einem Kraftfahrzeug sicher zu bestimmen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens, eines Computerprogrammprodukts und einer Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen eines Höhenstands eines Aufbaus eines Kraftfahrzeugs umfasst Schritte des Bestimmens von Radhöhenständen an wenigstens vier verschiedenen Rädern des Kraftfahrzeugs, des Bildens unterschiedlicher Auswahlen von jeweils drei der bestimmten Radhöhenstände, des Bestimmens eines Höhenstands des Aufbaus für jede Auswahl, des Vergleichens der bestimmten Höhenstände und des Bestimmens, dass wenigstens ein Messwert für einen Radhöhenstand unplausibel ist, falls sich die bestimmten Höhenstände um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander unterscheiden.
  • Es wird hier davon ausgegangen, dass der Aufbau des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen starr ist und eine Verbindung bzw. Durchbiegung nicht stattfindet. Die Räder sind gegenüber dem Aufbau beweglich angebracht. Ein Radhöhenstand bezeichnet den Abstand eines Rads bzw. seiner zugeordneten Achse vom Aufbau. Da eine Ebene im Raum bereits durch drei Punkte eindeutig definiert werden kann, genügen drei Radhöhenstände, um den Höhenstand des Aufbaus eindeutig zu bestimmen. Ein übliches Kraftfahrzeug weist jedoch wenigstens vier Räder auf, sodass eine Überbestimmung vorliegt. Diese Überbestimmung kann dazu genutzt werden, die einzelnen Radhöhenstände gegeneinander zu plausibilisieren. Dadurch kann eine erhöhte Genauigkeit oder erhöhte Zuverlässigkeit des bestimmten Höhenstands erzielt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird aus den Radhöhenständen jeweils ein hochfrequenter Anteil ausgefiltert, bevor die Höhenstände des Aufbaus bestimmt werden. Der hochfrequente Anteil betrifft üblicherweise vertikale Radbewegungen, die beispielsweise durch Fahren des Kraftfahrzeugs auf unebenem Untergrund bedingt sein können. Der verbleibende niederfrequente Anteil der Radhöhenstände betrifft üblicherweise Bewegungen des Aufbaus gegenüber den Rädern. Durch das Ausfiltern der hochfrequenten Anteile kann der Höhenstand des Aufbaus verbessert bestimmt werden.
  • Bevorzugterweise umfassen die Höhenstände jeweils einen Hub, einen Rollwinkel und einen Nickwinkel des Aufbaus. Der Hub betrifft eine vertikale Bewegung des Aufbaus, der Rollwinkel eine Neigung quer zur Fahrtrichtung und der Nickwinkel eine Neigung in Fahrtrichtung. So kann der Höhenstand des Aufbaus vollständig beschrieben werden und die einzelnen Komponenten können unmittelbar von einem Komfort- oder Sicherheitssystem des Kraftfahrzeugs weiter verarbeitet werden. Beispielsweise kann der Hub in eine Niveauregelung einfließen, der Rollwinkel in ein Kurvenstabilitätsprogramm und der Nickwinkel in einen Bremsassistenten.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden die bestimmten Höhenstände mit einem diskret gemessenen Höhenstand verglichen. Der diskret gemessene Höhenstand kann beispielsweise mittels eines Beschleunigungssensors, einer Kamera oder auch auf andere Weise bestimmt werden. Dadurch kann ein Referenzwert vorliegen, mit dem die Höhenstände einzeln verglichen werden können.
  • In einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann ferner bestimmt werden, welcher Messwert für einen Radhöhenstand unplausibel ist, falls eine Unplausibilität bestimmt wurde. Dazu können die bestimmten Höhenstände paarweise mit dem diskret gemessenen Höhenstand verglichen werden. Ist nur ein Messwert unplausibel, so wird sich jeder bestimmte Höhenstand, der diesen Messwert berücksichtigt, vom diskret gemessenen Höhenstand unterscheiden. Auf diese Weise kann beispielsweise ein defekter Sensor zur Bestimmung des Radhöhenstands identifiziert werden. In folgenden Bestimmungen des Höhenstands kann das Messsignal dieses Sensors dann ignoriert werden.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform werden die Radhöhenstände und die Höhenstände nach der Zeit abgeleitet, um Bewegungen des Aufbaus zu bestimmen. So kann eine dynamische Komponente der Bewegung des Aufbaus berücksichtigt werden. Es ist auch möglich, die Radhöhenstände und die Höhenstände zweimal nach der Zeit abzuleiten, um Beschleunigungen des Aufbaus zu betrachten.
  • Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Höhenstands eines Aufbaus eines Kraftfahrzeugs umfasst je einen Sensor für einen Radhöhenstand an wenigstens vier verschiedenen Rädern des Kraftfahrzeugs und eine Verarbeitungseinrichtung zur Erfassung von Messwerten für die Radhöhenstände der Sensoren. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, einen Höhenstand des Aufbaus für jede Auswahl zu bestimmen, die bestimmten Höhenstände miteinander zu vergleichen und zu bestimmen, dass wenigstens ein Messwert für einen Radhöhenstand unplausibel ist, falls sich die bestimmten Höhenstände um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander unterscheiden.
  • Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
  • 1 ein Kraftfahrzeug mit Höhenstandsbestimmung, und
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Höhenstandsbestimmung am Kraftfahrzeug von 1 darstellt.
  • 1 zeigt auf schematische Weise ein Kraftfahrzeug 100 mit Höhenstandsbestimmung. Das Kraftfahrzeug 100 umfasst einen Aufbau 105, der üblicherweise eine Karosserie und diverse Anbauteile umfasst. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass der Aufbau 105 biege- und verwindungssteif ausgeführt ist. Ferner umfasst das Kraftfahrzeug 100 wenigstens vier Räder 110, die beispielsweise vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts am Kraftfahrzeug 100 angebracht sein können. In anderen Ausführungsbeispielen können auch beliebig mehr als vier Räder 110 verwendet werden. Ein Fahrwerk 115 verbindet die Räder 110 mit dem Aufbau 105. Das Fahrwerk 115 umfasst üblicherweise eine Anzahl Federn 120 mit Dämpfern 125. In einer Ausführungsform ist jedes Rad 110 mit einer zugeordneten Kombination aus Feder 120 und Dämpfer 125 am Aufbau 105 abgestützt. Dabei ist unerheblich, welcher Art eine mechanische Anlenkung des Rads 110 gegenüber dem Aufbau 105 vorliegt. Beispielsweise kann eine Einzelradaufhängung gewählt werden oder eine Knick- oder Starrachse. Die Feder 120 ist vorzugsweise als Schraubenfeder ausgeführt, kann jedoch in anderen Ausführungsformen auch beispielsweise als Blattfeder, pneumatischer Federbalg oder Drehstabfeder ausgeführt sein. Der Dämpfer 125 arbeitet üblicherweise hydropneumatisch, kann jedoch auch anders ausgeführt sein, beispielsweise als magnetorheologischer Reibungsdämpfer. Die Feder 120 und der Dämpfer 125 können miteinander integriert ausgeführt sein. Es ist auch denkbar, die Feder 120 und den Dämpfer 125 teilweise oder vollständig elektromechanisch auszuführen.
  • Jedem Rad 110 ist ein Radhöhenstandssensor 130 zugeordnet. Der Radhöhenstandssensor 130 kann integriert mit dem Dämpfer 125 und/oder der Feder 120 implementiert sein. Eine Verarbeitungseinrichtung 135 ist mit den Radhöhenstandssensoren 130 verbunden. Auf der Basis der von den Radhöhenstandssensoren 130 gelieferten Messwerte bestimmt die Verarbeitungseinrichtung 135 einen plausibilisierten Höhenstand des Aufbaus 105. Der Höhenstand des Aufbaus 105 beschreibt üblicherweise eine Ausrichtung des Aufbaus 105 gegenüber einem Untergrund, auf dem die Räder 110 stehen. Eine absolute Ausrichtung des Aufbaus 105, der eine Neigung oder ein Gefälle des Untergrunds berücksichtigt, wird üblicherweise nicht bestimmt.
  • Optional kann ein diskreter Höhenstandssensor 140 vorgesehen sein, der den Höhenstand des Aufbaus 105 auf der Basis anderer Sensorwerte bestimmt. Korrespondierende Sensoren können insbesondere einen Beschleunigungssensor, einen Neigungssensor oder einen Abstandssensor umfassen. Der Höhenstandssensor 140 kann den Höhenstand des Aufbaus 105 auch beispielsweise optisch bestimmen.
  • Bevorzugterweise ist eine Schnittstelle 145 vorgesehen, über die die Verarbeitungseinrichtung 135 den bestimmten Höhenstand des Aufbaus 105 ausgibt. Außerdem kann über die Schnittstelle 145 oder eine separate Schnittstelle ein Signal ausgegeben werden, wenn bestimmt wurde, dass der bestimmte Höhenstand auf unplausiblen Messwerten basiert. In einer Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung 135 auch dazu eingerichtet, im Fall eines unplausiblen Messwerts zu bestimmen, welcher der Radhöhenstandssensoren 130 den unplausiblen Messwert geliefert hat. Dann kann über die Schnittstelle 145 oder eine andere Schnittstelle ein Signal ausgegeben werden, das auf eine Fehlfunktion des betroffenen Radhöhenstandssensors 130 hinweist.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zur Höhenstandsbestimmung des Aufbaus 105 am Kraftfahrzeug 100 von 1. Es wird allgemein von einem Kraftfahrzeug ausgegangen, das n Räder 110 aufweist, wobei gilt: n ≥ 4.
  • In einem ersten Schritt 205 wird für jedes der n Räder ein Radhöhenstand bestimmt, insbesondere mittels eines zugeordneten Radhöhenstandssensors 130. In einem optionalen Schritt 210 wird eine zeitliche Sequenz von Messwerten, die einem Rad 110 zugeordnet sind, von hochfrequenten Anteilen befreit, beispielsweise mittels eines Tiefpassfilters. Diese Verarbeitung erfolgt für die Messwerte jedes der n Räder 110.
  • In einem Schritt 215 werden Auswahlen bestimmt. Jede Auswahl umfasst drei Radhöhenstände unterschiedlicher Räder 110. Bei n Rädern 110 können allgemein ( n / 3) unterschiedliche Kombinationen dreier Radhöhenstände gebildet werden. Bei vier Rädern können also vier Kombinationen gebildet werden, bei fünf Rädern zehn, bei sechs Rädern 20 etc. In einem Schritt 220 wird für jede Auswahl aus dem Schritt 215 ein Höhenstand des Aufbaus 105 bestimmt. Die Messwerte jeder Auswahl umfassen jeweils drei Radhöhenstände, die eine eindeutige Ausrichtung des Aufbaus 105 bezüglich der Räder 110 beschreiben. Ausgehend davon, dass jedes Rad 110 Kontakt mit einem Untergrund hat, kann so der Höhenstand des Aufbaus 105 auch bezüglich des Untergrunds bestimmt werden.
  • Optional kann in einem Schritt 225 auch eine diskrete Messung des Höhenstands erfolgen, beispielsweise mittels des Höhenstandssensors 140. In einem Schritt 230 werden die bestimmten Höhenstände miteinander verglichen. In einer einfachen Ausführungsform wird dabei lediglich festgestellt, ob sämtliche bestimmte Höhenstände ungefähr gleich sind, das heißt, sich nicht mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander unterscheiden. Das vorbestimmte Maß kann absolut oder relativ angegeben sein. Durch das absolute Maß wird ein Messkorridor gebildet, der um einen Mittelwert der bestimmten Höhenstände definiert ist. In einem Schritt 235 wird dann bestimmt, ob alle bestimmten Höhenstände des Aufbaus 105 in dem bestimmten Messkorridor liegen. Ist dies der Fall, so kann in einem Schritt 240 einer der bestimmten Höhenstände ausgegeben werden. Alternativ kann auch ein Mittelwert oder eine andere Kombination der bestimmten Höhenstände ausgegeben werden. Es kann auch lediglich ein Signal ausgegeben werden, dass die Messwerte der Radhöhenstände gegeneinander plausibilisiert werden konnten.
  • Wurde im Schritt 235 bestimmt, dass sich nicht alle Höhenstände im Messkorridor befinden, so kann in einem Schritt 245 ein Signal ausgegeben werden, das darauf hinweist, dass die Bestimmung des Höhenstands des Aufbaus 105 nicht plausibilisiert werden konnte bzw. dass wenigstens ein Messwert eines Radhöhenstands unplausibel ist.
  • Optional kann in diesem Fall in einem Schritt 250 noch bestimmt werden, welcher der Messwerte der Radhöhenstände unplausibel ist. Dazu können die bestimmten Höhenstände paarweise mit dem diskret gemessenen Höhenstand des Höhenstandssensors 140 verglichen werden. Von den bestimmten Höhenständen, die signifikant vom Höhenstand des Höhenstandssensors 140 abweichen, kann dann bestimmt werden, welcher Radhöhenstand diesen Höhenständen zugrunde liegt. Ein Hinweis auf den somit als unplausibel identifizierten Radhöhenstand bzw. auf den zugeordneten Radhöhenstandssensor 130 kann dann ausgegeben werden, beispielsweise über die Schnittstelle 145.
  • Nach den Schritten 240 oder 245 bzw. 250 kann das Verfahren 200 erneut durchlaufen. Es ist auch möglich, das Verfahren 200 statt auf Radhöhenständen auf deren zeitlichen Ableitungen auszuführen. Dazu kann beispielsweise in Schritt 205 oder 210 eine zeitliche Ableitung jedes bestimmten Radhöhenstands bestimmt werden. Als Ergebnis wird ein dynamischer Höhenstand des Aufbaus 105 bestimmt. In einer anderen Ausführungsform kann auch zweimal nach der Zeit abgeleitet werden, um eine Beschleunigung des Höhenstands des Aufbaus 105 zu bestimmen.
  • Der Höhenstand des Aufbaus 105 ist bevorzugterweise ausgedrückt durch drei Komponenten, von denen eine einen Hub, eine einen Rollwinkel und eine einen Nickwinkel des Aufbaus 105 betrifft. Die bestimmten Radhöhenstände können wie folgt in einen solchen Höhenstand transformiert werden:
    Figure DE102013110954A1_0002
  • Dabei bedeuten:
    • z
    Radhöhenstand bzw. vertikale Abstandsmessung Aufbau 105 zu Rad 110
    vr
    vorne rechts
    vl
    vorne links
    hr
    hinten rechts
    hl
    hinten links
    φ
    Winkel
    Nick
    Nickrichtung, also vorne-hinten bzgl. Fahrtrichtung
    Wank
    Wankrichtung, also links-rechts bzgl. Fahrtrichtung
    T
    Transformationsmatrix
    zA
    Höhenstand mit den drei Komponenten Hub, Nicken, Wanken.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2011/098333 A1 [0005]
    • EP 1792759 B1 [0006]
    • US 5627751 [0007]

Claims (8)

  1. Verfahren (200) zum Bestimmen eines Höhenstands eines Aufbaus (105) eines Kraftfahrzeugs (100), folgende Schritte umfassend: – Bestimmen (205) von Radhöhenständen an wenigstens vier verschiedenen Rädern (110) des Kraftfahrzeugs (100); – Bilden (215) unterschiedlicher Auswahlen von jeweils drei der bestimmten Radhöhenstände; – Bestimmen (220) eines Höhenstands des Aufbaus (105) für jede Auswahl; – Vergleichen (230) der bestimmten Höhenstände, und – Bestimmen (245), dass wenigstens ein Messwert für einen Radhöhenstand unplausibel ist, falls sich die bestimmten Höhenstände um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander unterscheiden.
  2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei aus den Radhöhenständen jeweils ein hochfrequenter Anteil ausgefiltert wird (210), bevor die Höhenstände des Aufbaus bestimmt (220) werden.
  3. Verfahren (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Höhenstände jeweils einen Hub, einen Rollwinkel und einen Nickwinkel des Aufbaus umfassen.
  4. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bestimmten Höhenstände mit einem diskret gemessenen Höhenstand (225) verglichen werden.
  5. Verfahren (200) nach Anspruch 4, wobei bestimmt (250) wird, welcher Messwert für einen Radhöhenstand unplausibel ist.
  6. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Radhöhenstände und die Höhenstände nach der Zeit abgeleitet werden (205, 210), um Bewegungen des Aufbaus (105) zu bestimmen.
  7. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung (135) abläuft oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
  8. Vorrichtung (135) zur Bestimmung eines Höhenstands eines Aufbaus (105) eines Kraftfahrzeugs (100), folgende Elemente umfassend: – je einen Sensor für einen Radhöhenstand (130) an wenigstens vier verschiedenen Rädern (110) des Kraftfahrzeugs (100); – eine Verarbeitungseinrichtung (135) zur Erfassung von Messwerten für die Radhöhenstände der Sensoren (130); – wobei die Verarbeitungseinrichtung (135) dazu eingerichtet ist, – einen Höhenstand des Aufbaus (105) für jede Auswahl zu bestimmen (220); – die bestimmten Höhenstände miteinander zu vergleichen (230), und – zu bestimmen (245), dass wenigstens ein Messwert für einen Radhöhenstand unplausibel ist, falls sich die bestimmten Höhenstände um mehr als ein vorbestimmtes Maß voneinander unterscheiden.
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