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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Hochstandssensorik in einem geregelten Fahrwerkssystem sowie eine Recheneinheit.
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Zur Steuerung von Assistenzsystemen in Fahrzeugen wird eine Vielzahl von Informationen über den Zustand des Fahrzeugs über Sensoren erfasst. In Bezug auf geregelte Fahrwerkssysteme betrifft dies den Bewegungszustand des Fahrzeugs. Geregelte Fahrwerkssysteme greifen beispielsweise in den Federmechanismus der Räder ein, und können zur Verbesserung der Sicherheit und des Komforts des Fahrzeugs beitragen. Zur fehlerfreien Ansteuerung der Systeme ist es notwendig zu wissen, dass die Regelsysteme fehlerfreie Signale übergeben bekommen.
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Aus der
EP 1 197 409 ist ein Fahrdynamik-Regelsystem eines vierrädrigen Kraftfahrzeuges bekannt, wobei das zwischen Rädern und Fahrbahn zur Verfügung stehende Kraftschlusspotential durch ein Rechenverfahren ermittelt wird und unter Berücksichtigung hiervon ein Längskräfte auf die Fahrzeugräder aufbringendes Regelsystem geeignet betrieben wird. Zusätzlich wird ein querdynamisches Regelsystem, welches Seitenkräfte in die Räder einleitet und ein vertikaldynamisches Regelsystem, welches die in Vertikalrichtung orientierte Radlast ändert, im Hinblick auf das Kraftschlusspotential geeignet betrieben. Bevorzugt geht dabei in die Berechnung des Kraftschlusspotentials neben den in der Horizontalebene zwischen den Rädern und der Fahrbahn übertragenen Kräften zusätzlich die in Vertikalrichtung orientierte Radlast mit ein. Ein Kraftschlussregler, der die beteiligten Regelsysteme geeignet ansteuert, setzt Prioritäten hinsichtlich unterschiedlicher Kriterien, wie Fahrsicherheit, Fahrverhalten und Fahrkomfort.
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Aus der
DE 10 2006 001 436 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Bewegungszustands eines Fahrzeugaufbaus bekannt, wobei eine Einfederung des Rads mittels eines Weg- oder Winkelsensors gemessen wird, eine Einfederungsgeschwindigkeit des Rads durch zeitliches Differenzieren der Einfederung des Rads bestimmt wird, eine Vertikalbeschleunigung des Rads mittels eines Beschleunigungssensors gemessen wird, eine Vertikalgeschwindigkeit des Rads durch zeitliches Integrieren der Vertikalbeschleunigung des Rads bestimmt wird, und eine Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus durch Bilden einer Differenz aus der Vertikalgeschwindigkeit des Rads und der Einfederungsgeschwindigkeit des Rads berechnet wird.
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Aus der
DE 10 2004 020 927 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung einer physikalischen Messfunktionstüchtigkeit eines Sensors bekannt. Darin ist offenbart, dass zusätzlich zu einem ersten Sensor, der in einem Fahrzeug angeordnet ist und der zur Messung einer ersten physikalischen Messgröße dient, ferner wenigstens ein zweiter Sensor zur Messung wenigstens einer zweiten physikalischen Messgröße in dem Fahrzeug angeordnet ist, wobei die erste Messgröße und die zweite Messgröße jeweils in eine gemeinsame Zustandsgröße des Fahrzeugs überführbar sind. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte, dass für einen Fahrzeugzustand ein Messwert des ersten Sensors und ein Messwert des zweiten Sensors ermittelt wird. Ausgehend von dem ersten Messwert wird ein erster Zustandswert ermittelt und ausgehend von dem zweiten Messwert wird ein zweiter Zustandswert ermittelt. Die ermittelten Zustandswerte werden miteinander verglichen und bei Überschreiten eines Differenzwertes zwischen dem ersten Zustandswert und dem zweiten Zustandswert wird eine Fehlfunktion eines Sensors registriert.
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Die
DE 195 25 835 A1 offenbart ein Radaufhängungsregelsystem für Kraftfahrzeuge zum Einstellen eines Sollabstands eines Rades von einem Fahrzeugaufbau mit einer Sensorvorrichtung zur Messung des Istabstands des Rades und einer Auswertevorrichtung zur Erkennung eines abnormalen Verhaltens des Istabstands. Die Auswerteeinheit erfasst die Änderung des Istabstands zweier Räder und vergleicht sie jeweils mit einem unteren sowie mit einem oberen zulässigen Schwellwert. Ein Defekt an einer Sensorvorrichtung wird erkannt, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters die Änderung des Istabstands eines Rades den unteren Schwellwert unterschreitet und die Änderung des Istabstands eines anderen Rades den oberen Schwellwert überschreitet.
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Der genannte Stand der Technik offenbart die Möglichkeit, dass nach dem Messen von Sensorwerten bei Abweichungen zwischen den gemessenen Werten und bei Überschreiten eines Schwellwertes ein Fehler diagnostiziert wird. Jedoch wird keine Möglichkeit offenbart, festzustellen, welcher Sensor fehlerhaft ist.
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Plausibilisieren von Sensormesswerten von Hochstandssensoren in einem Kraftfahrzeug mit mehreren Rädern vorgeschlagen, das es ermöglicht einen fehlerhaften Hochstandssensor zu identifizieren. Im Rahmen der Erfindung wird auch eine Recheneinheit, die dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, vorgeschlagen. Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Der Vorteil im vorgeschlagenen Verfahren besteht vor allem darin, dass keine redundante Sensorik verbaut werden muss. Damit einhergehend sind ein geringerer Aufwand und geringere Kosten des Systems. Der Vorteil beruht darauf, dass ohnehin an allen in der Regel vier Rädern des Kraftfahrzeugs Sensoren für die Fahrwerksregelung angeordnet sind, die im vorgeschlagenen Verfahren genutzt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren findet insbesondere Anwendung zum Plausibilisieren einer Hochstandssensorik in geregelten Fahrwerkssystemen. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht u. a. vor, das Höhenprofil unter jedem Rad eines Fahrzeugs zu messen.
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In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein jeweilig überfahrenes Höhenprofil eines ersten Rades, bspw. eines Vorderrades, und eines zweiten Rades, bspw. eines Hinterrades, einer ersten Fahrzeugseite des Fahrzeugs miteinander verglichen. Dabei wird eine resultierende Vertikalbewegung, also eine Auf-und-Ab-Bewegung, des Fahrzeugaufbaus, also der Karosserie, berücksichtigt. Die resultierende Vertikalbewegung der Fahrzeugkarosserie wird ausgehend von Drehbewegungen um eine Längs- und eine Querachse, sowie einer Hubbewegung berechnet. Zusätzlich wird an jedem Rad des Fahrzeugs der jeweilige Höhenstandwert des jeweiligen Rades über einen dem jeweiligen Rad entsprechend zugeordneten Hochstandssensor gemessen. Subtrahiert man den Höhenstandwert eines Rades von der resultierenden Vertikalbewegung der Fahrzeugkarosserie über dem Rad, erhält man das Höhenprofil des Rades. Weiter wird das somit ermittelte Höhenprofil des ersten Rades mit dem ermittelten Höhenprofil des zweiten Rades verglichen. Das jeweils ermittelte Höhenprofil muss für die Räder einer Fahrzeugseite, hier der ersten Fahrzeugseite, gleich sein. Überschreitet der Vergleichswert einen vorgegebenen Schwellwert, wird ein Fehler eines Sensors für die erste Fahrzeugseite detektiert, für den Fall, dass keine zu starke Kurvenfahrt vorliegt, da dann die Räder ggf. nicht die gleiche Spur überfahren würden.
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Für eine zweite Fahrzeugseite wird entsprechend vorgegangen.
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Unter der Annahme, dass der Ausfall mehrerer Hochstandssensoren sehr unwahrscheinlich ist, und in der Regel bei hier vier Hochstandssensoren höchstens ein Hochstandssensor fehlerhaft ist, wird über einen Vergleich der Fahrzeugseiten der konkrete fehlerhafte Hochstandssensor ermittelt.
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Bei nicht zu starker Kurvenfahrt ist es in jedem Fall möglich, einen fehlerhaften Hochstandssensor einer Fahrzeugseite zu detektieren, wenn auf einer Straße gefahren wird, bei welcher die linke und die rechte Fahrzeugseite bzw. Spur das gleiche Höhenprofil überfahren.
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Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Höhenprofile über eine Kreuzkorrelation miteinander verglichen.
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Gemäß weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Berechnung der resultierenden Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus eine Drehbewegung um die Querachse des Fahrzeugs berücksichtigt. Für diese sogenannte Nickbewegung wird die Nickrate der Karosserie mit einem Sensor gemessen. Die tatsächliche Nickbewegung wird über eine zeitliche Integration der Nickrate berechnet.
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In weiterer Ausgestaltung wird zusätzlich für die Berechnung der resultierenden Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus eine Drehbewegung um die Längsachse des Fahrzeugs berücksichtigt. Für diese sogenannte Wankbewegung wird die Wankrate der Karosserie mit einem Sensor gemessen. Die tatsächliche Wankbewegung wird über eine zeitliche Integration der Wankrate berechnet.
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Weiterhin wird in noch weiterer Ausgestaltung für die Berechnung der resultierenden Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus die Hubbewegung der Karosserie berücksichtigt. Die Hubbewegung wird dabei aus einer Hubbeschleunigung durch zeitliche Integration berechnet. Die Hubbeschleunigung wird ebenfalls über einen geeigneten Sensor gemessen.
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Das Verfahren kann von einer dazu erfindungsgemäß konfigurierten Recheneinheit ausgeführt werden. Die Recheneinheit führt je Fahrzeugseite für eine definierte Zeit von einem aktuellen Zeitpunkt bis in die Vergangenheit einen Vergleich der beiden Höhenprofile von Vorder- und Hinterachse durch. In möglicher Ausgestaltung verwendet die Recheneinheit dazu einen RMS(Root Mean Square)-Algorithmus. Hierbei wird je Fahrzeugseite ein RMS-Wert der Differenz der beiden Höhenprofile von Vorder- und Hinterachse über eine gewisse Zeitdauer berechnet. Bei Überschreiten eines definierten Schwellwerts für einen bestimmten Zeitraum, kann von einem Fehler von einem der beiden Hochstandssensoren der jeweiligen Fahrzeugseite ausgegangen werden.
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Über den Vergleich der linken und der rechten Fahrzeugseite kann dann auf den konkreten defekten Hochstandssensor geschlossen werden.
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Um die gemessenen Sensorsignale zu verwerten, ist die Recheneinheit dazu ausgelegt, mehrere Sensorsignale zu verarbeiten. Für eine zeitliche Integration der gemessenen Werte ist die Recheneinheit dazu konfiguriert, den Sensorsignalen einen Integrator nachzuschalten, um die Berechnung auszuführen. Damit die Signale mittelwertfrei darstellbar sind, ist die Recheneinheit dazu konfiguriert, die Sensorsignale vor oder nach der Integration hochpasszufiltern.
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Wie bereits erwähnt findet das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung in der Plausibilisierung von Sensorwerten einer Hochstandssensorik. Die Hochstandssensorik weist in einer Ausführungsform mindestens einen Beschleunigungssensor zum Messen einer Hubbeschleunigung eines Fahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs auf. Weiterhin enthält die Sensorik mindestens einen Sensor zum Messen einer Nickrate, mindestens einen Sensor zum Messen einer Wankrate und/oder mindestens einen Sensor zum gleichzeitigen Messen der Nickrate und der Wankrate, sowie einen Hochstandssensor an jedem Rad zum Messen eines Höhenstandwertes des jeweiligen Rads.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit Komponenten einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochstandssensorik.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 mit Komponenten einer Hochstandssensorik. Das Fahrzeug 10 weist mehrere, hier vier, Räder 1 bis 4 auf. An jedem Rad 1 bis 4 ist jeweils ein Hochstandssensor 11 bis 14 angebracht. Die Hochstandssensoren messen für das jeweilige Rad, welchem die Hochstandssensoren jeweils zugeordnet sind, einen Höhenstandwert.
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Am Fahrzeugaufbau des Fahrzeugs 10 sind ein Beschleunigungssensor zum Messen einer Nickrate 28, ein Beschleunigungssensor zum Messen einer Wankrate 30 und ein Beschleunigungssensor zum Messen einer Hubbeschleunigung 32 des Fahrzeugaufbaus angebracht. Die Nickrate ist die Beschleunigung der Drehung des Fahrzeugaufbaus um seine Querachse y. Die Wankrate ist die Beschleunigung der Drehung des Fahrzeugaufbaus um seine Längsachse x. Die Hubbeschleunigung ist die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus entlang seiner Hochachse z.
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Die Messwerte aus den Beschleunigungssensoren werden vor ihrer Weiterverarbeitung hochpassgefiltert. Das erfolgt mit einer niedrigen Eckfrequenz. Dadurch wird das Signal mittelwertfrei dargestellt und ein Integrations-Driften wird verhindert. Ebenfalls ist es möglich, das Signal nach der Integration hochpasszufiltern.
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Im Fahrzeug ist auch eine Recheneinheit 26, die dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, angeordnet. Auf die Merkmale der Recheneinheit wird später genauer eingegangen.
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Durch eine zeitliche Integration der Nickrate wird ein Nickwinkel berechnet. Mit dem Nickwinkel wird eine vertikale Komponente einer resultierenden Vertikalbewegung, also entlang der Hochachse z, des Fahrzeugaufbaus berechnet. Mit dem halben Achsabstand multipliziert, erhält man den vertikalen Weg, den beispielsweise der vordere Teil des Fahrzeugaufbaus entlang der Hochachse z zurücklegt.
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Durch eine zeitliche Integration der Wankrate wird ein Wankwinkel berechnet. Mit dem Wankwinkel wird eine weitere vertikale Komponente einer resultierenden Vertikalbewegung, also entlang der Hochachse z, des Fahrzeugaufbaus berechnet. Mit der halben Spurweite multipliziert, erhält man den vertikalen Weg, den der Fahrzeugaufbau an einer Fahrzeugseite entlang der Hochachse z zurücklegt.
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Durch eine zeitliche Integration der Hubbeschleunigung wird eine noch weitere vertikale Komponente, also entlang der Hochachse z, einer resultierenden Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus berechnet. Diese Komponente kann aus den Gleichungen auch entfernt werden, da der Einfluss auf die vier Höhenprofile unter den vier Rädern der gleiche und somit beim Vergleich der Höhenprofile herausfällt.
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Überlagert man die drei vertikalen Komponenten aus der Nickbewegung, der Wankbewegung und der Hubbewegung erhält man eine resultierende Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus. Diese kann für jede Fahrzeugecke 21 bis 24 bestimmt werden. Subtrahiert man von der resultierenden Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus an einer Fahrzeugecke den von dem entsprechend zugeordneten Hochstandssensor ermittelten Höhenstandwert des Rades an dieser Ecke, erhält man das überfahrene Höhenprofil des entsprechenden Rades.
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Der Hochstandssensor 11, der einem ersten Rad 1 zugeordnet ist, misst den Höhenstandwert des ersten Rades 1 einer ersten Fahrzeugseite. Unter Berücksichtigung einer resultierenden Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus an der jeweiligen Ecke 21 wird das überfahrene Höhenprofil berechnet, in dem von der resultierenden Vertikalbewegung der Höhenstandwert des ersten Rades 1 subtrahiert wird.
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Ein zweiter Hochstandssensor 12, der einem zweiten Rad 2 zugeordnet ist, misst den Höhenstandwert an diesem zweiten Rad 2 der ersten Fahrzeugseite. Unter Berücksichtigung der resultierenden Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus an der Ecke 22 des zweiten Rades, wird das Höhenprofil des zweiten Rades berechnet, in dem von der resultierenden Vertikalbewegung der Höhenstandwert des zweiten Rades 2 subtrahiert wird.
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Die so ermittelten Höhenprofile des ersten Rades 1 und des zweiten Rades 2 der ersten Fahrzeugseite werden für einen vorgegebenen Zeitraum miteinander verglichen. Überschreitet der Vergleichswert einen vorgegebenen Schwellwert für einen vorgegebenen Zeitraum wird für die erste Fahrzeugseite ein Fehler detektiert.
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Für eine zweite Fahrzeugseite wird analog der ersten Fahrzeugseite vorgegangen.
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Ein Hochstandssensor 13, der einem dritten Rad 3 zugordnet ist, misst den Höhenstandwert des dritten Rades 3. Von der resultierenden Vertikalbewegung an der Ecke 23 des dritten Rades 3 wird der gemessene Höhenstandwert des dritten Rades 3 subtrahiert, und das Höhenprofil des dritten Rades 3 berechnet.
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Einem vierten Rad 4 ist ein entsprechend vierter Hochstandssensor 14 zugeordnet. Dieser vierte Hochstandssensor 14 misst den Höhenstandwert des vierten Rades 4. Das Höhenprofil des vierten Rades 4 wird unter Berücksichtigung der resultierenden Vertikalbewegung an der Ecke des Fahrzeugaufbaus des vierten Rades 24 berechnet, in dem von der resultierenden Vertikalbewegung der gemessene Höhenstandwert subtrahiert wird.
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Die ermittelten Höhenprofile für das dritte Rad 3 und das vierte Rad 4 werden miteinander in einem vorgegebenen Zeitraum verglichen. Weicht der Vergleichswert von einem vorgegebenen Schwellwert ab, also überschreitet der Vergleichswert den Schwellwert für den vorgegebenen Zeitraum, wird für die zweite Fahrzeugseite ein Fehler detektiert.
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Über den Vergleich der ermittelten Höhenprofile einer Fahrzeugseite, lässt sich feststellen, ob auf der Fahrzeugseite ein Hochstandssensor fehlerhaft ist. Jedoch lässt sich der fehlerhafte Sensor nicht konkret identifizieren. Man nimmt an, dass ein Ausfall mehrerer Sensoren sehr unwahrscheinlich ist. Über einen Vergleich der ermittelten Höhenprofile der ersten Fahrzeugseite mit den ermittelten Höhenprofilen der zweiten Fahrzeugseite, kann man den fehlerhaften Hochstandssensor konkret identifizieren, für den Fall, dass mit der rechten und linken Fahrzeugseite bzw. Spur über dieselben Unebenheiten gefahren wird.
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Der Vergleich der Höhenprofile einer Fahrzeugseite kann beispielsweise erfolgen, indem die beiden zeitlich verschobenen Signale über die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit und den bekannten Radstand verschoben werden und somit zeitlich übereinanderliegend verglichen werden. Der Vergleich kann beispielsweise mit einem RMS Wert der Differenz der beiden Höhenprofile über eine vorgegebene Zeitdauer erfolgen. Unterschreiten eines Schwellwertes des RMS Wertes der Differenz bedeutet, dass die Höhenprofile übereinstimmen.
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Ebenfalls in 1 sind die Komponenten einer Hochstandssensorik dargestellt, wie sie im Rahmen der Erfindung Anwendung findet. Die Hochstandssensorik zum Messen eines Höhenprofils unter jedem Rad eines Kraftfahrzeugs weist einen Sensor zum Messen einer Hubbeschleunigung 32 eines Fahrzeugaufbaus auf. Beim Überfahren von Straßenunebenheiten hebt und senkt sich der Fahrzeugaufbau entlang seiner Hochachse z. Diese Bewegung wird mit dem Beschleunigungssensor erfasst und gemessen. Die Hochstandssensorik weist zusätzlich einen Sensor zum Messen einer Nickrate 28 des Fahrzeugaufbaus auf. Mit Nicken ist eine Drehung des Fahrzeugaufbaus um eine Querachse y des Fahrzeugs gemeint. Zum vollständigen Berechnen einer resultierenden Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus, weist die Hochstandssensorik einen Sensor zum Messen einer Wankrate auf. Mit Wanken ist eine Drehung des Fahrzeugaufbaus um die Längsachse x des Fahrzeugs gemeint. Aus diesen drei Größen kann die resultierende Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus berechnet werden. Zur Ermittlung des Höhenprofils weist die Hochstandssensorik noch einen Sensor an jedem Rad zum Messen des Höhenstandwertes an jedem Rad auf. Subtrahiert man diesen Wert von der resultierenden Vertikalbewegung erhält man das Höhenprofil des Rades.
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In einer Ausführungsform der Hochstandssensorik ist es vorstellbar, dass die Nickrate und die Wankrate von einem Sensor gemessen wird.
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In 2 ist ein Schema von Vorschriften für die Recheneinheit 26 abgebildet. Die Recheneinheit 26 berechnet ausgehend von den Größen Nickrate 28, Wankrate 30 und Hubbeschleunigung 32 die resultierende Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus an den Positionen 21 bis 24. In einem ersten Schritt 34 werden die Eingangssignale zunächst mit einer niedrigen Eckfrequenz hochpassgefiltert, um sie mittelwertfrei darzustellen. Anschließend werden die einzelnen Signale in einem Schritt 36 zeitlich integriert und in einem weiteren Schritt 38 überlagert. Aus der Überlagerung werden dann die resultierenden Vertikalbewegungen berechnet. Es ist vorstellbar, dass die Hochpassfilterung erst nach dem Integrationsschritt erfolgt.
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Von den resultierenden Vertikalbewegungen an den Positionen 21 bis 24 werden jeweilig die gemessenen Höhenstandwerte der Hochstandsensoren 11 bis 14 in einem Schritt 40 subtrahiert und die Höhenprofile berechnet. Mit bspw. einer Kreuzkorrelationsfunktion K werden die ermittelten Höhenprofile verglichen und in einem Schritt 42 überprüft, ob ein vorgegebener Schwellwert für einen vorgegebenen Zeitraum überschritten wird. Wird ein Schwellwert überschritten, wird ein Fehler F1 bzw. F2 für eine Fahrzeugseite detektiert. Abschließend werden die Höhenprofile der beiden Fahrzeugseiten miteinander verglichen und ein konkreter fehlerhafter Sensor F3 identifiziert.
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In der Regel wird für den Vergleich der jeweiligen Höhenprofile einer Fahrzeugseite ein voranstehend bereits beschriebener RMS-Algorithmus verwendet.
