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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung in einem Fahrzeug mit einer Sensoreinheit zum Erfassen einer oder mehrerer Fahrzustandsgrößen des Fahrzeugs.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Sensoreinrichtungen in Fahrzeugen zum Erfassen translatorischer und rotatorischer kinematischer Zustandsgrößen auf Lage-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsebene. Hierbei werden beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Längs- und Querbeschleunigung und die Gierrate ermittelt. Die Sensorinformationen werden in Steuergeräten verarbeitet und können in fahrdynamischen Regelungseinrichtungen verwendet werden, zum Beispiel in einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP).
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Die
DE 10 2017 105 305 A1 offenbart ein Verfahren zur automatischen Bestimmung einer Sensorstellung in einem Fahrzeug. Um Fehlstellungen des Sensors im Fahrzeug zu erkennen und auf Softwareebene zu korrigieren, werden mithilfe eines Radarsensors Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs erfasst, wobei unter Berücksichtigung der Informationen von Fahrdynamiksensoren zur Längsgeschwindigkeit, Quergeschwindigkeit und Gierrate des Fahrzeugs eine Kalibrierung durchgeführt wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann in Fahrzeugen eingesetzt werden, um Fahrzustandsgrößen des Fahrzeugs und/oder Umgebungsgrößen in der Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Bei den Fahrzustandsgrößen, die über eine Sensoreinheit der Sensoreinrichtung erfasst werden, handelt es sich um translatorische und/oder rotatorische Zustandsgrößen auf Lage-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsebene. Es können insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Längsbeschleunigung, die Querbeschleunigung und die Gierrate erfasst werden. Die Sensoreinheit in der Sensoreinrichtung ist beispielsweise als Inertialsensorik ausgeführt.
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Zum Erfassen von Umgebungsgrößen, beispielsweise Hindernisse auf der Fahrbahn, vorausfahrende oder entgegenkommende Fahrzeuge oder seitliche Begrenzungslinien, können Sensoreinheiten wie Radar, Lidar oder kamerabasierte Systeme eingesetzt werden.
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Die Sensoreinrichtung weist eine Trägervorrichtung auf, welche Träger der Sensoreinheit ist und die an einem Bauteil des Fahrzeugs befestigbar ist.
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Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen. Es kommen auch Einspurfahrzeuge wie Motorräder oder Motorroller in Betracht.
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Die Sensoreinrichtung umfasst des Weiteren mindestens einen Aktuator, mit dessen Hilfe die Trägervorrichtung oder ein Bauelement der Trägervorrichtung in der Weise verstellbar ist, dass die Position der Sensoreinheit in Bezug auf das die Trägervorrichtung aufnehmende Bauteil des Fahrzeugs einstellbar ist.
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Die verstellbare Trägervorrichtung und der mindestens eine Aktuator der Sensoreinrichtung ermöglichen eine Anpassung der Position der Sensoreinheit in Bezug auf das Bauteil des Fahrzeugs, an dem die Sensoreinrichtung befestigt ist. Dementsprechend kann die Sensoreinheit in einer Sollposition gehalten werden, in welcher die Funktionstüchtigkeit der Sensoreinheit gewährleistet ist. Einschränkungen in der Qualität oder der Anzahl sensorisch erfasster Daten können vermieden werden. Beispielsweise ist es möglich, die Sensoreinheit bei Schräglagen eines Einspurfahrzeugs nicht am Fahrzeug-Koordinatensystem, sondern an einem absoluten Koordinatensystem auszurichten, bei dem die z- oder Hochachse koaxial zum Gewichtskraftvektor verläuft. Dies erlaubt es, zum Beispiel bei Kurvenfahrten eines Motorrades oder Motorrollers ohne Qualitätseinbußen sensorisch die Umgebung zu erfassen. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Umgebungserfassung in einem Kraftfahrzeug ebenfalls ohne Qualitätsminderung durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug bergauf oder bergab fährt. Die Ausrichtung der Sensoreinheit an einem absoluten Koordinatensystem erfolgt auch hierbei mit koaxialer Erstreckung der z- oder Hochachse zum Gewichtskraftvektor. Alternativ kann die Ausrichtung der Sensoreinheit auch an einem sonstigen Koordinatensystem erfolgen.
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Die Bewegung der Sensoreinheit über eine Ansteuerung des Aktuators erfolgt in einer oder in mehreren Raumrichtungen. Sofern die Sensoreinheit in mehreren Raumrichtungen bewegt werden kann, ist es möglich, während Fahrmanövern des Fahrzeugs mit einer Fahrzeugpositionsänderung in mehreren Raumrichtungen eine entsprechende Kompensierung durchzuführen. Wenn das Fahrzeug beispielsweise bergauf und bergab und zugleich durch eine Kurve fährt, kann sowohl die Neigung des Fahrzeugs um die Fahrzeugquerachse als auch um die Fahrzeuglängsachse kompensiert werden.
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Vorteilhafterweise ist der Aktuator als Funktion der Sensorgrößen einstellbar, welche von der verstellbaren Sensoreinheit erfasst werden. Falls beispielsweise über die Sensoreinheit fahrdynamische Zustandsgrößen erfasst werden, erfolgt die Einstellung der Position der Sensoreinheit auf der Grundlage eben dieser Sensorinformation. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, Sensorinformationen einer anderen Sensoreinheit im Fahrzeug bei der Positionseinstellung zu berücksichtigen.
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In noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ermöglichen die Trägervorrichtung und der Aktuator eine Kombination von translatorischer und rotatorischer Verstellung der Sensoreinheit um bzw. entlang mindestens einer Fahrzeugachse oder gegebenenfalls mehrerer Fahrzeugachsen. Es kann beispielsweise zweckmäßig sein, dass die Trägervorrichtung oder ein Bauelement der Trägervorrichtung gegenüber dem aufnehmenden Bauteil des Fahrzeugs um die Fahrzeugquerachse und um die Fahrzeuglängsachse rotierbar gehalten ist. Dementsprechend kann die Sensoreinheit eine Wankbewegung und eine Nickbewegung des Fahrzeugs ausgleichen.
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In weiterer vorteilhafter Ausführung ist die Trägervorrichtung oder ein Bauelement der Trägervorrichtung zumindest in zwei Achsrichtungen verfahrbar und um eine Achsrichtung rotierbar ausgebildet.
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Es kommen verschiedene kinematische Betätigungsarten zur gewünschten Verstellung in Betracht. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, dass der Aktuator ein Teleskopsystem zur Bewegungsübertragung betätigt, wobei das Teleskopsystem vorzugsweise Bestandteil der Trägervorrichtung der Sensoreinheit ist. Alternativ ist es auch möglich, dass das Teleskopsystem als ein hydraulischer Stellzylinders ausgebildet ist, der ein Bauteil der Trägervorrichtung darstellt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung betätigt der Aktuator ein Seilzugsystem, über das die Bewegungsübertragung zwischen Aktuator und Sensoreinheit erfolgt. Das Seilzugsystem kann Bestandteil der Trägervorrichtung sein oder an der Trägervorrichtung angreifen.
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Es kommen weitere Bewegungsübertragungen von dem Aktuator auf die Sensoreinheit in Betracht, insbesondere verschiedenartige Kinematiken wie zum Beispiel Zahnstangen oder Zahnräder zur Umsetzung der Aktuatoransteuerung auf die Bewegung der Trägervorrichtung, welche die Sensoreinheit aufnimmt.
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Der Aktuator kann pneumatisch, hydraulisch oder auf sonstige Weise zu betätigen sein, insbesondere elektrisch, wobei als elektrischer Aktuator zum Beispiel ein Elektromotor oder ein elektromagnetischer Aktuator in Betracht kommt. Der Aktuator kann gegebenenfalls als ein elektrisch ansteuerbares Piezoelement ausgeführt sein.
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Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Steuergerät zur Ansteuerung eines Aktuators der vorbeschriebenen Sensoreinrichtung. Das Steuergerät kann im bzw. an dem Fahrzeug angeordnet sein, an welchem die Sensoreinrichtung angeordnet ist, insbesondere in das die Sensoreinrichtung eingebaut ist, jedoch separat von der Sensoreinrichtung platziert sein. Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführung ist eine baulich zusammenhängende Kombination aus Sensoreinrichtung und Steuergerät gebildet, die in ein Fahrzeug eingebaut werden kann. In noch einer weiteren Alternative ist vorgesehen, dass das Steuergerät außerhalb bzw. abseits des Fahrzeugs angeordnet ist und dass die Sensorinformationen, insbesondere drahtlos, auf das außerhalb gelegene Steuergerät übertragen werden, in welchem die Sensorinformationen verarbeitet werden. In dem Steuergerät werden Stellsignale erzeugt, die anschließend wieder zur Sensoreinrichtung zur Ansteuerung des Aktuators übertragen werden. Es handelt sich beispielsweise um eine Cloud-Ausführung, bei der die Sensorinformationen zu der Cloud übertragen werden, wo die Auswertung und Generierung von Stellsignalen stattfindet.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Fahrzeug mit einer vorbeschriebenen Sensoreinrichtung. Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein Einspurfahrzeug wie ein Motorrad oder Motorroller oder um ein Zweispurfahrzeug wie ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Betätigung eines Aktuators der vorbeschriebenen Sensoreinrichtung, bei dem der Aktuator zu einer Einstellung einer Position einer Sensoreinheit der Sensoreinrichtung basierend auf einer mittels der Sensoreinheit erfassten Fahrzustandsgröße und/oder einer mittels der Sensoreinheit erfassten Umgebungsgröße betätigt wird. Das heißt, eine Einstellung einer Position der Sensoreinheit (4) basiert auf mittels der Sensoreinheit sensorisch erfassten Informationen, bspw. einer Fahrzustandsgröße und/oder einer Umgebungsgröße. Basierend auf den erfassten Informationen, bspw. der Fahrzustandsgröße und/oder der Umgebungsgröße, kann der Aktuator, bevorzugt vorausschauend, betätigt werden. Die Einstellung kann eine Just-in-time Einstellung der Position sein, d.h. eine unmittelbar an die erfassten Informationen angepasste Einstellung.
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Insbesondere wird ein, bevorzugt dynamisches, Bewegungsmuster der sensorisch erfassten Fahrzustandsgröße und/oder der erfassten Umgebungsgröße erkannt. Der Aktuator kann basierend auf dem erkannten Bewegungsmuster betätigt bzw. gesteuert werden. Diese Vorgehensweise kann vorausschauend durchgeführt werden, da aus den erkannten dynamischen Bewegungsmustern auf ein zeitlich vorausliegendes Verhalten des Fahrzeugs geschlossen werden kann, so dass der Aktuator entsprechend vorausschauend angesteuert werden kann. Auf diese Weise können zeitliche Verzögerungen bei der Positionseinstellung der Sensoreinheit vermieden werden.
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Es kann zweckmäßig sein, bei der Erkennung der dynamischen Bewegungsmuster ein maschinelles Lernsystem einzusetzen.
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Die Erfindung bezieht sich schließlich auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Code, der dazu ausgelegt ist, die vorbeschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Das Computerprogrammprodukt läuft in einem vorbeschriebenen Steuergerät ab.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung an einem Fahrzeug in Seitenansicht,
- 2 die Sensoreinrichtung in Draufsicht,
- 3 ein Ablaufdiagramm zur Erfassung eines dynamischen Bewegungsmusters und vorausschauenden Ansteuerung eines oder mehrerer Aktuatoren in der Sensoreinrichtung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 und 2 ist eine Sensoreinrichtung 1 dargestellt, die an einem Fahrzeug 2, beispielsweise einem Personenkraftwagen oder einem Nutzfahrzeug angeordnet ist. Mithilfe der Sensoreinrichtung 1 können Fahrzustandsgrößen wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Längs- und Querbeschleunigung und die Gierrate ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, Umfeldgrößen mithilfe der Sensoreinrichtung 1 zu erfassen, beispielsweise in Fahrtrichtung vorausbefindliche Hindernisse oder Drittfahrzeuge, die mittels Radar oder auf optischem Wege mithilfe einer Kamera erfasst werden.
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Die Sensoreinrichtung 1 umfasst eine Trägervorrichtung 3 und eine Sensoreinheit 4, die auf der Trägervorrichtung 3 aufgenommen ist. Die Trägervorrichtung 3 ist unmittelbar an dem Fahrzeug 2 angeordnet, beispielsweise im Frontbereich des Fahrzeugs 2, um in der Ausführung zur Umfelderfassung den vorausliegenden Fahrzeugbereich aufnehmen zu können.
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Die Trägervorrichtung 3 weist verschiedene Bauelemente 3a bis 3e auf, von denen die Bauelemente 3a bis 3d jeweils als Trägerprofil und das Bauelement 3e als eine Trägerplatte ausgeführt sind. Die Trägerprofile 3a bis 3d sind mit einem Ende unmittelbar am Fahrzeug 2 angeordnet und tragen an ihrem gegenüberliegenden Ende die Trägerplatte 3e, welche ihrerseits Träger der Sensoreinheit 4 ist. Drei Trägerprofile 3a, 3b, 3c sind längenveränderlich ausgebildet, wohingegen das vierte Trägerprofil 3d als Festprofil mit konstanter, unveränderlicher Länge ausgeführt ist. Die drei veränderlichen Trägerprofile 3a, 3b, 3c sind entlang der Seitenkanten eines Tetraeders angeordnet, so dass aufgrund dieser räumlichen Anordnung die Position der Trägerplatte 3e und damit auch der Sensoreinheit 4 räumlich eingestellt werden kann. Dies ermöglicht es, je nach aktueller Fahrsituation des Fahrzeugs 2 wie beispielsweise Bergauf- oder Bergabfahrt oder Kurvenfahrt mit einer einhergehenden Wankbewegung des Fahrzeugs um die Längsachse einen Ausgleich in der Weise vorzunehmen, dass die Position der Sensoreinheit 4 bezogen auf ein absolutes Koordinatensystem gleich bleibt. Man kann beispielsweise die Sensoreinheit 4 in jeder Fahrsituation in der Weise ausrichten, dass die Hochachse eines lokalen Koordinatensystems in der Sensoreinheit 4 koaxial zum Gewichtskraftvektor verläuft.
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Die Längenverstellbarkeit der Trägerprofile 3a bis 3c wird mithilfe von Aktuatoren 5a, 5b, 5c bewerkstelligt, die beispielhaft in die Trägerprofile 3a, 3b, 3c integriert sind. Die Aktuatoren 5a, 5b, 5c sind insbesondere unabhängig voneinander ansteuerbar und können entsprechend unabhängig voneinander in der Länge verstellt werden. Bei den Aktuatoren 5a, 5b, 5c handelt es sich beispielsweise um in die jeweiligen Trägerprofile integrierte Hydraulikzylinder, die die Trägerprofile teleskopartig ausfahren oder zusammenziehen. Im Prinzip kommen aber alle Arten von Aktuatoren in Betracht, die pneumatisch, hydraulisch oder in irgendeiner Weise elektrisch ansteuerbar sind, beispielsweise als Elektromotor, als elektromagnetischer Aktuator, als Piezoelement etc. Auf kinematischer Seite kommen ebenfalls verschiedene Ausführungen in Betracht, beispielsweise eine Übertragung mithilfe eines Seilzugsystems, mithilfe von Zahnrädern, mithilfe einer Zahnstange, einer Spindel, eines Kugelgewindetriebs oder dergleichen.
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Die von der Sensoreinheit 4 erfasste Fahrzustandsgröße oder Umgebungsgröße wird einem Steuergerät 6 als Eingangsgröße zugeführt, in welchem die sensorisch erfasste Information verarbeitet wird. Das Steuergerät 6 kann Bestandteil der Sensoreinrichtung 1 sein und ist insbesondere fest mit dem Fahrzeug 2 verbunden. In Betracht kommt auch eine Ausführung des Steuergerätes 6 als ein separates Steuergerät, das einer weiteren Fahrzeugeinheit wie zum Beispiel dem Bremssystem oder dem Lenksystem zugeordnet ist, wobei in diesem Fall das Steuergerät 6 zusätzlich die Funktion der Sensorinformationsverarbeitung und Ansteuerung der Aktuatoren 5 übernimmt. Schließlich ist es auch möglich, dass das Steuergerät 6 extern ausgelagert ist und beispielsweise über eine Cloud die Sensorinformationen auf das Steuergerät 6 übertragen werden.
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Im Steuergerät 6 erfolgt die Verarbeitung der Sensorinformationen der Sensoreinheit 4, woraufhin erforderlichenfalls die Aktuatoren 5 angesteuert werden, um die Position der Sensoreinheit 4 in gewünschter Weise zur Kompensation einer Fahrzeugbewegung auszurichten.
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In 3 ist ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten zur sensorischen Erfassung von Zustands- oder Umgebungsgrößen und zum Ausrichten der Position der Sensoreinheit dargestellt. Zunächst werden in einem ersten Verfahrensschritt V1 über die Sensoreinheit 4 Sensorinformationen aufgenommen. Im nächsten Verfahrensschritt V2 erfolgt eine Auswertung der erfassten Sensorinformationen im Steuergerät 6, wobei mithilfe eines maschinellen Lernsystems, das in dem Steuergerät 6 hinterlegt ist, insbesondere dynamische, Bewegungsmuster in den Sensorinformationen gesucht werden. Derartige Bewegungsmuster ergeben sich beispielsweise bei typischen Fahrsituationen wie zum Beispiel das Durchfahren einer Senke oder Überfahren einer Kuppe oder dem Einfahren in eine Kurve bzw. dem Herausfahren aus einer Kurve, zum Beispiel im Rahmen eines Spurwechsels.
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Falls ein Bewegungsmuster erkannt wird, was im Verfahrensschritt V3 abgefragt wird, kann mit hinreichender Wahrscheinlichkeit auf das Fahrzeugverhalten in unmittelbarer vorausliegender Zukunft geschlossen werden. Zum Beispiel ist es möglich, beim Einfahren in eine Kurve auf den Wankwinkel des Fahrzeugs zu schließen, den das Fahrzeug beim Durchfahren der Kurve mit konstanter Geschwindigkeit einnehmen wird. Dies erlaubt es, vorausschauend einen oder mehrere Aktuatoren 5 zu betätigen, damit bereits im Zeitpunkt des Eintretens eines bestimmten Ereignisses wie zum Beispiel dem Einstellen eines bestimmten Wankwinkels die Position der Sensoreinheit in gewünschter Weise kompensierend eingestellt ist. Auf diese Weise wird ein zeitliches Nachlaufen beim Einstellen der Sensoreinheit vermieden.
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Ergibt die Abfrage im Verfahrensschritt V3, dass in den Sensorinformationen kein Bewegungsmuster erkannt wird, wird der Nein-Verzweigung („N“) folgend wieder zum Beginn des Verfahrens gemäß Verfahrensschritt V1 zurückgekehrt. Ergibt dagegen die Abfrage, dass ein Bewegungsmuster erkannt wird, wird der Ja-Verzweigung („Y“) folgend zum nächsten Verfahrensschritt V4 vorgerückt, in welchem ein oder mehrere Aktuatoren 5 angesteuert werden, um den gewünschten Positionsausgleich der Sensoreinheit 4 durchzuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017105305 A1 [0003]
