DE102015119129A1

DE102015119129A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Höhe eines Fahrzeugfahrgestells

Info

Publication number: DE102015119129A1
Application number: DE102015119129.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Huber; Stefan Prams; Christoph Huber; Peter Csontos; Falk Hecker
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2017-05-11
Anticipated expiration: 2035-11-07
Also published as: WO2017076730A3; WO2017076730A2; DE102015119129B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Höhe (h) eines Fahrzeugfahrgestells (50) relativ zu einer Komponente (60) einer Radaufhängung ist offenbart, wobei die Komponente (60) sich bei einer Änderung der Höhe (h) bewegt. Die Vorrichtung umfasst zumindest einen ersten Beschleunigungssensor (110), der an der Komponente (60) der Radaufhängung anbringbar und ausgebildet ist, um einen Beschleunigungswert (a1) zu erfassen. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Auswerteeinheit (200) zum Berechnen der Höhe (h) des Fahrgestells (50) basierend auf dem erfassten Beschleunigungswert (a1).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Höhe eines Fahrzeugfahrgestells und insbesondere auf eine Niveausensierung mittels Beschleunigungsmessung.
Bei Nutzfahrzeugen (z. B. ein LKW oder ein Sattelzugmaschine) besteht häufig ein Bedarf, die Höhe des Fahrzeugfahrgestells relativ zu einem Untergrund oder einer Radachse zu ermitteln und basierend darauf Anpassungen vorzunehmen. Wenn beispielsweise eine Zugmaschine an einen Auflieger ankoppeln möchte, sollte die Höhe der Zugmaschine möglichst genau an die Höhe des Aufliegers angepasst sein. Ähnliches gilt auch für Laderampen, an deren Höhe ein Nutzfahrzeug ausgerichtet werden sollte, um ein Beladen und Entladen zu erleichtern. Außerdem ist es häufig sinnvoll, einseitige Belastungen bestimmter Räder, die beispielsweise durch eine ungleichmäßige Beladung entstehen können, zu ermitteln. Dazu sollte die Höhe an jeder Radaufhängung entsprechend erfassbar und wenn nötig einstellbar sein, um so eine möglichst horizontale Lage des Nutzfahrzeuges zu erreichen.
Bei konventionellen Systemen wird zur Ermittlung der Höhe eine Hubbewegung in eine Drehbewegung umgewandelt, die ihrerseits dann gemessen wird. So sind bekannte Niveausensoren als Winkelsensoren ausgeführt, die über ein Gestänge an bewegliche Teile koppeln, um eine Änderung der Höhe relativ zu dem Untergrund in eine Winkeländerung umzuwandeln. Diese Winkeländerung wird dann gemessen. Bei weiteren konventionellen Systemen (z. B. in PKWs) werden Sensoren beispielsweise im Rahmen der Fahrwerksregelung im Stoßdämpfer integriert, die dann bei Bewegungen des Stoßdämpfers Höhenänderungen messen können.
Nachteile dieser konventionellen Systeme bestehen darin, dass einerseits ein zusätzliches Gestänge erforderlich ist, um Bewegungen der Radaufhängung als Drehbewegungen an die Sensoren entsprechend weiterzuleiten. Andererseits erfordert die Integration von Sensoren in Stoßdämpfern einen Mehraufwand, wodurch die Herstellungsprozesse aufwendiger werden und außerdem zusätzlicher Bauraum in den bereits existierenden Komponenten verfügbar sein muss, um die entsprechenden Sensoren unterzubringen.
Daher besteht ein Bedarf nach einer Höhenbestimmung eines Fahrzeuges, die sich einfach umsetzen lässt und keine Integration in bestehende Fahrwerkskomponenten erfordert.
Die obengenannte technische Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Höhe nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Bestimmung einer Höhe nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Höhe eines Fahrzeugfahrgestells relativ zu einer Komponente einer Radaufhängung, wobei die Komponente sich bei einer Änderung der Höhe bewegt. Die Vorrichtung umfasst zumindest einen ersten Beschleunigungssensor, der an der Komponente der Radaufhängung anbringbar und ausgebildet ist, um einen Beschleunigungswert zu erfassen. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Auswerteeinheit zum Berechnen der Höhe des Fahrgestells basierend auf dem erfassten Beschleunigungswert.
Als Fahrgestell oder Rahmen oder Chassis sollen insbesondere die tragenden Teile eines Fahrzeuges verstanden werden, die beispielsweise die Karosserie, den Antrieb und die Last zu tragen. An dem Fahrgestell sind Radaufhängungen befestigt, die Räder federnd halten.
Der Beschleunigungswert kann ein einzelner (skalarer) Wert sein, aber auch eine Komponente eines Vektors sein. Wenn beispielsweise der Beschleunigungssensor ein mehrachsiger Beschleunigungssensor ist, erfasst er drei Beschleunigungskomponenten (und somit einen Beschleunigungsvektor). Der Beschleunigungswert ist somit zumindest eine dieser beispielhaften drei Komponenten. Die Richtung, in der der Beschleunigungssensor den zumindest einen Beschleunigungswert misst, kann entsprechend zu einem korrekten Einbau vorbestimmt sein (z. B. senkrecht auf einer Oberfläche der Komponente stehen). Bei einem mehrachsigen Sensor kann beispielsweise die vorbestimmte Richtung sich auf zumindest eine Achse (oder eine Achsenkombination) des mehrachsigen Beschleunigungssensors beziehen (z. B. die x-Achse, die beispielsweise senkrecht auf der Komponente steht). Falls keine bestimmte Ausrichtung vorliegt, kann über eine Kalibrierung einem bestimmten gemessenen Beschleunigungswert eine bestimmte Höhe (Nullhöhe) zugewiesen werden, so dass aus einer Änderung des gemessenen Beschleunigungswertes gegenüber dem bestimmten Wert die Höhe bestimmbar ist.
Bei der Kalibrierung können ebenfalls mehrere Höhen (Kalibrierungspunkte) festgelegt werden, d. h. mehrere Beschleunigungswerte können jeweils einem bestimmten Höhenwert (unter genormten Bedingungen) zugewiesen werden. Dies ist insbesondere wichtig, wenn die Einbaurichtung des Beschleunigungssensors nicht bekannt sein sollte, da erst bei zumindest zwei Kalibrierungspunkte feststeht, dass eine bestimmte Änderung des Beschleunigungswertes zu einem Anstieg oder zu einem Abfall in der Höhe korreliert.
Es versteht sich, dass eine Beschleunigung physikalisch nichts anderes ist als eine Kraft, die nicht notwendigerweise zu einer Bewegungsänderung führen muss. beispielsweise wirkt auf einen ruhenden Körper die Erdbeschleunigung und somit die Erdanziehungskraft, die durch einen Beschleunigungssensor ebenso gemessen werden kann wie dynamische Beschleunigungen, die zu Ortsänderungen führen. Beschleunigungssensoren selbst können typischerweise nicht zwischen einer statischen Erdbeschleunigung oder einer dynamischen Beschleunigung unterscheiden. Beschleunigungssensoren können daher grundsätzlich auch die Erdbeschleunigung messen.
Da sich die Richtung der Erdbeschleunigung bei einer Drehbewegung ändert, kann die Drehbewegung der Komponente durch einen Beschleunigungssensor gemessen werden. Der Beschleunigungssensor erfasst dazu die Projektion der Erdbeschleunigung auf eine bestimmte Richtung (z. B. senkrecht) bezüglich der Komponente. Die Komponente der Radaufhängung kann beispielsweise ein Querlenker oder ein Längslenker sein, die durch drehende Bewegungen die Höhe des Fahrgestells ändern.
Wenn sich durch die Höhenänderung die Komponente dreht, wird sich ebenfalls die Projektion der Erdbeschleunigung ändern. Diese Änderung kann als ein Maß für die Höhe des Fahrgestells über einen Bezugspunkt genommen werden. Der Bezugspunkt ist frei wählbar und kann durch entsprechende Kalibrierungen definiert werden (z. B. ein Untergrund oder einen Koppelpunkt, an dem das Rad an dem Fahrzeug befestigt ist).
Wenn im einfachsten Fall davon ausgegangen wird, dass das Fahrzeugfahrgestell selbst sich in einer horizontalen Lage befindet, d. h. der Erdbeschleunigungsvektor senkrecht auf diese horizontale Lage wirkt, reicht bereits ein einziger Beschleunigungssensor aus, um eine Höhenänderung des Fahrzeuges festzustellen. Darüber hinaus reicht für diese Messung ein einachsiger Beschleunigungssensor aus, da nur ein Drehwinkel ermittelt werden muss und dieser eine Drehwinkels durch eine Projektion der Erdbeschleunigung auf die vorbestimmte Richtung ermittelbar ist. Es versteht sich, dass die vorbestimmte Richtung einen festen Winkel zur Komponente hat.
Zusätzlich können auch lineare (dynamische) Beschleunigungen der Komponente der Radaufhängung durch den Beschleunigungssensor gemessen werden. Daher sollten während der Messung klar definierte Bedingungen herrschen. Wenn die Höhe statisch gemessen werden soll, sollte ein Ruhezustand der Radaufhängung abgewartet werden, bevor die Verdrehung gemessen wird. Wenn allerdings die Höhe dynamisch gemessen werden soll, ist die dynamische Beschleunigung während der Höhenänderung und deren Dauer zu ermitteln, um daraus die Änderung der Höhe zu ermitteln.
Optional kann an jeder einzelnen Radaufhängung des Fahrzeuges zumindest ein entsprechender Beschleunigungssensor angebracht werden, so dass ein gleichmäßiges Anheben oder Absenken des Fahrzeuges oder des Fahrzeugfahrgestells durch die Beschleunigungssensoren an den einzelnen Radaufhängungen detektierbar ist.
Die horizontale Ausrichtung des Fahrzeugfahrgestells kann aber nicht immer sichergestellt werden. Um dadurch verursachte Fehler zu vermeiden, kann ein zweiter Beschleunigungssensor genutzt werden, um die Ausrichtung des Fahrzeugfahrgestells durch eine Referenzbeschleunigungsmessung festzustellen bzw. zu kompensieren.
Dazu kann ein zweiter Beschleunigungssensor an dem Fahrzeugfahrgestell befestigt werden, so dass eine Abweichung aus der korrekten horizontalen Lage durch den zweiten Beschleunigungssensor gemessen werden kann. Der zweite Beschleunigungssensor ist somit ein Referenzbeschleunigungssensor, der einen zweiten Beschleunigungswert als Referenzwert liefert und derart an dem Fahrgestell befestigt wird, dass er die Projektion der Erdbeschleunigung in Bezug auf das Fahrzeugfahrgestell misst. Die Richtung, in der die Beschleunigung gemessen wird kann wieder vorbestimmt sein (entsprechend einem korrekten Einbau) oder aber durch eine Kalibrierung festgestellt werden. Jede Änderung des zweiten Beschleunigungswertes entspricht einer Verdrehung des Fahrzeugfahrgestells, so dass das Fahrzeugfahrgestell auch relativ zur Erdbeschleunigung geneigt sein kann. Daher braucht bei diesem Ausführungsbeispiel nicht davon ausgegangen werden, dass die Erdbeschleunigung senkrecht auf das Fahrzeugfahrgestell wirkt, sondern der Referenzbeschleunigungssensor (zweite Beschleunigungssensor) liefert automatisch den entsprechenden Referenzpunkt, bezüglich dessen die Abweichung oder Höhenverstellung mittels des ersten Beschleunigungssensors erfasst wird. Der zweite Beschleunigungssensor kann jedoch ebenfalls für Plausibilitätsanalysen genutzt werden. Insbesondere wenn noch weitere Beschleunigungssensoren vorhanden sind (an weiteren Radaufhängungen oder an weiteren Punkten des Fahrgestells), kann ein Vergleich der erfassten Beschleunigungswerte genutzt werden, um andere Störungen auszuschließen.
Daher umfassen weitere Ausführungsformen zusätzlich zu dem ersten Beschleunigungssensor zumindest einen zweiten Beschleunigungssensor, wobei der zumindest eine zweite Beschleunigungssensor an dem Fahrzeugfahrgestell anbringbar und ausgebildet ist, um einen Referenz-Beschleunigungswert, der in Bezug auf das Fahrzeugfahrgestell optional eine vorbestimmte Referenz-Richtung hat, zu erfassen. Dementsprechend kann die Auswerteeinheit ausgebildet sein, bei der Berechnung der Höhe des Fahrgestells den Referenz-Beschleunigungswert zu nutzen, um eine Ausrichtung des Fahrgestells zur Erdbeschleunigung zu ermitteln bzw. bei der Höhenberechnung zu berücksichtigen.
Optional kann die Vorrichtung zumindest einen weiteren Beschleunigungssensor aufweisen, wobei der zumindest eine weitere Beschleunigungssensor an einer weiteren Komponente einer weiteren Radaufhängung anbringbar ist. Dieser zumindest eine weitere Beschleunigungssensor kann (zumindest) einen weiteren Beschleunigungswert erfassen. Die Auswerteeinheit kann weiter ausgebildet sein, bei der Berechnung der Höhe des Fahrgestells den weiteren Beschleunigungswert zu nutzen, um beispielsweise eine Plausibilitätsanalyse durchzuführen oder zumindest zu ermöglichen.
Wenn es sich um rein statische Beschleunigungswerte handelt, kann direkt und unmittelbar aus den beiden Beschleunigungswerten der relative Winkel zwischen der Komponente und dem Fahrgestell ermittelt werden. Häufig kommt es aber zu Überlagerungen mit weiteren Bewegungen, die sich durch Verwendung von mehrachsigen Beschleunigungssensoren ebenfalls kompensieren lassen.
Daher umfasst gemäß weiterer Ausführungsformen der erste und/oder der zumindest eine zweite Beschleunigungssensor und/oder die weiteren Beschleunigungssensoren einen mehrachsiger Beschleunigungssensor zum Ermitteln weiterer Beschleunigungswerte. Die Auswerteeinheit kann dementsprechend weiter ausgebildet sein, um insbesondere Störeinflüsse zu ermitteln oder zu kompensieren, wobei die Störeinflüsse eine Verdrehung des Fahrzeugfahrgestells und/oder Einflüsse der Fahrbahn und/oder Einflüsse von Elastizitäten von Lagerungen und/oder weitere Umwelteinflüsse (z. B. Temperatur oder elektromagnetischer Felder) umfassen. Die Elastizität bezieht beispielsweise auf die Radlagerung oder Radaufhängung und kann auf Grund des Spielraumes in verschiedenen Bewegungsrichtungen das Ergebnis verfälschen. Es versteht sich, dass mehrachsige Beschleunigungssensoren mehrere Beschleunigungswerte in mehreren vorbestimmten Richtungen (Achsen) bestimmen können. Diese Achsen sind intern festgelegt und werden beim Anbringen in einem vorbestimmten Bezug (beispielsweise zu der Komponente) gebracht.
Mehrachsige Beschleunigungssensoren (insbesondere dreiachsige Beschleunigungssensoren) bieten den Vorteil, die Richtung der Erdbeschleunigung bezüglich des Fahrzeugfahrgestells bzw. der Komponente der Radaufhängung genau zu ermitteln (d. h. nicht nur die jeweilige Projektion). Somit können insbesondere Verdrehungen des Fahrzeugfahrgestells als Ganzes oder auch Unebenheiten des Untergrundes erfasst und entsprechend kompensiert werden. Wenn beispielsweise mittels eines dreiachsigen Beschleunigungssensors festgestellt wird, dass das Fahrzeugfahrgestell sich in der horizontalen Lage befindet (d. h. der Erdbeschleunigungsvektor senkrecht auf dem Fahrzeugfahrgestell oder auf eine entsprechend dazu definierten Ebene steht), aber durch zumindest ein Rad eine Höhenänderung festgestellt wird, kann daraus geschlossen werden, dass sich bei dem entsprechenden Rad entweder eine Erhebung oder eine Vertiefung des Untergrundes befindet, da das Fahrzeuggestell selbst sich typischerweise nicht oder nur sehr beschränkt ineinander verdrehen kann. Da dreiachsigen Beschleunigungssensoren außerdem in der Lage sind, die Orientierung der Erdbeschleunigung im Raum festzustellen, können beliebige Verdrehungen des Fahrgestells im Raum erfasst und entsprechend berücksichtigt werden.
Wenn solche Störungen durch mehrachsige Beschleunigungssensoren erfasst und kompensiert werden, erhöht sich die Messgenauigkeit bei der Höhenfeststellung. Außerdem wird durch die mehrachsigen Beschleunigungssensoren eine Redundanz in dem System erzeugt, die zur Feststellung und Kompensation von fehlerhaften Messungen genutzt werden kann. Beispielsweise kann ein Vergleich der verschiedenen Höhenmessungen an verschiedenen Rädern des Fahrzeuges durchgeführt werden.
Optional kann die Vorrichtung zumindest einen Drehratensensor umfassen, der ausgebildet ist, um eine Verdrehung des Fahrzeugfahrgestells und/oder eines Teiles der Radaufhängung zu erfassen. Der zumindest eine Drehratensensor kann beispielsweise einen einachsiger oder einen mehrachsiger Drehratensensor umfassen. Die Auswerteeinheit kann weiter ausgebildet sein, um die Verdrehung des Fahrzeugfahrgestells und/oder des Teiles der Radaufhängung bei der Bestimmung der Höhe zu nutzen oder die erfassten Drehraten beispielsweise auf ihre Plausibilität zu prüfen oder dies zu ermöglichen.
Bevor Beschleunigungssensoren zur Messung von Beschleunigungswerten genutzt werden, ist es vorteilhaft, eine Kalibrierung der Beschleunigungssensoren durchzuführen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass nach dem Anbringen der einen oder mehreren Beschleunigungssensoren an dem Fahrzeug das Fahrzeug in eine vorbestimmte Lage gebracht wird und diese vorbestimmte Lage als ein Null- oder Referenzpunkt definiert wird. Dabei kann der Auswerteeinheit mitgeteilt werden, dass die entsprechenden Werte, die die Beschleunigungssensoren für diese Lage liefern, den Nullpunkt definieren, so dass basierend darauf, weitere Änderungen, die später im Betrieb erfasst werden, als eine Änderung zu diesem Nullpunkt oder Nullhöhe interpretiert werden.
Daher ist bei weiteren Ausführungsformen die Auswerteeinheit ausgebildet, um eine Kalibrierung des zumindest einen Beschleunigungssensors zur Bestimmung einer Referenzhöhe auszuführen, wobei während der Kalibrierung das Fahrzeugfahrgestell sich in einer vorgegebenen Position und Lage befindet.
Die genannte Kalibrierung kann einmal geschehen (z. B. bei der Fertigung des Fahrzeuges) oder aber in regelmäßigen Abständen wiederholt werden. Ebenso ist es möglich, die Kalibrierung während des Betriebes durchzuführen. Wenn beispielsweise bekannt ist, dass das Fahrzeug im unbeladenen Zustand auf einer ebenen Straße steht oder fährt, kann dieser Zustand als ein neuer Nullwert gespeichert werden. Damit wird es möglich, dass Versätze, die sich aufgrund von Alterungseffekten in den Beschleunigungssensoren ergeben können, entsprechend kompensiert werden.
Bei weiteren Ausführungsformen ist die Auswerteeinheit ausgebildet, die Berechnung der Höhe wiederholt auszuführen, und umfasst ein Filtermodul zum Filtern von dynamischen Störungen. Wiederholte Höhenberechnungen können beispielsweise einer bestimmten Schwankungsbreite unterliegen und nicht immer genau den gleichen Wert liefern, auch wenn sich der Ladezustand des Fahrzeuges nicht geändert haben sollte. Daher ist es vorteilhaft, wenn bei der Höhenberechnung die Erfassung der Beschleunigungswerte in einem bestimmten Zeitintervall (z. B. 5 s, 10 s oder 20 s) mehrfach durchgeführt wird und über eine beispielhafte Mittelung dynamische Störungen herausgefiltert werden. Beispielsweise kann es bei der Beladung des Fahrzeuges dazu kommen, dass das Fahrzeug gewissen Schwingungen ausgesetzt ist, die zu einer Verfälschung der erfassten Höhe führt. Wenn jedoch die Höhenerfassung mehrfach über einen längeren Zeitraum durchgeführt wird, können entsprechende fehlerhafte Werte eliminiert werden.
Optional kann/können der erste Beschleunigungssensor und/oder der zumindest eine zweite Beschleunigungssensor und/oder die weiteren Beschleunigungssensoren auf zumindest einem der folgenden Messverfahren basieren: einer mikroelektronischen mechanischen Beschleunigungsmessung, einer thermodynamische Beschleunigungsmessung, einer Schwerkraftpendel-Beschleunigungsmessung. Beispielsweise können die genannten Beschleunigungssensoren einen MEMS-Sensor (MEMS = mikroelektronische mechanische Systeme) und/oder einen thermodynamischen Beschleunigungssensor und/oder einen Schwerkraftpendel-Beschleunigungssensor umfassen. Diese Beschleunigungssensoren sind jedoch lediglich Beispiele, die für verschiedene Anwendungen besonders geeignet sind. Beispielsweise sind sogenannte MEMS-Sensoren typischerweise sehr klein ausgebildet und können somit an verschiedenen Komponenten des Fahrzeuges ohne große Umbaumaßnahmen angebracht werden. Typischerweise steht genügend Bauraum für solche kleinen Sensoren zur Verfügung. Thermodynamische Beschleunigungssensoren und auch Schwerkraftpendel-Beschleunigungssensoren sind dahingehend vorteilhaft, dass sie bereits eine gewisse Trägheit mit sich bringen, die dazu führt, dass dynamische Schwankungen oder Vibrationen kompensiert werden können.
Bei weiteren Ausführungsformen ist die Auswerteeinheit weiter ausgebildet, um einen Test für einen korrekten Einbau des ersten Beschleunigungssensors und/oder des zweiten Beschleunigungssensors durchzuführen, wobei der Test eine Beschleunigungsmessung in einem Ruhezustand, optional eine weitere Beschleunigungsmessung während einer Fahrzeugbeschleunigung und eine Ausgabe einer Fehlermeldung bei einem Fehleinbau umfasst. Dieser Test kann beispielsweise derart durchgeführt werden, dass zunächst (zum Beispiel in einem unbeladenen Zustand oder einem anderen vorbestimmten Zustand) eine Beschleunigungsmessung von einem oder mehreren Beschleunigungssensoren durchgeführt werden. Diese Messung kann beispielsweise in einem Ruhezustand oder zumindest in einem Zustand definierter Krafteinwirkung durchgeführt, wo beispielsweise nur die Erdbeschleunigung wirkt und keine dynamische Beschleunigung. Anschließend erfolgt eine Beschleunigung (oder Abbremsung) des Fahrzeuges und während der Beschleunigung (oder der Abbremsung) wird eine zweite Beschleunigungsmessung durchgeführt. Aus dieser zweiten Beschleunigungsmessung kann die Fahrtrichtung des Fahrzeuges bestimmt werden, da das Beschleunigen oder Abbremsen zu einer Kraftwirkung in Fahrzeuglängsrichtung führt. Wenn außerdem berücksichtigt wird, dass die Erdbeschleunigung grundsätzlich nach unten wirkt, kann aus diesen gemessenen Werten ermittelt werden, ob die Beschleunigungssensoren korrekt an den entsprechenden Plätzen des Fahrzeuges und in der richtigen Orientierung angebracht wurden oder ob sie beispielsweise verkehrt eingesetzt wurden.
Bei Ausführungsbeispielen kann einer der genannten Beschleunigungssensoren in der Auswerteeinheit integriert sein (z. B. in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein). Es ist ebenfalls möglich, dass in jedem oder in mehreren der genannten Beschleunigungssensoren eine eigene Auswerteeinheit (oder Auswertemodul) integriert ist. Diese Auswertemodule können dann untereinander kommunizieren oder eine Hauptauswertemodul festlegen, die mit allen anderen Auswertemodule oder mit den entsprechenden Beschleunigungssensoren direkt oder indirekt (über die entsprechenden Auswertemodule) Daten austauscht. Daher soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Auswerteeinheit nicht dadurch beschränkt sein, dass es lediglich eine einzige Logikschaltung umfassen kann, sondern vielmehr auch durch einen Verbund von Auswertemodulen gegeben sein kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Fahrgestell mit zumindest einer Radaufhängung, die eine Komponente aufweist, die sich bei einer Änderung der Höhe bewegt, und eine der zuvor genannte Vorrichtung umfasst. Die Radaufhängung kann beispielsweise einen Längslenker und/oder einen Querlenker umfassen und der erste Beschleunigungssensor kann an dem Längslenker oder an dem Querlenker befestigt sein.
Die Anbringung der Beschleunigungssensoren kann möglichst nahe an einem Drehpunkt der Komponente (z. B. des Längslenkers oder Querlenkers oder eines Gestänges) erfolgen. Dies bietet den Vorteil, dass Schwingungseinflüsse von drehenden Rädern unterdrückt werden können. Außerdem wirkt auf einen Beschleunigungssensor, der – sofern möglich – direkt auf dem Drehpunkt angeordnet werden kann, keine oder nur eine geringe dynamische Beschleunigung bzw. nur eine Winkelbeschleunigung (auf die die Beschleunigungssensoren weniger sensitiv reagieren). Daher würde in diesem Fall nur die veränderte Drehrichtung der Erdbeschleunigung erfasst werden. Bei weiteren Ausführungsbeispielen wird daher der erste Beschleunigungssensor in jenem Bereich der Komponente angebracht, der näher an dem Drehpunkt der Komponente liegt als an einem Radbefestigungspunkt (z. B. Radachse). Es versteht sich, dass das Rad nicht direkt an dem Radbefestigungspunkt befestigt sein muss. Es können noch weitere Fahrzeugkomponenten zwischen dem Rad und der Komponente angeordnet sein. Daher soll der Radbefestigungspunkt als ein Koppelpunkt verstanden werden, an dem das Rad direkt oder indirekt koppeln kann. Der Beschleunigungssensor kann beispielsweise in dem verfügbaren Bauraum entlang der Komponente so nahe wie möglich an dem Drehpunkt der Komponente angeordnet werden, um die oben genannten Vorteile zu erreichen.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist es vorteilhaft, an mehreren Radaufhängungen jeweils entsprechende Beschleunigungssensoren anzubringen, um dadurch eine Fahrzeugschieflage (zum Beispiel durch eine einseitige Beladung) oder eine einseitige Belastung eines einzelnen Rades eindeutig festzustellen. Daher sind bei weiteren Ausführungsformen mehrere der zuvor beschriebenen Beschleunigungssensoren an mehreren Radaufhängungen und/oder an einer oder mehreren Achsen angeordnet.
Bei weiteren Ausführungsformen sind die Beschleunigungssensoren über eine Datenleitung oder über eine (gemeinsame) Auswerteeinheit miteinander verbunden. Die Auswerteeinheit kann fehlerhafte Messungen durch einen Vergleich der Sensorwerte kompensieren. Dazu kann die gemeinsame Auswerteeinheit Daten von allen Beschleunigungssensoren erhalten und Vergleiche der einzelnen Sensorwerte durchführen, um so Fehler festzustellen und entsprechende Kompensationen oder Korrekturen vorzunehmen. Ebenso können redundante Daten (z. B. bezüglich der Messung der Ausrichtung des Fahrgestells) dazu genutzt werden, um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Fahrzeug mit einem der zuvor beschriebenen Fahrgestelle und/oder Radaufhängungen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Höhe eines Fahrzeugfahrgestells relativ zu einer Komponente einer Radaufhängung, wobei die Komponente sich wiederum bei einer Änderung der Höhe bewegt. Zumindest ein erster Beschleunigungssensor ist an der Komponente der Radaufhängung angebracht. Das Verfahren umfasst die Schritte: Empfangen (oder Erfassen) eines Beschleunigungswertes, der in Bezug auf die Komponente eine vorbestimmte Richtung hat, von dem ersten Beschleunigungssensor, und Berechnen der Höhe des Fahrgestells basierend auf dem empfangenen Beschleunigungswert und der vorbestimmten Richtung.
Dieses Verfahren kann ebenfalls in Form von Anweisungen in Software oder auf einem Computerprogrammprodukt implementiert oder gespeichert sein, wobei gespeicherte Anweisungen in der Lage sind, die Schritte nach dem Verfahren auszuführen, wenn das Verfahren auf einem Prozessor (z. B. in einer Fahrzeugsteuereinheit) läuft. Daher bezieht sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf Computerprogrammprodukt mit darauf gespeichertem Software-Code (Softwareanweisungen), der ausgebildet ist, um eines der zuvor beschriebenen Verfahren/Funktionen auszuführen, wenn der Software-Code durch eine Verarbeitungseinheit ausgeführt wird. Die Verarbeitungseinheit kann jede Form von Computer oder Fahrzeugsteuereinheit sein, die einen entsprechenden Mikroprozessor aufweist, der einen Software-Code ausführen kann.
Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist keine Integration oder Änderung an bereits bestehenden Komponenten wie beispielsweise von Luftfedern oder Stoßdämpfern erforderlich und insbesondere bedarf es keines Gestänges, um Bewegungen der Radaufhängung an einen entsprechenden Niveausensor weiterzuleiten, wie es bei konventionellen Systemen der Fall ist. Ausführungsbeispiele stellen somit eine Sensoreinheit zu Niveau-(Höhen)-Sensierung des Fahrzeuges für eine Niveauregulierung (ELC), beispielsweise in LKWs, bereit. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung bedarf keines erhöhten Installationsaufwandes am Fahrzeug und keines Anbringens von zusätzlichen Komponenten, wie beispielsweise des Gestänges zur Anlenkung des Sensors.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränkt, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Höhe eines Fahrzeugfahrgestells gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt weitere Details einer beispielshaften Anordnung der Vorrichtung.
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Höhe eines Fahrzeugfahrgestells gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Höhe h eines Fahrzeugfahrgestells relativ zu einer Komponente einer Radaufhängung (in der 1 nicht gezeigt), wobei die Komponente sich bei einer Änderung der Höhe Δh bewegt. Die Vorrichtung umfasst eine Beschleunigungssensoreinheit 100 mit zumindest einem ersten Beschleunigungssensor 110, der an der Komponente der Radaufhängung anbringbar ist und einen Beschleunigungswert a1 messen kann. Der Beschleunigungswert a1 wird bezüglich der Komponente in einer vorbestimmten Richtung (soll durch den Pfeil angedeutet werden) erfasst. Daher definiert der Beschleunigungswert in der vorbestimmten Richtung einen Beschleunigungsvektor, auch wenn der Beschleunigungssensor 110 selbst nur ein 1-achsiger Sensor sein sollte. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinheit 200 zum Berechnen der Höhe h oder der Höhenänderung Δh des Fahrgestells basierend auf dem erfassten Beschleunigungswert a1 und der vorbestimmten Richtung.
Die Beschleunigungssensoreinheit 100 kann einen oder mehrere Beschleunigungssensoren umfassen, die an verschiedenen Stellen des Fahrzeuges angeordnet werden können und nicht notwendigerweise in direktem Kontakt miteinander stehen. Beispielsweise können die Beschleunigungssensoren jeweils Daten an die Auswerteeinheit 200 senden. Ebenso kann die Auswerteeinheit 200 mehrere Module umfassen, die ebenfalls an verschieden Positionen am Fahrzeug angebracht werden können. Beispielsweise können Auswertemodule in den Beschleunigungssensoren integriert sein und ein Hauptmodul kann mit den einzelnen Auswertemodulen kommunizieren.
Der Beschleunigungssensor 110 kann an einer beliebigen Komponente der Radaufhängung befestigt werden, die sich bei einer Fahrzeugabsenkung oder Fahrzeuganhebung drehend bewegt, so dass sich der Beschleunigungssensor relativ zu der Erdbeschleunigung g verdreht. Optional kann sich der Beschleunigungssensor 110 während der Verdrehung ebenfalls in der Höhe bewegen. Die Verdrehung führt dazu, dass die Richtung des Erdbeschleunigungsvektors g sich ändert und somit die erfassten Beschleunigungswerte a1 sich ebenfalls ändern.
Beispielsweise wird bei einer Fahrzeugkomponente, die sich zunächst in horizontaler Lage befindet, der Erdbeschleunigungsvektor g senkrecht auf der Fahrzeugkomponente stehen. Wenn der Beschleunigungssensor genau diese Komponente misst, ist der gemessene Beschleunigungswert maximal. Wenn jedoch die Fahrzeugkomponente sich dreht, wird der gemessene Beschleunigungswert entsprechend zur Drehung kleiner bis er nach einer Drehung um 90° (sofern möglich) einen Wert von Null aufweist (unter der Annahme, dass das Fahrzeug nicht zusätzlich beschleunigt wird). Somit ist der gemessene Beschleunigungswert ein Maß für die Verdrehung der Fahrzeugkomponente und kann daher zur Berechnung der Fahrwerkshöhe genutzt werden.
Die Höhenerfassung erfolgt daher mittels einer indirekten Messung eines Winkels durch den zumindest einen Beschleunigungssensor 110 an einer geeigneten Fahrwerkskomponente. Da das Fahrzeug immer der Erdbeschleunigung g ausgesetzt ist, kann der Beschleunigungssensor 110 immer so positioniert werden, dass die ermittelten Beschleunigungswerte immer die Erdbeschleunigung g oder genauer gesagt eine bestimmte Projektionskomponente des Erdbeschleunigungsvektors g umfassen.
Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht auf statische Höhenmessungen beschränkt. Es ist ebenfalls möglich, dass beispielsweise ausgehend von einem bekannten Nullpunkt eine dynamische Änderung der Höhe durch lineare Beschleunigungen (nach oben oder nach unten) ermittelt wird, wobei in diesem Fall die lineare Beschleunigung zusätzlich zur Erdbeschleunigung wirkt und zu einer Positionsänderung führt. Durch einen zeitlichen Verlauf der linearen Beschleunigung, kann ebenfalls die Höhenänderung Δh berechnet werden.
Solange das Fahrzeugfahrgestell eine feste Orientierung (z. B. horizontale Lage) aufweist, reicht ein Beschleunigungssensor aus, um die Höhe zu bestimmen. Allerdings ist die genaue Lage des Fahrzeugfahrgestells häufig nicht genau bekannt. Sie kann sich z. B. beim Beladen ändern. Daher kann ein optionaler Referenzsensor beispielsweise direkt an dem Fahrwerk angebracht sein, um die Lage des Fahrgestells zu ermitteln, die dann bei der Höhenbestimmung entsprechend berücksichtigt werden kann.
2 zeigt weitere Details einer beispielshaften Anordnung der Vorrichtung an einem Fahrzeugfahrgestell 50 mit einer Komponente 60 der Radaufhängung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein zweiter Beschleunigungssensor 120 an dem Fahrzeugfahrgestell 50 und der erste Beschleunigungssensor 110 ist an der Komponente 60 der Radaufhängung befestigt. Die Komponente 60 der Radaufhängung ist dabei derart mit dem Fahrzeugfahrgestell 50 verbunden, dass sie sich bei einer Änderung der Höhe h des Fahrzeugfahrgestells 50 um einen Drehpunkt 80 dreht und sich bis zu einem Radbefestigungspunkt 65 (z. B. Radachse oder eine Struktur, an die das Rad koppeln kann) erstreckt. Der Drehpunkt 80 kann beispielsweise Teil des Fahrzeugfahrgestells 50 sein, muss es jedoch nicht. Vielmehr ist es ebenfalls möglich, dass eine Anlenkung ausgebildet ist, so dass mehrere Komponenten bei einer Höhenverstellung des Fahrzeugfahrgestells sich relativ zueinander bewegen und dabei die Höhe h des Fahrzeugfahrgestells 50 relativ zu einem Bezugspunkt (z. B. einer Radachse oder eines Untergrundes) sich ändert. Diese optionalen Zwischenstrukturen sollen durch die gestrichelte Linie dargestellt werden.
Falls das Fahrzeug sich in einer horizontalen Lage befindet, misst der zweite Beschleunigungssensor 120 die Erdbeschleunigung g, die senkrecht nach unten zeigt (d. h. senkrecht auf dem dargestellten Fahrzeugfahrgestell 50 steht). In diesem Fall ist der zweite Beschleunigungssensor 120 nicht zwingend erforderlich. Der erste Beschleunigungssensor 110 misst beispielsweise die Beschleunigung a1, die senkrecht auf die Komponente 60 wirkt, d. h. eine Projektion a1 der Erdbeschleunigung g auf eine vorbestimmte Richtung bezüglich der Komponente 60. Die vorbestimmte Richtung ist beispielsweise die dargestellte senkrechte Projektion und ist durch die Pfeilrichtung gekennzeichnet.
Wenn der Einfachheit halber die Beschleunigungssensoren 110, 120 Einachsen-Sensoren sind und nur Beschleunigungen in eine erste Sensorrichtung a1 bzw. in eine zweite Sensorrichtung a2 messen, dann werden beide Sensoren 110, 120 unterschiedliche Werte für die jeweiligen Projektionen der Erdbeschleunigung g auf die erste Richtung a1 und auf die zweite Richtung a2 erhalten. Der Unterschied zwischen den gemessenen Werten ist ein Maß für die relative Verdrehung der Komponente 60 relativ zu dem Fahrzeugfahrgestell 50 oder dem Winkel α.
Wie bereits erwähnt, versteht es sich, dass zur Messung der Erdbeschleunigung g oder der entsprechenden Projektionen durch den ersten Beschleunigungssensor 110 und den zweiten Beschleunigungssensor 120 keine beschleunigte Bewegung des Fahrzeugfahrgestells oder der Komponente 60 erforderlich ist, sondern diese Komponente im statischen, d. h. ruhenden Fall, gemessen werden können. Falls dies nicht gewährleistet werden kann, kann die zusätzliche dynamische Beschleunigung (beispielsweise über mehrachsige Beschleunigungssensoren) erfasst und berücksichtigt werden.
Mehrachsigen Beschleunigungssensoren sind aber auch in der Lage Verdrehungen in beliebigen Richtungen festzustellen und durch eine geeignete Berechnung in der Auswertereinheit zu kompensieren. Speziell dreiachsige Beschleunigungssensoren (sogenannte 3D-Sensoren) sind in der Lage überlagerte Beschleunigungen aufgrund von Einflüssen der Fahrbahn oder Elastizitäten einer Lagerung zu ermitteln. Solche dynamische Störungen von der Straße, die Messsignale beeinflussen können, können dann herausgefiltert werden. Dies kann durch die Auswerteeinheit umgesetzt werden, die dazu entsprechende Filter aufweisen kann. Damit können für die Anwendung interessante Hubbewegungen ermittelt und alle Störeinflüsse weitestgehend herausgefiltert werden.
In einem x, y-Koordinatensystem (z. B. eine horizontale x-Richtung und eine vertikale y-Richtung) für die Zeichenebene der 2 ist der erste Beschleunigungsvektor a1 gegeben durch:
und der zweite Beschleunigungsvektor a2 gegeben durch:
Die vorbestimmten Richtungen sind so gewählt, dass beide Vektoren senkrecht auf der Komponente 60 (z. B. Längslenker) bzw. dem Fahrgestelle 50 stehen. In diesem Fall ist der Winkel zwischen den beiden Vektoren der Winkel α zwischen dem Fahrzeugfahrgestell 50 und der Komponente 60 (da die Linie h parallel zu a1 und die Linie H parallel zu a2 ist). Diesen Winkel erhält man durch ein Skalarprodukt der beiden Vektoren (a1·a2) bzw. nach Umstellung: cos(α) = a1·a2 / |a1|·|a2| (3) so dass für den Winkel α zwischen dem Fahrzeugfahrgestell 50 und der Komponente 60 gilt: α = ArcCos( a1·a2 / |a1|·|a2|) (4) (|v| stellt den Absolutbetrag eines beispielhaften Vektors v dar). Für den Winkel β des Fahrgestells 50 zur Horizontalen gilt dann cosβ = a2/g, wobei g die Erdbeschleunigung ist. Schließlich ist die Fahrzeugfahrgestellhöhe h: h = r·sin(α) (5) wobei r die Entfernung von dem Drehpunkt 80 bis zu einem beispielhaften Radbefestigungspunkt 65 darstellt. Aus dem Höhenwert h kann natürlich die Höhe über einen Untergrund (bei Kenntnis des Raddurchmessers) oder jeder beliebige weitere Höhenwert ermittelt werden (wie beispielsweise die weitere Höhe H). Diese vereinfachte Höhenberechnung bezieht sich auf dem Fall, dass der erste Beschleunigungssensor 110, wie in der 2 gezeigt, an einem einfachen drehbaren Lenker 60 befestigt ist. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Vielmehr kann eine allgemeine Anlenkung vorhanden sein, so dass die Größe „r” durch eine Übertragungsfunktion zu ersetzen ist und die konkreten Rechnungen komplexer werden. Da die Übertragungsfunktion für die konkreten Fälle jedoch bekannt ist, kann die Berechnung ohne großen Aufwand entsprechend angepasst werden.
Es ist von Vorteil, wenn der erste Beschleunigungssensor 110 möglichst nahe an dem Drehpunkt 80 angeordnet wird, da bei Bewegungen am Drehpunkt 80 nur die Winkelbeschleunigung wirkt, so dass in diesem Fall Störungen von der Achse eines Rades unterdrückt werden können. Da auch an diesem Punkt die statische Erdbeschleunigung bzw. die Richtung gemessen werden kann, kann auch an diesem Drehpunkt eine Verdrehung des Beschleunigungssensors 110 erfasst werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird ebenfalls eine Kalibrierung durchgeführt. Bei der Kalibrierung kann ein Nullpunkt (Nullhöhe) festgelegt werden, so dass die Beschleunigungssensoren 110, 120 Abweichungen dazu messen können. Der Nullpunkt kann beispielsweise eine Höhe des Fahrzeuges im unbeladenen Zustand auf einem ebenen Untergrund definieren. Die Auswerteeinheit 200 kann bezüglich der Nullhöhe eine korrekte Höhenermittlung durchführen. Die Kalibrierung kann beispielsweise am Ende der Fahrzeugherstellung durchgeführt werden. Die Kalibrierung kann ebenfalls in periodischen Abschnitten oder während des Betriebes wiederholt werden, um beispielsweise Alterungseffekte und Versätze in der Erfassung von Beschleunigungswerten entsprechend berücksichtigen zu können. Außerdem kann die Kalibrierung der Vorrichtung beispielsweise von Hand durch Einstellung des Gestänges durchgeführt werden. Es ist ebenfalls möglich, die Kalibrierung des Systems in einer Werkstatt über eine Diagnoseschnittstelle zu erreichen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist es ebenfalls möglich, für jedes Rad eine separate Beschleunigungssensoreinheit, wie in der 2 gezeigt, vorzusehen oder aber für jede Achse eine Beschleunigungseinheit in dem Fahrzeug unterzubringen. Damit wird eine zusätzliche Fehlerkompensation im Betrieb durch einen Vergleich von verschiedenen Sensoren untereinander möglich. Beispielsweise können die Sensoren bezüglich einer Radaufhängung oder auch Sensoren an verschiedenen Rädern untereinander über einen sogenannten CAN-Bus miteinander kommunizieren und die Sensorwerte vergleichen. Optional kann ebenfalls eine zentrale Auswertereinheit vorhanden sein, um dort einen entsprechenden Vergleich der Sensordaten durchzuführen. Durch einen solchen Vergleich können insbesondere sogenannte Drifts oder Alterungseffekte von einzelnen Sensoren erkannt und kompensiert werden.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kommen spezielle Beschleunigungssensoren zum Einsatz. Beispielsweise können die entsprechenden Messzellen mikromechanisch aufgebaut sein (d. h. als sogenannte MEMS-Sensoren) oder aber die Neigungsmessung erfolgt durch sogenannte träge Sensoren. Hierfür eignen sich beispielsweise thermodynamische Beschleunigungssensoren oder auch Schwerkraftpendel-Beschleunigungssensoren. Solche trägen Sensoren führen bereits eine Mittelung von Sensordaten über einen bestimmten Zeitraum durch, so dass störende dynamische Fluktuationen bereits unterdrückt werden können.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen erfolgt ebenfalls eine Feststellung der richtigen Orientierung der Beschleunigungssensoren 110, 120. Beispielsweise kann in einem ruhenden oder kräftefreien Zustand (d. h. es wirkt nur die Schwerkraft) des Fahrzeuges zunächst der Erdbeschleunigungsvektor festgestellt werden. Aus den erfassten Beschleunigungswerten kann geschlossen werden, ob der/die betreffende(n) Beschleunigungssensor(en) richtig orientiert ist/sind. Eine Erdbeschleunigung, die nach oben zeigt, deutet beispielsweise auf einen falschen Einbau hin. Außerdem kann während einer geradlinigen Beschleunigungsfahrt des Fahrzeuges ebenfalls die Orientierung des Beschleunigungssensors bezüglich der Fahrzeuglängsachse geprüft werden. Auch in diesem Fall, können unerwartete Beschleunigungsmesswerte einen falschen Einbau signalisieren. Diese Prüfung kann durch die Auswerteeinheit 200 vorgenommen werden, die dazu einen vorbestimmten Testmodus mit zu erwarteten Werten gespeichert hat und Abweichungen dazu als Fehler ausgibt (z. B. einem Fahrer mitteilt).
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Höhe eines Fahrzeugfahrgestells relativ zu einer Komponente 60 einer Radaufhängung gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Komponente 60 bewegt sich bei einer Änderung der Höhe h, wobei zumindest ein erster Beschleunigungssensor 110 an der Komponente 60 der Radaufhängung angebracht ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Empfangen S110 eines Beschleunigungswertes a1, der in Bezug auf die Komponente 60 eine vorbestimmte Richtung hat, von dem ersten Beschleunigungssensor 110, und Berechnen S200 der Höhe h des Fahrgestells 50 basierend auf dem empfangenen Beschleunigungswerts a1 und der vorbestimmten Richtung.
In weiteren Ausführungsbeispielen sind die zuvor beschriebenen Funktionen als weitere optionale Verfahrensschritte vorgesehen und können in einer Fahrzeugsteuereinheit umgesetzt werden.
Das Verfahren kann ebenfalls Computer-implementiert sein, d. h. es kann durch Anweisungen umgesetzt sein, die auf einem Speichermedium gespeichert sind und in der Lage sind, die Schritte des Verfahrens auszuführen, wenn es auf einem Prozessor läuft. Die Anweisungen umfassen typischerweise eine oder mehrere Anweisungen, die auf unterschiedliche Art auf unterschiedlichen Medien in oder peripher zu einer Steuereinheit (mit einem Prozessor) gespeichert sein können, die, wenn sie gelesen und durch die Steuereinheit ausgeführt werden, die Steuereinheit dazu veranlassen, Funktionen, Funktionalitäten und Operationen auszuführen, die zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig sind.
Zusammenfassend liefern Ausführungsbeispiele eine Niveau-(Höhenstands)-Sensierung über eine Messung der Position des Fahrzeugaufbaus gegenüber einer geeigneten Achskomponente. Dazu werden gemäß der vorliegenden Erfindung Neigungssensoren oder Beschleunigungssensoren genutzt, die insbesondere in der Lage sind, die statische Erdbeschleunigung als ein Beschleunigungswert zu messen (bzw. eine entsprechende Projektion davon). Die Fahrzeughöhe wird durch eine Messung der Neigung einer geeigneten Fahrwerkskomponente 60 (beispielsweise ein Verbindungsteil zwischen dem Fahrzeugfahrgestell und der Achse) im Vergleich zu einer Fahrzeugfahrgestellneigung ermittelt.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

50: Fahrgestell
60: Komponente einer Radaufhängung
65: Radbefestigungspunkt
80: Drehpunkt der Komponente
100: Beschleunigungssensoreinheit
110: erster Beschleunigungssensor
120: zweiter (Referenz-)Beschleunigungssensor
200: Auswerteeinheit
a1: erster Beschleunigungswert
a2: zweiter Beschleunigungswert
g: Erdbeschleunigungsvektor
h: Höhe des Fahrgestells
H: weiterer Höhenwert
r: radialer Abstand
Δh: Höhenänderung

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung einer Höhe (h) eines Fahrzeugfahrgestells (50) relativ zu einer Komponente (60) einer Radaufhängung, wobei die Komponente (60) sich bei einer Änderung der Höhe (h) bewegt, gekennzeichnet durch – zumindest einen Beschleunigungssensor (110), der an der Komponente (60) der Radaufhängung anbringbar und ausgebildet ist, um einen Beschleunigungswert (a1) zu erfassen; und – eine Auswerteeinheit (200) zum Berechnen der Höhe (h) des Fahrgestells (50) basierend auf dem erfassten Beschleunigungswert (a1).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Beschleunigungssensor einen ersten Beschleunigungssensor (110) und zumindest einen zweiten Beschleunigungssensor (120) aufweist, wobei der zumindest eine zweite Beschleunigungssensor (120) an dem Fahrzeugfahrgestell (50) anbringbar und ausgebildet ist, um einen Referenz-Beschleunigungswert (a2) zu erfassen, und wobei die Auswerteeinheit (200) weiter ausgebildet ist, bei der Berechnung der Höhe (h) des Fahrgestells (50) den Referenz-Beschleunigungswert (a2) zu nutzen, um insbesondere eine Verdrehung des Fahrgestells (50) zur Erdbeschleunigung zu berücksichtigen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch zumindest einen weiteren Beschleunigungssensor, wobei der zumindest eine weitere Beschleunigungssensor an einer weiteren Komponente einer weiteren Radaufhängung anbringbar und ausgebildet ist, um mindestens einen weiteren Beschleunigungswert zu erfassen, und wobei die Auswerteeinheit (200) weiter ausgebildet ist, bei der Berechnung der Höhe (h) des Fahrgestells (50) den weiteren Beschleunigungswert zu nutzen, um eine Plausibilitätsanalyse zu ermöglichen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Beschleunigungssensor (110) und/oder der zumindest eine zweite Beschleunigungssensor (120) und/oder der zumindest eine weitere Beschleunigungssensor zumindest einen mehrachsigen Beschleunigungssensor zum Ermitteln weiterer Beschleunigungswerte umfasst und die Auswerteeinheit (200) ausgebildet ist, um insbesondere Störeinflüsse zu ermitteln oder zu kompensieren, wobei die Störeinflüsse eine Verdrehung des Fahrzeugfahrgestells (50) und/oder Einflüsse der Fahrbahn und/oder Einflüsse von Elastizitäten von Lagerungen und/oder weitere Umwelteinflüsse umfassen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen einachsigen oder zumindest einen mehrachsigen Drehratensensor, der ausgebildet ist, um eine oder mehrere Drehraten des Fahrzeugfahrgestells (50) und/oder eines Teiles der Radaufhängung zu erfassen, und die Auswerteeinheit (200) weiter ausgebildet ist, um die Verdrehung des Fahrzeugfahrgestells (50) und/oder des Teiles der Radaufhängung bei der Bestimmung der Höhe (h) zu nutzen oder die erfasste Drehraten auf ihre Plausibilität zu prüfen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (200) ausgebildet ist, um eine Kalibrierung des zumindest einen Beschleunigungssensors zur Festlegung einer oder mehrerer Referenzhöhen auszuführen, wobei während der Kalibrierung das Fahrzeugfahrgestell sich in einer oder mehreren vorgegebenen Höhenpositionen befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (200) ausgebildet ist, die Berechnung der Höhe (h) wiederholt auszuführen und dynamische Störungen zu filtern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Beschleunigungssensor (110) und/oder der zumindest ein zweiter Beschleunigungssensor (120) und/oder die weiteren Beschleunigungssensoren auf zumindest einem der folgenden Messverfahren beruht: einer mikroelektromechanischer Beschleunigungsmessung, einer thermodynamischen Beschleunigungsmessung, einer Schwerkraftpendel-Beschleunigungsmessung.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (200) weiter ausgebildet ist, um einen Test für einen korrekten Einbau des ersten Beschleunigungssensors (110) und/oder des zumindest einen zweiten Beschleunigungssensors (120) und/oder der weiteren Beschleunigungssensoren durchzuführen, wobei der Test eine Beschleunigungsmessung in einem Zustand definierter Krafteinwirkung, optional eine weitere Beschleunigungsmessung während einer Fahrzeugbeschleunigung und optional eine Ausgabe einer Fehlermeldung bei einem Fehleinbau umfasst.
Fahrgestell (50) mit zumindest einer Radaufhängung, die eine Komponente (60) aufweist, die sich bei einer Änderung der Höhe (h) bewegt, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Fahrgestell nach Anspruch 10, wobei die zumindest eine Radaufhängung einen Längslenker und/oder einen Querlenker umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Beschleunigungssensor (110) an dem Längslenker oder an dem Querlenker befestigt ist.
Fahrgestell nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die Komponente (60) drehbar um Drehpunkt (80) ist und eine Verbindung zu einem Radbefestigungspunkt (65) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Beschleunigungssensor 110 entlang der Komponente (60) näher an dem Drehpunkt (80) als an dem Radbefestigungspunkt (65) angeordnet ist.
Fahrzeug mit einem Fahrgestell nach einem der Ansprüche 9 bis 12.
Verfahren zur Bestimmung einer Höhe (h) eines Fahrzeugfahrgestells (50) relativ zu einer Komponente (60) einer Radaufhängung, wobei die Komponente (60) sich bei einer Änderung der Höhe (h) bewegt, wobei zumindest ein erster Beschleunigungssensor (110) an der Komponente (60) der Radaufhängung angebracht ist, gekennzeichnet durch – Empfangen (S110) eines Beschleunigungswertes (a1) von dem ersten Beschleunigungssensor (110); und – Berechnen (S200) der Höhe (h) des Fahrgestells (50) basierend auf dem empfangenen Beschleunigungswerts (a1).
Computerprogrammprodukt mit darauf gespeicherten Programmanweisungen, die ausgebildet sind, um ein Verfahren nach Anspruch 14 auszuführen, wenn die gespeicherten Programmanweisungen auf einer Verarbeitungseinheit ausgeführt werden.