DE102017124494A1

DE102017124494A1 - Erweiterungen und leistungsverbesserungen für eine kontaktfreie bodenfreiheitserfassung

Info

Publication number: DE102017124494A1
Application number: DE102017124494.8A
Authority: DE
Inventors: Anthony Mario D'Amato; Harold Bernard Samuels; John Jeffrey Pfeiffer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2018-04-26
Also published as: US20180111440A1; MX2017013546A; CN107972440B; GB2557009A; GB201717029D0; RU2017134122A; CN107972440A; US10252594B2

Abstract

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Bodenfreiheitserfassungssystem bereit, das eine codierte elektromagnetische Quelle als Eingabeeinheit für einen Hall-Effekt-Sensor umfasst, wobei das Signal von dem Elektromagneten codiert ist, um die Sperrung des Magnetfelds in der Umgebung zu ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem ein System zur Selbstkalibrierung, das einen Hall-Effekt-Sensor umfasst, der in einer festen Entfernung und Ausrichtung in Bezug auf die elektromagnetische Quelle angebracht ist, um eine anhaltende Kalibrierung des Systems bereitzustellen. In einer Ausführungsform umfasst das verbesserte Bodenfreiheitserfassungssystem mindestens zwei inertiale Messeinheiten wie Beschleunigungsmesser, die an jeden von dem Karosserierahmen des Fahrzeugs und dem Achsrahmen des Fahrzeugs angebracht sind. Hierdurch wird es dem System ermöglicht, den Energieaufwand durch eine genauere und effizientere Messung der Bodenfreiheit bei hohen Frequenzraten mit relativ geringem Energieverbrauch zu optimieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein codiertes, auf einem Elektromagneten beruhendes Bodenfreiheitserfassungssystem für ein Fahrzeug. Insbesondere umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung eine codierte elektromagnetische Quelle und ein oder mehrere Magnetometer wie etwa auf dem Hall-Effekt beruhende Sensoren, um eine Veränderung der Bodenfreiheit einer Fahrzeugkarosserie zu bestimmen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrern begegnen beim Fahren mit ihren Fahrzeugen häufig Hindernisse - wie zum Beispiel Schlaglöcher, Steine, heruntergefallene Zweige und sonstige Ablagerungen - auf der Fahrbahn. Derartige Hindernisse haben zur Folge, dass sich die Fahrzeugkarosserie in Bezug auf die Räder des Fahrzeugs bewegt und dadurch eine Veränderung hinsichtlich der Entfernung zwischen dem Fahrgestell des Fahrzeugs und dem Boden, die gemeinhin als Bodenfreiheit bezeichnet wird, erzeugt. Fahrzeuge weisen Bodenfreiheitserfassungssysteme auf, um diese Veränderung der Bodenfreiheit zu erkennen und die Fahrzeugaufhängung als Reaktion auf die empfangenen Daten anzupassen.
Bodenfreiheitserfassungssysteme messen die Entfernung zwischen einem festgelegten Punkt am Fahrgestell, der Aufhängung oder der Karosserie eines Fahrzeugs und dem Boden. Wenn das Fahrzeug beladen und entladen wird, erkennen Bodenfreiheitserfassungssysteme die Veränderung der Bodenfreiheit des Fahrzeugs und stellen Fahrzeugaufhängungssystemen Eingaben bereit, um die Art und Weise zu ändern, in der die Aufhängung auf veränderte Straßenzustände oder Lasten reagiert. Durch die Verwendung eines Fahrzeugaufhängungssystems kann das Fahrzeug eine sanftere Fahrt auf einer holprigen Straße, eine tiefere Fahrt zur Verbesserung der Aerodynamik bei hohen Geschwindigkeiten oder eine erhöhte Fahrt für einen erhöhten Bodenabstand im Gelände bereitstellen.
Bestehende Bodenfreiheitserfassungssysteme weisen Systeme physischer Verbindungen auf, die Schäden durch Aufprall ausgesetzt sind und bewegliche Teile und Hebel erfordern und somit eine genaue Ablesung verhindern. Weitere bestehende, nicht auf einer Verbindung beruhende Bodenfreiheitserfassungssysteme umfassen Systeme, die Ultraschalllaser verwenden. Ein Nachteil bei diesen Systemen besteht darin, dass sie eine Sichtlinie zwischen einem Reflektor und einem Sender erfordern und das Übertragungsmedium konstant sein muss, um Genauigkeit zu wahren. Derartige Systeme sind in einer unkontrollierten Umgebung nicht genau.
Ein dritter Typ bestehender Bodenfreiheitserfassungssysteme ist ein auf Magnetismus beruhendes System zur Bodenfreiheitserfassung. Diese Systeme sind vorteilhaft, da sie gegen das Eindringen von Schmutz und Wasser geschützt sind. Bestehende magnetische Bodenfreiheitserfassungssysteme sind jedoch anfällig für Störquellen aus der Umgebung und bieten für bestimmte Anwendungen eine sehr langsame Reaktionszeit.
Dementsprechend besteht ein anhaltender Bedarf an neuen und verbesserten Systemen zur Bodenfreiheitserfassung, die für Schäden durch Aufprall nicht anfällig sind, gegen Störungen der Sichtlinie und Mediumsveränderungen geschützt sind und schnelle und genaue Messungen bieten können.
KURZDARSTELLUNG
Die beigefügten Ansprüche definieren diese Anmeldung. Die Beschreibung fasst Aspekte der Ausführungsformen zusammen und darf nicht zur Einschränkung der Patentansprüche genutzt werden. Andere Ausführungen werden in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Techniken in Betracht gezogen, wie dem Durchschnittsfachmann bei der Durchsicht der folgenden Zeichnungen und detaillierten Beschreibung ersichtlich wird, und diese Ausführungen sollen innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung liegen.
Ausführungsbeispiele stellen ein verbessertes Bodenfreiheitserfassungssystem bereit, das eine anhaltende Selbstkalibrierung und Koppelnavigation zur Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit und -geschwindigkeit bereitstellt. Das verbesserte Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung umfasst eine codierte elektromagnetische Quelle als Eingabeeinheit für einen Hall-Effekt-Sensor. In einer Ausführungsform umfasst das verbesserte Bodenfreiheitserfassungssystem mindestens zwei Hall-Effekt-Sensoren. In dieser Ausführungsform ist der erste Hall-Effekt-Sensor dazu ausgelegt, ein Signal von der Elektromagnetquelle zu empfangen, und codiert, um das codierte Magnetfeld von (einem) Magnetfeld(ern) in der Umgebung zu unterscheiden. In dieser Ausführungsform ist der zweite Hall-Effekt-Sensor in einer festen Entfernung und Ausrichtung in Bezug auf die elektromagnetische Quelle angebracht, um eine anhaltende Kalibrierung des Systems bereitzustellen. In einer Ausführungsform umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem mindestens zwei inertiale Messeinheiten wie zum Beispiel Beschleunigungsmesser. In dieser Ausführungsform ist eine erste inertiale Messeinheit am Karosserierahmen des Fahrzeugs angebracht und eine zweite inertiale Messeinheit am Achsrahmen des Fahrzeugs angebracht. Hierdurch wird es dem System ermöglicht, den Energieaufwand durch eine genauere und effizientere Messung der Bodenfreiheit bei hohen Frequenzraten mit relativ geringem Energieverbrauch zu optimieren.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird ein Bandpassfilter zur Verarbeitung des Signals der codierten elektromagnetischen Daten verwendet. Darüber hinaus können auch mehrere Hall-Effekt-Sensoren mit einer einzigen elektromagnetischen Quelle verwendet werden, um eine Mehrachsenerfassung bereitzustellen, und von daher werden dadurch eine Robustheit bei der Bestimmung von Veränderungen der Bodenfreiheit bereitgestellt, oder im Fall abhängiger Aufhängungen (Starrachse) kann eine einzige elektromagnetische Quelle verwendet werden, um die Bodenfreiheit an mehreren Stellen an der Achse zu bestimmen.
Bestehende magnetischen Bodenfreiheitserfassungssysteme umfassen einen äußerst starken Permanentmagneten oder Elektromagneten, der ein konstantes Magnetfeld entsendet, was einen eingeschränkten Abstand zwischen dem Magneten und dem Sensor erfordert. Rückmeldungen von derartigen Systemen erfolgen langsam und können mehrere Sekunden zum Mitteln benötigen, um störende Magnetfelder in der Umgebung herauszufiltern. Um diese Probleme zu bewältigen, wird in dem Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung eine Elektromagnetquelle verwendet, die dazu in der Lage ist, zwischen hohen Bandbreiten umzuschalten, um den Permanentmagneten oder die konstante elektromagnetische Quelle zu ersetzen. Die elektromagnetische Quelle mit hoher Bandbreite ist mit einer bestimmten Frequenz(en) codiert, um eine umweltbezogene Robustheit gegenüber störenden Magnetfeldern aufrechtzuerhalten. Insbesondere ist die elektromagnetische Quelle des Bodenfreiheitserfassungssystems der vorliegenden Offenbarung zu hohen Umschaltgeschwindigkeiten und Ausgaben eines magnetischen Signals mit einer gewünschten Frequenz fähig. Ein Frequenzbandpassfilter wird dazu verwendet, das codierte Signal aus der Messung des Gesamtmagnetfelds zu extrahieren. Durch eine derartige Konfiguration werden mechanische Verbindungen zur Bodenfreiheitserfassung beseitigt, sie ist gegen Störungen der Sichtlinie geschützt und die Reaktion ist schnell und genau.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf Ausführungsformen Bezug genommen, die in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht zwingend maßstabsgetreu und zugehörige Elemente wurden möglicherweise ausgelassen, um die hier beschriebenen neuartigen Merkmale hervorzuheben und eindeutig zu veranschaulichen. Des Weiteren können Systemkomponenten verschiedenartig angeordnet sein, wie auf dem Fachgebiet bekannt. In den Figuren können sich gleiche Bezugszeichen in sämtlichen der verschiedenen Figuren auf gleiche Teile beziehen, sofern nicht etwas anderes festgelegt wurde.

1 stellt ein Beispiel für ein bestehendes magnetisches Bodenfreiheitserfassungssystem dar.
2 ist ein Blockdiagramm, das Komponenten einer Ausführungsform des Bodenfreiheitserfassungssystems der vorliegenden Offenbarung umfasst.
3 stellt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses für den Betrieb des Bodenfreiheitserfassungssystems der vorliegenden Offenbarung gemäß einer Ausführungsform dar.
4 stellt ein Ausführungsbeispiel für das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung einschließlich einer Mehrachsenerfassung dar.
5 stellt das Ausführungsbeispiel aus 4 für das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung einschließlich der Mehrachsenerfassung dar.
6 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Prozess einer Ausführungsform des Bodenfreiheitserfassungssystems der vorliegenden Offenbarung in Betrieb darstellt.
7 stellt ein Ausführungsbeispiel für das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung einschließlich eines Systems zur Selbstkalibrierung dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Wenngleich das codierte, auf einem Elektromagneten beruhende Bodenfreiheitserfassungssystem (in der vorliegenden Beschreibung der Kürze halber durchweg als Bodenfreiheitserfassungssystem bezeichnet) der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Formen ausgestaltet sein kann, sind nur einige beispielhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen des Bodenfreiheitserfassungssystems in den Figuren dargestellt und in der vorliegenden Beschreibung beschrieben. Die vorliegende Offenbarung stellt eine Erläuterung des Bodenfreiheitserfassungssystems dar und beschränkt das Bodenfreiheitserfassungssystem nicht auf die konkreten abgebildeten und beschriebenen Ausführungsformen. Es sind unter Umständen nicht alle der abgebildeten oder beschriebenen Komponenten erforderlich, und in einigen Ausführungsformen sind unter Umständen zusätzliche, andere oder weniger Komponenten enthalten. Die Anordnung und die Art der Komponenten kann variieren, ohne vom Geist oder Umfang der hier dargelegten Patentansprüche abzuweichen.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist ein verbessertes Bodenfreiheitserfassungssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das viele Schwierigkeiten bestehender Bodenfreiheitserfassungssysteme bewältigt. Bodenfreiheitserfassungssysteme messen die Entfernung zwischen einem festgelegten Punkt am Fahrgestell, der Aufhängung oder der Karosserie eines Fahrzeugs und dem Boden. Insbesondere umfassen Bodenfreiheitserfassungssysteme für Fahrzeuge eine Vielzahl von Sensoren, die die Entfernung zwischen den Fahrzeugachsen und der Fahrzeugkarosserie konstant messen und die gemessenen Daten an die elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs senden. Wenn das Fahrzeug beladen und entladen wird, verändern sich die Daten von den Bodenfreiheitssensoren. Diese Veränderungen werden von einer Steuerung oder einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeugs erfasst und stellen Fahrzeugaufhängungssystemen Eingaben bereit, um die Art und Weise zu ändern, in der die Aufhängung auf veränderte Straßenzustände oder Lasten reagiert. Durch die Modifikationen an der Aufhängung kann das Fahrzeug eine sanftere Fahrt auf einer holprigen Straße, eine tiefere Fahrt zur Verbesserung der Aerodynamik bei hohen Geschwindigkeiten oder eine erhöhte Fahrt für einen erhöhten Bodenabstand im Gelände bereitstellen.
Beispielsweise umfasst eine erste Kategorie von Bodenfreiheitserfassungssystemen räumlich angeschlossene oder angekoppelte Systeme. Insbesondere umfasst die Art von bestehenden Bodenfreiheitserfassungssystemen auf Potenziometern beruhende Systeme, die eine physische Verbindung zwischen einer ungefederten Masse und einer gefederten Masse und einen variablen Widerstand umfassen, um eine direkte Messung der Differenz zwischen diesen zwei Massen bereitzustellen. Diese Systeme umfassen viele bewegliche Teile und Hebel und können darüber hinaus komplexe Verbindungen für abhängige Aufhängungen beinhalten, zum Beispiel Starrachsen. Bei so vielen beweglichen Teilen und insbesondere aufgrund der physischen Verbindung zwischen den zwei Massen sind diese Systeme anfällig für Schäden durch Aufprall, was eine genaue Ablesung verhindern würde.
Ein anderes kontaktfreies Bodenfreiheitsmessungssystem verwendet ultraschallbasierte oder optische Entfernungsmessungen. Ein Nachteil bei diesen Systemen besteht darin, dass sie eine klare Sichtlinie zwischen einem Reflektor und einem Sender erfordern und das Übertragungsmedium konstant sein muss, um Genauigkeit zu wahren. Systeme, die diese Entfernungserfassungstechniken nutzen, funktionieren unter Umständen nicht, wenn sie die Sichtlinie durch eine große Beweglichkeit der Aufhängung oder Ablagerungen wie zum Beispiel Schlamm verlieren. Diese Systeme werden typischerweise in geregelten Umgebungen wie zum Beispiel beim Autorennen verwendet. Unter derartigen Bedingungen ist es nicht wahrscheinlich, dass das Bodenfreiheitssystem des Fahrzeugs Ablagerungen von außen oder Änderungen des Mediums (d. h. Schmutz oder Wasser) erlebt, die eine Sichtlinie verdecken können. Derartige Systeme sind in einer unkontrollierten Umgebung jedoch nicht genau.
Ein dritter Typ bestehender Bodenfreiheitserfassungssysteme ist ein auf Magnetismus beruhendes System zur Bodenfreiheitserfassung. Derartige Systeme umfassen einen äußerst starken Permanentmagneten oder Elektromagneten, der ein konstantes magnetisches Signal ausgibt, und einen auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor, der eine Veränderung des Magnetfelds erkennt, um eine Veränderung der Bodenfreiheit eines Fahrzeugs zu bestimmen. Diese Systeme sind vorteilhaft, da sie gegen das Eindringen von Schmutz und Wasser geschützt sind. Bestehende magnetische Bodenfreiheitserfassungssysteme erfordern jedoch, dass die magnetische Quelle und der Hall-Effekt-Sensor nahe beieinander angebracht sind, um magnetische Störungen aus der Umgebung zu beseitigen.
1 stellt ein Ausführungsbeispiel für ein auf einem Permanentmagneten beruhendes Bodenfreiheitserfassungssystem nach dem Stand der Technik dar. Wie in 1 dargestellt umfassen bestehende, auf einem Magnet beruhende Bodenfreiheitserfassungssysteme einen auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor 20a, 20b und eine magnetische Quelle 18 wie zum Beispiel einen Permanentmagnet, die ein konstantes magnetisches Signal entsendet, das durch den Pfeil 18a dargestellt ist. In dieser Ausführungsform ist die magnetische Quelle 18 an der Fahrzeugachse 14 zwischen den zwei Hinterrädern 16 angebracht. 1 stellt die Fahrzeugkarosserie 12a in einer ersten Entfernung von der Hinterachse 14 und die Fahrzeugkarosserie 12b in einer zweiten, größeren Entfernung von der Hinterradachse 14 dar. Der auf dem Hall-Effekt beruhende Sensor 20a, 20b ist an der Fahrzeugkarossereie12a, 12b angebracht.
In derartigen Systemen muss der Abstand zwischen dem Sensor und dem Magneten minimal sein. Das liegt daran, dass die Stärke des Magnetfelds umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Entfernung ist. In Bezug auf 1 stellt die Fahrzeugkarosserie 12a die Fahrzeugkarosserie mit einer ersten Entfernung von der Fahrzeugachse 14 dar und stellt die Fahrzeugkarosserie 12b die Fahrzeugkarosserie mit einer zweiten, größeren Entfernung von der Fahrzeugachse 14 dar. Die Länge des Pfeils 22a stellt die Stärke des von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor 20a erfassten Magnetfelds dar, wenn sich die Fahrzeugkarosserie 12a in einer ersten Entfernung von der Fahrzeugachse 14 befindet. Die Länge des Pfeils 22b stellt die Stärke des von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor 20b erfassten Magnetfelds dar, wenn die Fahrzeugkarosserie 12b in einer zweiten Entfernung von der Fahrzeugachse 14 befindet. Wie in 1 dargestellt ist der Pfeil 22a länger als der Pfeil 22b, was darauf hinweist, dass, wenn sich die Fahrzeugkarosserie 12a näher an der Achse 14 befindet, der Hall-Effekt-Sensor eine höhere Magnetfeldstärke erkennt als wenn die Fahrzeugkarosserie 12b sich eine größere Entfernung davon entfernt befindet, obwohl die Stärke des von dem Permanentmagneten 18 entsendeten 18a Magnetfelds die gleiche ist. Mit anderen Worten erkennt der Hall-Effekt-Sensor 20a bei einer geringeren Entfernung ein stärkeres Magnetfeld 22a als bei einer größeren Entfernung. Dementsprechend gilt: Je weiter der Permanentmagnet von dem Sensor wegbewegt wird, desto mehr Energie muss der Sensor aufwenden, um Magnetfelder zu erkennen. Bei derartigen Systemen beträgt der Abstand zwischen dem Sensor und der Magnetfeldquelle ungefähr einen Zoll, und ein größerer Abstand würde eine starke Magnetkraft erfordern.
Ferner wird in diesen Systemen eine Veränderung der Bodenfreiheit durch eine Veränderung des von dem Hall-Effekt-Sensor erfassten Magnetfelds bestimmt. Es versteht sich jedoch, dass es andere Magnetfelder in der Umgebung gibt, die das Magnetfeldsignal von der Permanentmagnetquelle stören. Zum Beispiel können das von der Erde entsendete Magnetfeld oder sonstige lokale Störungen von den auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensoren erfassbar sein. Somit erkennen die auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensoren zusätzlich zu dem von der Permanentmagnetquelle entsendeten Magnetfeldsignal auch die Magnetfelder in der Umgebung. Dementsprechend muss der Permanentmagnet, der in derartigen Systemen verwendet wird, ein äußerst starker Magnet sein, um das dominierende lokale Magnetfeld zu sein, und ferner sind unter Umständen mehrere Sekunden zur Signalmittelung erforderlich, um störende Magnetfelder herauszufiltern. Dies gilt insbesondere für Anwendungen wie die Höhenverstellung für Fahrzeugpritschen, bei denen die Bodenfreiheitssteuerung bei langsamen Rückmeldungen von einer auf dem Magnetfeld beruhenden Erfassung geschlossen ist. Bei dem in der vorliegenden Schrift beschriebenen System wird die Geschwindigkeit der Rückmeldungssteuerung durch die Wahl der Codierfrequenz der Magnetquelle konfiguriert, wobei insbesondere durch die Wahl hoher Frequenzen eine schnellere Steuerung erzielt wird. Je höher die Codierfrequenz ist, desto schneller liest der Bandpassfilter das codierende Signal aus der Gesamtmagnetfeldmessung heraus. So kann die Steuergeschwindigkeit beliebig schnell oder langsam gemacht werden.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bieten ein Bodenfreiheitserfassungssystem, das diese Probleme durch das Ersetzen der Permanentmagnetquelle mit einer frequenzcodierten elektromagnetischen Quelle behebt, die ein Magnetfeldsignal mit einer festgelegten Frequenz ausgibt. Das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung umfasst darüber hinaus eine Vielzahl auf dem Hall-Effekt beruhender Sensoren, die eine Veränderung der Magnetfeldstärke erkennen, um eine Veränderung der Bodenfreiheit des Fahrzeugs zu bestimmen. Insbesondere ist die elektromagnetische Quelle in bestimmten Ausführungsformen auf Grundlage der Signalfrequenz codiert, um eine Robustheit gegen störende Magnetfelder in der Umgebung aufrechtzuerhalten und um die Sperrung störender Magnetfelder in der Umgebung zu ermöglichen. Die von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor empfangenen Daten werden gefiltert, um das codierte Signal aus dem insgesamt gemessenen Magnetfeldsignal zu extrahieren, um eine genaue Messung beliebiger Veränderungen in dem codierten Magnetfeld bereitzustellen, die Veränderungen der Bodenfreiheit entsprechen.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung ein System zur Selbstkalibrierung. Insbesondere umfasst diese Ausführungsform zusätzlich zu der codierten elektromagnetischen Quelle und einem ersten Hall-Effekt-Sensor einen zweiten Hall-Effekt-Sensor. Der erste Hall-Effekt-Sensor ist dazu ausgelegt, ein Signal von der Elektromagnetquelle zu empfangen, und codiert, um das codierte Magnetfeld von (einem) Magnetfeld(ern) in der Umgebung zu unterscheiden. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, ist der zweite Hall-Effekt-Sensor in einer festgelegten Entfernung und Ausrichtung in Bezug auf die elektromagnetische Quelle angebracht, um eine anhaltende Kalibrierung des Systems bereitzustellen.
In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem ein System zur Energieoptimierung. Insbesondere umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem in einer Ausführungsform mindestens zwei inertiale Messeinheiten. Die mindestens zwei inertialen Messeinheiten dieser Ausführungsform sind an jeden von dem Karosserierahmen des Fahrzeugs als auch dem Achsrahmen des Fahrzeugs angebracht. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, wird es dem System dadurch ermöglicht, die Bodenfreiheit bei Hochfrequenzgeschwindigkeiten mit relativ geringem Energieverbrauch genauer und effizienter zu messen.
Dementsprechend erfordert das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung keine mechanischen Verbindungen. Insbesondere ist das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung gegenüber Schäden durch Aufprall resistent und gegen Störungen der Sichtlinie und Mediumsveränderungen (d. h. Wasser) geschützt. Von daher ist das Bodenfreiheitserfassungssystem dazu in der Lage, genaue Messungen bereitzustellen, während es sich unter Wasser befindet und wenn es mit Schmutz bedeckt ist. Darüber hinaus stellt das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung eine schnelle Messreaktion bereit. Das heißt, das Bodenfreiheitserfassungssystem ermöglicht Merkmale wie eine Einstellung der hinteren Dämpfung nach der Feststellung einer Anomalie an den Vorderrädern. Ferner ist das Bodenfreiheitserfassungssystem, um die Schwierigkeiten beim Bestimmen der Bodenfreiheit für starre Hinterachsen zu mindern, auch bei extremer Beweglichkeit genau. Das heißt, dass sich die Achse in mehrere Richtungen bewegt und das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung die Bewegung in mehrere Richtung ausmacht, um eine genaue Ablesung der Bodenfreiheit zu bestimmen. Von daher unterstützt das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung leicht Anwendungen mit abhängiger Aufhängung (Starrachse).
2 stellt ein Ausführungsbeispiel für das Bodenfreiheitserfassungssystem 100 der vorliegenden Offenbarung dar. Andere Ausführungsformen des Bodenfreiheitserfassungssystems können andere, weniger oder zusätzliche Komponenten im Vergleich zu denen, die nachfolgend beschrieben und in 2 dargestellt sind, beinhalten.
Das Bodenfreiheitserfassungssystem 100 umfasst eine codierte elektromagnetische Quelle 118 und einen oder mehrere Sensoren 120, die mit der Steuerung 110 kommunizieren. Wie vorstehend beschrieben sammelt das Bodenfreiheitserfassungssystem Daten bezüglich der Bodenfreiheit der Fahrzeugkarosserie und sendet die gemessenen Daten an die elektronische Steuereinheit des Fahrzeugs. Wenn sich die Fahrzeugbeladung ändert oder sich die Bodenfreiheit des Fahrzeugs ändert, ändern sich die Daten von den Bodenfreiheitssensoren. Diese Änderungen werden von der Steuerung 110 registriert und stellen den Fahrzeugaufhängungssystemen wie zum Beispiel dem in 2 abgebildeten aktiven Aufhängungssystem 130 Eingaben bereit. Jede aktive Aufhängung ist einem anderen Rad des Fahrzeugs zugeordnet. In bestimmten Ausführungsformen ist jedes Rad einer aktiven Aufhängung zugeordnet; während in anderen Ausführungsformen weniger als alle der Räder jeweils einer aktiven Aufhängung zugeordnet sind. Die aktiven Aufhängungen 130 kommunizieren mit der Steuerung 110 und die Steuerung nutzt die von den Bodenfreiheitssensoren gesammelten Daten, um die Art und Weise zu ändern, in der die Aufhängung auf veränderte Straßenzustände oder Lasten reagiert.
Die codierte elektromagnetische Quelle 118 der vorliegenden Offenbarung ist zu hohen Umschaltgeschwindigkeiten fähig, insbesondere kann ein Magnetfeld mit einer festgelegten Frequenz erzeugt und zerstört werden. Die von den auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensoren 120 empfangenen Daten werden anschließend gefiltert, um die Amplitude des Magnetfelds bei der festgelegten Frequenz der elektromagnetischen Quelle zu bestimmen, und jede Veränderung der Amplitude des Magnetfelds erfolgt aufgrund einer Änderung der Bodenfreiheit. Dementsprechend ermöglicht diese Quelle 118 eine Sperrung von Magnetfeldern in der Umgebung und gestattet einen größeren Erfassungsabstandsbereich für eine beliebige Magnetfeldstärke.
Das Bodenfreiheitserfassungssystem 100 umfasst eine Vielzahl von Sensoren 120. Wie vorstehend beschrieben umfassen diese Sensoren 120 auf dem Hall-Effekt beruhende Sensoren zum Erfassen einer Veränderung des Magnetfelds, um eine Veränderung der Bodenfreiheit zu bestimmen. Ein auf dem Hall-Effekt beruhender Sensor ist ein Wandler, der seine Ausgangsspannung als Reaktion auf ein Magnetfeld variiert. Mit einem bekannten Magnetfeld kann der Entfernung von der Hall-Platte bestimmt werden. Zusätzlich zu auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensoren umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem auch andere Sensorarten, um Daten zur Umwelt, die das Fahrzeug umgibt, und zu Komponenten des Fahrzeugs selbst zu erhalten. Die Sensoren 120 übertragen die Daten zur weiteren Verarbeitung an eine Steuerung 110. Derartige Sensoren 120 können die folgenden umfassen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt: Infrarotsensoren, Kameras oder sonstige visuelle Sensoren, Ultraschallsensoren, RADAR, LIDAR, Laserscansensoren, inertiale Sensoren (zum Beispiel eine geeignete inertiale Messeinheit), Raddrehzahlsensoren, Straßenzustandssensoren (um bestimmte Straßenzustände direkt zu messen), Regensensoren, Aufhängungshöhensensoren, Lenkradwinkelsensoren, Lenkmomentsensoren, Bremsdrucksensoren, Reifendrucksensoren und/oder einen GPS- (globales Positionsbestimmungssystem) oder sonstigen Fahrzeugstandort- oder Navigationssensor.
Das Bodenfreiheitserfassungssystem 100 umfasst eine Steuerung 110, die mindestens einen Prozessor 112 aufweist, der mit einem Hauptspeicher 114 kommuniziert, der eine Gruppe von Anweisungen 116 speichert. Der Prozessor 112 ist dazu ausgelegt, mit dem Hauptspeicher 114 zu kommunizieren, auf die Gruppe von Anweisungen 116 zuzugreifen und die Gruppe von Anweisungen 116 auszuführen, um zu bewirken, dass das Bodenfreiheitserfassungssystem 100 beliebige der hier beschriebenen Verfahren, Vorgänge und Merkmale ausführt.
Bei dem Prozessor oder 112 kann es sich um eine beliebige geeignete Verarbeitungsvorrichtung oder Gruppe von Verarbeitungsvorrichtungen handeln, so zum Beispiel, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, um: einen Mikroprozessor, eine mikroprozessorbasierte Plattform, eine geeignete integrierte Schaltung oder eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs). Bei dem Hauptspeicher 114 kann es sich um eine beliebige geeignete Speichervorrichtung handeln, so zum Beispiel, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, um: flüchtigen Speicher (z. B. RAM, der nichtflüchtigen RAM, magnetischen RAM, ferroelektrischen RAM und beliebige andere geeignete Formen umfassen kann); nichtflüchtigen Speicher (z. B. Plattenspeicher, FLASH-Speicher, EPROMs, EEPROMs, memristorbasierten nichtflüchtigen Halbleiterspeicher usw.); unveränderbaren Speicher (z. B. EPROMs); oder Nurlesespeicher.
Es wird Bezug auf 3 genommen, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt. Insbesondere stellt 4 eine Fahrzeugachse 14 zwischen zwei Rädern 16 und einer Fahrzeugkarosserie 12 dar. Eine codierte elektromagnetische Quelle 30 ist an der Achse 14 befestigt und ein auf dem Hall-Effekt beruhender Sensor 31 ist an der Fahrzeugkarosserie 12 befestigt. Der Pfeil 32 stellt das magnetische Signal von der codierten elektromagnetischen Quelle 30 dar. Es ist zu beachten, dass der Pfeil 32 als unterbrochener Pfeil dargestellt ist. Das liegt daran, dass es sich bei dem Magnetfeldsignal, das von der codierten elektromagnetischen Quelle entsendet wird, um ein Schwingungssignal handelt, das bei einer festgelegten Frequenz weiter an- und abgeschaltet wird. Wie in 4 dargestellt sind zusätzlich zu dem magnetischen Signal von der codierten elektromagnetischen Quelle auch magnetische Signale aus lokalen Störungen 40, 42, 44 in der Umgebung vorhanden. Ähnlich wie die bestehende Technologie würde bei dem System und Verfahren der vorliegenden Offenbarung, wenn sich die Quelle 30 nicht nahe an dem Sensor 31 befindet, ein Messfehler durch die umgebenden Magnetfelder 40, 42, 44 hervorgerufen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das von dem Hall-Effekt-Sensor 31 an der Fahrzeugkarosserie erfasste Magnetfeld 12 die Summe der lokalen Störungen 40, 42, 44 und des codierten Magnetfeldsignals 32 ist.
Da das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung eine frequenzcodierte elektromagnetische Quelle umfasst, können die von dem Hall-Effekt-Sensor empfangenen Daten jedoch gefiltert werden, um das Magnetfeldsignal von der elektromagnetischen Quelle 30 zu erhalten. Insbesondere können die von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor 31 empfangenen Daten bei Codierung des Quellmagnetfelds 32 mit einer bestimmten bekannten Frequenz bandpassgefiltert werden, um nur die Daten mit der Frequenz der codierten elektromagnetischen Quelle 30 zu extrahieren, wodurch fälschlicher magnetische Gehalt, der durch umgebende Komponenten oder die Umwelt erzeugt wird, entfernt wird.
Beim Anwenden eines Bandpassfilters handelt es sich um einen Prozess, bei dem Frequenzen innerhalb eines bestimmten Bereichs durchgelassen werden und Frequenzen außerhalb dieses Bereichs gesperrt (abgeschwächt) werden, um die Umgebungsgeräusche in den Daten zu verringern, die von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Daten gesammelten Sensor gesammelt wurden. Wie in 4 dargestellt handelt es sich bei dem erfassten Magnetfeld um die Summe der lokalen Störungen und des codierten magnetischen Signals. Das gewünschte Signal ist deshalb codiert; es kann aus dem insgesamt erfassten Magnetfeld herausgefiltert werden.
Es ist deshalb zu beachten, dass, wie in 3 dargestellt, die Fahrzeugkarosserie abgewinkelt ist, sodass eine Seite der Fahrzeugkarosserie höher als die andere Seite der Fahrzeugkarosserie ist. Von daher wurde die Bodenfreiheit in mehrere Richtungen verändert. Im Gegensatz zu bestehenden Systemen, die mehrere Sensoren aufweisen können, um die Veränderung der Bodenfreiheit in den unterschiedlichen Richtungen zu bestimmen, handelt es sich bei dem Bodenfreiheitssystem der vorliegenden Offenbarung um ein Mehrachsensystem. Eine Mehrachsenerfassung ergibt magnetische Komponenten, die in eine Entfernung übertragen werden können, und im Fall einer abhängigen Aufhängung (Starrachse) in eine absolute Entfernung und Drehung. Die Auswirkung einer Mehrachsenerfassung besteht darin, dass ein einziger Sensor für Anwendungen an Starrachsen benötigt wird.
Es ist zu beachten, dass, wie in den 4 und 5 dargestellt, die Fahrzeugkarosserie 12 abgewinkelt ist und der Hall-Effekt-Sensor 31 die Magnetfelder, die von dem codierten Signal 32 entsendet werden, und die lokalen Störungen 40, 42, 44 in allen Richtungen erfasst. Insbesondere handelt es sich, wie in 3 dargestellt, bei dem erfassten Magnetfeld, das durch die Pfeile 34a, 34b dargestellt ist, um die Summe aus den lokalen Steuerungen und dem codierten magnetischen Signal 32. Das gewünschte Signal ist codiert und kann aus dem insgesamt erfassten Magnetfeld herausgefiltert werden, was durch die Pfeile 32a und 32b in 4 dargestellt ist. Bei dem Bodenfreiheitserfassungssensor der vorliegenden Offenbarung handelt es sich um ein Mehrachsensystem, und die von dem Hall-Effekt-Sensor empfangenen Magnetfelddaten können ebenfalls gefiltert werden, um die Größenordnung des Magnetfelds entlang den relevanten Achsen zu extrahieren. Eine Mehrachsenerfassung kann Drehungen gezielt aus Änderungen der Entfernung herauslesen. Hierdurch wird die Komplexität verringert, wodurch gestattet wird, dass eine einzige Sensorgruppe für Anwendungen an Starrachsen verwendet werden kann.
Ferner kann eine Mehrachsenerfassung verwendet werden, um Änderungen der Entfernung in horizontaler Richtung zu erfassen (wobei die Bodenfreiheit als vertikale Richtung angesehen würde), Änderungen des horizontalen Abstands wären Indikatoren für ein unerwünschtes Fahrzeugverhalten wie zum Beispiel vertikale Radschwingung oder Schäden an den Aufhängungskomponenten. Demnach kann ein Mehrachsenbodenfreiheitssystem verwendet werden, um diese Zustände zu diagnostizieren.
3 stellt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses oder Verfahren 200 für den Betrieb des Bodenfreiheitserfassungssystems der vorliegenden Offenbarung dar. In verschiedenen Ausführungsformen ist ein Prozess 200 durch eine Gruppe von Anweisungen dargestellt, die in einem oder mehreren Speichern gespeichert sind und von einem oder mehreren Prozessoren (wie jenen, die vorstehend im Zusammenhang mit 2 beschrieben sind) ausgeführt werden. Wenngleich der Prozess 200 in Bezug auf das in 3 dargestellte Ablaufdiagramm beschrieben ist, können viele andere Prozesse zum Ausführen der Handlungen im Zusammenhang mit Prozess 200 eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Reihenfolge bestimmter der dargestellten Blöcke verändert werden, können bestimmte der dargestellten Blöcke optional sein oder werden bestimmte der dargestellten Blöcke unter Umständen nicht ausgeführt.
Bei Verwendung dieser Ausführungsform bestimmt das Bodenfreiheitserfassungssystem eine Frequenzverschlüsselung für eine elektromagnetische Quelle, was in Block 202 dargestellt ist. Insbesondere wird, um den Umgebungsgeräuschen der störenden Magnetfelder aus der Umwelt, die das Fahrzeug umgibt, Rechnung zu tragen, die codierte elektromagnetische Quelle der vorliegenden Offenbarung codiert, um auf Grundlage einer gewünschten Frequenz ein magnetisches Signal auszugeben, das ein magnetisches Ausgangssignal bereitstellt, das die auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensoren lesen sollen. Die erfassten Magnetfelddaten von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor können gefiltert werden, um das codierte Magnetfeldsignal zu extrahieren und zwischen dem gewünschten magnetischen Signal und Umgebungsgeräuschen aus der Umgebung zu unterscheiden. Es ist zu beachten, dass die festgestellte Verschlüsselungsfrequenz je nach der gewünschten Messgeschwindigkeit variieren kann. Ferner gestattet es das Verschlüsseln der Magnetquelle mit einer festgelegten Frequenz, mehrere elektromagnetische Quellen an einem einzigen Fahrzeug zu verwenden, wobei jede der elektromagnetischen Quellen mit einer einzigartigen Frequenz verschlüsselt wird, die die Gefahr gegenseitiger Beeinträchtigungen der Systeme beseitigt. Schließlich kann eine einzige magnetische Quelle mit mehreren Frequenzen codiert sein, wobei die erhöhte Komplexität es für ein schlechtes/exogenes Erfassungssystem schwer macht, die Bodenfreiheit ohne genaue Kenntnis der Verschlüsselungsfrequenzen herauslesen (zum Beispiel zwei Fahrzeuge, die mit diesem System ausgestattet sind und zusammenfahren oder nahe beieinander parken).
Unter Verwendung der gewählten Verschlüsselungsfrequenz konfiguriert das Bodenfreiheitserfassungssystem die elektromagnetische Quelle so, dass ein Magnetfeldsigal ausgegeben wird, das bei der/den gewünschten Verschlüsselungsfrequenz(en) schwingt, was in Block 204 dargestellt ist. Wie vorstehend beschrieben umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung einen oder mehrere auf dem Hall-Effekt beruhende Sensoren, um beliebige Magnetfelder zu messen, die den Sensor umgeben. In den in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen ist die elektromagnetische Quelle an der Fahrzeugachse befestigt und ist der eine oder sind die mehreren auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensoren an der Unterseite der Fahrzeugkarosserie befestigt. Es ist zu beachten, dass in bestimmten alternativen Ausführungsformen die Hall-Effekt-Sensoren an der Achse befestigt sein können und die elektromagnetische Quelle an der Fahrzeugkarosserie befestigt sein kann.
Nach dem Ausgeben eines Magnetfelds mit der festgelegten Frequenz umfasst der Prozess 200 das Empfangen von Daten bezüglich der Ablesungen zu den Magnetfeldstärken von den auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensoren, was in Block 206 dargestellt ist. Wie vorstehend beschrieben umfassen diese Daten von den auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensoren das insgesamt erfasste Magnetfeld, bei dem es sich um die Summe des codierten magnetischen Signals und beliebiger Magnetfelder in der Umgebung wie beispielsweise aus anderen lokalen Störungen handelt. Um eine genaue Bodenfreiheitsmessung zu erhalten, müssen die Daten von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor gefiltert werden, um nur das codierte magnetische Signal aus der codierten elektromagnetischen Quelle zu extrahieren.
Das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung nutzt eine Bandpassfilterung, um die Amplitude des codierten magnetischen Signals zu extrahieren, was in 208 dargestellt ist. Das heißt, das System der vorliegenden Offenbarung verwendet einen Bandpassfilter an den Sensordaten, um eine Echtzeitextraktion der Amplitude des von dem Elektromagnet erzeugten Magnetfelds aus dem insgesamt erfassten Magnetfeld zu ermöglichen, das Störungen aufgrund anderer Magnetfelder, die von anderen Fahrzeugkomponenten oder der Umwelt erzeugt wurden, umfassen kann. Bandpassfilter geben typischerweise ein Signal oder Signale in der Bandpassfrequenz aus, weswegen ein zusätzlicher Verarbeitungsschritt abgeschlossen werden muss, um die Amplitude der Signale bei der Bandpassfrequenz zu bestimmen. In einer Ausführungsform kann der Bandpassfilter hergestellt werden, um die Amplitude des Signals bei der Bandpassfrequenz direkt auszugeben, ohne dass ein zusätzlicher Signalverarbeitungsschritt erforderlich ist. In bestimmten Ausführungsformen bestimmt das System der vorliegenden Offenbarung nach dem Erhalten des codierten magnetischen Signals von Punkten in verschiedenen Entfernungen Einheiten für die räumliche Entfernung für die gewünschte Bodenfreiheitsmessung, was in Block 210 dargestellt ist. Insbesondere nutzt das System der vorliegenden Offenbarung mehrere Punkte mit bekannten Entfernungen zwischen Feldquelle und Sensor, um die Feldstärke und die räumliche Entfernung in Beziehung zueinander zu setzen. Das entstandene Modell kann anschließend verwendet werden, um Entfernungsmessungen direkt von dem gefilterten auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor zu erhalten.
Durch das Verwenden dieser Einheiten für die räumliche Entfernung kann das System der vorliegenden Offenbarung dazu konfiguriert sein, gewünschte Bodenfreiheitsabstandsmessungen direkt von den Daten des auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensors zu erhalten, was in Block 212 dargestellt ist.
6 stellt ein Diagramm der erfassten Magnetometerrohdaten von einem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor gegen die Zeit und die bandpassgefilterten Daten von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor gegen die Zeit für ein Ausführungsbeispiel dar. In diesem Ausführungsbeispiel erzeugt die elektromagnetische Quelle ein Magnetfeld, das bei einer Frequenz von 3,5 Hz. ein- und ausschwingt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die elektromagnetische Quelle mehrere Entfernungspunkte von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor wegbewegt, was oben in diesen Diagrammen dargestellt ist.
Zuerst wird ein Ausgangswert gemessen, bei dem der Elektromagnet abgeschaltet war. Wie in 6 dargestellt betrug das Ergebnis der Magnetometerrohablesung bei abgeschaltetem Elektromagneten 515 uT. Das gefilterte Signal weist darauf hin, dass die Amplitude des Signals bei 3,5 Hz. 0 uT beträgt. Dies zeigt, dass das gefilterte Ableseergebnis, wenn der Elektromagneten aus ist, ebenfalls 0 ist.
Zweitens wurde die Quelle eine zweite Entfernung von 25 cm weit von dem Sensor wegbewegt. Das Ergebnis der Magnetometerrohablesung schwankte bei einer Entfernung des Elektromagneten von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor von 25 cm zwischen 515 uT und ungefähr 517 uT. Das gefilterte Signal gibt an, dass die Amplitude des Magnetfelds, das bei 3,5 Hz schwingt, 2 uT beträgt. Wie vorstehend beschrieben kann der Amplitudenablesewert in Einheiten für die räumliche Entfernung umgewandelt werden, um die Bodenfreiheit zu berechnen.
Drittens wurde die Quelle eine dritte Entfernung von 5 cm weit von dem Sensor wegbewegt. Der Magnetometerrohablesewert schwankte bei einer Entfernung des Elektromagneten von dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor von 5 cm zwischen ungefähr 515 uT und 560 uT. Das gefilterte Signal zeigt, dass die Amplitude des Magnetfelds bei 3,53 Hz. etwa 60 uT beträgt. Wie vorstehend beschrieben könnte die Amplitude des gefilterten Signals bei der festgelegten Frequenz (in diesem Fall 3,5 Hz) in Einheiten zur räumlichen Entfernung umgewandelt werden, um die Bodenfreiheit zu bestimmen. Es ist zu beachten, dass die Stärke des Magnetfelds bei einer Entfernung von 5 cm größer als bei einer Entfernung von 15 cm ist, wie vorstehend beschrieben.
Im letzten rechteckigen Block am Ende des Diagramms wird die Entfernung zwischen der elektromagnetischen Quelle und dem auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor konstant gehalten und es werden verschiedene Störungen eingebracht. Diese Störungen stellen Umgebungslärm aus lokalen Quellen dar. Die Störungen werden eingebracht, wenn der Hall-Effekt-Sensor und die elektromagnetische Quelle 10 cm voneinander entfernt sind. Wie in 6 dargestellt umfassen die Magnetometerrohdaten Spitzen und die fälschliche Amplitude ändert sich, was darauf hindeutet, dass der auf dem Hall-Effekt beruhende Sensor während dieses Zeitraums eine erhöhte Magnetfeldstärke erfasst. Die gefilterten Daten umfassen jedoch keine entsprechenden Spitzen. Die gefilterten Dateien bleiben bei 3,5 Hz unverändert, was darauf hindeutet, dass die elektromagnetische Quelle fest ist. Dementsprechend sollte das gefilterte Signal, solange die Störung nicht bei der Codierfrequenz schwankt, keine Veränderung der Feldstärke feststellen. Wenn die elektromagnetische Quelle nicht codiert wäre, würden die fälschlichen Sprünge der Rohdaten des Hall-Effekt-Sensors fälschlicherweise als Veränderungen der Bodenfreiheit wahrgenommen.
7 stellt ein Ausführungsbeispiel für das Bodenfreiheitserfassungssystem der vorliegenden Offenbarung einschließlich eines Systems zur Selbstkalibrierung dar. In dieser Ausführungsform verwendet das Bodenfreiheitserfassungssystem einen zweiten Hall-Effekt-Sensor, um es dem System zu ermöglichen, kontinuierlich die Bodenfreiheit zu kalibrieren und dadurch Schwankungen des elektrischen Stroms, Komponentenalterung und Variabilität hinsichtlich der Komponenten- und Fahrzeugniveauherstellung Rechnung zu tragen.
Insbesondere umfasst das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel eine codierte elektromagnetische Quelle 30, die an der Achse 14 befestigt ist, und einen ersten auf dem Hall-Effekt beruhenden Sensor 31, der an der Fahrzeugkarosserie 12 in einer unbekannten Entfernung 50 von der elektromagnetischen Quelle befestigt ist. Der Pfeil 32 stellt das magnetische Signal von der codierten elektromagnetischen Quelle 30 dar. Der Pfeil 52 stellt das von dem ersten Hall-Effekt-Sensor 31 erfasste Magnetfeld dar. In dieser Ausführungsform ist ein zweiter Hall-Effekt-Sensor 54 an der Achse 16 in einer bekannten 56 Entfernung von der elektromagnetischen Quelle 30 befestigt. Der Pfeil 58 stellt das von dem befestigten Sensor 55 erfasste Magnetfeld dar. Dieser zweite Sensor 54 stellt in einer bekannten Entfernung 54 ein genaues Kalibrationssystem für die elektromagnetische Quelle bereit. Dementsprechend ermöglicht der zweite Hall-Effekt-Sensor 54, statt externe Messungen und Berechnungen zu verwenden, um das System regelmäßig zu kalibrieren, es dem Bodenfreiheitssystem, die unbekannte Bodenfreiheitsabstand 50 beständig zu kalibrieren und genau zu bestimmen.
Eine derartige Konfiguration ermöglicht es dem Bodenfreiheitserfassungssystem, Komponentenalterung, Variabilität von Komponente zu Komponenten, Schwankungen beim Versorgungsstrom und Schwankungen, die von Fahrzeug zu Fahrzeug auftreten, Rechnung zu tragen.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Energieoptimierungssystem. Das Energieoptimierungssystem verringert den Energieverbrauch und lockert die erforderliche elektromagnetische Bandbreite. Insbesondere ist zu beachten, dass die vorstehend beschriebenen und in den 3, 4 und 5 abgebildeten Ausführungsformen das Verschlüsseln des elektromagnetischen Feldes mit einer bekannten Frequenz umfassen. Darin wird eine Bandpassfilterung des zweiten Magnetfelds in Echtzeit verwendet, um die gewünschten Magnetfeldstärke zu extrahieren. Damit diese Verschlüsselung genau abläuft, muss mindestens eine Periode der Verschlüsselungsfrequenzschwingung abgeschlossen sein, bevor die Amplitude extrahiert werden und zur Bestimmung der Bodenfreiheit verwendet werden kann. Typische Bandpassfilter erfordern üblicherweise verschiedene aufeinanderfolgende Perioden, um die Genauigkeit der geschätzten Amplitude zu gewährleisten. Deshalb muss, wenn die gewünschte Geschwindigkeit der Bodenfreiheitsmessung zunimmt, auch die Schwingfrequenz zunehmen, was zu kürzeren Perioden und somit zu einer schnelleren Bestimmung der Bodenfreiheit führt.
Durch das Integrieren mehrerer inertialer Messeinheiten kann das Bodenfreiheitserfassungssystem die Ausrichtung sowohl der Karosserie als auch der Achse unabhängig im Raum in Bezug auf ein Inertialsystem bestimmen. Insbesondere umfasst das Bodenfreiheitserfassungssystem in bestimmten Ausführungsformen mindestens zwei inertiale Messeinheiten wie zum Beispiel Beschleunigungsmesser. In einem Ausführungsbeispiel ist ein erster Beschleunigungsmesser an der Fahrzeugkarosserie angeordnet und ein zweiter Beschleunigungsmesser an der Fahrzeugachse angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausgangsposition jedes Beschleunigungsmessers bekannt. Demnach ist der anfängliche Abstand zwischen dem Fahrzeugkarosserierahmen und dem Fahrzeugachsenrahmen bekannt. Durch die Verwendung von Koppelnavigation und der bekannten Anfangstrennung des Fahrzeugkarosserierahmens von dem Fahrzeugachsenrahmen kann das Bodenfreiheitserfassungssystem Daten zur Entfernung für kurze Zeiträume schätzen, wodurch die Bandbreite an der elektromagnetischen Quelle abgeschwächt wird. Dementsprechend stellt der Beschleunigungsmesser oder die inertiale Messeinheit die Ausrichtung von Karosserie und Achse in Bezug auf deren zuvor geschätzte Positionen bereit und das Bodenfreiheitserfassungssystem kann die Bodenfreiheit schätzen.
Ein Problem bei der Verwendung von Koppelnavigation besteht darin, dass selbst bei genauer Kenntnis der Ausgangstrennung Messfehler doppelt aufgenommen werden, was eine Verschiebung der Messungen im Laufe der Zeit zur Folge hat. Dieses Problem kann durch gelöst werden, dass das elektromagnetische Bodenfreiheitssystem verwendet wird, um am Anfang den Abstand zwischen der Karosserie und der Achse zu schätzen. Dieses Energieoptimierungssystem kann außerdem regelmäßig zurückgesetzt werden, in dem das elektromagnetische System mit dem Internet verbunden wird, um die Karosserie-Achsen-Abstand erneut zu berechnen. Hierdurch wird ein neuer Ausgangszustand für die Koppelnavigation bereitgestellt und der Fehler zurückgesetzt. Das elektromagnetische System kann anschließend herunterfahren.
Es versteht sich, dass eine derartige Ausgestaltung das System mit hohem Energieverbrauch dazu befähigt, intermittierend aktiv zu sein, und dadurch den Energieaufwand optimiert. Jedes Mal, wenn das elektromagnetische System herunterfahren kann, wird der Energieverbrauch des Bodenfreiheitserfassungssystems insgesamt reduziert.
Sämtliche Prozessbeschreibungen oder Blöcke in den Figuren sind so zu verstehen, dass sie Module, Segmente oder Teile von Code darstellen, die eine oder mehrere Ausführungsanweisungen zum Umsetzen bestimmter logischer Funktionen oder Schritte in dem Prozess umfassen, und alternative Ausgestaltungen sind im Umfang der hier beschriebenen Ausführungsformen enthalten, wobei Funktionen in einer anderen Reihenfolge als der dargestellten oder genannten ausgeführt werden können, einschließlich einer im Wesentlichen gleichzeitigen oder umgekehrten Reihenfolge, je nach betroffener Funktionalität, was für den Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und insbesondere etwaige „bevorzugte“ Ausführungsformen sind mögliche beispielhafte Umsetzungen und sind lediglich für ein eindeutiges Verständnis der Grundsätze der Erfindung dargelegt. Viele Variationen und Modifikationen können an der/den vorstehend beschriebenen Ausführungsform(en) vorgenommen werden, ohne im Wesentlichen von dem Geist und den Grundsätzen der hier beschriebenen Techniken abzuweichen. Sämtliche Modifikationen sollen hier im Umfang dieser Offenbarung eingeschlossen und durch die folgenden Ansprüche geschützt sein.

Claims

Fahrzeug mit einem Bodenfreiheitserfassungssystem, umfassend: eine elektromagnetische Quelle, die dazu ausgelegt ist, ein codiertes magnetisches Signal mit einer festgelegten Frequenz auszugeben; mindestens zwei Magnetometer, die dazu ausgelegt sind, Magnetfelddaten zu erfassen, wobei mindestens ein Magnetometer in einer festgelegten Entfernung von der elektromagnetischen Quelle angeordnet ist; und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, die erfassten Daten zu filtern, um das codierte magnetische Signal zu extrahieren und eine Veränderung der Bodenfreiheit einer Fahrzeugkarosserie zu bestimmen.
Fahrzeug mit einem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung das mindestens eine Magnetometer nutzt, das in der festgelegten Entfernung von der elektromagnetischen Quelle angeordnet ist, um das Bodenfreiheitserfassungssystem zu kalibrieren.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei es sich bei den mindestens zwei Magnetometern um auf dem Hall-Effekt beruhende Sensoren handelt.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 3, wobei der auf dem Hall-Effekt beruhende Sensor dazu in der Lage ist, Mehrachsenmagnetfelder zu erfassen.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung die gefilterten Daten dazu verwendet, um Einheiten für die räumliche Entfernung für Bodenfreiheitsmessungen zu bestimmen.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die elektromagnetische Quelle zu hohen Umschaltgeschwindigkeiten fähig ist.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, die Frequenzverschlüsselung der elektromagnetischen Quelle zu bestimmen.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, eine Mehrachsenablesung für Magnetfelddaten in Bezug auf jede Achse zu zerlegen.
Fahrzeug mit einem Bodenfreiheitserfassungssystem, umfassend: eine elektromagnetische Quelle, die ein codiertes magnetisches Signal ausgibt; ein Magnetometer; eine erste Inertialbewegungseinheit mit einer bekannten Ausgangsposition an einer F ahrzeugkarosseri e; eine zweite Inertialbewegungseinheit mit einer bekannten Ausgangsposition an einer Fahrzeugachse; und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, eine Veränderung der Bodenfreiheit der Fahrzeugkarosserie auf Grundlage der bekannten Ausgangspositionen der Inertialbewegungseinheiten zu bestimmen.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, die Veränderung der Bodenfreiheit der Fahrzeugkarosserie durch das Verwenden von Koppelnavigation und des anfänglichen bekannten Abstands zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Fahrzeugachse zu bestimmen.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 9, wobei es sich bei der ersten Inertialbewegungseinheit um einen Beschleunigungsmesser handelt.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, Magnetfelddaten, die von dem Magnetometer erfasst wurden, zu filtern, um das codierte magnetische Signal zu extrahieren.
Fahrzeug mit dem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 9, wobei die elektromagnetische Quelle das codierte magnetische Signal mit einer festgelegten Frequenz ausgibt.
Fahrzeug mit einem Bodenfreiheitserfassungssystem, umfassend: eine elektromagnetische Quelle, die ein codiertes magnetisches Signal ausgibt; mindestens zwei Magnetometer; eine erste Inertialbewegungseinheit mit einer bekannten Ausgangsposition an einer Fahrzeugkarosserie; eine zweite Inertialbewegungseinheit mit einer bekannten Ausgangsposition an einer Fahrzeugachse; und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, eine Veränderung der Bodenfreiheit der Fahrzeugkarosserie auf Grundlage der bekannten Ausgangspositionen der Inertialbewegungseinheiten zu bestimmen.
Fahrzeug mit einem Bodenfreiheitserfassungssystem nach Anspruch 14, wobei die Steuerung das mindestens eine Magnetometer nutzt, das in der festgelegten Entfernung von der elektromagnetischen Quelle angeordnet ist, um das Bodenfreiheitserfassungssystem zu kalibrieren.