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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung
einer Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges mit zumindest zwei Achsen.
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Eine
präzise
Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges bei geringen
Kosten und bei geringem technischem Aufwand ist nach wie vor nicht
unter allen Fahrbedingungen möglich. Üblicherweise
werden die Drehzahlen von nicht angetriebenen Rädern des Fahrzeuges zur Bestimmung
der Fahrgeschwindigkeit verwendet. Aufgrund des Bremsschlupfes und
bei großen
Schräglaufwinkeln, die
bei Kurvenfahrten auftreten können,
ist diese Vorgehensweise nicht in jeder Fahrsituation präzise genug.
Weiterhin fällt
es bei Fahrten auf unebenen Fahrbahnen oder im freien Gelände sowie
bei allradangetriebenen Fahrzeugen schwer, das oder die am besten
für die
Fahrgeschwindigkeitsbestimmung geeigneten Räder auszuwählen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine präzise Bestimmung
der Fahrgeschwindigkeit insbesondere auf unebener Fahrbahn und im
Gelände
zu ermöglichen.
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Es
wird vorgeschlagen, ein Überfahren
einer Bodenunebenheit mit einem ersten Rad zu detektieren, wobei
das erste Rad einer ersten Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist und
die Bodenunebenheit zu einem ersten Zeitpunkt überfährt. Weiterhin wird das Überfahren
der Bodenunebenheit mit einem zweiten Rad detektiert, wobei das
zweite Rad einer zweiten Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist und die
Bodenunebenheit zu einem zweiten Zeitpunkt überfährt. Aus einem Zeitabstand
zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt und unter Berücksichtigung
einer Entfernung zwischen der ersten und der zweiten Achse wird
die Fahrgeschwindigkeit bestimmt.
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Unter
dem Begriff "Achse" wird nicht nur eine starre
und/oder als einzelnes gegenständlich
vorliegendes Bauteil ausgeführte
Achse verstanden. Vielmehr können
die Räder
einer Achse beispielsweise lediglich über einen Fahrzeugaufbau sowie über zwischen
dem Fahrzeugaufbau und dem jeweiligen Rad angeordneten Stoßdämpfungseinrichtungen und/oder
Federungseinrichtungen miteinander verbunden sein. Weiterhin ist
es auch möglich,
dass zumindest eine der Achsen lediglich ein Rad aufweist. Voraussetzung
ist lediglich, dass die Räder
der zumindest zwei Achsen nacheinander ein und dieselbe Bodenunebenheit überfahren
können.
Beispielsweise überfährt das
linke (oder rechte) Vorderrad eines Personenkraftwagens eine Unebenheit
und danach, abhängig
von der Fahrgeschwindigkeit früher
oder später,
das linke (oder rechte) Hinterrad die Unebenheit.
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Weiterhin
wird folgendes vorgeschlagen: Eine Anordnung zur Bestimmung einer
Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeuges mit zumindest zwei Achsen,
wobei die Anordnung folgendes aufweist:
- – einen
Sensor, der ausgestaltet ist, bei einem Überfahren einer Bodenunebenheit
mit einem ersten Rad ein Signal zu erzeugen, wobei das erste Rad
einer ersten Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist und die Bodenunebenheit
zu einem ersten Zeitpunkt überfährt,
- – einen
Sensor, der ausgestaltet ist, bei einem Überfahren einer Bodenunebenheit
mit einem zweiten Rad ein Signal zu erzeugen, wobei das zweite Rad
einer zweiten Achse des Fahrzeuges zugeordnet ist und die Bodenunebenheit
zu einem zweiten Zeitpunkt überfährt,
- – eine
Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung, die ausgestaltet ist, aus einem
Ausgangssignal des Sensors oder der Sensoren einen Zeitabstand zwischen
dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt zu ermitteln, und
- – eine
Fahrgeschwindigkeit-Bestimmungseinrichtung, die mit der Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung
verbunden ist und ausgestaltet ist, aus dem Zeitabstand und unter
Berücksichtigung einer Entfernung
zwischen der ersten und der zweiten Achse die Fahrgeschwindigkeit
zu bestimmen.
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Das Überfahren
der Bodenunebenheit kann auf unterschiedliche Art detektiert werden,
worauf noch näher
eingegangen wird. Sind der erste und der zweite Zeitpunkt detektiert
worden, kann durch Quotientenbildung der Entfernung zwischen der
ersten und der zweiten Achse und des Zeitabstandes der beiden Zeitpunkte
die Fahrgeschwindigkeit berechnet werden.
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Das
Verfahren kann bei Fahrzeugen mit mehr als zwei Achsen entsprechend
angewendet werden, wobei z. B. jeweils für Paare von zwei Achsen die
Fahrgeschwindigkeit ermittelt wird und anschließend der arithmetische und/oder
ein gewichteter Mittelwert der ermittelten Fahrgeschwindigkeiten gebildet
wird.
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Für die Detektion
des Überfahrens
der Bodenunebenheit können
z. B. ohnehin in dem Fahrzeug vorgesehene Sensoren eingesetzt werden,
die beispielsweise elektronischen Systemen wie ESP (Electronic Stability
Program), Fahrdynamikregelung (FDR), Fahrkomfort/Dämpfungsregelung, Überschlagsvermeidung
und/oder anderen Zwecken dienen. Für das ESP werden beispielsweise
Beschleunigungssensoren und/oder Drehratensensoren (d. h. Sensoren,
die zumindest eine Komponente einer Winkelgeschwindigkeit bei einer
Drehbewegung des Fahrzeuges detektieren können) verwendet.
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Zur
Detektion des Überfahrens
der Bodenunebenheit wird insbesondere einer der folgenden Ansätze oder
eine Kombination der folgenden Ansätze vorgeschlagen:
Zur
Detektion des Überfahrens
der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad und/oder dem zweiten Rad
wird ein Signal eines Höhenstandssensors
ausgewertet. Der Höhenstandssensor
kann z. B. derart an dem Fahrzeugchassis oder an einem Fahrzeugaufbau
angeordnet sein, dass er den Abstand zumindest eines Bezugspunktes
des Rades von dem Fahrzeugaufbau in vertikaler Rich tung (Höhe) detektieren
kann. Insbesondere liefert der Höhenstandssensor
laufend den Stand der Höhe
relativ zu einem Bezugswert der Höhe. Auf diese Weise ist der
Höhenstandssensor dazu
in der Lage, ein Signal auszugeben, das Informationen über eine
kurzfristige Änderung
des Höhenstandes
des Rades auf Grund des Überfahrens einer
Bodenunebenheit enthält.
Höhenstandssensoren
sind bei Straßenkraftfahrzeugen
z. B. als Teil eines Niveauregelsystems zur Einstellung des Höhenstandes
aus der
DE 199 59
658 A1 und aus der
DE 196 40 149 A1 bekannt.
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Beispielsweise
ist die Bodenunebenheit ein Schlagloch oder eine Erhebung des Bodens,
die in Fahrtrichtung eine wesentlich kleinere Abmessung als der
Abstand der beiden Achsen hat. Es können jedoch auch plötzlich auftretende
stufenartige Erhöhungen
oder Absenkungen des Bodens detektiert werden. Die Verwendung des
Höhenstandssensors hat
den Vorteil, dass auch kleinere Stöße auf das Rad, die durch die
Federungseinrichtung und/oder die Dämpfungseinrichtung ausgeglichen
oder gemindert werden, zuverlässig
detektiert werden können. Bereits
aus diesem Grund ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung zumindest ein Höhenstandssensor
an jeder für
die Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit herangezogenen Achse vorgesehen,
wobei zusätzlich
zumindest eine weitere Ausführungsform
der Detektion des Überfahrens
der Bodenunebenheit realisiert ist, beispielsweise die im folgenden
beschriebene Ausführungsform
mit einem Drehratensensor.
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Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zur Detektion des Überfahrens
der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad und/oder dem zweiten Rad
ein Signal eines Drehratensensors ausgewertet. Die Verwendung von
Drehratensensoren ist beispielsweise aus der
DE 102 503 21 A1 bekannt,
wobei jedoch in dieser Druckschrift nicht die Verwendung der Drehratensensoren
zu dem Zweck der Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit offenbart wird.
Die Verwendung eines Drehratensensors hat den Vorteil, dass ein
einziger Sensor ausreicht, um sowohl das Überfahren der Bodenunebenheit
mit dem ersten Rad als auch das Überfahren der
Bodenunebenheit mit dem zweiten Rad zu detektieren. Selbstverständlich kann
jedoch auch mehr als ein Drehratensensor verwendet werden. Wird
nur ein Drehratensensor verwendet, ist dieser vorzugsweise fest
mit einem Fahrzeugaufbau verbunden, der wiederum z. B. über Dämpfungseinrichtungen
und Federungseinrichtungen mit dem ersten Rad und dem zweiten Rad
verbunden ist. Der Drehratensensor ist weiterhin vorzugsweise so
angeordnet, dass er eine Nickrate des Fahrzeuges misst, d.h. eine
Winkelgeschwindigkeit einer Drehbewegung um eine senkrecht zur Längsachse
des Fahrzeuges oder eines Fahrzeugaufbaus in waagerechter Richtung
verlaufende Drehachse. Dabei ist die Drehachse relativ zu dem Fahrzeug
ortsfest. Auf diese Weise kann der Drehratensensor beim Überfahren
der Bodenunebenheit mit einem Vorderrad eine negative Nickrate detektieren
und beim Überfahren
der Bodenunebenheit mit einem Hinterrad eine positive Nickrate detektieren.
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Eine
weitere Möglichkeit,
das Überfahren
der Bodenunebenheit mit dem ersten Rad und/oder mit dem zweiten
Rad zu detektieren, besteht darin, ein Signal eines Beschleunigungssensors
oder Signale mehrerer Beschleunigungssensoren auszuwerten. Beispielsweise
ist ein einziger Beschleunigungssensor zur Detektion einer in vertikaler
Richtung gerichteten Beschleunigung fest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden.
Alternativ oder zusätzlich
ist jeweils zumindest ein Beschleunigungssensor zur Detektion einer
in vertikaler Richtung gerichteten Beschleunigung im Bereich der
Achse des ersten Rades und im Bereich der Achse des zweiten Rades
angeordnet, entweder am Fahrzeugaufbau oder am Chassis. So kann
der Beschleunigungssensor beispielsweise fest mit einem Drehlager
des Rades verbunden sein.
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Die
Auswertung der von dem Sensor oder den Sensoren beim Überfahren
der Bodenunebenheit erzeugten Signale kann auf unterschiedliche Weise
erfolgen. Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, die Signale zunächst zu
filtern, bevor ausgewertet wird, ob die Signale auf das Überfahren
einer Bodenunebenheit hindeuten. Die Filterung, insbesondere durch
ein Bandpassfilter und/oder durch ein Tiefpassfilter, dient der
Eliminierung von Störsignalen
(z. B. durch elektromagnetische Felder) und/oder der Eliminierung
von Rauschen.
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Nach
der optionalen Filterung, die beispielsweise nach einer Digitalisierung
der ursprünglich analogen
Sensorsignale durchgeführt
wird, kann die Auswertung der Signale insbesondere nach folgendem
Verfahren durchgeführt
werden: Wiederholt werden zu einem Auswertungszeitpunkt Signalwerte
des oder der Sensoren über
ein vergangenes Zeitintervall ausgewertet. Dabei werden eine Mehrzahl
von Abtastwerten des Sensorsignals in dem Zeitintervall betrachtet
(z. B. drei oder fünf
Abtastwerte in dem Zeitintervall). Für die betrachteten Abtastwerte
wird geprüft,
ob ein vordefiniertes Kriterium erfüllt ist, bei dessen Erfüllung auf
das Überfahren
einer Bodenunebenheit geschlossen wird.
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Zum
Beispiel bewirkt das Überfahren
der Bodenunebenheit bei einem Höhenstandsensor,
bei einem Drehratensensor und/oder bei einem Beschleunigungssensor
ein kurzzeitiges Ansteigen oder Abfallen des Wertes der Messgröße, danach
nähert
sich ebenfalls binnen kurzer Zeit der Messwert wieder seinem vorigen
Niveau an. In diesem Fall wird der Zeitpunkt festgestellt, zu dem
der Messwert ein lokales Maximum oder Minimum annimmt. Dieser Zeitpunkt entspricht
dem Zeitpunkt des Überfahrens
der Bodenunebenheit. Erfolgt die Auswertung für das Überfahren der Bodenunebenheit
mit dem ersten Rad und mit dem zweiten Rad in der gleichen Weise,
kommt es nicht auf einen jeweils in gleicher Weise auftretenden
Zeitversatz an, der z. B. durch eine verzögerte Auswertung oder durch
eine Verzögerung
der Signalübertragung
auftreten kann.
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Zur
Erkennung des lokalen Maximums oder Minimums wird vorgeschlagen,
das Quadrat der Abweichung der in dem genannten Zeitintervall liegenden
Abtastwerte von deren Mittelwert oder von einem über das Zeitintervall hinausgehenden
längerfristigen Mittelwert
zu bestimmen, und zwar jeweils für
die betrachteten Abtastwerte. Anstelle dieser quadratischen Abweichung
kann auch eine andere Auswertungsgröße betrachtet werden, die Aufschluss über die
Abweichung von einem zeitlichen Mittelwert gibt. Überschreitet
das Maß (insbesondere
das Quadrat der Abweichung vom Mittelwert) einen vorgegebenen Grenzwert,
so wird auf das Vorliegen eines lokalen Maximums oder Minimums zu
dem entsprechenden Zeitpunkt des Abtastwertes geschlossen. Eine weitere
Möglichkeit,
das Überfahren
der Bodenunebenheit festzustellen, ist die Auswertung von zeitlichen
Ableitungen der gefilterten Messsignale. Noch eine weitere Möglichkeit
besteht darin, für
die verschiedenen Messsignale, die durch das Überfahren der Bodenunebenheit
mit dem ersten Rad und mit dem zweiten Rad erzeugt werden, durch
Bestimmung von Korrelationskoeffizienten den Zeitunterschied von
charakteristischen Signalverläufen
festzustellen. Liegen beispielsweise separate Messsignale als Funktionen
der Zeit für
das erste Rad und das zweite Rad vor, können so die Zeitdifferenzen zwischen
den durch das Überfahren
der Bodenunebenheit mit den beiden Rädern erzeugten lokalen Maxima
oder Minima der Messsignale detektiert werden.
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Vorzugsweise
werden dabei durch eine Bandpassfilterung für die Auswertung vorbereitete Messsignale
verwendet, wobei die untere und die obere Grenzfrequenz der Bandpassfilterung
so gewählt
sind, dass die typischerweise bei dem Überfahren von Bodenunebenheiten
erzeugten Frequenzen der Messsignale ausgefiltert werden und für die Auswertung
zur Verfügung
stehen. Dabei ist es insbesondere möglich, durch Vergleich mit
auf andere Weise gewonnenen Fahrgeschwindigkeitsmesswerten eine der
Grenzfrequenzen oder die Grenzfrequenzen für ein bestimmtes Fahrzeug oder
für einen
bestimmten Fahrzeugtyp einzustellen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. mit der erfindungsgemäßen Anordnung
lässt sich insbesondere
zusätzlich
zu ande ren Verfahren und Einrichtungen die Fahrgeschwindigkeit bestimmen und
können
die auf verschiedene Weise gewonnenen Informationen über die
Fahrgeschwindigkeit verwendet werden, um einen resultierenden Wert
eines Gesamtsystems zur Fahrgeschwindigkeitsbestimmung zu bilden.
Beispielsweise werden die Drehzahlen von Rädern des Fahrzeuges ausgewertet
und wird daraus ein Wert für
die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges bestimmt. Dieser als Funktion
der Zeit vorliegende Wert wird wie auch ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
bestimmter Wert der Fahrgeschwindigkeit als Funktion der Zeit einem
adaptiven Kalman-Filter zugeführt,
der unter Berücksichtigung
eines Modells des gesamten Systems zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit
eine resultierende Fahrgeschwindigkeit als Ausgangsgröße zur Verfügung stellt.
Dabei können
auch noch weitere Verfahren zur Fahrgeschwindigkeitsbestimmung angewendet
werden, um zumindest eine weitere Eingangsgröße für das adaptive Kalman-Filter
bereitzustellen.
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Insbesondere
kann die auf die erfindungsgemäße Weise
bestimmte Fahrgeschwindigkeit zur Überprüfung von anderen Systemen zur
Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit und/oder zur Überprüfung von anderen Systemen,
für die
die Fahrgeschwindigkeit als Eingangsgröße benötigt wird, verwendet werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung beispielhaft
näher erläutert. Sie
ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt. Die einzelnen Figuren
der Zeichnung zeigen schematisch:
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1 eine
Fahrsituation eines Straßenkraftfahrzeuges,
wobei ein Vorderrad des Straßenkraftfahrzeuges
eine Bodenunebenheit überfährt,
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2 ein
Ausführungsbeispiel
für eine
Anordnung zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit,
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3 ein
System zur Bestimmung einer Fahrgeschwindigkeit mit verschiedenartigen
Sensoren und einem Kalman-Filter,
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4 eine
Datenverarbeitungseinrichtung zur Berechnung einer Fahrgeschwindigkeit,
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5 ein
Diagramm mit Messsignalen von zwei Höhenstandssensoren als Funktionen
der Zeit und
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6 ein
Diagramm mit Messsignalen eines Drehratensensors als Funktion der
Zeit.
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1 zeigt
ein Straßenkraftfahrzeug 1 mit einem
Fahrzeugaufbau 3. Es weist eine Vorderachse 5 und
eine Hinterachse 7 auf. In der dargestellten Fahrsituation
ist ein Vorderrad 6 der Vorderachse 5 gerade dabei,
eine Bodenunebenheit 4 eines Bodens 2 zu überfahren.
Der Boden 2 ist insbesondere eine Fahrbahn oder unebenes
Gelände.
Unter einem Straßenkraftfahrzeug
wird auch ein geländegängiges Fahrzeug
verstanden. Wie durch einen Pfeil in 1 dargestellt
ist, fährt
das Fahrzeug 1 in der dargestellten Fahrsituation nach
links, sodass nach dem Überfahren
der Bodenunebenheit 4 durch das Vorderrad auch ein Hinterrad 8 der
Hinterachse 7 die Bodenunebenheit 4 überfahren
wird.
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Mit
dem Fahrzeugaufbau 3 sind ein erster Beschleunigungssensor 14,
ein zweiter Beschleunigungssensor 15 und ein Drehratensensor 12 positionsfest
verbunden. Ferner ist im Bereich der Vorderachse 5 ein
erster Höhenstandssensor 10 angeordnet,
der eine Höhe
(z. B. einen Federweg bei Auslenkung einer Federungseinrichtung)
des Vorderrades 6 relativ zu dem Fahrzeugaufbau 3 misst.
Weiterhin ist im Bereich der Hinterachse 7 ein zweiter
Höhenstandssensor 11 angeordnet,
der eine Höhe
des Hinterrades 8 relativ zu dem Fahrzeugaufbau 3 misst.
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Die
Sensoren 10, 11, 12, 14 und 15 müssen nicht
alle in dem selben Fahrzeug oder Fahrzeugtyp verbaut sein. Vielmehr
können
bei einem bestimmten Fahrzeug beispielsweise die beiden Höhenstandssensoren 10, 11 weggelassen
werden und die für eine
Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit erforderlichen Signale allein
aus den Beschleunigungssensoren 14, 15 und/oder
aus dem Drehratensensor 12 gewonnen werden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist eine Kombination des Drehratensensors 12 mit einem
Beschleunigungssensor als gemeinsame bautechnische Einheit in dem
Fahrzeugaufbau 3 positionsfest angeordnet, und zwar in
der Nähe
des Schwerpunktes des Fahrzeuges 1. Dabei ist der Beschleunigungssensor
derart angeordnet, dass er bezüglich
eines Koordinatensystems, in dem der Fahrzeugaufbau 3 ruht,
in vertikaler Richtung gerichtete Beschleunigungen messen kann.
Weiterhin ist der Drehratensensor 12 so angeordnet, dass
er in dem genannten Koordinatensystems eine Nickrate misst, d. h.
eine Winkelgeschwindigkeit einer Drehbewegung um eine senkrecht
zur Längsachse
des Fahrzeugaufbaus 3 in waagerechter Richtung verlaufende
Koordinatenachse.
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In
dem in 1 dargestellten Fall misst der Höhenstandssensor 10 den
Höhenstand
des Vorderrades 6, der erste Beschleunigungssensor 14 eine Beschleunigung
des Fahrzeugaufbaus 3 in vertikaler Richtung im Bereich
der Vorderachse 5, der Höhenstandssensor 11 einen
Höhenstand
des Hinterrades 8 und der Beschleunigungssensor 15 eine
Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus 3 in vertikaler Richtung im
Bereich der Hinterachse 7. An Stelle der beiden Beschleunigungssensoren 14, 15 kann
auch nur ein einziger Beschleunigungssensor zur Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit
verwendet werden, wobei dieser einzige Beschleunigungssensor vorzugsweise im
Bereich des Schwerpunktes des Fahrzeuges oder im Bereich des Schwerpunktes
des Fahrzeugaufbaus angeordnet ist. Da dieser Beschleunigungssensor
positionsfest mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist, misst er sowohl
Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus im Bereich der Vorderachse
als auch im Bereich der Hinterachse, zumindest eine betragsmäßig verringerte
Beschleunigungskomponente. Der Sensor ist derart ausgestaltet und
positioniert, dass er zumindest eine in vertikaler Richtung wirkende
Beschleunigungskomponente detektieren kann.
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2 zeigt
einen ersten Sensor 20, der ausgestaltet ist, beim Überfahren
einer Bodenunebenheit durch ein erstes Rad ein entsprechendes Messsignal
zu erzeugen. Es ist ein zweiter Sensor 21 vorgesehen, der
ausgestaltet ist, beim Überfahren
der Bodenunebenheit durch ein zweites Rad ein entsprechendes Messsignal
zu erzeugen. Der erste Sensor 20 ist beispielsweise der
in 1 dargestellte Höhenstandssensor 10.
Der zweite Sensor 21 ist beispielsweise der in 1 dargestellte
Höhenstandssensor 11.
Der erste Sensor 20 ist über eine Signalleitung mit
einem Analog/Digital-Wandler 22 zur Wandlung der analogen
Ausgangssignale des ersten Sensors in digitale Signale verbunden.
Der Analog/Digital-Wandler 22 ist ausgangsseitig mit einem Filter 24 verbunden.
Ein Ausgang des Filters 24 ist mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 26 verbunden.
Der zweite Sensor 21 ist über eine Signalleitung mit
einem Analog/Digital-Wandler 23 zur Wandlung der analogen
Ausgangssignale des zweiten Sensors in digitale Signale verbunden.
Der Analog/Digital-Wandler 23 ist ausgangsseitig mit einem
Filter 25 verbunden.
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Die
Analog/Digital-Wandler 22, 23, die Filter 24, 25 und
die Datenverarbeitungseinrichtung 26 sind Teil einer Auswertungseinrichtung 29,
die beispielsweise zentral an einem geeigneten Ort in dem Fahrzeug
angeordnet ist. Alternativ ist zumindest einer der Analog/Digital-Wandler
entfernt von der Datenverarbeitungseinrichtung 26 angeordnet
und über einen
Datenbus mit dem Filter und/oder der Datenverarbeitungseinrichtung 26 verbunden.
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Während des
Betriebes der in 2 dargestellten Anordnung werden
kontinuierlich analoge Signale der Sensoren 20, 21 durch
die Analog/Digital-Wandler 22, 23 digitalisiert
(abgetastet), entsprechende Folgen von digitalen Werten zu den Filtern 24, 25 übertragen,
dort gefiltert und die gefilterten Werte der Datenverarbeitungseinrichtung 26 zugeführt. Die
Datenverarbeitungseinrichtung 26 berechnet, wie im Folgenden
anhand von 4 näher erläutert wird, laufend Werte der Fahrgeschwindigkeit des
Fahrzeuges, die an einem Ausgang 30 der Datenverarbeitungseinrichtung 26 zur
Verfügung
stehen.
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Die
Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung von Sensoren mit analogen
Ausgangssignalen beschränkt.
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In 4 sind
funktionale Einheiten der Datenverarbeitungseinrichtung 26 beispielhaft
näher dargestellt.
Eine erste Abweichungsermittlungseinheit 41 ist mit dem
Filter 24 verbunden. Sie dient der Bestimmung der Abweichung
der abgetasteten und gefilterten digitalen Werte von einem zeitlichen
Mittelwert, beispielsweise der Bestimmung des Quadrats der Abweichung
von einem Mittelwert, wie bereits beschrieben. Ausgangsseitig ist
die erste Abweichungsermittlungseinheit 41 mit einer ersten
Vergleichseinheit 43 verbunden zum Vergleichen der ermittelten
Abweichungen mit einem Vergleichswert (z. B. einem vorgegebenen
Grenzwert). Ein Ausgang der ersten Vergleichseinheit 43 ist
mit einer Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 verbunden.
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Eine
zweite Abweichungsermittlungseinheit 42 ist mit dem Filter 25 verbunden
zur Bestimmung der Abweichung der abgetasteten und gefilterten digitalen
Werte von einem zeitlichen Mittelwert. Ausgangsseitig ist die zweite
Abweichungsermittlungseinheit 42 mit einer zweiten Vergleichseinheit 44 verbunden
zum Vergleichen der ermittelten Abweichungen mit einem Vergleichswert
(z. B. einem vorgegebenen Grenzwert). Ein Ausgang der zweiten Vergleichseinheit 44 ist
mit der Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 verbunden.
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Während des
Betriebes der in 4 dargestellten Datenverarbeitungseinrichtung 26 werden die
in den Abweichungsermittlungseinheiten 41, 42 ermittelten
Abweichungen laufend von der zugeordneten Vergleicheinheit 43, 44 mit
dem Vergleichswert verglichen und wird bei Überschreiten des Vergleichswertes
ein Signal an die Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 ausgegeben.
Die Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 ermit telt einen
Zeitabstand zwischen einem von der ersten Vergleichseinheit 43 und
einem von der zweiten Vergleichseinheit 44 empfangenen
Zeitsignal und führt
optional eine Plausibilitätsprüfung durch.
Dabei wird insbesondere geprüft,
ob die empfangenen Zeitsignale auf ein Überfahren der Bodenunebenheit
mit dem richtigen Vorzeichen der Geschwindigkeit hindeuten. Fährt das
Fahrzeug beispielsweise vorwärts
und ist den beiden Zeitsignalen zu entnehmen, dass das Fahrzeug
rückwärts fährt, werden
die Zeitsignale nicht weiter für
die Fahrgeschwindigkeitsbestimmung herangezogen oder anderen Zeitsignalen
zugeordnet. Weiterhin kann eine Überprüfung einer
aus den Zeitsignalen ermittelten Zeitdifferenz hinsichtlich einer
plausiblen Größenordnung
durchgeführt
werden. Legt die Zeitdifferenz unmögliche Geschwindigkeitswerte
nahe, so wird die Auswertung ebenfalls verworfen oder in anderer
Weise durchgeführt.
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Bei
einer alternativen Ausgestaltung der Datenverarbeitungseinrichtung
ist dem Zeitsignal ein zusätzlicher
Wert zugeordnet, der die Größe der in der
Abweichungsermittlungseinheit ermittelten Abweichung beschreibt.
Auf diese Weise können
die von der ersten Vergleichseinheit 43 und die von der zweiten
Vergleichseinheit 44 empfangenen Zeitsignale leichter und
zuverlässiger
einander zugeordnet werden. Dem entspricht der Grundsatz, dass in
der Regel größere Bodenunebenheiten
auch zu größeren Abweichungen
der Messwerte der Sensoren von ihrem Mittelwert führen.
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Der
in der Zeitabstand-Ermittlungseinrichtung 45 ermittelte
Zeitabstand, oder ein Mittelwert einer Mehrzahl von ermittelten
Zeitabständen,
wird einer Geschwindigkeits-Bestimmungseinrichtung 47 zugeführt. Die
Einrichtung 47 bestimmt durch Quotientenbildung die Fahrgeschwindigkeit,
insbesondere unter Verwendung eines in einem Speicher 49 abgelegten
Wertes für
den Abstand der beiden Achsen (Achsstand).
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Bei
der in 3 dargestellten Anordnung ist ein einziger Drehratensensor 31 zur
Messung einer Nickrate des Fahrzeuges vorgesehen, bei dem es sich
z. B. um den Drehratensensor 12 gemäß 1 handeln
kann. Die Messsignale des Drehratensensors 31 werden einer
Auswertungseinrichtung 34 zugeführt, die beispielsweise entsprechend
der in 2 dargestellten Auswertungseinrichtung 29 einen
Analog/Digital-Wandler, ein nachfolgendes Filter und eine Datenverarbeitungseinrichtung
aufweist. Die Datenverarbeitungseinrichtung funktioniert insbesondere
so wie die in 4 gezeigte Datenverarbeitungseinrichtung,
ist jedoch nur zur Verarbeitung der Signale eines Sensors ausgebildet.
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An
einem Ausgang der Auswertungseinrichtung 34 steht kontinuierlich
ein aus dem Messsignal des Drehratensensors 31 ermittelter
Fahrgeschwindigkeitswert zur Verfügung. Dieser Fahrgeschwindigkeitswert
wird einem adaptiven Kalman-Filter 37 zugeführt. Weiterhin
werden dem adaptiven Kalman-Filter 37 Messwerte der Fahrgeschwindigkeit zugeführt, die
auf andere Weise ermittelt werden. Insbesondere wird ein weiterer
Fahrgeschwindigkeitswert laufend von einer Einrichtung 33 ermittelt, die
zumindest die Drehzahl eines Rades des Fahrzeuges auswertet. Alternativ
ermittelt die Einrichtung 33 Fahrgeschwindigkeitswerte
aus den in 1 gezeigten Höhenstandssensoren.
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Die
in 3 dargestellte Einrichtung 35 liefert
ebenfalls einen Eingangswert des Kalman-Filters 37, wobei
der Eingangswert insbesondere aus zumindest einem in dem Fahrzeugaufbau
verbauten Beschleunigungssensor gewonnen wird. Das Kalman-Filter 37 ermittelt
aus den Eingangswerten unter Verwendung eines entsprechenden Modells
des Fahrzeugbetriebes laufend die Fahrgeschwindigkeit. Der Ausgang
des Kalman-Filters 37 kann beispielsweise mit einer Geschwindigkeitsanzeige
(Tachometer) oder mit einer elektronischen Steuerungseinheit verbunden
sein, die die Fahrgeschwindigkeit als Eingangsgröße benötigt.
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5 zeigt
ein Beispiel für
Messsignale der in 1 dargestellten Höhenstandssensoren 10, 11. Die
breitere der beiden in dem Diagramm dargestellten Linien entspricht
dem Höhenstandssensor 10, der
der Vorderachse 5 zugeordnet ist. Die dünnere Linie entspricht dem
Höhenstandssensor 11 der
Hinterachse 7. Aufgetragen sind in dem Diagramm die Höhensstandswerte
H als Funktionen der Zeit t. Etwa in der Mitte des dargestellten
Zeitbereichs erkennt man sowohl bei der dickeren Linie als auch
bei der dünneren
Linie jeweils zwei dicht aufeinander folgende Spitzen, die lokalen
Maximalwerten des Höhenstandes
entsprechen. Diese Doppelspitzen können mit Hilfe eines Mustererkennungsalgorithmus
als gemeinsame Muster der verschiedenen Signale erkannt werden und
es kann der Zeitabstand zwischen dem Auftreten der Doppelspitze
in den beiden Signalen ermittelt werden. Dies ist durch eine kurze
waagerechte Linie mit der Überschrift Δt angedeutet.
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In 6 ist
die Drehrate eines in dem Fahrzeugaufbau verbauten Drehratensensors
als Funktion der Zeit dargestellt. Bei dem Drehratensensor handelt
es sich z. B. um den in 1 dargestellten Drehratensensor 12.
Man erkennt ein ausgeprägtes Maximum
des dargestellten Drehratensignals ω als Funktion der Zeit t, gefolgt
von einem ausgeprägten Minimum.
Das Maximum entspricht einer positiven Nickrate des Fahrzeugaufbaus,
die beispielsweise dann auftritt, wenn das Vorderrad oder die Vorderräder eine
Bodenvertiefung durchfahren. Das Minimum beruht darauf, dass kurze
Zeit später
auch die Hinterräder
bzw. das Hinterrad die Bodenvertiefung durchfahren bzw. durchfährt. Aus
dem Zeitabstand des Maximums und des Minimums (wie in 6 durch eine
kurze horizontale Linie mit der Überschrift Δt dargestellt)
kann wiederum die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges ermittelt werden.