DE102020202156A1 - Ermitteln von Wankgeschwindigkeit und Nickgeschwindigkeit aus Winkelgrößen und Beschleunigungsgrößen eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Dynamikgröße eines Kraftfahrzeugs (1),wobei die Dynamikgröße eine Wankgeschwindigkeit (p) oder Nickgeschwindigkeit (q) ist, mit:- Erhalten von einer zur Dynamikgröße korrespondierenden Beschleunigungsgröße und Winkelgröße (ϕ, θ);- Ermitteln der Dynamikgröße auf Basis von sowohl der Beschleunigungsgröße als auch der Winkelgröße (ϕ, θ).Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung (24) und eine Anordnung (10) für ein Kraftfahrzeug (1).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steuereinrichtung und eine Anordnung, um Dynamikgrößen eines Kraftfahrzeugs zu ermitteln und genauer gesagt eine Wankgeschwindigkeit und/oder eine Nickgeschwindigkeit (hierin auch als Wankrate und/oder Nickrate bezeichnet).
• Unter einer Dynamikgröße werden hierin sowohl Größen verstanden, die prinzipiell dynamisch veränderlich sind, sich aber auf einen zeitbezogenen und/oder zumindest temporär statischen Zustand beziehen. Dies gilt z.B. für Größen, die eine aktuelle räumliche Lage oder Position von zumindest Teilen des Fahrzeugs zumindest mittelbar beschreiben (z.B. Winkel). Ebenso fallen hierunter aber Größen, die z.B. Änderungen derartiger zumindest temporärer statischer Größen beschreiben, wie z.B. Raten oder Beschleunigungen. Insbesondere werden unter Dynamikgrößen hierin Wank- und/oder Nickgrößen verstanden, wie eben die Wankgeschwindigkeit und/oder eine Nickgeschwindigkeit.
• Es ist bekannt, dass Dynamikgrößen von Fahrzeugen und insbesondere Wank- und/oder Nickgrößen für verschiedene Anwendungen ermittelt werden. Beispielsweise kann mittels derartiger Größen auf einen aktuellen oder sich abzeichnenden räumlichen Zustand des Fahrzeugs geschlossen werden, insbesondere auf die Position und/oder Lage eines Fahrzeugchassis oder auch Fahrzeugaufbaus. Unter einem entsprechenden Aufbau oder Chassis wird dabei in der Fachwelt derjenige Teil des Fahrzeugs verstanden, der von der Fahrzeugaufhängung gegenüber den Fahrzeugrädern abgestützt wird und typischerweise oberhalb von diesen positioniert ist. Die Fahrzeugaufhängung, die typischerweise sogenannte Feder-Dämpfer-Systeme umfasst (insbesondere ein einzelnes Feder-Dämpfer-System je Fahrzeugrad), kann also die Fahrzeugräder und/oder allgemein das Fahrwerk mit dem Fahrzeugaufbau verbinden. Dieser kann die Fahrzeugkarosserie, den Motorraum und/oder den Innenraum umfassen.
• Beispielhafte Anwendungsfelder für ermittelte Dynamikgrößen sind eine sogenannte Umkipp- oder auch Roll-over-Erkennung oder aber die allgemeine Steuerung/Regelung von Fahrdynamikfunktionen, wie beispielsweise ein ESP-System. Auch erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die ermittelten Dynamikgrößen für diese, aber auch für jegliche anderen gängigen Zwecke verwendet werden.
• Auch sind Lösungen bekannt, bei denen Fahrzeugdynamiken mittels Aktoren gezielt beeinflusst werden können. Hierfür können z.B. Feder-Dämpfer-Systeme mit Aktoren versehen sein, um das Feder- und/oder Dämpfungsverhalten des Fahrzeugs und insbesondere des Aufbaus gegenüber den Fahrzeugrädern definiert einzustellen. In an sich bekannter Weise kann hierdurch z.B. eine den Fahrkomfort erhöhende oder aber die Sportlichkeit erhöhende Einstellung des Fahrwerks vorgenommen werden. Auch in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, relevante Dynamikgrößen z.B. zwecks Nachregelung der gewählten Fahrwerkseinstellung zu erfassen.
• Es existieren Lösungen, bei denen Zustandsgrößen des Fahrzeugs sensorisch erfasst werden und einem (z.B. virtuellen, rechnerbasierten und/oder mathematischen) Fahrzeugmodell zugeführt werden. Das Fahrzeugmodell, das z.B. von einem Steuergerät des Fahrzeugs ausgeführt wird und/oder von einem von dem Steuergerät ausgeführten Softwaremodul umfasst ist, kann den Zusammenhang zwischen erhaltenen Sensormesswerten und vorliegenden Dynamikgrößen abbilden, sodass die Dynamikgrößen ohne eine direkte Messung anhand des Modells ermittelt und insbesondere berechnet werden können. Ein Beispiel ist das sogenannte Einspurmodell. Nachteilig in diesem Zusammenhang ist, dass das Fahrzeugmodell individuell auf jeden Fahrzeugtyp und insbesondere auch jede Fahrzeugvariante (z.B. Antriebs- und/oder Ausstattungsvariante) angepasst werden muss. Beispielsweise kann es erforderlich sein, eine typen- bzw. variantenabhängige Masseverteilung des Fahrzeugs stets möglichst präzise im Fahrzeugmodell zu beschreiben. Dies erhöht den Aufwand während der Fahrzeugentwicklung und insbesondere auch bei nachträglichen Fahrzeugänderungen. Weitere beispielhaft zu hinterlegende und/oder zu ermittelnde Eigenschaften zur Modelldefinition sind Eigenfrequenzen der betrachteten Fahrzeugdynamiken, wie beispielsweise eine Gier-, Nick- oder Wan keigenfreq uenz.
• Prinzipiell ist es auch möglich, sämtliche Dynamikgrößen sensorisch zu erfassen, z.B. mittels sogenannter 5-D- oder auch 6-D-Sensoren, die insbesondere die Aufbaubewegungen hinsichtlich sämtlicher sechs räumlicher Freiheitsgrade sensorisch erfassen. Eine solche Sensorik zeichnet sich jedoch durch einen hohen Kostenaufwand aus, insbesondere da brauchbare Sensoriken nicht ohne weiteres verfügbar sind.
• Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, bei denen zumindest beispielhaft Dynamikgrößen und insbesondere eine Wankbeschleunigung anhand nur ausgewählter Sensormesswerte bestimmbar sind. Beispielhaft wird in der DE 103 61 208 A1 das Ermitteln der Wankbeschleunigung aus der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus gelehrt, wobei die Vertikalbeschleunigung mittels zweier unterschiedlich im Fahrzeug positionierter Sensoren gemessen wird. Zwar wird angegeben, man könne aus der Wankbeschleunigung die Wankrate schlicht per Integration ermitteln, aber nicht, wie dies exakt umgesetzt werden kann. Das Ermitteln einer Nickrate wird nicht behandelt.
• Wie nachstehend noch näher ausgeführt, wurde erfindungsgemäß erkannt, dass eine pauschale Integration der Wankbeschleunigung zum Ermitteln einer Wankrate allenfalls mit signifikanten Genauigkeitseinbußen umsetzbar ist. Insbesondere ist es mit der obigen Lösung nicht möglich, zwischen Nick- und Wankbewegungen ausreichend zu differenzieren. Beispielsweise können sich diese Bewegungen bei einer Kurvenfahrt auf einem Hang teils überlagern, sodass eine einfache Integration einer Winkelbeschleunigung keinen repräsentativen Wert der Wankrate liefert.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Ermitteln einer Wankgeschwindigkeit und/oder einer Nickgeschwindigkeit bei einem Kraftfahrzeug zu verbessern, insbesondere hinsichtlich der dabei erzielbaren Genauigkeit sowie unter Begrenzung des erforderlichen sensorischen Aufwands.
• Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Allgemein sieht die erfindungsgemäße Lösung vor, die Wankgeschwindigkeit und/oder Nickgeschwindigkeit aus einer korrespondierenden Beschleunigungsgröße (also entsprechend der Wankbeschleunigung oder Nickbeschleunigung) und einer korrespondierenden Winkelgröße (also entsprechend dem Wankwinkel oder Nickwinkel) zu ermitteln oder, mit anderen Worten, zu rekonstruieren.
• Dabei unterscheidet sich die Lösung von vorbekannten Ansätzen, bei denen entsprechende Beschleunigungsgrößen pauschal integriert und insbesondere ohne Berücksichtigung von Winkelgrößen bestimmt werden. Wie erwähnt, führt eine solche Integration nicht in sämtlichen Fahrzeugzuständen zu einem brauchbaren Ergebnis, beispielsweise wenn das Fahrzeug auf einer geneigten Fahrbahn in eine Kurve fährt und/oder sich Wank- und Nickbewegungen allgemein überlagern.
• Die Erfindung sieht stattdessen vor, sowohl Beschleunigungsgrößen als auch Winkelgrößen zu berücksichtigen und daraus die gesuchte Wank- und/oder Nickgeschwindigkeit zu ermitteln. Insbesondere können die Beschleunigungsgrößen und Winkelgrößen (oder ein darauf basierend ermittelter Wert) gemittelt werden, um zu der gesuchten Dynamikgröße zu gelangen. Es hat sich gezeigt, dass sich hierdurch präzise Ergebnisse erzielen lassen, selbst wenn es zu den geschilderten Überlagerungen von Wank- und Nickbewegungen kommt.
• Insbesondere wird ein Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Dynamikgröße eines Kraftfahrzeugs (insbesondere eines Personenkraftwagens oder eines Lastkraftwagens) vorgeschlagen, wobei die Dynamikgröße eine Wankgeschwindigkeit oder Nickgeschwindigkeit ist, mit:
• - Erhalten von einer zur Dynamikgröße korrespondierenden Beschleunigungsgröße und Winkelgröße (z.B. über eine Datenleitung, wie ein Fahrzeugbus und/oder von nachstehend geschilderten Sensoren);
• - Ermitteln der Dynamikgröße auf Basis von sowohl der Beschleunigungsgröße als auch der Winkelgröße.
• Insbesondere können zum Ermitteln der Dynamikgröße die Beschleunigungs- und Winkelgröße gleichzeitig ausgewertet, verrechnet und/oder berücksichtigt werden. Anders ausgedrückt können diese Größen von oder in einem gemeinsamen Rechenschritt zum Bestimmen der Dynamikgröße verwendet werden. Dies unterscheidet sich von Ansätzen, bei denen die entsprechenden Größen mittels separaten Rechenschritten zum Beispiel per Integration oder Differenzierung transformiert und erst anschließend in einem noch weiteren Rechenschritt zum Ermitteln der Dynamikgröße zusammengeführt werden, zum Beispiel unter dann noch gegebenenfalls erforderlicher Transformation, Mittelung oder dergleichen. Anders ausgedrückt können die die Beschleunigungs- und Winkelgröße als gemeinsame Eingangsgrößen gleichzeitig zum Beispiel einem Rechenmodul zugeführt und/oder hiervon verwendet werden, um als eine Ausgangs- oder Zielgröße die Dynamikgröße zu bestimmen.
• Werden sowohl Nick- als auch Wankgrößen als Dynamikgröße ermittelt, können auch aus vier Eingangsgrößen (zwei für die Nickgröße und zwei für die Wankgröße) zwei entsprechende Ausgangsgrößen ermittelt werden. Dies kann wiederum jeweils gleichzeitig in einem gemeinsamen Rechenschritt erfolgen. Beispiele für die Eingangsgrößen sind jegliche der nachstehend genannten Größen, aus denen die hierin ermittelten Nick- als auch Wankgrößen bestimmt werden können.
• Das Ermitteln der Winkelgröße(n) kann mittels sensorisch gemessener Höhenstände und in Kenntnis der Relativabstände der hierzu verwendeten Sensoren erfolgen. Beispielhaft wird verwiesen auf die einleitend erwähnte DE 103 61 281 A1 und die dortige Lehre in [0046], die per Bezugnahme hierin übernommen wird.
• Das Ermitteln der Beschleunigungsgröße(n) kann ebenfalls anhand bekannter Ansätze erfolgen und insbesondere anhand sensorisch gemessener Vertikalbeschleunigungen (Aufbaubeschleunigungen) sowie der Relativabstände der hierzu verwendeten Sensoren (siehe z.B. [0036] in DE 103 61 281 A1 )).
• Beispielhaft können die Nick- und Wankbeschleunigung wie folgt bestimmt werden: Mit einer Mehrzahl von Sensoren wird je Sensor ein lokaler Wert einer Vertikalbeschleunigung bestimmt. Es wird dann von einer Abhängigkeit der lokalen Werte der einzelnen gemessenen Vertikalbeschleunigungen ausgegangen. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass die Vertikalbeschleunigungen selbst an unterschiedlichen Fahrzeugradachsen voneinander abhängig sind bzw. ineinander umgerechnet werden können. Beispielsweise kann eine Vertikalbeschleunigung vorne links (a_z,vl) aber auch hinten links (a_z,hl) jeweils anhand der Vertikalbeschleunigung vorne rechts ermittelt werden (a_z,vr), wobei sich die Positionen auf einzelne Fahrzeugräder (bzw. dort angeordnete Sensoren) an einer entsprechenden Vorder- und Hinterachse beziehen: $$\begin{array}{c}{a}_{z,vl}=a_{z,vr}+\left(x_{vl}-x_{vr}\right)\left(pr-\dot{q}\right)+\left(y_{vl}-y_{vr}\right)\left(qr+\dot{p}\right)-\left(z_{vl}-z_{vr}\right)\left(p^2+q^2\right)\\ a_{z,hl}=a_{z,vr}+\left(x_{hl}-x_{vr}\right)\left(pr-\dot{q}\right)+\left(y_{hl}-y_{vr}\right)\left(qr+\dot{p}\right)-\left(z_{hl}-z_{vr}\right)\left(p^2+q^2\right)\end{array}$$

  
• Die Wank- und Nickgrößen sind dabei in Bezug auf ein körperfestes Koordinatensystem angegeben, mit p als Wankrate, q als Nickrate, r als Gierrate und den entsprechenden abgeleiteten Größen als Wankbeschleunigung, Nickbeschleunigung und Gierbeschleunigung.
• Umgestellt ergibt Gleichung (1) folgendes, wobei der zweite vollständig in Klammern gesetzte Summand aufgrund der dortigen Multiplikationen/Potenzierungen zweier verschiedener oder gleichartiger Dynamikgrößen vernachlässigbar klein ist: $$\left(\begin{array}{c}\dot{p}\\ \dot{q}\end{array}\right)={\left[\begin{array}{c}-\left(y_{vl}-y_{vr}\right)\left(x_{vl}-x_{vr}\right)\\ -\left(y_{hl}-y_{vr}\right)\left(x_{hl}-x_{vr}\right)\end{array}\right]}^{-1}\cdot \left(\left(\begin{array}{c}{a}_{z,vr}-a_{z,vl}\\ a_{z,hl}-a_{z,vl}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}\left(x_{vl}-x_{vr}\right)pr+\left(y_{vl}-y_{vr}\right)qr-\left(z_{vl}-z_{vr}\right)\left(p^2+q^2\right)\\ \left(x_{hl}-x_{vr}\right)pr+\left(y_{hl}-y_{vr}\right)qr-\left(z_{hl}-z_{vr}\right)\left(p^2+q^2\right)\end{array}\right)\right)$$

  
• Im Ergebnis ergibt sich zur Bestimmung von Wank- und Nickbeschleunigung Folgendes(2) $$\left(\begin{array}{c}\dot{p}\\ \dot{q}\end{array}\right)={\left[\begin{array}{c}-\left(y_{vl}-y_{vr}\right)\left(x_{vl}-x_{vr}\right)\\ -\left(y_{hl}-y_{vr}\right)\left(x_{hl}-x_{vr}\right)\end{array}\right]}^{-1}\cdot \left(\begin{array}{c}{a}_{z,vr}-a_{z,vl}\\ a_{z,hl}-a_{z,vl}\end{array}\right)$$

  
• Allgemein können erfindungsgemäß also Sensoren bereitgestellt sein, die Höhenstände und/oder Vertikalbeschleunigungen eines Aufbaus des Fahrzeugs zum Beispiel gegenüber dessen Fahrzeugrädern und/oder allgemein dessen Fahrwerk messen. Derartige Sensoren sind am Markt erhältlich und können, da sie maßgeblichen Bezug auf eine Höhenachse des Fahrzeugs Messungen vornehmen, wenig komplex und kostengünstig sein (1 D-Sensoren).
• In an sich bekannter Weise können die Sensoren an einem Feder-Dämpfer-System angeordnet sein, dass den Fahrzeugaufbau gegenüber Fahrzeugrädern abstützt. Die Sensoren können als Bezugspunkt den dem jeweiligen Fahrzeugrad bzw. Feder-Dämpfer-System zugeordneten Dompunkt aufweisen. Die Sensormesswerte können bei bekannter Relativpositionierung von Sensor und Dompunkt in einen Sensormesswert am Dompunkt umgerechnet werden.
• Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass zum (oder beim) Ermitteln der Dynamikgröße die Beschleunigungsgröße integriert wird.
• Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zum (oder beim) Ermitteln der Dynamikgröße die Winkelgröße differenziert wird.
• Auf die vorstehend geschilderten Weisen können die Beschleunigungsgrößen und Winkelgrößen jeweils in die gesuchte Geschwindigkeitsgröße umgerechnet werden. Eine schlussendlich resultierende Geschwindigkeitsgröße kann zum Beispiel per Mittelung oder allgemeiner Verrechnung aus den per Integration und Differenzierung resultierenden Werten gebildet werden oder allgemein auf Basis von zumindest Anteilen beider dieser Werte. Auf diese Weise kann die Robustheit gegenüber Ungenauigkeiten bei einem Ermitteln von einer der relevanten Größen verbessert werden.
• Vorteilhafterweise sieht die Erfindung in diesem Zusammenhang (aber auch unabhängig von etwaigen Integrationen oder Differenzierungen) vor, die Beschleunigungsgröße und/oder Winkelgröße zu filtern. Insbesondere kann vorgesehen sein, die genannten Größen derart zu filtern, dass für die Wankgeschwindigkeit oder Nickgeschwindigkeit wenig relevante Frequenzbereiche dieser Größen herausgefiltert werden.
• Insbesondere kann vorgesehen sein, die Beschleunigungsgröße und/oder ein darauf basierend ermittelten Wert (z.B. einen Wert, der aus der Integration der Beschleunigungsgröße resultiert) mit einem Hochpassfilter zu filtern.
• Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, die Winkelgröße und/oder einen darauf basierend ermittelten Wert (z.B. ein aus einer Differenzierung der Winkelgröße resultierenden Wert) mittels eines Tiefpassfilters zu filtern.
• Die Dynamikgröße kann allgemein anhand entsprechend gefilterter Werte bestimmt werden. Sind beide der geschilderten Varianten vorgesehen, also eine Filterung per Hochpass- als auch per Tiefpassfilter, kann auch von einer komplementären Filterung gesprochen werden.
• Beispielhaft kann für die Wankgeschwindigkeit (der Wankwinkel ist allgemein mit ϕ bezeichnet) im Laplace-Bereich folgendes formuliert werden: $$\dot{\varphi }=\frac{T_{1}s}{T_{1}s+1}\frac{1}{s}\ddot{\varphi }+\frac{1}{s{T}_1+1}s\varphi$$

  
• Analoges gilt für die Nickgeschwindigkeit bzw. den Nickwinkel θ. Die Faktoren umfassend die Zeitkonstante T₁ stellen jeweils die oben geschilderten Filterfunktionen bereit (Hochpass bei zweifach abgeleiteter Winkelgröße, Tiefpass bei nicht abgeleiteter Winkelgröße). Beispielhaft beträgt die Zeitkonstante T₁ =0,2 s. Die Faktoren 1/s bzw. s führen zu einer Transformation des entsprechenden Beschleunigungs- und Winkelwerts in einen Zeitwert.
• Mittels der obigen Gleichung (4) wird der Wert des Winkels über den Filter 1/(T1*s +1) gemittelt und/oder allgemein verrechnet. Dabei gilt allgemein, dass je kleiner T1 ist, desto stärker wird der Winkel gegenüber der Beschleunigung gewichtet. Bevorzugt ist bei diesem Filter T1 gewählt, um möglichst viel Informationen relativ zur Fahrbahn zu erzeugen. Allgemein kann T1 kleiner als 2 Sekunden oder kleiner als 1 Sekunde gewählt sein, zum Beispiel 0,5 Sekunden oder weniger, um die vorstehenden Eigenschaften zu erzielen. Zusammengefasst werden also der differenzierte Winkel und die integrierte Beschleunigung gemittelt bzw. allgemein verrechnet, wobei diese Verrechnung wegen des Hochpasses und des Tiefpasses gewichtet erfolgt. Ferner erfolgt dies in der vorstehend geschilderten Weise in lediglich einem Rechenschritt, d. h. werden der Winkel und die Beschleunigung gemeinsam und/oder gleichzeitig betrachtet, um die gesuchte Größe zu ermitteln, ohne eine Mehrzahl unabhängiger Rechenschritte und Zusammenführen von deren jeweiligen Ergebnissen durchzuführen.
• Als ein weiterer allgemeiner Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Beschleunigungsgröße auf Basis von Vertikalbeschleunigungsmesswerten und/oder die Winkelgröße auf Basis von Höhenstandsmesswerten ermittelt wird. Beide der genannten Messwerte können von den bereits geschilderten Sensoren ermittelt werden, die Feder-Dämpfer-Systemen und/oder einzelnen Fahrzeugrädern zugeordnet sind. Insbesondere können diese Sensoren in an sich bekannter Weise Vertikalbeschleunigungen oder Höhenstände im Bereich der Fahrzeugräder bzw. der Feder-Dämpfer-Systeme ermitteln. Vorzugsweise ermitteln sie dabei die genannten Messwerte für die sogenannten Dompunkte eines Fahrzeugsaufbaus, an denen sich die Feder-Dämpfer-Systeme abstützen. Dies kann z.B. auf Basis einer Umrechnung erfolgen, bei denen die am Einbauort der Sensoren ermittelten Messwerte in korrespondierende Messwerte am Ort der Dompunkte unter Berücksichtigung der Relativposition von Dompunkt und/oder Sensor-Einbauort umgerechnet werden.
• Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die Dynamikgröße mittels eines Filters ermittelt wird, der mit einem Beobachter zusammenwirkt. Insbesondere kann das Filter ein Kalman-Filter sein, z.B. ein Kalman-Bucy-Filter. Der Beobachter kann ein Luenberger-Beobachter sein. Es hat sich gezeigt, dass mit der Zusammenwirkung von Filter und Beobachter und insbesondere der genannten Filter- und Beobachterbeispiele präzise und zuverlässige Ermittlungen der Dynamikgröße möglich sind.
• Vorteilhafterweise ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass das Filter einen frequenzabhängigen Vertrauensbereich aufweist, mit dem bzw. auf dessen Basis der Einfluss niederfrequenter Größen begrenzbar ist. Insbesondere kann auf diese Weise ermöglicht werden, dass langsame Bewegungen um den Wank- und/oder Nickfreiheitsgrad herausgefiltert werden.
  Der Vertrauensbereich kann aber auch derart definiert sein, dass sowohl ein vorbestimmter niederfrequenter als auch ein hochfrequenter Anteil unberücksichtigt bleibt bzw. dessen Einfluss begrenzt wird. Unter niederfrequent kann dabei eine Frequenz von weniger als 5 Hz, weniger als 2 Hz und insbesondere weniger als 0,5 Hz verstanden werden. Unter Hochfrequenz kann hingegen ein Bereich von mehr als 8 Hz und insbesondere mehr als 10 Hz verstanden werden.
• Beispielhaft kann die Filterstrecke wie folgt lauten: $$\begin{array}{l}\left(\begin{array}{c}\ddot{p}\\ \ddot{q}\\ \dot{p}\\ \dot{q}\\ \dot{\varphi }\\ \dot{\theta }\end{array}\right)=\left[\begin{array}{ccccccc}0& 0& & 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& & 0& 0& 0& 0\\ 1& 0& & 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& & 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& sin\left(\varphi \right)& tan\left(\theta \right)& 0& 0\\ 0& 0& 0& & cos\left(\varphi \right)& 0& 0\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}\ddot{p}\\ \ddot{q}\\ \dot{p}\\ \dot{q}\\ \dot{\varphi }\\ \dot{\theta }\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 0\\ cos\left(\varphi tan\left(\theta \right)\right)\\ -sin\left(\varphi \right)\end{array}\right)\left(r\right)+L\left(y-\tilde{y}\right)\\ \end{array}$$

  
• Dabei sind p und q die körperfeste Wank- und Nickgeschwindigkeit und die entsprechend einfach abgeleiteten Größen die Wank- und Nickbeschleunigung. r ist die Gierrate, die typischerweise sensorisch erfasst wird und über einen CAN-Bus des Fahrzeugs verfügbar ist. Φ und θ sind der ortsfeste Wank- und Nickwinkel und die entsprechend abgeleiteten Größen/Winkel sind die ortsfeste Wank- und Nickgeschwindigkeit bzw. die Wank- und Nickbeschleunigung. Im Vektor y sind die relevanten Messgrößen zusammengefasst. Die Differenz aus y-Tilde (Modellschätzung) und y entspricht einer Fehlergröße.
• Die Luenberger-Verstäkung L in Gleichung (5) stabilisiert das Filter. Allgemein gilt, je größer die Werte in L sind, desto mehr wird die Schätzung y-tilde der Messung y entsprechen. Je kleiner L ist, desto eher wird dem Streckenmodell vertraut. Für das Filter kann der erwähnte Vertrauensbereich definiert werden.
• Die Erfindung betrifft auch eine Steuereinrichtung zum Ermitteln wenigstens einer Dynamikgröße eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
• Ebenso betrifft die Erfindung eine Anordnung für ein Kraftfahrzeug und zum Ermitteln wenigstens einer Dynamikgröße eines Kraftfahrzeugs, nämlich der Wank- und/oder Nickgeschwindigkeit, mit:
• - einer Mehrzahl von Sensoren (z.B. Feder-Dämpfer-Sensoren, Radsensoren, Höhenstandssensoren, Vertikalbeschleunigungssensoren oder Sensoren jeglicher hierin geschilderten Art), anhand deren Messwerte eine zur Dynamikgröße korrespondierende Beschleunigungsgröße und Winkelgröße ermittelbar ist; und
• - einer Steuereinrichtung nach einem der vorangehenden Aspekte.
• Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert.
• 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug, das eine Anordnung mit einer Steuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, die ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
• In 1 ist ein schematisches Fahrzeug 1 und genauer gesagt ein Kraftfahrzeug gezeigt, das eine erfindungsgemäße Anordnung 10 umfasst. Gezeigt ist auch eine Vorwärtsfahrrichtung F des Fahrzeugs 1 sowie eine Orientierung eines Fahrzeugkoordinatensystems. Definiert man dieses z.B. an einem Fahrzeugmittelpunkt, entspricht die Y-Achse der Wankachse und die X-Achse der Nickachse. Die Z-Achse entspricht einer vertikalen Raumrichtung bzw. einer Höhenachse des Fahrzeugs 1. In bekannter Weise entsprechen Wank- und Nickbewegungen Bewegungen des Fahrzeugs 1 um die entsprechenden Achsen, also Rotationsbewegungen.
• Gezeigt sind auch eine Vorderachse 12 und eine Hinterachse 14, die jeweils zwei Fahrzeugräder 16 umfassen. Jedes Fahrzeugrad 16 ist über ein Feder-Dämpfer-System 18 am lediglich umrissen dargestellten Fahrzeugaufbau 20 gelagert bzw. stützt sich gegenüber diesem mittels des Feder-Dämpfer-Systems 18 ab. In an sich bekannter Weise erfolgt dies an einem nicht gesondert markierten jeweiligen Dompunkt innerhalb der Fahrzeugkarosserie des Aufbaus 20.
• Dem Feder-Dämpfer-System 18 der beiden Vorderräder 16 und einem der Hinterräder (des rechten Hinterrads 16) ist jeweils ein Sensor 22 zugeordnet. Im gezeigten Beispiel handelt es sich hierbei um einen mehrteiligen Sensor 22, der sowohl eine Vertikalbeschleunigung als auch eine Höhe (den Höhenstand) messen kann. Die Funktionsweise derartiger Sensoren insbesondere im Zusammenspiel mit Feder-Dämpfer-Systemen 18 ist prinzipiell bekannt.
• Die Sensoren 22 der Anordnung 10 sind jeweils mit einer Steuereinrichtung 24 dieser Anordnung 10 datenübertragend verbunden. Sie liefern als sozusagen lokale Messwerte jeweils Werte bezüglich der Vertikalbeschleunigung und des Höhenstandes an die Steuereinrichtung 24.
• Aus den Höhenständen und in Kenntnis eines Relativabstandes der einzelnen Sensoren 22 kann, wie im allgemeinen Beschreibungsteil erläutert, in an sich bekannter Weise ein Nickwinkel und auch ein Wankwinkel bestimmt werden. Aus der Vertikalbeschleunigung ist, wie ebenfalls im allgemeinen Beschreibungsteil erläutert, die Wank-und Nickbeschleunigung bestimmbar. Vorliegend erfolgen diese Wertermittlungen jeweils durch die Steuereinrichtung 24.
• Weiter ermittelt die Steuereinrichtung 24 unter Verwendung der vorstehend aufgezeigten Gleichungen (4) und/oder (5)-(7) die Wank- und Nickgeschwindigkeit aus den ermittelten Winkel- und Beschleunigungswerten. Je nach der angewandten Variante ist auch ein (Kalman-Bucy-) Filter 31 und sind insbesondere einzelne Filterfunktionen (Hochpassfilter 30 und Tiefpassfilter 32) in der Steuereinrichtung 24 als Softwarefunktionen oder Softwaremodule realisiert. Sind sämtliche Filterlösungen vorgesehen, können die jeweils bestimmten Werte (der mit Gleichung (4) bestimmte und der mit den Gleichungen (5)-(7) bestimmte) zum Beispiel gemittelt werden.
• Die Geschwindigkeitsgrößen, die mit einer aufwandsarmen kostengünstigen Sensorik bestimmt wurden und deren Bestimmung mit den erwähnten Gleichungen auch bei sich überlagernden Nick- und Wankbewegungen zuverlässig gelingt, können dann weiteren bekannten Fahrerassistenzsystemen zugeführt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

10

Anordnung

12

Vorderachse

14

Hinterachse

16

Fahrzeugrad

18

Feder-Dämpfer-System

20

Aufbau

22

Sensor

24

Steuereinrichtung

30

Hochpassfilter

32

Tiefpassfilter

F

Vorwärtsfahrrichtung

ϕ

Wankwinkel

θ

Nickwinkel

p

Wankgeschwindigkeit

q

Nickgeschwindigkeit

• 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
• DE 10361208 A1 [0008]
• DE 10361281 A1 [0018, 0019]

Claims (10)

1. Verfahren zum Ermitteln wenigstens einer Dynamikgröße eines Kraftfahrzeugs (1), wobei die Dynamikgröße eine Wankgeschwindigkeit (p) oder Nickgeschwindigkeit (q) ist, mit: - Erhalten von einer zur Dynamikgröße korrespondierenden Beschleunigungsgröße und Winkelgröße (ϕ, θ); - Ermitteln der Dynamikgröße auf Basis von sowohl der Beschleunigungsgröße als auch der Winkelgröße (ϕ, θ).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Dynamikgröße die Beschleunigungsgröße integriert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Dynamikgröße die Winkelgröße (ϕ, θ) differenziert wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsgröße und/oder ein darauf basierend ermittelter Wert mittels eines Hochpassfilters (30) gefiltert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgröße (ϕ, θ) und/oder ein darauf basierend ermittelter Wert mittels eines Tiefpassfilters (32) gefiltert wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsgröße auf Basis von Vertikalbeschleunigungsmesswerten und/oder die Winkelgröße (ϕ, θ) auf Basis von Höhenstandsmesswerten ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamikgröße mittels eines Filters (31) ermittelt wird, der mit einem Beobachter zusammenwirkt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (31) ein Kalman-Filter ist, insbesondere ein Kalman-Bucy-Filter, und/oder dass das Filter (31) einen frequenzabhängigen Vertrauensbereich aufweist, mit dem der Einfluss niederfrequenter Größen begrenzbar ist.
9. Steuereinrichtung (24) zum Ermitteln wenigstens einer Dynamikgröße eines Kraftfahrzeugs (1), wobei die Steuereinrichtung (24) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
10. Anordnung (10) für ein Kraftfahrzeug (1) zum Bestimmen wenigstens einer Dynamikgröße eines Kraftfahrzeugs (1), wobei die Dynamikgröße eine Wankgeschwindigkeit (p) oder Nickgeschwindigkeit (q) ist, mit: - einer Mehrzahl von Sensoren (22) anhand deren Messwerte eine zur Dynamikgröße korrespondierende Beschleunigungsgröße und Winkelgröße ermittelbar ist; und - einer Steuereinrichtung (24) nach Anspruch 9.

Images