DE102015215452A1

DE102015215452A1 - Verfahren zum Bestimmen der momentanen relativen Lage zwischen einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und wenigstens einem schwenkbar an der Komponente angebrachten Querlenker

Info

Publication number: DE102015215452A1
Application number: DE102015215452.1A
Authority: DE
Inventors: Ingmar Meißner; Wolfgang Betz; Tobias Gädeke
Original assignee: Hartmann-exact KG
Current assignee: Hartmann-exact KG
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2015-08-13
Publication date: 2017-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der momentanen relativen Lage zwischen einer Komponente eines Kraftfahrzeugs (1) und wenigstens einem schwenkbar an der Komponente angebrachten Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b), gemäß welchem aus Sensordaten, die von einem der Bewegung des Querlenkers (5a, 5b, 6a, 6b) folgenden Radsensor (9) bereitgestellt werden, und aus Referenz-Sensordaten, die von mindestens einem an der Komponente angebrachten Referenz-Sensor (10) bereitgestellt werden, die momentane Lage des Radsensors (9) relativ zum Referenz-Sensor (10) berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der momentanen relativen Lage zwischen einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und wenigstens einem schwenkbar an der Komponente angebrachten Querlenker. Die Erfindung betrifft ferner eine Sensor-Anordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Auswertungseinrichtung, die zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtet/programmiert ist, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Sensor-Anordnung.
Zur Bestimmung und Regulierung der Leuchtweite von Scheinwerfern moderner Kraftfahrzeuge unter Berücksichtigung des momentanen Beladungszustands ist es aus dem Stand der Technik bekannt, sogenannte Radsensoren einzusetzen. Diese dienen dazu, die Neigung des Fahrzeugs, insbesondere entlang dessen Längsrichtung, relativ zur Fahrbahnoberfläche zu bestimmen. Derartige Radsensoren sind typischerweise am Fahrzeugchassis angebracht und erlauben durch Bestimmung der mechanischen Kopplung mit der Radaufhängung die momentane Einfederung des Kraftfahrzeugs.
Als Radsensoren können dabei Winkelsensoren zum Einsatz kommen, die die Richtung eines drehbar gelagerten Referenzelements messen. Solche Niveausensoren verfügen über ein mechanisches Gestänge, das an einer Radaufhängung, insbesondere an einem Querlenker, und am Fahrzeugchassis befestigt ist. Eine Änderung der Relativlage von Radaufhängung und Fahrzeugchassis wird dabei in eine Drehbewegung umgesetzt und mit Hilfe eines z. B. magnetischen oder induktiven Messprinzips erfasst.
Als problematisch bei der vorangehend beschriebenen, herkömmlichen Bestimmung der Neigung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe von Niveausensoren erweist sich, dass die Sensoren eine mechanische Kopplung zwischen der Radaufhängung und dem Fahrzeugchassis mit beweglichen Teilen besitzen. Dies hat einen hohen Verschleiß der Niveausensoren im Langzeitbetrieb in einem Kraftfahrzeug zur Folge. Darüber hinaus sind besagte Niveausensoren konstruktionsbedingt relativ störanfällig gegenüber ungewollter mechanischer Belastung.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen der momentanen relativen Lage zwischen einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und wenigstens einem schwenkbar an der Komponente angebrachten Querlenker zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß dem hier vorgestellten, erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen der momentanen relativen Lage zwischen einer Komponente eines Kraftfahrzeugs und wenigstens einem schwenkbar an der Komponente angebrachten Querlenker werden von einem der Bewegung des Querlenkers folgenden Radsensor Sensordaten bereitgestellt. Ebenso werden von mindestens einem an besagter Komponente angebrachtem Referenz-Sensor Referenz-Sensordaten bereitgestellt. Aus den Sensordaten und den Referenz-Sensordaten wird erfindungsgemäße die momentane Lage des Radsensors relativ zum Referenz-Sensor berechnet. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Radsensors und eines zu diesem separaten Referenzsensors, derart, dass der Radsensor am Querlenker und der Referenzsensor an einer relativ zum Querlenker bewegbaren Komponente angeordnet ist, entfällt die Notwendigkeit einer mechanischen Kopplung zwischen Komponente und Querlenker innerhalb des Sensors. Auf diese Weise kann der Verschleiß in den Sensoren, bedingt durch eine ständige Relativbewegung des Querlenkers relativ zur Komponente während einer Straßenfahrt des Kraftfahrzeugs, minimiert oder gegenüber den eingangs erwähnten Sensortypen mit mechanischer Kopplung innerhalb des Sensors zumindest deutlich reduziert werden. Darüber hinaus können auch Messfehler, bei herkömmlichen Niveausensoren hervorgerufen durch äußere Störeinflüsse auf die mechanisch sensiblen Komponenten des Niveausensors, minimiert werden.
Im Ergebnis erlaubt das hier vorgestellte, erfindungsgemäße Verfahren also eine hochgenaue Messung der gesuchten Relativlage bei geringem Verschleiß der verwendeten Sensorik. Das hier vorgestellte Verfahren eignet sich daher insbesondere – aber nicht ausschließlich – zur Bestimmung und Regulierung der Leuchtweite der im Kraftfahrzeug vorhandenen Schweinwerfer.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Radsensor direkt am wenigstens einen Querlenker befestigt oder über wenigstens ein Zwischenbauteil starr mit dem Querlenker verbunden ist. Beide Varianten stellen eine gute Bewegungskopplung des Radsensors mit dem Querlenker sicher.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Referenzsensor bezüglich einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen zentriert zum Kraftfahrzeug an der Komponente angeordnet. Auf diese Weise kann der Einfluss der im Falle einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs auf den Referenz-Sensor wirkenden Zentrifugalkräfte, die als Störgrößen die Referenz-Sensordaten beeinflussen könnten, besser berücksichtigt werden, da der Betrag der Störgröße für die Sensoren rechts und links gleich groß ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Komponente entlang der mittleren Längsachse des Kraftfahrzeugs angebracht. Auch mit dieser Maßnahme geht einher, dass der Einfluss der im Falle einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs auf den Referenz-Sensor wirkenden Zentrifugalkräfte bei der Anwendung des Verfahrens berücksichtigt werden kann.
Besonders zweckmäßig kann die Komponente eine Querachse des Kraftfahrzeugs sein oder umfassen, da die Querachse typischerweise starr mit dem Fahrzeugchassis, also der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist. An einer Querachse lässt sich der Referenz-Sensor auf besonders einfache Weise montieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann zur Bestimmung der gesuchten relativen Lage ein Zwischenwinkel zwischen dem Querlenker und der Komponente berechnet werden. Die Bestimmung erfolgt dabei durch Auswertung der Sensordaten des Radsensors und aus den Referenz-Sensordaten des Referenz-Sensors. Auf diese Weise lässt sich die gesuchte Relativlage zwischen Querlenker und Komponente besonders einfach bestimmen.
Besonders bevorzugt umfassen die Sensordaten des wenigstens einen Radsensors die Beschleunigung der Komponente in eine Z-Richtung und in eine senkrecht dazu verlaufende Y-Richtung eines ortsfesten Koordinatensystem des Radsensors. Bei dieser Variante umfassen die Referenz-Sensordaten des wenigstens einen Referenz-Sensors die Beschleunigung der Querachse in eine Z‘-Richtung und in eine senkrecht dazu verlaufende Y‘-Richtung des Referenz-Sensors. Diese Maßnahme erlaubt eine besonders einfache Messung der gesuchten Beschleunigungswerte.
Zweckmäßig kann aus den Sensordaten des wenigstens einen Radsensors die Beschleunigung in Z-Richtung und in Y-Richtung und aus diesen ein Lagewinkel ϕ₁ des Radsensors bestimmt werden. Bei dieser Variante wird aus den Referenz-Sensordaten des Referenz-Sensors die Beschleunigung in Z-Richtung und in Y-Richtung und aus diesen ein Referenz-Lagewinkel ϕ' bestimmt.
Auf mathematisch besonders einfache Weise wird der gesuchte Zwischenwinkel ϕ₁* aus dem Lagewinkel ϕ₁ und dem Referenz-Lagewinkel ϕ', insbesondere durch Differenzbildung, berechnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Lagewinkel ϕ₁ aus der Beschleunigung in Z-Richtung und in Y-Richtung gemäß der Beziehung ϕ₁ = atan (a_y, a_z) bestimmt. Bei dieser Variante wird der Referenz-Lagewinkel ϕ' aus der Beschleunigung in Z‘-Richtung und in Y‘-Richtung gemäß der Beziehung ϕ' = atan (a_y‘, a_z‘) bestimmt, und der gesuchte Zwischenwinkel ϕ_i wird durch Differenzbildung mittels der Beziehung ϕ₁* = ϕ₁ – ϕ' bestimmt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden bei der Berechnung des Zwischenwinkels auf die Sensoren wirkende Zentrifugalkräfte als Störgröße berücksichtigt. Auf diese Weise kann auch bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs sichergestellt werden, dass der gesuchte Zwischenwinkel mit hoher Genauigkeit bestimmt wird.
Besonders zweckmäßig können besagte Zentrifugalkräfte mittels wenigstens eines im Kraftfahrzeug verbauten Drehratensensors bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, die auf das Kraftfahrzeug wirkenden Zentrifugalkräfte mittels wenigstens eines zusätzlichen Referenzsensors zu bestimmen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Sensor-Anordnung für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Radsensor, der, vorzugsweise ortsfest, mit einem Querlenker des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, derart, dass er dessen Bewegung folgt. Bevorzugt ist der wenigstens eine erste Radsensor, insbesondere direkt, an dem Querlenker befestigbar. Weiterhin umfasst die Sensor-Anordnung einen Referenz-Sensor, der an einer Komponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer vorderen oder hinteren Querachse, des Kraftfahrzeugs anbringbar ist, die schwenkbar mit dem Querlenker verbunden ist. Ferner umfasst die Sensor-Anordnung eine Auswertungseinrichtung, welche zur Auswertung der vom wenigstens einen Radsensor bereitgestellten Sensordaten und der vom Referenz-Sensor bereitgestellten Referenz-Sensordaten mit diesen Radsensoren zusammenwirkt und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet/programmiert ist.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit zwei Querachsen und jeweils mindestens zwei schwenkbar mit der jeweiligen Querachse verbundenen Querlenkern. Das Kraftfahrzeug umfasst ferner eine voranstehend genannte Sensor-Anordnung. Der wenigstens eine Radsensor der Sensor-Anordnung ist dabei derart mit dem Querlenker verbunden, dass er dessen Bewegung folgt. Bevorzugt ist der wenigstens eine Radsensor, starr, insbesondere entweder direkt oder mittels eines Zwischenbauteils, mit dem Querlenker verbunden. Der Referenz-Sensor ist ortsfest an einer der Querachsen oder an einer starr mit wenigstens einer der beiden Querachsen verbundenen Komponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einem Fahrzeugchassis des Kraftfahrzeugs, angeordnet.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend 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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs beim Befahren eines Fahrbahnabschnitts mit Gefälle in einer Seitansicht,
2 in schematischer Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer Draufsicht,
3 das Kraftfahrzeug der 2 in einer Rückansicht,
4 eine Detaildarstellung der 3 im Bereich der hinteren Querachse des Kraftfahrzeugs beim Befahren eines horizontalen Fahrbahnabschnitts,
5 eine Detaildarstellung der 3 im Bereich der hinteren Querachse des Kraftfahrzeugs beim Befahren eines in Querrichtung geneigten Fahrbahnabschnitts,
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 beim Befahren eines Fahrbahnabschnitts mit Gefälle in einer Seitenansicht. In 1 ist das Gefälle des Fahrbahnabschnitts durch einen Winkel α definiert, den die Fahrbahnoberfläche 2 mit einer Ebene 17 bildet, die sich orthogonal zum Vektor der Schwerkraft F_G erstreckt. Die 1 zeigt ein Fahrzeugchassis 16 sowie ein vorderes und ein hinteres Rad 7c, 7a des Kraftfahrzeugs 1. Die Lage einer vorderen Querachse 3 und einer hinteren Querachse 4, an welcher die beiden Räder 7c, 7a befestigt sind, ist in 1 in gestrichelter Darstellung angedeutet.
In der in 1 gezeigten, stark vereinfachten Darstellung des Aufbaus des Kraftfahrzeugs 1 ist die vordere Querachse 3 mittels einer vorderen Einfederung (Radaufhängung) 18 mit dem Fahrzeugchassis 16 verbunden. Entsprechend ist die hintere Querachse 5 mittels einer hinteren Einfederung 19 mit dem Fahrzeugchassis 16 verbunden. Die vordere Einfederung 18 besitzt einen einstellbaren Federweg d_v variabler Länge, die hintere Einfederung 19 einen einstellbaren Federweg d_h variabler Länge. Durch ein Verstellen der beiden Längen d_v, d_h lässt sich die Neigung des Fahrzeugchassis 16 und somit des gesamten Kraftfahrzeugs 1 in dessen Längsrichtung einstellen. Dieser Neigungswinkel, der relativ zur Fahrbahnoberfläche 2 gemessen wird, ist in 1 als Winkel β bezeichnet. Vom aktuell über die beiden Einfederungen 18, 19 eingestellten Winkel β hängt eine Reichweite des von den Frontscheinwerfern 20 des Kraftfahrzeugs 1 erzeugten Lichtkegels 21 ab. Um diesen Lichtkegel 21 optimal auf die Fahrbahnoberfläche 2 auszurichten und insbesondere ein Blenden entgegenkommender Fahrzeuge zu verhindern, ist daher eine möglichst genaue Kenntnis der Neigung des Kraftfahrzeugs 1 in Längsrichtung relativ zur Fahrbahnoberfläche erforderlich.
Die Bestimmung dieser Neigung kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens geschehen, welches im Folgenden anhand der 2 bis 5 genauer erläutert werden soll. Das hier vorgestellte Verfahren beruht dabei auf der Idee, jeweils einen Zwischenwinkel ϕ₁* sowohl für die beiden vorderen Querlenker 5a, 5b relativ zur vorderen Querachse 3 als auch für die beiden hinteren Querlenker 6a, 6b relativ zur hinteren Querachse 4 bzw. zum Fahrzeugchassis 16 zu berechnen. Auf diese Weise lässt sich das Verhältnis d_v, d_h der vorderen Einfederung relativ zur hinteren Einfederung bestimmen. Aus diesem Verhältnis d_v, d_h kann dann unmittelbar die gesuchte Längsneigung des Kraftfahrzeugs 1 ermittelt werden.
Im Folgenden wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahren exemplarisch besagter Zwischenwinkels ϕ₁* zwischen dem hinteren linken Querlenker 6a und der hinteren Querachse 4 berechnet, die starr mit einer weiteren Komponente des Kraftfahrzeugs 1, nämlich dem Fahrzeugchassis 16, verbunden ist. Es ist klar, dass das Verfahren in analoger Weise auch zur Berechnung der Zwischenwinkel zwischen den verbleibenden Querlenkern 5b, 6a, 6b und der jeweiligen vorderen bzw. hinteren Querachse 3, 4 angewandt werden kann.
Zur Erläuterung zeigt 2 das Kraftfahrzeug 1 der 1 in einer Draufsicht. 3 zeigt das Kraftfahrzeug 1 der 2 in einer Rückansicht beim Befahren einer Fahrbahnoberfläche 2. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst die bereits erwähnte vordere und hintere Querachse 3, 4, an welchen jeweils ein vorderer bzw. hinterer erster und zweiter Querlenker 5a, 5b bzw. 6a, 6b schwenkbar befestigt sind. Jeder der vier Querlenker 5a, 5b, 6a, 6b ist wiederum mit einem Rad 7a, 7b, 7c, 7d des Kraftfahrzeugs 1 verbunden.
Die 4 zeigt eine Detaildarstellung des Kraftfahrzeugs 1 der 3 im Bereich der hinteren Querachse 4. Man erkennt die schwenkbare Verbindung 8 zwischen dem linken hinteren Querlenker 6a und der hinteren Querachse 4. Mit dem linken hinteren Querlenker 6a ist mechanisch starr ein erster Radsensor 9 verbunden. Bevorzugt ist der erste Radsensor 9, besonders bevorzugt direkt, also ohne Zwischenbauteil, an dem Querlenker 6a befestigt. Der Radsensor 9 kann aber auch derart mit dem Querlenker 6a verbunden sein, dass er dessen Bewegung folgt, ohne direkt am Querlenker 6a befestigt zu sein. Denkbar ist dabei insbesondere eine Befestigung des Radsensors 9 an der hinteren linken Radaufhängung (nicht gezeigt).
Möglich sind also Varianten, bei welchen der Radsensor 9 direkt am Querlenker 6a befestigt oder über wenigstens ein Zwischenbauteil (nicht gezeigt) starr mit dem Querlenker 6a verbunden ist. Beide Varianten stellen eine gute Bewegungskopplung des Radsensors 9 mit dem Querlenker 6a sicher.
An der hinteren Querachse 4 ist ortsfest ein Referenz-Sensor 10 angeordnet, der starr mit der hinteren Querachse 4 verbunden ist. Mittels der vom Radsensor 9 bereitgestellten Sensordaten und der vom Referenz-Sensor 10 bereitgestellten Referenz-Sensordaten kann der gesuchte relative Zwischenwinkel ϕ₁ zwischen dem linken hinteren Querlenker 6a und der hinteren Querachse 4 bestimmt werden. Zu diesem Zweck weist das Kraftfahrzeug 1 eine Auswertungseinrichtung 11 auf, welche mit dem Radsensor 9 und dem Referenz-Sensor 10 zusammenwirkt. Der erste Radsensor 9, der Referenz-Sensor 10 und die Auswertungseinrichtung 11 bilden eine Sensor-Anordnung 15 aus. Vorzugsweise wird die Auswertungseinrichtung 11 in den Referenz-Sensor 10 integriert oder umgekehrt.
Die Auswertungseinrichtung 11 kann als im Kraftfahrzeug 1 verbautes Steuergerät ausgebildet sein oder Teil eines solchen Steuergeräts sein. Die Auswertungseinrichtung 11 ist zur Durchführung des im Folgenden genauer erläuterten, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet/programmiert, d.h. die Auswertungseinrichtung 11 ermittelt aus den vom Radsensor 9 bereitgestellten Sensordaten und aus den vom Referenz-Sensor 10 bereitgestellten Referenz-Sensordaten den gesuchten Zwischenwinkel ϕ₁*. Die Sensordaten und die Referenz-Sensordaten können dabei über geeignete elektrische Kommunikationsleitungen 12 in elektrischer/ elektronischer Form vom Radsensor 9 bzw. vom Referenz-Sensor 10 an die Auswertungseinrichtung 11 übermittelt werden. Auch eine drahtlose Kommunikationsverbindung (nicht gezeigt) ist denkbar. Im Beispiel der 4 ist die Fahrbahnoberfläche 2 horizontal angeordnet, d.h. der Schwerkraft-Vektor F_G bildet mit der Fahrbahnoberfläche 2 einen 90°-Winkel.
Beim Rad- und Referenz-Sensor 9, 10 handelt es sich um Beschleunigungssensoren, die insbesondere für die Bestimmung der wirkenden Schwerkraft F_G ausgebildet sind. Mit anderen Worten, die Sensoren 9, 10 sind sowohl zur Bestimmung der wirkenden Fahrzeugbeschleunigungen a als auch zur Bestimmung der wirkenden Schwerkraft F_G ausgebildet. Der Radsensor 9 ist dabei wenigstens als eindimensionaler, vorzugsweise – zur Steigerung der Messgenauigkeit – als zwei- bzw. dreidimensionaler Sensor realisiert, d.h. in einem lokalen, also zum Radsensor 9 ortsfesten kartesischen XYZ-Koordinatensystem erlaubt der Radsensor 9 die Bestimmung der Beschleunigung a einschließlich der Schwerkraft F_G entlang wenigstens einer, vorzugsweise jedoch zweier bzw. dreier Richtungen; im Beispiel der 4 ist dies eine Y-Richtung und eine senkrecht zur Y-Richtung verlaufende X bzw. Z-Richtung.
Im Beispiel der 4 verläuft die lokale Y-Richtung in der Zeichenebene der 3 parallel zum hinteren linken Querlenker 6a und die lokale Z-Richtung in der Zeichenebene senkrecht zur Z-Richtung. Die X-Richtung erstreckt sich folglich senkrecht zur Zeichenebene. Entsprechendes gilt in analoger Weise für den Referenz-Sensor 10 und dessen lokales kartesisches X’Y’Z‘-Koordinatensystem, wobei die Y‘-Richtung des X’Y’Z‘-Koordinatensystems parallel zur hinteren Querachse 4 verläuft.
Die an die Auswertungseinrichtung 11 übermittelten Sensordaten des Radsensors 9 umfassen die Beschleunigungen a_y, a_z des hinteren linken Querlenkers 6a in dessen Y-Richtung und in dessen senkrecht dazu verlaufende Z-Richtung. Die an die Auswertungseinrichtung 11 übermittelten Referenz-Sensordaten des Referenz-Sensors 10 umfassen die Beschleunigung a_y‘ der hinteren Querachse 4 in Y‘-Richtung parallel zur hinteren Querachse 4 und die Beschleunigung a_z‘ in der senkrecht dazu verlaufenden Z‘-Richtung des Referenz-Sensor 10. Aus der Beschleunigung a_z des Radsensors 9 in Z-Richtung und der Beschleunigung a_y in Y-Richtung wird der Lagewinkel ϕ₁ gemäß der Gleichung ϕ₁ = atan (a_y, a_z) berechnet. Aus der Beschleunigung a_z‘ des Referenz-Sensors 10 in Z‘-Richtung und dessen Beschleunigung a_y‘ in Y‘-Richtung wird gemäß der Gleichung ϕ' = atan (a_y‘, a_z‘) der Referenz-Lagewinkel ϕ' bestimmt. Aus dem Lagewinkel ϕ₁ und dem Referenz-Lagewinkel ϕ' wird der gesuchte Zwischenwinkel ϕ₁* durch Differenzbildung ϕ₁* = ϕ₁ – ϕ' berechnet.
In einer Variante können die Lagewinkel ϕ₁ und ϕ' bereits im Radsensor 9 bzw. Referenz-Sensor 10 berechnet und an die Auswertungseinrichtung 11 übertragen. Die Auswertungseinrichtung 11 führt dort die Differenzbildung aus.
Im Beispiel der 4 mit horizontaler Fahrbahnoberfläche 2 verläuft die Richtung der Schwerkraft F_G senkrecht zur Y‘-Richtung des lokalen X’Y’Z‘-Koordinatensystems des Referenz-Sensors 10, so dass sich für den Lagewinkel ϕ' aufgrund des Nullwerts für die Beschleunigung a_y‘ in Y‘-Richtung des Referenz-Sensors 10 für den Lagewinkel ϕ' ebenfalls ein Nullwert ergibt. In diesem Fall ist der gesuchte Zwischenwinkel ϕ₁* gleich dem Lagewinkel ϕ₁.
Im Beispiel der 5 besitzt die Fahrbahnoberfläche 2 eine Querneigung, d.h. die Richtung des Schwerkraft-Vektors F_G verläuft nicht mehr wie bei 4 orthogonal zur Fahrbahnoberfläche 2. In diesem Fall misst der Referenz-Sensor 10 zumindest eine Schwerkraft-bedingte, von Null verschiedene Komponente a_y‘. Der gesuchte Zwischenwinkel ϕ₁* ergibt sich zu ϕ₁* = ϕ₁ – ϕ‘ = atan (a_y, a_z) – atan (a_y‘, a_z‘).
Wird nun der gesuchte Zwischenwinkel ϕ₁* sowohl für die hintere Querachse 4 als auch für die vordere Querachse 5 ermittelt, so können aus den beiden Werten auf die beiden Einfederungen d_v und d_h und daraus die eingangs anhand der 1 diskutierte Neigung des Kraftfahrzeugs 1 in Längsrichtung ermittelt werden. Bei Ausführung des Systems mit nur einem Radsensor 9 an einem der hinteren Querlenker 6a, 6b wird die Einfederung d_v als konstant bzw. bekannt angenommen.
Das vorangehend vorgestellte Verfahren kann nicht nur basierend auf den Sensordaten eines einzigen Radsensors 9 ausgeführt werden, der im Beispielszenario am hinteren linken Querlenker 6a verbaut ist. Vielmehr ist die Verwendung von Sensordaten zweier oder mehrerer Radsensoren, die am hinteren rechten Querlenker 6b oder an einem oder beiden vorderen Querlenker 5a, 5b verbaut sind. Mittels dieser, weiteren Radsensoren lassen sich gemäß obiger Formel weitere Lagewinkel ϕ_i* mit i = 2, 3, 4, ... berechnen, und zwar individuell für jeden vorhanden Radsensor 9.
Alternativ oder zusätzlich ist auch die Verwendung weiterer Referenz-Sensoren zusätzlich zu dem in den Figuren dargestellten Referenz-Sensor 10. Ein weiterer Referenz-Sensor kann etwa an der vorderen Querachse 3 angeordnet sein. Besonders bevorzugt können zwei separate Referenzsensoren platziert werden, die in Querrichtung des Kraftfahrzeugs 1 im Abstand zueinander angeordnet werden. Auf diese Weise können im Falle einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs die in unterschiedlicher Stärke auftretenden Querbeschleunigungen kompensiert werden.
Im Falle einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs 1 können bei der Berechnung des Zwischenwinkels ϕ₁* auf den Radsensor 9 wirkende Zentrifugalkräfte F_Z als Störgröße berücksichtigt werden. Dies kann mit Hilfe eines zusätzlichen Referenzsensors 10 oder mit Hilfe eines im Kraftfahrzeug 1 verbauten Drehratensensors 13 geschehen, der als Sensordaten eine Drehrate des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Bevorzugt wird der Drehratensensor 13 nahe des Schwerpunktes des Kraftfahrzeugs 1 verbaut und aus dessen Sensordaten die Fliehkraft an den Radsensoren 9 berechnet. Durch Verwendung der vom Drehraten-Sensor 13 bereitgestellten Drehrate einschließlich daraus abgeleiteter Größen kann die auf das Kraftfahrzeug 1 momentan wirkende Zentrifugalkraft F_Z bestimmt werden. Dies erlaubt eine Berücksichtigung als Störgröße bei der oben erläuterten Berechnung des Zwischenwinkels ϕ₁* zwischen dem hinteren linken Querlenker 6a und der hinteren Querachse 4. Zusätzliche Drehratensensoren 13 in unmittelbarer Nähe zu den Radsensoren 9 können die Berechnung zusätzlich stützen.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens können die bei Kurvenfahrt auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Zentrifugalkräfte F_Z mittels wenigstens eines zusätzlichen Referenzsensors 10 bestimmt werden. Die im Kraftfahrzeug 1 vorhandenen Referenzsensoren 10 sind derart im Kraftfahrzeug 1 angeordnet, dass sie die auftretenden unterschiedlichen Querbeschleunigungen und somit den Kurvenradius bestimmen können, so dass sich daraus die Querbeschleunigungseinflüsse auf die Radsensoren 9 rechnerisch kompensieren lassen. Dies erlaubt eine Berücksichtigung der auf das Kraftfahrzeug 1 wirkenden Zentrifugalkräfte F_Z bei der Berechnung des gesuchten Zwischenwinkels ϕ₁* in der Art einer Störgröße.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der momentanen relativen Lage zwischen einer Komponente eines Kraftfahrzeugs (1) und wenigstens einem schwenkbar an der Komponente angebrachten Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b), gemäß welchem aus Sensordaten, die von einem der Bewegung des Querlenkers (5a, 5b, 6a, 6b) folgenden Radsensor (9) bereitgestellt werden, und aus Referenz-Sensordaten, die von mindestens einem an der Komponente angebrachten Referenz-Sensor (10) bereitgestellt werden, die momentane Lage des Radsensors (9) relativ zum Referenz-Sensor (10) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radsensor (9) direkt am wenigstens einen Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b) befestigt ist oder über wenigstens ein Zwischenbauteil starr mit dem Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der Referenzsensor (10) bezüglich einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs (1) im Wesentlichen zentriert zum Kraftfahrzeug (1) an der Komponente angeordnet ist, und/oder dass – die Komponente entlang der mittleren Längsachse des Kraftfahrzeugs (1) angebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (1) eine vordere und/oder hintere Querachse (3, 4) des Kraftfahrzeugs ist oder umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten und/oder Referenz-Sensordaten vom Radsensor (9) bzw. Referenz-Sensor (10) gemessene Beschleunigungswerte sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der gesuchten relativen Lage aus den Sensordaten des Radsensors (9) und aus Referenz-Sensordaten eines ortsfest an der Komponente angeordneten Referenz-Sensors (10) ein Zwischenwinkel (ϕ₁*) zwischen dem Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b) und der Komponente, insbesondere der vorderen oder hinteren Querachse (3, 4), berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten des wenigstens einen Radsensors (9) die Beschleunigung (a) der Komponente (5a, 5b, 6a, 6b) in eine Z-Richtung und in eine senkrecht dazu verlaufende Y-Richtung eines ortsfesten Koordinatensystem des Radsensors (9) umfassen, und dass die Referenz-Sensordaten des wenigstens einen Referenz-Sensors (10) die Beschleunigung (a‘) der Querachse in eine Z‘-Richtung und in eine senkrecht dazu verlaufende Y‘-Richtung des Referenz-Sensors (10) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass – aus den Sensordaten des wenigstens einen Radsensors (9) die Beschleunigung in Z-Richtung und in Y-Richtung (a_z, a_y) und aus diesen ein Lagewinkel (ϕ₁) des Radsensors (9) bestimmt wird, – aus den Referenz-Sensordaten des Referenz-Sensors (10) die Beschleunigung in Z-Richtung und in Y-Richtung (a_z', a_y') und aus diesen ein Referenz-Lagewinkel (ϕ') bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der gesuchte Zwischenwinkel (ϕ₁*) aus dem Lagewinkel (ϕ₁) und dem Referenz-Lagewinkel (ϕ'), insbesondere durch Differenzbildung, berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – der Lagewinkel (ϕ₁) aus der Beschleunigung in Z-Richtung und in Y-Richtung gemäß der Beziehung ϕ₁ = atan (a_y, a_z) bestimmt wird, – der Referenz-Lagewinkel (ϕ') aus der Beschleunigung in Z‘-Richtung und in Y‘-Richtung gemäß der Beziehung ϕ' = atan (a_y‘, a_z‘) bestimmt wird, – der Zwischenwinkel (ϕ₁*) durch Differenzbildung mittels der Beziehung ϕ₁* = ϕ₁ – ϕ' bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Zwischenwinkels (ϕ₁*) auf die Sensoren (9, 10) wirkende Zentrifugalkräfte (F_Z) als Störgröße berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wirkenden Zentrifugalkräfte (F_Z) mittels wenigstens eines Drehratensensors (13) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wirkenden Zentrifugalkräfte (F_Z) mittels wenigstens eines zusätzlichen Referenzsensors bestimmt werden.
Sensor-Anordnung (15) für ein Kraftfahrzeug (1), – mit wenigstens einem Radsensor (9), der mit einem Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b) des Kraftfahrzeugs (1) verbindbar, insbesondere an dem Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b) befestigbar, ist, derart, dass er dessen Bewegung folgt, – mit einem Referenz-Sensor (10), der an einer vorderen und/oder hinteren Querachse (3, 4) des Kraftfahrzeugs (1) oder an einer starr mit wenigstens einer der beiden Querachsen (3, 4) verbundenen Komponente, insbesondere einem Fahrzeugchassis (16), des Kraftfahrzeugs (1) anbringbar ist, die schwenkbar mit dem Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b) verbunden ist, – mit einer Auswertungseinrichtung (11), welche zur Auswertung der vom wenigstens einen Radsensor (9) bereitgestellten Sensordaten und der vom Referenz-Sensor (10) bereitgestellten Referenz-Sensordaten mit diesem Radsensor (9) zusammenwirkt und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet/programmiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder Sensor-Anordnung (15) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Radsensor (9) sowohl zur Bestimmung der in der Y-Richtung und der Z-Richtung auf den Radsensor (9) wirkenden Beschleunigung (a) als auch zu der in der Y-Richtung und der Z-Richtung auf den Radsensor wirkenden Schwerkraft (F_G) ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (1), – mit zwei Querachsen (4, 5) und jeweils mindestens zwei schwenkbar mit der jeweiligen Querachse (4, 5) verbundenen Querlenkern (5a, 5b, 6a, 6b), – mit einer Sensor-Anordnung nach Anspruch 14 oder 15, – wobei der wenigstens eine Radsensor (9) starr mit einem der Querlenker (5a, 5b, 6a, 6b) verbunden, insbesondere an diesem befestigt, ist, derart, dass er dessen Bewegung folgt, und – wobei der Referenz-Sensor (10) ortsfest an einer der Querachsen (3, 4) oder an einer starr mit wenigstens einer der Querachsen (3, 4) verbundenen Komponente des Kraftfahrzeugs (1), insbesondere einem Fahrzeugchassis (16) des Kraftfahrzeugs (1), angeordnet ist.