DE102018203071A1

DE102018203071A1 - Verfahren zur Bestimmung des International Roughness Index (IRI) einer Fahrbahn

Info

Publication number: DE102018203071A1
Application number: DE102018203071.5A
Authority: DE
Inventors: Felix Weinreich; Marcus Kalabis; Shi Yan; Michael Seemann
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2019-09-05

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung des International Roughness Index (IRI) einer Fahrbahn mittels eines Fahrzeugs (100), welches mindestens eine Radaufhängung (101) und mindestens einen Sensor (102) zur Bestimmung der Anregung der Radaufhängung (101) aus einer Ausgangsposition umfasst, beschrieben. Das Verfahren umfasst die Schritte, dass das Fahrzeug (100) entlang der Fahrbahn bewegt wird; die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt wird; mittels des Sensors (102) zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung die Auslenkung der Aufhängung in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt wird; die Sensordaten in einem festgelegten Zeitschritt Ts daq abgetastet werden; basierend auf der bestimmten Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und der bestimmten Auslenkung der Aufhängung in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung eines inversen Fahrzeugmodells unter Berücksichtigung von Parametern des Fahrzeugs das Oberflächenprofil der Fahrbahn abgeschätzt wird; und auf der Grundlage des abgeschätzten Oberflächenprofils der Fahrbahn unter Verwendung eines Fahrzeugmodells der IRI bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des International Roughness Index (IRI) einer Fahrbahn mittels eines Fahrzeuges, insbesondere mittels eines beliebigen Kraftfahrzeuges. Die Erfindung betrifft zudem ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.
Der International Roughness Index (IRI, deutsch: internationaler Index zur Rauheit) ist ein Index, welcher die Oberflächenbeschaffenheit einer Fahrbahn charakterisiert. Der IRI ist definiert als das Verhältnis von der gesamten oder akkumulierten Auslenkung der Aufhängung, mit anderen Worten der Summe der vertikalen Auslenkungen, pro zurückgelegter Wegstrecke für ein theoretisches Modellfahrzeug, zum Beispiel ein mittels eines sogenannten „Golden ¼ car“ Simulationsmodells simuliertes Fahrzeug, welches sich mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h fortbewegt. Der IRI wurde von der Weltbank als Maß für die Straßenqualität oder Fahrbahnqualität entwickelt.
Ein Messgerät zur Messung der Rauheit einer Fahrbahnoberfläche ist beispielsweise in dem Dokument JP 2016 217 065 offenbart. Weiterer diesbezüglicher Stand der Technik ist in CN 104120644 und KR 1020130063811 A offenbart.
Die Kenntnis des IRI für eine spezielle Fahrbahn stellt eine wichtige Information dar, welche im Zusammenhang mit der Erstellung von Kartenmaterial, sowie für Versicherungsunternehmen, Regierungsbehörden usw. von Bedeutung ist, da der IRI ein Maß für die Fahrbahnqualität darstellt. Die Erstellung von Kartenmaterial mit Angaben des IRI, welcher mittels eines speziellen, mit einer konstanten Geschwindigkeit abgeschleppten Modellfahrzeugs bestimmt wurde, ist grundsätzlich sehr aufwendig und kostenintensiv. Daher ist es wünschenswert, dass auch gewöhnliche Fahrzeuge dazu in der Lage sind den IRI für die jeweils befahrende Fahrbahn zu bestimmen, so dass für eine Vielzahl an Fahrbahnen auf diese Weise IRI-Kartenmaterial oder entsprechende Datenbanken erstellt werden können.
Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zur Bestimmung des IRI zur Verfügung zu stellen, insbesondere zur Bestimmung einer beliebigen Fahrbahn mittels eines beliebigen Fahrzeuges. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, als Ausführung des Verfahrens ausgelegtes entsprechend vorteilhaftes Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren zur Bestimmung des International Roughness Index (IRI) nach Anspruch 1, durch ein Fahrzeug nach Anspruch 13 und ein Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung des International Roughness Index (IRI) einer Fahrbahn erfolgt mittels eines Fahrzeuges, welches mindestens eine Radaufhängung und mindestens einen Sensor zur Bestimmung der Anregung, zum Beispiel der Auslenkung, insbesondere der vertikalen Auslenkung, der Radaufhängung aus einer Ausgangsposition umfasst. Bei dem Sensor kann es sich zum Beispiel um einen Abstandssensor, insbesondere einen Höhensensor, handeln.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Fahrzeug entlang einer Fahrbahn bewegt. Die Geschwindigkeit v des Fahrzeuges wird in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt, beispielsweise gemessen. Mittels des Sensors zur Bestimmung der Anregung der Radaufhängung wird die Auslenkung der Radaufhängung, beispielsweise die vertikale Auslenkung, in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt, zum Beispiel gemessen. Die Sensordaten, also die mittels des Sensors zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung aufgenommenen beziehungsweise erfassten Daten werden in einem festgelegten Zeitschritt Ts_daq abgetastet bzw. gesampelt.
Basierend auf der bestimmten Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und der bestimmten Auslenkung der Radaufhängung in Abhängigkeit von der Zeit wird unter Verwendung eines inversen Fahrzeugmodells, vorzugsweise eines inversen Quarter Car Modells (Viertelfahrzeugmodel), unter Berücksichtigung von Parametern des Fahrzeuges das Oberflächenprofil der Fahrbahn abgeschätzt. Bei den Parametern des Fahrzeuges kann es sich zum Beispiel um die Masse des Fahrzeuges, Federkonstanten der verwendeten Stoßdämpfer, Dämpfungskräfte, den Reifendruck sowie weitere Parameter handeln. Auf der Grundlage des abgeschätzten Oberflächenprofils der Fahrbahn wird unter Verwendung eines Fahrzeugmodells, vorzugsweise eines Quarter Car Modells, zum Beispiel eines „Golden ¼ Car“ Simulationsmodells, der IRI bestimmt, insbesondere berechnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass mit einem beliebigen Fahrzeug, welches sich auf einer beliebigen Strecke mit einer beliebigen Geschwindigkeit fortbewegt, der IRI bestimmt werden kann. Zudem benötigt das Verfahren außer einem Sensor zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung keine zusätzlichen Sensoren oder Bauteile. Es lässt sich daher kostengünstig realisieren. Darüber hinaus wird des unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, in kurzer Zeit kostengünstig flächendeckendes Kartenmaterial mit einem IRI zu erstellen.
Als Fahrzeugmodell kann ein Viertelfahrzeugmodell oder ein Einspurmodell (Nickfreiheitsgrad) oder Achsmodell (Wankfreiheitsgrad) oder ein Modell zur vollständigen Fahrzeugzustandsschätzung (Full Vehicle State Estimation Model) verwendet werden. Als inverses Fahrzeugmodell kann ein inverses Viertelfahrzeugmodell oder ein inverses Einspurmodell (Nickfreiheitsgrad) oder inverses Achsmodell (Wankfreiheitsgrad) oder ein inverses Modell zur vollständigen Fahrzeugzustandsschätzung (Full Vehicle State Estimation Model) verwendet werden.
In einer ersten Variante kann im Rahmen der Verwendung eines Fahrzeugmodells zum Bestimmen des IRI eine Simulation mit dem Zeitschritt des Abtastens der Sensordaten Ts_daq durchgeführt werden und der mittels des Zeitschritts des Abtastens der Sensordaten Ts_daq bestimmte Indexwert unter Anwendung eines Skalierungsfaktors in einen IRI-Wert umgerechnet werden. In einer zweiten, bevorzugten Variante wird im Rahmen der Verwendung eines inversen Fahrzeugmodells, zum Beispiel eines inversen Quarter Car Modells, zum Abschätzen des Oberflächenprofils der Fahrbahn und/oder im Rahmen der Verwendung eines Fahrzeugmodells, zum Beispiel eines Quarter Car Modells, zum Bestimmen des IRI eine Simulation mit einem Zeitschritt Ts_sim, der in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und dem Zeitschritt des Abtastens der Sensordaten Ts_daq bestimmt wird, durchgeführt. Beide zuvor genannten Vorgehensweisen haben den Vorteil, dass sie die Abweichungen der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeugs von der Geschwindigkeit von 80 Kilometern pro Stunde (80 km/h), für die der IRI definiert ist, bei der Bestimmung des IRI berücksichtigen und so eine Bestimmung des IRI mittels eines beliebigen Fahrzeugs ermöglichen.
Im Rahmen der zweiten Variante wird vorzugsweise der Zeitschritt der Simulation Ts_sim dem Zeitschritt des Abtastens der Datenerhebung Ts_daq multipliziert mit der Fahrzeuggeschwindigkeit v geteilt durch 80 Kilometern pro Stunde (Ts_sim=Ts_daq*v/80km/h) gleichgesetzt. Dies hat den Vorteil, dass auf diese Weise der für die Simulation verwendete Zeitschritt in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit so gewählt wird, dass es für die in Bezug auf die Simulation erforderlichen Daten, insbesondere die in einer bestimmten Zeit zurückgelegte Wegstrecke so erscheint, als würde sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h fortbewegen.
In einer besonders bevorzugten Variante wird im Rahmen des Bestimmens des IRI, insbesondere im Rahmen einer in diesem Zusammenhang durchgeführten Simulation, unter Verwendung eines Fahrzeugmodells, zum Beispiel eines Quarter Car Modells, mindestens ein numerischer Integrator verwendet.
Dabei kann der Zeitschritt der Simulation Ts_sim an die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v angepasst werden. Der mindestens eine numerische Integrator ist vorteilhafter Weise zur Anpassung des Zeitschritts der Simulation an die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelegt.
Vorteilhafterweise umfasst das Fahrzeug mindestens eine Kamera, die dazu ausgelegt ist, die Fahrbahnoberfläche zu erfassen. Die Kamera kann insbesondere dazu ausgelegt sein, die Fahrbahnoberfläche vor und/oder hinter und/oder unter dem Fahrzeug zu erfassen. Im Rahmen des Verfahrens kann mittels der Kamera die Höhe der Fahrbahnoberfläche bestimmt werden und bei der Abschätzung des Oberflächenprofils der Fahrbahn und/oder der Bestimmung des IRI verwendet werden. Die Verwendung einer Kamera hat den Vorteil, dass durch die zusätzlichen mittels der Kamera erfassten Daten die Abschätzung des Oberflächenprofils präzisiert werden kann, da ein zweiter Referenzdatenstrom zur Verfügung steht. Dieser kann mit dem Datenstrom, der basierend auf der Auslenkung der Aufhängung zum Oberflächenprofil der Fahrbahn abgeschätzt wurde, fusioniert bzw. zusammengeführt werden und insbesondere gemeinsam weiter verarbeitet werden zur Bestimmung des IRI.
Dabei kann in einer ersten Variante das Zusammenführen der Datenströme bei der Abschätzung eines gemittelten Oberflächenprofils der Fahrbahn erfolgen. Das gemittelte Oberflächenprofil der Fahrbahn kann dann zur Bestimmung des IRI verwendet werden. In einer zweiten Variante können zunächst aus den einzelnen Datenströmen unabhängig voneinander jeweils IRI-Werte bestimmt werden. Das Zusammenführen der Datenströme kann dann bei der Bestimmung des IRI-Wertes der Fahrbahn erfolgen. In diesem Fall kann ein aus den zunächst separat ermittelten IRI-Werten ein gewichteter Mittelwert gebildet werden. In diesem Rahmen kann eine zeitliche Synchronisation erfolgen und/oder eine Kompensation der Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorgenommen werden.
In einer bevorzugten Variante werden die mittels der Kamera erfassten Daten und die mittels des inversen Fahrzeugmodells, zum Beispiel eines inversen Quarter Car Modells, erzeugten Daten, insbesondere in Bezug auf das daraus ermittelte Oberflächenprofil der Fahrbahn, synchronisiert und zusammengeführt. Dies kann durch Sensorfusion und/oder die Verwendung komplementärer bzw. abgestimmter Filter erfolgen. Durch diese Maßnahmen wird die Genauigkeit des bestimmten IRI weiter verbessert.
Weiterhin kann im Rahmen der Abschätzung des Oberflächenprofils der Fahrbahn die vertikale Beschleunigung des Fahrzeuges bestimmt und verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann im Rahmen der Abschätzung des Oberflächenprofils der Fahrbahn die Drehzahl und die Winkelbeschleunigung mindestens eines Rades bestimmt und verwendet werden. Die Drehzahl eines Rades kann beispielsweise mittels eines Radanregungssensors, zum Beispiel eines Raddrehzahlsensors, erfolgen.
Grundsätzlich kann die Berechnung des IRI auf der Grundlage des abgeschätzten Oberflächenprofils der Fahrbahn außerhalb des Fahrzeuges oder innerhalb des Fahrzeuges erfolgen. Eine Bestimmung, insbesondere Berechnung, des IRI innerhalb des Fahrzeuges erfordert zwar zusätzlichen rechentechnischen Aufwand, insbesondere eine entsprechend ausgestattete Steuerung oder ECU (engl. electronic control unit), hat aber den Vorteil, dass ein nur geringer Datenstrom, zum Beispiel lediglich ein IRI-Wert pro jedem zurückgelegten Meter, an einen Server übermittelt wird. Dabei kann eine Cloud verwendet werden um einen Mittelwert für den IRI zu generieren und in diesem Zusammenhang Ausreißer in den Daten zu eliminieren. Eine Bestimmung, insbesondere Berechnung, der IRI-Werte außerhalb des Fahrzeuges, zum Beispiel in einer Cloud oder oder auf einen externen Server, erfordert zwar einen großen zu übermittelnden Datenstrom, hat aber den Vorteil, dass die weitere Verarbeitung der übermittelten Daten auf vielfältige und flexible Weise erfolgen kann.
In einer weiteren Variante können die von einer Mehrzahl an Fahrzeugen für eine bestimmte Fahrbahn abgeschätzten Oberflächenprofile und/oder die berechneten IRI-Werte statistisch ausgewertet werden und daraus ein IRI berechnet werden. Dieser Gesamt-IRI-Wert kann beispielsweise auf einen Server, in eine Cloud oder in ein anderes geeignetes Speichermedium hochgeladen werden. Die Berücksichtigung einer Mehrzahl, vorzugsweise einer Vielzahl, an Fahrzeugen hat den Vorteil, dass durch die statische Auswertungsmöglichkeit der im Ergebnis ermittelte IRI-Wert hinsichtlich seiner Genauigkeit verbessert wird.
Es kann in einer weiteren Variante in Konfidenz-Intervall basierter Index einer Kamera oder Bildverarbeitungsvorrichtung verwendet werden, um die Gewichtung zwischen den mittels einer Kamera oder Bildverarbeitungsvorrichtung erfassten Daten und den mittels des mindestens einen Sensors erfassten Daten kontinuierlich anzupassen.
Bei dem verwendeten Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich zum Beispiel um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, ein Motorrad oder ähnliches handeln.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst mindestens eine Radaufhängung, mindestens einen Sensor zur Bestimmung der Anregung, zum Beispiel der Auslenkung, der Radaufhängung und eine Einrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst zudem eine Einrichtung, die zur Bestimmung, insbesondere zur Abschätzung, des Oberflächenprofils einer Fahrbahn basierend auf einer bestimmten Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und einer bestimmten Auslenkung der Aufhängung in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung eines inversen Fahrzeugmodells, zum Beispiel eines inversen Quarter Car Modells, unter Berücksichtigung von Parametern des Fahrzeugs ausgelegt ist. Das Fahrzeug kann zudem eine Einrichtung umfassen, die zur Bestimmung des IRI gemäß einem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ausgelegt ist. Das Fahrzeug ist dazu ausgelegt mit einem Server zu kommunizieren.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug hat dieselben Vorteile wie das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren. Das Fahrzeug kann zudem eine Kamera umfassen, die dazu ausgelegt ist, die Fahrbahnoberfläche zu erfassen. Das erfindungsgemäße Fahrzeug kann zusätzlich oder alternativ dazu mindestens einen Radanregungssensor, zum Beispiel einen Raddrehzahlsensor, umfassen. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder ein Motorrad oder ein anderes Kraftfahrzeug, handeln.
Das erfindungsgemäße Datenverarbeitungssystem ist dazu ausgelegt, mit mindestens einem erfindungsgemäßen Fahrzeug bidirektional zu kommunizieren und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Datenverarbeitungssystem kann insbesondere dazu ausgelegt sein, Straßendaten zu erfassen und/oder Straßendatenkarten zu erstellen. Das System hat den Vorteil, dass es eine gesteuerte Straßendatenerfassung unterstützt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

1 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
3 zeigt ein Diagramm, in welchem abgeschätzte IRI-Werte und die realen IRI-Werte aufgetragen sind.
4 zeigt schematisch ein Modell für eine Radaufhängung.
5 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Abschätzung des Oberflächenprofils.
6 zeigt schematisch ein Golden Quarter Car Modell mit variablem Zeitschritt.
7 zeigt schematisch ein Beispiel für die Bestimmung des IRI.
8 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
9 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die 1 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 1 wird das Fahrzeug entlang einer Fahrbahn bewegt. In Schritt 2 wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt, zum Beispiel gemessen. In Schritt 3 wird mittels eines Sensors zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung die Auslenkung der Radaufhängung, zum Bespiel die vertikale Auslenkung, in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt, zum Beispiel gemessen. Vorteilhafterweise werden die Schritte 1 bis 3 gleichzeitig ausgeführt.
In Schritt 4 erfolgt das Abtasten bzw. das Sampling der Sensordaten, also der durch den Sensor zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung ermittelten Daten, in einem festgelegten Zeitschritt Ts_daq. In Schritt 5 wird basierend auf der bestimmten Auslenkung der Radaufhängung in Abhängigkeit von der Zeit das Oberflächenprofil der Fahrbahn abgeschätzt. Dabei wird ein inverses Quarter Car Modell verwendet, wobei die Parameter des verwendeten Fahrzeugs berücksichtigt werden. Bei den Parametern kann es sich um die Fahrzeugmasse, Federkonstanten der Radaufhängung, Dämpfungskraft der verwendeten Stoßdämpfer und/oder den vorliegenden Reifendruck handeln.
Auf der Grundlage des so abgeschätzten Oberflächenprofils der Fahrbahn wird in Schritt 6 unter Verwendung einer Quarter Car Modells der IRI bestimmt, insbesondere berechnet. Die Abschätzung des Oberflächenprofils der Fahrbahn oder die Bestimmung des IRI erfolgt zum Beispiel mittels einer Simulation, insbesondere unter Verwendung eines inversen Quarter Car Modells bzw. Quarter Car Modells, mit einem Zeitschritt Ts_sim. Der Zeitschritt der Simulation Ts_sim wird dabei in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs v und dem Zeitschritt des Samplings bzw. des Abtastens der Sensordaten Ts_daq bestimmt. Vorzugsweise wird der Zeitschritt der Simulation Ts_sim regelmäßig oder kontinuierlich angepasst und festgelegt.
Die Anpassung des Zeitschritts der Simulation an die Fahrzeuggeschwindigkeit und an den Zeitschritt der Sensordatenabtastung erfolgt vor dem Hintergrund, dass der IRI sich auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 80 km/h bezieht. Das vorliegend verwendete Fahrzeug bewegt sich jedoch mit einer beliebigen Geschwindigkeit über der zu untersuchenden Fahrbahn fort.
Angenommen die Abtast- oder Sampling-Zeit der erhobenen Daten beträgt 2 Millisekunden, so würde sich bei einem sich mit 80 km/h fortbewegenden Fahrzeug eine zurückgelegte Distanz bzw. Wegstecke pro Zeitschritt der Abtastung der erhobenen Daten von 4,4 cm ergeben. Falls also das die Daten erhebende Fahrzeug sich ebenfalls mit 80 km/h fortbewegt, ist die Situation einfach. In diesem Fall kann der Zeitschritt für die Simulation dem Zeitschritt der Datenerhebung gleichgesetzt werden. In diesem Fall kann das Oberflächenprofil der Fahrbahn unmittelbar abgeschätzt werden und mittels einer „Golden ¼ Car“ Modell Simulation der IRI bestimmt werden.
Falls sich jedoch beispielsweise das verwendete Fahrzeug, welches die Daten erhebt, mit 40 km/h fortbewegt, entspricht dies einer zurückgelegten Wegstrecke pro Zeitschritt der Datenerhebung von 2,2 cm. Ein vorgestelltes Simulationsfahrzeug, welches sich mit 80 km/h fortbewegt, würde diese Distanz in nur 1 Millisekunde zurücklegen und nicht in 2 Millisekunden, wie das verwendete reale Fahrzeug. Dies ist relevant, weil die Verwendung einer falschen Geschwindigkeit zu einem falsch berechneten IRI führt. Deshalb ist es erforderlich, dass „Golden ¼ Car“ Modell entsprechend anzupassen. Vorzugsweise erfolgt dies mittels numerischer Integratoren, die es ermöglichen, den Zeitschritt jeweils in Echtzeit anzupassen, nämlich als Produkt aus dem Zeitschritt der Datenerhebung und der Fahrzeuggeschwindigkeit v pro 80 km/h. Der Zeitschritt der Simulation Ts_sim berechnet sich daher gemäß: (Ts_sim = Ts_daq * v / 80km/h).
Falls sich das verwendete Fahrzeug also mit 80 km/h fortbewegt, ist der Zeitschritt der Integratoren gleich dem Zeitschritt des Abtastens der Sensordaten. Falls jedoch das verwendete Fahrzeug mit 40 km/h fährt, dann wird der Zeitschritt des Integrators bzw. der Zeitschritt für die Simulation als die Hälfte des Zeitschritts der des Abtastens der Sensordaten angenommen. Die IRI Golden ¼ Car Simulation erfolgt somit synchron mit der Datenerhebung, wobei der Simulation vorgetäuscht wird, dass sich das Fahrzeug die ganze Zeit mit 80 km/h fortbewegt. Falls sich also analog ein verwendetes Fahrzeug mit 120 km/h fortbewegt legt es 6,6 cm in 2 Millisekunden zurück. Für dieselbe Strecke würde ein mit 80 km/h sich fortbewegendes Fahrzeug 3 Millisekunden benötigen. Die bevorzugt verwendeten modifizierten Integratorblöcke verwenden daher in dieser Situation einen Zeitschritt von 3 Millisekunden.
Alternativ zu einer Anpassung des Zeitschritts der Simulation kann die Simulation in Echtzeit, also unter Berücksichtigung der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit, durchgeführt werden. Dabei kann ein Skalierungsfaktor angewendet werden, um den mittels der Simulation ermittelten Indexwert in einen IRI-Wert umzuwandeln bzw. umzurechnen. Grundsätzlich kann die Anpassung des Zeitschritts der Simulation oder die spätere Skalierung bei der Anwendung des inversen Quarter Car Modells oder bei der Anwendung des Quarter Car Modells verwendet werden.
In einer weiteren Variante kann das verwendete Kraftfahrzeug eine Kamera umfassen. Mittels der Kamera können in festgelegten Datenerfassungszeitschritten, zum Beispiel alle 2 Millisekunden, Daten über das Oberflächenprofil der Fahrbahn erfasst werden. Diese erfassten Profildaten können in Echtzeit einer Simulation zugeführt werden. Mittels der Simulation simulierte Fahrzeugbeschleunigungen und Auslenkungen der Radaufhängungen können mit den gemessenen Werten verglichen werden, um die mittels der Kamera erzeugten Messergebnisse zu verifizieren. Alternativ dazu kann eine Simulation mit den gemessenen Beschleunigungswerten des Fahrzeugs und den gemessenen Auslenkungswerten der Radaufhängungen als Eingangsdaten in Echtzeit durchgeführt werden, um das Fahrbahnprofil als Ausgabe zu rekonstruieren. Diese berechneten Oberflächendaten können mit den mittels der Kamera gemessenen Daten verglichen werden. In diesem Zusammenhang kann eine Sensorfusion angewendet werden. Insgesamt wird die Qualität der Ergebnisse des ermittelten Oberflächenprofils der Fahrbahn durch die Berücksichtigung von Kameradaten und den durch Geschwindigkeits- und Auslenkungsmessungen erzeugten Daten verbessert werden.
Das ermittelte Fahrbahnoberflächenprofil wird anschließend einer Simulation, zum Beispiel einer „Golden ¼ Car“-Simulation, unterzogen. Dabei können bereits miteinander fusionierte Daten als Eingangsdatenstrom dienen. Es können aber auch der mittels der Kamera erzeugte Datenstrom und der durch Beschleunigungs- und Auslenkungsmessungen der Radaufhängung erzeugte Datenstrom jeweils separat einer Simulation, zum Beispiel einer „Golden ¼ Car“-Simulation, unterzogen werden. Die im Rahmen der Simulation verwendeten Zeitschritte können dabei gemäß der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs skaliert werden. Im Ergebnis der Simulation wird der jeweilige International Roughness Index-Wert generiert.
Eine weitere Variante des Verfahrens wird im Folgenden anhand der 2 schematisch erläutert. Die 2 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der gezeigten Variante umfasst das verwendete Fahrzeug einen Beschleunigungsmesser 7, einen Raddrehzahlmesser 8, welcher allerdings optional ist, und einen Höhensensor 9. Das Fahrzeug umfasst darüber hinaus eine Kamera 10. Die Kamera 10 kann dabei so angeordnet sein, dass sie das Profil der Fahrbahn vor und/oder unter und/oder hinter dem Fahrzeug erfassen kann.
Die genannten Sensoren können mit Filtern ausgestattet sein, insbesondere zur Verbesserung der erzeugten Messdaten. Die mittels des Beschleunigungsmessers 7 gemessene Fahrzeugbeschleunigung 11, die mittels des Raddrehzahlsensors gemessene Radbeschleunigung 12 und die mittels des Höhensensors 9 gemessene Radauslenkung 13 werden in Schritt 14 einer Simulation mittels eines inversen Quart Car Modells unterzogen. In diesem Zusammenhang kann bereits die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Im Ergebnis der Simulation 14 wird das Fahrbahnoberflächenprofil in Form eines ersten Datenstroms 15 ausgegeben. Die mittels der Kamera 10 aufgenommenen Daten werden als Fahrbahnoberflächenprofil in Form eines zweiten Datenstroms 16 ausgegeben. Die Datenströme 15 und 16 können ergänzenden Filtern unterzogen werden oder mittels einer Sensorfusion miteinander verbunden werden. Weiterhin kann eine zeitliche Synchronisation vorgenommen werden. Im Ergebnis der im Schritt 17 erfolgten Zusammenführung und Weiterverarbeitung der Datenströme 15 und 16 wird bei Schritt 18 eine Fahrbahnprofilabschätzung ausgegeben. Diese Abschätzung des Fahrbahnprofils wird anschließend einer Simulation mittels eines Golden Car Simulationsmodells unterzogen. In diesem Zusammenhang können insbesondere an die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit angepasste Simulationszeitschritte verwendet werden. Im Ergebnis der Simulation wird in Schritt 19 der ermittelte IRI-Wert ausgegeben.
Eine alternative Variante zu dem in der 2 gezeigten Ablauf ist in der 9 gezeigt. Dabei wird im Unterschied zu der 2 bei Schritt 23 ein erster IRI-Wert basierend auf dem ersten Datenstrom 15 mittels Simulation bestimmt und bei Schritt 24 ein zweiter IRI-Wert basierend auf dem zweiten Datenstrom 16 mittels Simulation bestimmt. Anschließend werden die IRI-Werte bei Schritt 25 zusammengeführt, vorzugsweise indem ein gewichteter Mittelwert, der zeitlich synchronisiert ist und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt bzw. kompensiert, gebildet wird. Bei Schritt 29 wird der so bestimmte kombinierte IRI-Wert ausgegeben.
Die 3 zeigt ein Diagramm, in welchem für eine konkrete Fahrbahn die mittels des vorliegenden Verfahrens abgeschätzten IRI-Werte und die realen IRI-Werte aufgetragen sind. Auf der x-Achse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen und auf der y-Achse ist der IRI Wert aufgetragen. Die Kurve 20 zeigt die realen IRI-Werte und die Kurve 21 zeigt die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeschätzten Werte. Für die gezeigten Messungen wurde ein Beschleunigungsmesser mit einer Varianz bzw. einem Fehler von 0,7 m/s² und einem Versatz bzw. Offset von 0,5 m/s² verwendet, sowie ein Höhensensor mit einer Varianz bzw. einem Fehler von 1 *10^-8 m. Das Fahrbahnprofil wurde mit Hilfe eines „7DOF non linear full vehicle vibration“-Modell, also einem sieben Freiheitsgrade umfassenden in Bezug auf alle verwendete Federn und Dämpfer nicht linearen Schwingungsmodel für das gesamte Fahrzeug, abgeschätzt. Aus den Oberflächenprofildaten wurde für alle 2 Millisekunden der IRI-Wert berechnet. Die ermittelten Daten wurden mittels eines Tiefpassfilters gefiltert. Es hat sich herausgestellt, dass sich die Korrelation verbessert, wenn eine semiaktive Dämpfung verwendet wird oder die gefederte Masse erhöht wird. Die 3 zeigt, dass der IRI, wie er gemäß dem vorliegenden Verfahren abgeschätzt wird, dem realen Wert sehr nahekommt. Dies zeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren für eine breite Anwendung und flächendeckende Bestimmung des IRI sehr gut geeignet ist.
Im Rahmen des „7DOF full vehicle vibration“-Modell wird die vertikale Bewegung der 4 Räder und die vertikale Bewegung des Fahrzeugs (engl. body heave) die Nickbewegung (engl. pitch) und die Roll- oder Wankbewegung (engl. roll) bzw. das entsprechende Verhalten des Fahrzeugs simuliert. Die Dämpfer und Federn werden dabei unter Verwendung von nicht linearen Lookup-Tabellen (LUTs) bzw. Umsetzungstabellen modelliert.
In der 4 ist schematisch ein Modell für eine Radaufhängung 22 gezeigt. Dabei sind ms die gefederte Masse, mus die ungefederte Masse, z_s die Auslenkung der gefederten Masse, z_us die Auslenkung der ungefederten Masse, jeweils in vertikaler Richtung. F_MR kennzeichnet die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers. ks kennzeichnet die Federkonstante der Federung. kt kennzeichnet die Federkraft der Federung durch den Reifen. z_r bzw. ω₂ kennzeichnet das vertikale Profil der Fahrbahn.
Ausgehend von dem Ansatz $y = [\begin{matrix} y_{1} \\ y_{2} \end{matrix}] = [\begin{matrix} z_{s} \\ z_{u s} \end{matrix}]$
kann mit $ω_{2} = \frac{1}{k_{t}} (m_{s} {\ddot{y}}_{1} + m_{u s} {\ddot{y}}_{2} + k_{t} y_{2})$
das Profil der Fahrbahn ω₂ abgeschätzt werden.
Die 5 zeigt schematisch ein Diagramm zur Erläuterung eines Modells zur Abschätzung der Fahrbahnoberflächenhöhe bzw. des Oberflächenprofils ω₂ . Dabei wurden das Rauschen und der Versatz zu den simulierten Daten hinzu addiert, bevor diese einem inversen Quarter Car Modell zum Abschätzen des Oberflächenprofils zugeführt wurden.
Über einen ersten Eingang 31 wird ein Beschleunigungssignal, welches die vertikale Beschleunigung des Fahrzeugs kennzeichnet, einem Addierer 32 zugeführt. Weiterhin wird ein Winkelbeschleunigungssignal über einen zweiten Eingang 33 zunächst einem Multiplikationsglied 34 zugeführt und fort mit einer Konstante 35 multipliziert. Anschließend wird das durch den Multiplikator erzeugte Signal dem Addierer 32 zugeführt. Ein weiteres Winkelbeschleunigungssignal wird über einen Eingang 36 einem Multiplikator 37 zugeführt. Das Signal 36 wird einer Konstante 38 multipliziert und das durch den Multiplikator 37 erzeugte Signal dem Addierer 32 zugeführt und zwar als inverser bzw. zu subtrahierender Wert.
Das von dem Addierer 32 erzeugte Signal kennzeichnet die tatsächliche vertikale Beschleunigung des Körpers an einer Ecke (vertikale Beschleunigung + Nickwinkelbeschleunigung * Abstand vom Schwerpunkt + Wankwinkelbeschleunigung * Abstand vom Schwerpunkt), beispielsweise des Fahrzeugs in Bezug auf eine Ecke des Körpers. Das Signal wird einem Addierer 40 zugeführt. Dem Addierer 40 werden darüber hinaus eine Konstante bzw. Versatz (offset) 41 und im Rahmen der gezeigten Testberechnung eine das Rauschsignal eines realen Beschleunigungsmessers repräsentierende Zahl, zum Beispiel eine mittels eines Zufallsgenerators 42 generierte Zufallszahl zugeführt.
Das mittels des Addierers 40 erzeugte Signal, welches einem von einem Sensor ausgegebenen Signal entspricht, wird anschließend einem Hochpassfilter 43 zugeführt und einer Hochpassfilterung unterzogen, zum Beispiel mit einer Grenzfrequenz von 0,1 Hz. Anschließend wird das Signal einem Tiefpassfilter 44 unterzogen, zum Beispiel mit einer Grenzfrequenz von 50 Hz. Von dem Tiefpassfilter wird das Signal ÿ₁ erzeugt. Dieses Signal wird einerseits einem Verstärker 45 zugeführt und das Ausgangssignal des Verstärkers 45 wird einem Addierer 46 zugeführt. Weiterhin wird das von dem Tiefpassfilter 44 ausgegebene Signal ÿ₁ einem Addierer 47 zugeführt.
Über einen Eingang 50 wird die Auslenkung der Radaufhängung, welche mit einem Aufhängungshöhensensor bestimmt wurde, einem Addierer 51 zugeführt. Weiterhin wird im Rahmen der gezeigten Testberechnung eine das Rauschsignal eines realen Auslenkungssensors repräsentierende Zahl, zum Beispiel eine mittels eines Zufallsgenerators 52 generierte Zufallszahl dem Addierer 51 zugeführt. Das von dem Addierer 51 erzeugte Signal, welches einem von einem Sensor ausgegebenen Signal entspricht, wird einem Verstärker 53 zugeführt. Das von dem Verstärker 53 erzeugte Signal wird einem Tiefpassfilter 54 zugeführt, beispielsweise mit einer Grenzfrequenz von 50 Hz. Das von dem Tiefpassfilter 54 erzeugte Signal stellt eine Abschätzung für den Wert y₂ dar und wird einem Verstärker 57 zugeführt. Das von dem Verstärker 57 ausgegebene Signal wird an den Addierer 46 ausgegeben.
Im Rahmen einer realen Berechnung ist das Rauschen des Beschleunigungsmessers und des Auslenkungssensors in den Messwerten enthalten, sodass die Eingaben in dem Blöcken 42 und 51 entfallen.
Das durch den Tiefpassfilter 54 erzeugte Signal y₂ wird mittels der Differenzierer 55 und 56 zweimal nach z abgeleitet. Die dadurch erzeugte zweite Ableitung y₂ wird dem Addierer 47 zugeführt, dass durch den Addierer 47 aus den Werten ÿ₁ und ÿ₂ erzeugte Signal wird einem Verstärker 48 zugeführt. Das von dem Verstärker 48 ausgegebene Signal wird dem Addierer 46 zugeführt. Das durch den Addierer 46 erzeugte Signal wird dem Verstärker 58 zugeführt. Das von dem Verstärker 58 ausgegebene Signal entspricht dem zu bestimmenden Wert ω₂ .
Die 6 zeigt schematisch ein Golden Quarter Car Modell mit variablem Zeitschritt. Dieses basiert auf einem Quarter Car Modell mit sogenannten Golden Quarter Car Parametern und einem veränderbaren numerischen Integrationszeitschritt.
In der 6 wird über einen Eingang 60 die Dämpfungskraft F_D des Dämpfers einem Addierer 63 in inverser bzw. zu substrahierender Form, also als negativer Wert, zugeführt. Über einen Eingang 61 wird die Federkraft der Federung F_F in inverser bzw. zu substrahierender Form, also als negativer Wert, dem Addierer 63 zugeführt. Über einen Eingang 62 wird die Dämpfungskraft des Reifens F_R dem Addierer 63 zugeführt. Das von dem Addierer 63 ausgegebene Signal wird über einen Verstärker 64 verstärkt, indem beispielsweise mit -1/m₁ multipliziert wird, wobei m₁ die ungefederte Masse des Fahrzeugs an einem der Räder kennzeichnet. Das von dem Verstärker 64 ausgegebene Signal entspricht dem Wert ẍ₁ (ẍ₁=-[-F_D- F_F+ F_R]/ m₁). Dieses Signal entspricht der Beschleunigung der ungefederten Masse des Fahrzeugs an einem der Räder.
Das von dem Verstärker 64 ausgegebene Signal wird einem Integrator 66 zugeführt. Dem Integrator 66 wird darüber hinaus über einen Eingang 67 ein Zeitschritt eingegeben. Das von dem Integrator 66 ausgegebene Signal 68 entspricht der Geschwindigkeit der ungefederten Masse x. Dieses Signal wird gemeinsam mit dem Zeitschritt 67 einem weiteren Integrator 69 zugeführt. Das durch den Integrator 69 ausgegebene Signal 70 entspricht der Auslenkung x₁.
Der Integrator 66 wird im Folgenden im Detail beschrieben. Er ist in der vergrößerten Ansicht dargestellt. Es handelt sich um einen numerischen Integrator, wobei die Zeitschritte der Simulation veränderbar sind und so gesetzt werden können, dass der Zeitschritt der Simulationen abhängig von der Datenabtastzeit, beispielsweise 2 Millisekunden, multipliziert mit 80 km/h geteilt durch die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v festgelegt werden kann.
Im Rahmen des Integrators 66 wird das Signal 65 bzw. das durch den Verstärker 64 ausgegebene Signal über einen Eingang 72 einem Addierer 73 zugeführt. Das Signal 65 wird zudem einem Verzögerungsglied 74 (z^-1) zugeführt. Das von dem Verzögerungsglied 74 ausgegebene Signal wird ebenfalls dem Addierer 73 zugeführt. Das von dem Addierer 73 ausgegebene Signal wird einem Verstärker 75 zugeführt, insbesondere mit ½ multipliziert. Das von dem Verstärker 75 ausgegebene Signal wird einem Multiplikator 76 zugeführt. Dem Multiplikator 76 wird ebenfalls der durch den Eingang 77 eingegebene Zeitschritt 67 zugeführt. Das von dem Verstärker 75 ausgegebene Signal und der Zeitschritt 67 werden in dem Multiplikator 76 miteinander multipliziert. Das dadurch erzeugte Signal wird einem Addierer 78 zugeführt. Das von dem Addierer 78 ausgegebene Signal wird über einen Ausgang 80 durch den Integrator 66 ausgegeben und entspricht dem durch den Ausgang 68 ausgegebenen Signal. Das Signal wird zudem einem Verzögerungsglied 79 (z^-1) zugeführt, wobei das durch das Verzögerungsglied 79 ausgegebene Signal ebenfalls dem Addierer 78 zugeführt wird. Das durch den Addierer 78 ausgegebene Signal wird über den Ausgang 80 des Integrators 66 ausgegeben.
Die 7 zeigt schematisch ein Beispiel für die Bestimmung des IRI. Im Rahmen einer „Golden ¼ Car“ Simulation wird über einen Eingang 81 die Federauslenkung der Radaufhängung einem Differenzglied 82 (z-1/z) zugeführt. Das von dem Differenzglied 82 ausgegebene Signal wird einem Vergleichsoperator bzw. Verhältnisoperator 83 zugeführt. Das von diesem ausgegebene Signal wird mit dem durch das Differenzglied 82 ausgegebenen Signal und einem von einem Bauelement 84 ausgegebenen Signal einer Simulation 85 der Dämpfungsbewegung während des Zeitschritts Ts_sim zugeführt, in welcher die Summe der vertikalen Auslenkungen bestimmt wird. Von der ausgegebenen Summe wird mit der Funktion 86 der Absolutwert bzw. der Betrag gebildet.
Dieses Signal, also der Betrag der Summe der Auslenkungen wird einem Verstärker 87 zugeführt. Im Rahmen des Verstärkers 87 wird das Signal durch die während der Zeit Ts_daq zurückgelegte Wegstrecke dividiert wird. Mit anderen Worten wird das Signal bzw. der vollendete Zeitschritt an die im Rahmen des Indexes vorgegebene Fortbewegungsgeschwindigkeit von 80 km/h angepasst.
Das von dem Verstärker 87 ausgegebene Signal stellt das für den Zeitschritt Ts_daq ermittelte IRI-Ergebnis 88 dar. Das von dem Verstärker 87 ausgegebene Signal wird weiterhin einem Tiefpassfilter 89 mit einer Grenzfrequenz von 0,5 Hz zugeführt. Das von dem Tiefpassfilter 89 ausgegebene Signal 90 stellt den tiefpass-gefilterten Wert für den IRI dar.
Die 8 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 100. Das Kraftfahrzeug 100 umfasst eine Radaufhängung 101 und mindestens einen Sensor 102 zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung. Das Fahrzeug 100 umfasst zudem eine Vorrichtung 103 zur Bestimmung der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und eine Vorrichtung 104 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des IRI. Die Vorrichtung 104 ist dazu funktional, insbesondere zum Empfangen von Signalen, mit dem Sensor 102 zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung, der Vorrichtung 103 zur Bestimmung der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und der Kamera 105 verbunden. Optional umfasst das Kraftfahrzeug mindestens eine Kamera 105, die insbesondere die oben beschriebenen Eigenschaften aufweist. Die Vorrichtung 104 ist dabei funktional, insbesondere zum Empfangen von Signalen, mit dem Sensor 102 zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung, mit der Vorrichtung 103 zur Bestimmung der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und optional mit der Kamera 105 verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Bewegen des Fahrzeugs entlang einer Fahrbahn
2: Bestimmen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Zeit
3: Bestimmen der Auslenkung der Radaufhängung in Abhängigkeit von der Zeit
4: Abtasten der Sensordaten
5: Abschätzen des Oberflächenprofils der Fahrbahn
6: Bestimmen des IRI
7: Beschleunigungsmesser
8: Raddrehzahlmesser
9: Höhensensor
10: Kamera
11: Fahrzeugbeschleunigung
12: Radbeschleunigung
13: Radauslenkung
14: Simulation mittels eines inversen Quart Car Modells
15: erster Datenstrom
16: zweiter Datenstrom
17: Zusammenführung und Weiterverarbeitung der Datenströme
18: Fahrbahnprofilabschätzung
19: Bestimmung IRI
20: reale IRI-Werte
21: abgeschätzte IRI-Werte
22: Modell für eine Radaufhängung
23: Bestimmung des IRI basierend auf erstem Datenstrom
24: Bestimmung des IRI basierend auf erstem Datenstrom
25: Bildung eines kombinierten, gewichteten IRI-Wertes
29: Ausgeben des bestimmten IRI
31: Eingang
32: Addierer
33: Eingang
34: Multiplikationsglied
35: Konstante
36: Eingang
37: Multiplikationsglied
40: Addierer
41: Konstante
42: Zufallsgenerator
43: Hochpassfilter
44: Tiefpassfilter
45: Verstärker
46: Addierer
47: Addierer
48: Verstärker
50: Eingang
51: Addierer
52: Zufallsgenerator
53: Verstärker
54: Tiefpassfilter
55: Differenzierer
56: Differenzierer
57: Verstärker
58: Verstärker
60: Eingang
61: Eingang
62: Eingang
63: Addierer
64: Verstärker
65: Ausgang
66: Integrator
67: Eingang
68: Ausgang
69: Integrator
70: Ausgang
72: Eingang
73: Addierer
74: Verzögerungsglied
75: Verstärker
76: Multiplikator
77: Eingang
78: Addierer
79: Verzögerungsglied
80: Ausgang
81: Eingang
82: Differenzglied
83: Verhältnisoperator
84: Bauelement
85: Simulation zur Bestimmung der Summe der Auslenkungen
86: Betragsbildung
87: Verstärker
88: Ausgang / Ausgabe IRI
89: Tiefpassfilter
90: Ausgang / Ausgabe gefilterter IRI
m_s: gefederte Masse
m_us: ungefederte Masse
z_s: Auslenkung der gefederten Masse
z_us: Auslenkung der ungefederten Masse
F_MR: Dämpfungskraft
k_s: Federkonstante der Federung
k_t: Federkraft der Federung durch den Reifen
z_r / ω₂: Oberflächenprofil der Fahrbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016217065 [0003]
KR 1020130063811 A [0003]

Claims

Verfahren zur Bestimmung des International Roughness Index (IRI) einer Fahrbahn mittels eines Fahrzeugs (100), welches mindestens eine Radaufhängung (101) und mindestens einen Sensor (102) zur Bestimmung der Anregung der Radaufhängung (101) aus einer Ausgangsposition umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass - das Fahrzeug (100) entlang der Fahrbahn bewegt wird, - die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt wird, - mittels des Sensors (102) zur Bestimmung der Anregung der Radaufhängung die Auslenkung der Aufhängung in Abhängigkeit von der Zeit bestimmt wird, - die Sensordaten in einem festgelegten Zeitschritt Ts_daq abgetastet werden, - basierend auf der bestimmten Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und der bestimmten Auslenkung der Aufhängung in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung eines inversen Fahrzeugmodells unter Berücksichtigung von Parametern des Fahrzeugs das Oberflächenprofil der Fahrbahn abgeschätzt wird, - auf der Grundlage des abgeschätzten Oberflächenprofils der Fahrbahn unter Verwendung eines Fahrzeugmodells der IRI bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrzeugmodell ein Viertelfahrzeugmodell oder ein Einspurmodell (Nickfreiheitsgrad) oder Achsmodell (Wankfreiheitsgrad) oder ein Modell zur vollständigen Fahrzeugzustandsschätzung (Full Vehicle State Estimation Model) verwendet wird und/oder als inverses Fahrzeugmodell ein inverses Viertelfahrzeugmodell oder ein inverses Einspurmodell (Nickfreiheitsgrad) oder inverses Achsmodell (Wankfreiheitsgrad)oder ein inverses Modell zur vollständigen Fahrzeugzustandsschätzung (Full Vehicle State Estimation Model) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Verwendung des Fahrzeugmodells zum Bestimmen des IRI eine Simulation mit dem Zeitschritt des Abtastens der Sensordaten Ts_daq durchgeführt wird und der mittels des Zeitschritts des Abtastens der Sensordaten Ts_daq bestimmte Indexwert unter Anwendung eines Skalierungsfaktors, der in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs generiert wird, in einen IRI-Wert umgerechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Verwendung eines inversen Fahrzeugmodells zum Abschätzen des Oberflächenprofils der Fahrbahn und/oder im Rahmen der Verwendung eines Fahrzeugmodells zum Bestimmen des IRI eine Simulation mit einem Zeitschritt Ts_sim, der in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und dem Zeitschritt des Abtastens der Sensordaten Ts_daq bestimmt wird, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitschritt der Simulation Ts_sim im Rahmen der Verwendung eines inversen Fahrzeugmodells und/oder im Rahmen der Verwendung eines Fahrzeugmodells dem Zeitschritt des Abtastens der Sensordaten Ts_daq multipliziert mit der Fahrzeuggeschwindigkeit v geteilt durch 80 Kilometer pro Stunde (Ts_sim = Ts_daq * v / 80km/h) gleichgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Bestimmens des IRI unter Verwendung eines Fahrzeugmodells mindestens ein numerischer Integrator (66) verwendet wird, wobei der Zeitschritt der Simulation Ts_sim an die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) mindestens eine Kamera (105) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Fahrbahnoberfläche zu erfassen, und im Rahmen des Verfahrens mittels der Kamera (105) die Höhe der Fahrbahnoberfläche bestimmt wird und bei der Abschätzung des Oberflächenprofils der Fahrbahn und/oder der Bestimmung des IRI verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Kamera (105) erfassten Daten und die mittels des inversen Fahrzeugmodells erzeugten Daten synchronisiert und zusammengeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Abschätzens des Oberflächenprofils der Fahrbahn die vertikale Beschleunigung des Fahrzeugs ermittelt und verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Abschätzens des Oberflächenprofils der Fahrbahn mittels eines Raddrehzahlsensors Drehzahl und die Winkelbeschleunigung mindestens eines Rades bestimmt und verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Mehrzahl an Fahrzeugen (100) für eine bestimmte Fahrbahn abgeschätzten Oberflächenprofile und/oder berechneten IRI statistisch ausgewertet werden und daraus ein IRI berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konfidenz-Intervall basierter Index einer Kamera oder Bildverarbeitungsvorrichtung verwendet wird, um die Gewichtung zwischen den mittels einer Kamera oder Bildverarbeitungsvorrichtung erfassten Daten und den mittels des mindestens einen Sensor (102) erfassten Daten kontinuierlich anzupassen.
Fahrzeug (100), welches mindestens eine Radaufhängung (101), mindestens einen Sensor (102) zur Bestimmung der Auslenkung der Radaufhängung (101) und eine Einrichtung (103) zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs (100) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) eine Einrichtung (104) umfasst, die zur Abschätzung des Oberflächenprofils einer Fahrbahn basierend auf einer bestimmten Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und einer bestimmten Auslenkung der Aufhängung in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung eines inversen Fahrzeugmodells unter Berücksichtigung von Parametern des Fahrzeugs ausgelegt ist, wobei das Fahrzeug dazu ausgelegt ist mit einem Server zu kommunizieren.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) eine Einrichtung umfasst, die zur Bestimmung des IRI gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgelegt ist.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) mindestens eine Kamera (105), die dazu ausgelegt ist, die Fahrbahnoberfläche zu erfassen, und/oder mindestens einen Radanregungssensor umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Fahrzeug (100) um ein Kraftfahrzeug handelt.
Datenverarbeitungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu ausgelegt ist, mit mindestens einem Fahrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 16 bidirektional zu kommunizieren und/oder ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder 16 auszuführen.