DE112009002094T5

DE112009002094T5 - Method for correction of dynamic output signals of inertial sensors having mount

Info

Publication number: DE112009002094T5
Application number: DE112009002094T
Authority: DE
Inventors: Mark Mich. Haller; Pat Mich. Hartman; Gary M. Mich. Kempen
Original assignee: Kelsey Hayes Co
Current assignee: Kelsey Hayes Co
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2011-07-14
Also published as: WO2010027731A2; WO2010027731A3; DE112009002094T8; US20110153156A1; US8639415B2

Abstract

Verfahren zum Korrigieren eines Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals zur Verwendung in einem Fahrzeugsteuerungssystem, mit den Schritten: (a) Bereitstellen eines Axialbeschleunigungsaufnehmers an einer von einem Fahrzeugschwerpunkt verschiedenen ersten Position, wobei die erste Position einen Momentarm von einer Achse eines Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems zum Axialbeschleunigungsaufnehmer definiert, und Bereitstellen mindestens eines Drehratensensors, und ferner Bereitstellen eines Steuermoduls, das mit dem Axialbeschleunigungsaufnehmer und dem Drehratensensor kommuniziert, wobei das Steuermodul ferner dafür betreibbar ist, ein durch den Axialbeschleunigungsaufnehmer erzeugtes Ausgangssignal zu korrigieren; (b) Erfassen einer Beschleunigung an der ersten Position durch den Axialbeschleunigungsaufnehmer und Erzeugen eines der Beschleunigung proportionalen Ausgangssignals; (c) Erfassen einer Änderungsrate einer Drehbewegung um mindestens eine Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems durch den Drehratensensor, wobei der Drehratensensor ein Drehratensensorausgangssignal erzeugt, das der Änderungsrate der Drehbewegs Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignal und das Drehratensensorausgangssignal empfängt, und wobei das Steuermodul auf das Drehratensensorausgangssignal anspricht, um eine Winkelbeschleunigung zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass das...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Korrigieren eines Ausgangssignals eines Trägheitssensors hinsichtlich verschiedener Sensormontagepositionen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Korrigieren von Beschleunigungsaufnehmerausgangssignalen durch andere in einem Fahrzeugstabilitätssteuerungssystem verwendete Fahrzeugsensorausgangssignale.
Zum Ausführen einer Fahrzeugstabilitätssteuerung durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) sind exakte Eingaben eines Fahrzeugträgheitszustands erforderlich. Dies wird durch einen oder mehrere Drehratensensoren zum Erfassen und Messen einer Fahrzeugdrehbewegung um eine Fahrzeugraumachse und einen oder mehrere Quer-, Längs- und Vertikalbeschleunigungsaufnehmer implementiert, die dazu geeignet sind, einen Fahrzeugträgheitszustand in einer entsprechenden Achse zu messen. Die Fahrzeugraumachsen sind diejenigen Achsen, die ihren Ursprung im Fahrzeugschwerpunkt CG haben. Beispielsweise kann ein Wankratensensor zum Messen einer Winkelgeschwindigkeit um eine Längsachse bereitgestellt werden, und es kann entweder ein einzelner Axialbeschleunigungsaufnehmer, z. B. ein Querbeschleunigungsaufnehmer, oder es können mehrere Beschleunigungsaufnehmer, z. B. ein Querbeschleunigungsaufnehmer und ein Längsbeschleunigungsaufnehmer, zum Messen der entsprechenden Axialbeschleunigung bereitgestellt werden. Unabhängig davon, wie viele Beschleunigungsaufnehmer verwendet werden, müssen alle Beschleunigungsaufnehmer in einer bekannten Beziehung zu den drei Raumachsen des Fahrzeugs und den relativen Freiheitsgraden der Drehbewegung um jede Raumachse exakt montiert werden. Die Montagegenauigkeit des Beschleunigungsaufnehmers steht mit der Kollinearität einer Hauptmess- oder -erfassungsachse des Beschleunigungsaufnehmers bezüglich der entsprechenden Fahrzeugraumachse in Beziehung.
Die drei Fahrzeugraumachsen eines Fahrzeugs 10 sind in den 1 und 3 dargestellt, wobei die durch das Bezugszeichen 12 bezeichnete Achse der Fahrzeuglängsachse entspricht, die sich entlang der Länge des Fahrzeugs erstreckt und in die Vorwärtsrichtung der Fahrzeugbewegung weist. Eine durch das Bezugszeichen 14 bezeichnete zweite Raumachse entspricht der Fahrzeugquerachse und erstreckt sich senkrecht zur Längsachse 12. Eine durch das Bezugszeichen 16 bezeichnete dritte Raumachse, die sich senkrecht zu der durch die Längs- und die Querachse 12 und 14 gebildete Ebene erstreckt, entspricht der Vertikalachse des Fahrzeugs. Die drei Fahrzeugraumachsen schneiden sich am Fahrzeugschwerpunkt (CG) 11. Daher würde ein Beschleunigungsaufnehmer zum Messen einer Beschleunigung des Fahrzeugs Idealerweise am Fahrzeugschwerpunkt montiert.
Die drei relativen Drehgeschwindigkeiten sind ebenfalls in 1 dargestellt, wobei der auf der Längsachse 12 zentrierte, durch Bezugzeichen 18 bezeichnete kreisförmige Pfeil der Fahrzeugwankgeschwindigkeit entspricht, während der auf der Querachse 14 zentrierte, durch das Bezugszeichen 20 bezeichnete kreisförmige Pfeil der Fahrzeugnickgeschwindigkeit entspricht. Ähnlicherweise entspricht der auf der Vertikalachse 16 zentrierte, durch das Bezugzeichen 22 bezeichnete kreisförmige Pfeil der Giergeschwindigkeit. Jede dieser Drehgeschwindigkeiten kann durch einen Drehgeschwindigkeits- oder Drehratensensor gemessen werden, dessen Drehachse sich idealerweise parallel zur Fahrzeugraumachse erstrecken würde, um die die Drehgeschwindigkeit auftritt. Daher würde für eine Messung der Wankgeschwindigkeit die Achse des entsprechenden Wankgeschwindigkeitssensors mit der sich in der Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Raumachse 12 ausgerichtet sein.
Idealerweise werden die Drehgeschwindigkeitssensoren und Beschleunigungsaufnehmer jeweils derart montiert, dass ihre Haupterfassungsachsen mit einer entsprechenden der drei Fahrzeugraumachsen ausgerichtet sind. Wenn die Drehgeschwindigkeits- oder Drehratensensoren und Beschleunigungsaufnehmer nicht exakt montiert sind, wird fehlerhafte Information an die ECU übertragen. Ein Verfahren zum Korrigieren von Montageversatzfehlern von Sensoren, deren Sensorachsen im Wesentlichen mit den drei Fahrzeugraumachsen übereinstimmen, ist in der am 28. Februar 2007 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 11/712321 beschrieben, auf deren Offenbarung hierin in ihrer Gesamtheit durch Verweis Bezug genommen wird. Das Verfahren zum Korrigieren von Sensormontagefehlern bezüglich den Fahrzeugraumachsen ist eine Funktion der Winkelfehlausrichtung der Sensorachse bezüglich der entsprechenden Fahrzeughauptachse. Die Sensorausgangssignalkorrektur erfolgt in der Form eines Kalibrierungsfaktors, durch den die entsprechenden Erfassungs- und Fahrzeughaupachsen mathematisch neu ausgerichtet werden.
Aufgrund der breiten Vielfalt hergestellter Fahrzeugplattformarchitekturen ist es jedoch nicht immer praktisch, die Beschleunigungsaufnehmer in einer koinzidenten Ausrichtung zum Fahrzeugschwerpunkt oder sogar zu jeder der drei Fahrzeugraumachsen zu montieren. Stattdessen wird es häufig notwendig sein, eine achsenversetzte Montageposition für einen Beschleunigungsaufnehmer zu wählen, wobei mindestens eine der Fahrzeugraumachsen die Montageposition des Trägheitssensors nicht schneidet. Daher ist es wünschenswert, bezüglich den Sensormontagepositionen innerhalb der Fahrzeugplattform einen höheren Flexibilitätsgrad zu ermöglichen. Neben der Korrektur bezüglich Ungenauigkeiten der Sensormontage wäre es auch wünschenswert, ein Korrekturverfahren zum Korrigieren der Ausgangssignale achsenversetzt montierter Trägheitssensoren bereitzustellen. Es wäre darüber hinaus wünschenswert, Ausgangssignale vorhandener Dreh-, Beschleunigungs- und Winkelgeschwindigkeitssensoren von Subsystemen als Eingangssignale für einen dynamischen Korrekturalgorithmus zu verwenden.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Korrektur von Beschleunigungsaufnehmerausgangssignalen bei einer achsenversetzten Montageposition der Beschleunigungsaufnehmer bezüglich den Raumachsen eines Fahrzeugschwerpunktes. Die Erfindung betrifft ferner ein Beschleunigungsaufnehmerkorrekturverfahren unter Verwendung verschiedenartiger Fahrzeugsensorausgangssignale als Eingangssignale für einen Korrekturalgorithmus. Die korrigierten Beschleunigungsaufnehmerausgangssignale sind zur Verwendung in einem Fahrzeugstabilitätssteuerungssystem geeignet.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Korrigieren eines Beschleunigungsaufnehmerausgangssignals zur Verwendung in einem Fahrzeugsteuerungssystem bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Beschleunigungsaufnehmers an einer von einem Fahrzeugschwerpunkt verschiedenen ersten Position. Die erste Position definiert einen Momentarm von einer Achse eines Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems zur Position des Beschleunigungsaufnehmers. Durch das Verfahren werden ferner mindestens ein Drehratensensor und ein Steuermodul bereitgestellt. Das Steuermodul kommuniziert mit dem Beschleunigungsaufnehmer und dem Drehratensensor, um ein durch den Beschleunigungsaufnehmer erzeugtes Ausgangssignal zu korrigieren.
Der an der ersten Position montierte Beschleunigungsaufnehmer erfasst eine Beschleunigung und erzeugt ein der erfassten Beschleunigung proportionales Ausgangssignal. Der Drehratensensor erfasst eine Änderungsrate einer Drehbewegung im mindestens eine Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems. Der Drehratensensor erzeugt dann ein der Änderungsrate der Drehbewegung proportionales Ausgangssignal.
Das Steuermodul empfängt das Beschleunigungsaufnehmerausgangssignal und das Drehratensensorausgangssignal. Das Steuermodul berechnet eine Winkelbeschleunigung vom Drehratensensorausgangssignal. Das Steuermodul bestimmt dann einen Beschleunigungsaufnehmer-Korrekturfaktor, der dem Momentarm und der Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung proportional ist. Das Steuermodul modifiziert das Beschleunigungsaufnehmerausgangssignal in Antwort auf den Korrekturfaktor.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist außerdem vorgesehen, mehrere Sensoren bereitzustellen, die über das Fahrzeug verteilt an verschiedenen Positionen montiert sind. Die mehreren Sensoren wären in der Lage, verschiedene Fahrzeugkenngrößen zu erfassen und Ausgangssignale zu erzeugen, die den gemessenen Kenngrößen proportional sind. Außerdem würden die Sensoren mit dem Steuermodul kommunizieren. Das Steuermodul würde diese zusätzlichen Sensorausgangssignale empfangen und mindestens eine Winkelbeschleunigung von den mehreren Sensorausgangssignalen bestimmen. Das Steuermodul würde dann einen Trägheitssensorkorrekturfaktor bestimmen. Der Trägheitssensorkorrekturfaktor wäre der von den mehreren Sensorausgangssignalen bestimmten Winkelbeschleunigung proportional.
Verschiedene Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein für die Fahrstabilitätssteuerung definiertes Achsensystem für ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugschwerpunkt und ausgewählten Fahrzeugsensoren und Montagepositionen;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugstabilitätssteuerungssystems mit einem elektronischen Steuermodul mit einem Korrekturalgorithmus, verschiedene Sensorsignaleingängen, und verschiedenen Subsystemen, die auf das elektronische Steuermodul des in 1 dargestellten Fahrzeugs ansprechen;
3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Teil-Querschnittansicht eines unteren Fahrzeugstrukturabschnitts des Fahrzeugs von 1 mit einem Trägheitssensor und einer daran montierten ECU;
4 zeigt Drehgeschwindigkeiten und -beschleunigungen, die einen Axialbeschleunigungsaufnehmer beeinflussen, der bezüglich des Fahrzeugschwerpunkts des in 1 dargestellten Fahrzeugs an einer achsenversetzten Position montiert ist;
4A zeigt eine Endansicht der Axialbeschleunigungsaufnehmer- und Fahrzeugschwerpunktachsen von 4;
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Algorithmus zum Korrigieren eines Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals durch ein Drehratensensorausgangssignal;
6 zeigt eine andere Ausführungsform des in 5 dargestellten Ablaufdiagramms, die ferner einen Schwellenwertvergleich beinhaltet;
7 zeigt eine weitere Ausführungsform des in 6 dargestellten Ablaufdiagramms, die einen Sensormontagekorrekturfaktor beinhaltet;
8 zeigt eine alternative Ausführungsform des in 7 dargestellten Ablaufdiagramms, bei der Sensoreingangssignale von verschiedenen Subsystem-Sensoren verwendet werden; und
9 zeigt eine alternative Ausführungsform des in 8 dargestellten Ablaufdiagramms, in der Sensoreingangssignale von verschiedenen Subsystem-Sensoren verwendet werden;
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Nachstehend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei 1 ein Fahrzeug 10 mit mehreren Sensoren zeigt, die an verschiedenen Montagepositionen im Fahrzeug installiert sind. Die mehreren Sensoren beinhalten mindestens einen Axialbeschleunigungssensor 25 und mindestens einen Drehratensensor 32, der typischerweise als ein Wank-, Nick- oder Gierratensensor 32 bezeichnet wird. Diese Sensoren führen einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 3 erforderliche Eingangssignale für den Betrieb eines Fahrzeugstabilitätssteuerungs(VSC)systems 15 zu, wie in 2 dargestellt ist. Das Fahrzeug 10 kann ferner mehrere Fahrzeugparametersensoren aufweisen, die eine Trägheits- oder Wank-, Nick- und Gierrate nicht direkt messen. Diese Sensoren können beispielsweise ein Drosselklappenstellungssensor 34, ein Radgeschwindigkeitssensor 35, ein Lenkwinkel- oder Lenkwinkelgeschwindigkeitssensor 36 und ein Airbag-Auslösungssensor 38 sein.
2 zeigt eine schematische Darstellung des VSC-Systems 15, das Teil des Fahrzeugs 10 von 1 ist. Das VSC-System 15 weist die elektronische Steuereinheit (ECU) 30, die gemäß einem darin gespeicherten Korrekturalgorithmus arbeitet, und verschiedene damit verbundene Sensoren zum Messen der Fahrzeugdynamikkenngrößen auf. Der Korrekturalgorithmus weist mindestens ein ausführbares Programm zum Korrigieren des Trägheitssensorausgangssignals mit einem Korrekturfaktor auf. Der Korrekturfaktor ist bestimmbar basierend auf Ausgangssignalen des Drehratensensors 32 und dem bekannten Momentarm von der Montageposition des Axialbeschleunigungsaufnehmers zur Fahrzeugraumachse, um die die Drehbewegung gemessen wird. Die Werte des Momentarms können in der ECU 30 in einem nichtflüchtigen Speicher als Eingabewerte für den Korrekturalgorithmus gespeichert sein. Der Korrekturalgorithmus weist ferner eine Folge ausführbarer Schritte innerhalb allgemeinerer Funktionsblöcke auf, wie in den 5–7 schematisch dargestellt ist. Diese Funktionsblöcke werden nachstehend ausführlich beschrieben. Ganz allgemein akzeptiert die ECU 30 Daten von verschiedenen Beschleunigungsaufnehmer- und Drehgeschwindigkeitssensoreingangssignalen. Die erforderlichen Eingangssignale werden dann durch die ECU 30 verarbeitet, um die Beschleunigungsaufnehmerausgangssignale zu korrigieren. Die in den 5–7 dargestellten Funktionsblöcke, die ganz allgemein Kategorien ausführbarer Schritte darstellen, können ferner das Bestimmen des aktivierten oder deaktivierten Zustands des VSC-Systems 15 beinhalten, wie nachstehend beschrieben wird.
Die dem VSC-System 15 oder der ECU 30 zugeordneten Fahrzeugsensoren weisen den Axialbeschleunigungsaufnehmer 25 und mindestens einen Sensor unter einem Wank-, Nick- und Gierratensensor 32 auf, die herkömmlicher Bauart und auf dem Fachgebiet bekannt sind. Obwohl sie im schematischen Diagramm von 2 als einzelner Funktionsblock dargestellt sind, sollen der Wank-, der Nick- und der Gierratensensor 32 als einzelne integrierte Sensoreinheit, separate Sensoreinheiten, die auf separaten Raumachsen, d. h. der Längs-Raumachse 12, der Quer-Raumachse 14 und der Vertikal-Raumachse 16, montiert sind, wie vorstehend beschrieben wurde, oder als eine Kombination aus einer integrierten Einheit und einer separaten Einheit verstanden werden. Für Erläuterungszwecke wird die Erfindung nur unter Bezug auf den Wankratensensor 32 beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass in alternativen Ausführungsformen der Erfindung auch die Verwendung von Eingangssignalen eines Nick- und eines Gierratensensors vorgesehen ist. Außerdem ist der Wankratensensor 32 in 1 lediglich für Erläuterungszwecke an einer willkürlichen Position dargestellt. Für Fachleute ist jedoch klar, dass alle Fahrzeugsensorpositionen gegebenenfalls von den in 1 dargestellten Positionen verschieden sein können. Wo immer dies möglich ist, werden in den einzelnen Figuren die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen ähnlicher Komponenten, Merkmale und Funktionalitäten der Erfindung verwendet.
Das in 2 dargestellte VSC-System kann ferner Eingangssignale von anderen Fahrzeugparametersensoren verwenden, die die Trägheits- oder Wank-, Nick- und Gierrate nicht direkt messen. Diese Sensoren können beispielsweise den Drosselklappenstellungssensor 34, den Radgeschwindigkeitssensor 35, den Lenkwinkel- oder Lenkwinkelgeschwindigkeitssensor 36 und den Airbag-Auslösungssensor 38 aufweisen. Die Sensoren können über eine herkömmliche Verkabelung oder andere festverdrahtete Verbindungen, wie beispielsweise ein CAN (Controller Area Network), mit der ECU 30 kommunizieren. Gegebenenfalls können jedoch bestimmte Sensoren in der ECU 30 integriert sein. Das VSC-System 15 weist ferner Verbindungen zu mindestens einem der Fahrzeugsteuerungs-Subsysteme auf, wie in 2 dargestellt ist.
Das VSC-System 15 ist dazu in der Lage, ein oder mehrere Fahrzeugsteuerungs-Subsysteme zu verändern, um die Bewegung des Fahrzeugschwerpunktes 11 und damit die Fahrzeugdynamikkenngrößen zu modifizieren. Die Sensoren können ferner mit einem Fahrzeugsteuerungs-Subsystem, z. B. mit einem Drossel klappensteuerungssystem 42, einem Antiblockiersystem 44, einem Traktionssteuerungssystem 46 und/oder einem Aufhängungssystem 48, betrieblich verbunden oder daran montiert sein, wie in 2 dargestellt ist. Diese Subsysteme sollen lediglich Fahrzeugsteuerungs-Subsysteme ganz allgemein darstellen und weder im einschränkenden noch im umfassenden Sinne verstanden werden. Außerdem werden durch die auf dem Fachgebiet bekannten funktionellen Antwortsignale dieser Subsysteme die Reaktionskräfte und Fahrzeugreaktionen bereitgestellt, die die verschiedenen Fahrzeugdynamikkenngrößen definieren, die durch das VSC-System 15 verändert werden. Das Drosselklappensteuerungssystem 42, das Antiblockiersystem 44, das Traktionssteuerungssystem 46 und das Aufhängungssystem 48 können jeweils eine separate Subsystem-ECU oder elektrohydraulische Steuereinheit (EHCU) 41, 43, 45 bzw. 47 aufweisen, oder derartige Steuereinheiten können in der Fahrzeug-ECU 30 integriert sein.
Die Fahrzeugsteuerungs-Subsysteme können durch Betätigungseinrichtungen auf Elektronik- oder Hydraulikbasis betätigbar sein. Beispielsweise kann das Drosselklappensteuerungssystem 42 durch einen elektronischen Sensor betätigbar sein, der mit dem Beschleunigungspedal zusammenwirkt, um Geschwindigkeitseinstellungsabsichten eines Fahrers zu übermitteln. Alternativ kann das Drosselklappensteuerungssystem eine hydraulisch betätigte Einrichtung sein, wobei die Geschwindigkeitseinstellungsabsichten des Fahrers in Form einer Verdrängung von Hydraulikfluid oder von Druckänderungen übermittelt werden. Außerdem kann das Traktionssteuerungssystem 46 dafür betreibbar sein, das hydraulische Bremssystem zu aktivieren, um ein Ausgangsmoment zu modulieren. Alternativ kann das Traktionssteuerungssystem Kupplungseinrichtungen aufweisen, die beispielsweise durch magnetorheologische Fluids oder magnetisch aktivierte Reibungsmaterialien magnetisch gekoppelt werden, um das Antriebsstrang-Ausgangsdrehmoment zu modulieren. Diese Systeme können ferner mit Kraftstoffregelungs- oder -einspritzsystemen zusammenwirken, um das Motorausgangsmoment mit dem betriebsfähigen VSC-Subsystem zu koordinieren.
Die Subsystem-ECUs oder EHCUs 41, 43, 45 und 47 können Sensormontagepositionen aufweisen, oder derartige Sensormontagepositionen können gegebenenfalls von den Subsystem-ECUs oder EHCUs getrennt sein. Die Montagepositionen dieser verschiedenen Sensoren können sich innerhalb der ECU oder in einem Teil des Fahrzeugsteuerungs-Subsystems befinden, oder die Sensoren können direkt an der Fahrzeugstruktur montiert sein. Die Fahrzeugsteuerungs-Subsysteme des VSC-Systems 15 können jeweils eine Subsystem-ECU oder EHCU entweder als eine integrale Komponente im Subsystem oder als eine daran montierte separate Struktur aufweisen. Die Subsystem-ECUs oder EHCUs 41, 43, 45 und 47 können alternativ am Fahrzeug montiert sein oder können gegebenenfalls ein integraler Teil der ECU 30 sein.
3 zeigt einen Teil des Fahrzeugfahrgestells, das ein Rahmenelement 13 aufweist, und einen Querschnitt eines Fahrzeugbodenblechs 49. Der Fahrzeugschwerpunkt 11 und die Fahrzeugraumachsen 12, 14 und 16 sind bezüglich einer Mitte 11' eines Axialbeschleunigungsaufnehmers und eines Beschleunigungsaufnehmer-Koordinatensystems dargestellt. Das Beschleunigungsaufnehmer-Koordinatensystem weist eine Längsachse 12', eine Querachse 14' und eine Vertikalachse 16' auf. Jede der Achsen 12', 14' und 16' des Beschleunigungsaufnehmer-Koordinatensystems erstreckt sich parallel zu und entweder versetzt von oder koinzident mit der entsprechenden Fahrzeuglängsachse 12, Fahrzeugquerachse 14 bzw. Fahrzeugvertikalachse 16. Wenn mindestens eine der Beschleunigungsaufnehmerachsen 12', 14' und 16' von mindestens einer der Fahrzeugraumachsen 12, 14 bzw. 16 versetzt ist, ergibt sich ein Achsenversatzzustand und in Verbindung damit ein Signalfehler.
Ein sich durch eine achsenversetzte Montage eines Beschleunigungsaufnehmers ergebender Signalfehler kann als eine Funktion eines Momentarms gekennzeichnet werden, der sich zwischen einer oder mehreren der Fahrzeugraumachsen und einer entsprechenden Erfassungsachse des Beschleunigungsaufnehmers erstreckt. Jeder der in 3 dargestellten Momentarme 19, 21 und 23 stellt ein Versatzmaß des Beschleunigungsaufnehmers 25 bezüglich der jeweiligen Achsen des Fahrzeugschwerpunktes 11 dar. Beispielsweise zeigt 3 einen Beschleunigungsaufnehmer 25, der an einer Position montiert ist, die mit keiner der Fahrzeugraumachsen übereinstimmt. Zum Korrigieren eines Versatzmaßes einer Sensormontagekonfiguration wird mindestens ein zusätzliches Sensoreingangssignal verwendet, z. B. die Messung einer Drehgeschwindigkeit um mindestens eine Fahrzeugraumachse. Hierbei wird die Drehgeschwindigkeit um die Fahrzeugraumachse verwendet, die sich senkrecht sowohl zur Axialbeschleunigungsaufnehmererfassungsachse als auch zum Momentarm erstreckt.
Die Erfassungsachse des Beschleunigungsaufnehmers 25 kann allgemein mit mindestens einer der Beschleunigungsaufnehmer-Koordinatensystemachsen 12', 14' und 16' ausgerichtet sein. Die Erfassungsachse des Beschleunigungsaufnehmers 25 ist in die Richtung der gewünschten Messung ausgerichtet. Wenn die Erfassungsachse beispielsweise parallel zur Fahrzeugquerachse 14 ausgerichtet ist, ist sie im Allgemeinen koinzident mit der Beschleunigungsaufnehmerachse 14', so dass die Querbeschleunigung des Fahrzeugs gemessen werden kann.
Obgleich beschrieben ist, dass die Erfassungsachsen der Beschleunigungsaufnehmer und der Drehratensensoren im Wesentlichen mit den entsprechenden Trägheitssensorachsen 12', 14' und 16' oder den Fahrzeugraumachsen 12, 14, 16 ausgerichtet sind oder sich parallel dazu erstrecken, kann durch eine Korrektur hinsichtlich Fertigungsungenauigkeiten, die den Sensoren zugeordnet sind, und ihrer entsprechenden Sensorachsenmontageausrichtungen am Fahrzeug eine weitere Verfeinerung vorgenommen werden. Die sich aufgrund von Trägheitssensormontageungenauigkeiten ergebenden Signalfehler können durch Anwenden eines statischen Kalibrierungsfaktors zum Neuausrichten der Sensorachse bezüglich der Fahrzeugraumachse, einschließlich jeglicher sich daraus ergebender relativer Achsenversätze, korrigiert werden. Der statische Kalibrierungsfaktor wird durch Testen der Sensoren bezüglich einer Montagestruktur bestimmt und kann ferner das Testen in einem auf dem Fahrzeug montierten Zustand beinhalten, wie in der am 28. Februar 2007 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 11/712321 beschrieben ist. Der Kalibrierungsfaktor kann anschließend auf alle im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Sensorausgangssignale angewendet werden.
Außer dem Axialbeschleunigungsaufnehmer 25 ist der Wankratensensor 32 an einer Position innerhalb des Fahrzeugs 10 montiert, um die Wankrate oder -Geschwindigkeit zu messen, wie durch den kreisförmigen Pfeil 18 um die Fahrzeuglängsachse 12 dargestellt ist. Der Wanksensor 32 ist in der Darstellung zwar auf der Fahrzeuglängsachse 12 montiert, dies ist allerdings nicht erforderlich. Der Wanksensor 32 misst typischerweise die Wankrate oder -geschwindigkeit um die Längsachse 12 und erzeugt ein Ausgangssignal, das der Fahrzeugwankgeschwindigkeit proportional ist, die in Radian pro Sekunde dargestellt wird. Alternativ kann der Wanksensor 32 dafür konfiguriert sein, die Wankbeschleunigung um die Längsachse 12 direkt zu messen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Fahrzeugwankbeschleunigung proportional ist, die in Radian pro Sekundenquadrat dargestellt wird. Außerdem kann die ECU 30 dazu geeignet sein, entweder die ungemessene Geschwindigkeits- oder die ungemessene Beschleunigungskomponente vom Wanksensorausgangssignal durch eine auf dem Fachgebiet bekannte Differentiations- oder Integrationsberechnung zu bestimmen. Alternativ kann der Wanksensor 32 gegebenenfalls dafür strukturiert sein, sowohl Geschwindigkeits- als auch Beschleunigungswerte zu messen. Diese Drehbewegungsmessungen können ferner in Tangential- und Radialkomponenten zerlegt sein, die Funktionen der zugehörigen Beschleunigungen und Kräfte sind, die auf den Trägheitssensor 25 wirken, wie in 4 dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben wurde, weist die in den 2 und 3 dargestellte ECU 30 eine Speicherfähigkeit mit einem nichtflüchtigen Direktzugriffsspeicher(NVRAM)abschnitt auf, der ferner einen Korrekturalgorithmus aufweist. Der Korrekturalgorithmus weist eine Folge ausführbarer Befehle auf, deren Verarbeitungen in den Ablaufdiagrammen der 5–7 schematisch als Funktionsblöcke dargestellt sind. Der Korrekturalgorithmus weist ferner eine Gleichung mit Termen auf, die der Zerlegung der auf den Trägheitssensor 25 wirkenden Kräfte und Beschleunigungen zugeordnet sind. Die Gleichung hat die allgemeine Gestalt: a_corrected = (a_measured) – (ω²R) – (dω/dt)R, wobei die einzelnen Terme in den 4 und 4A als Pfeile dargestellt sind, die die Beschleunigungen anzeigen, die den auf den Beschleunigungsaufnehmer 25 wirkenden jeweiligen Kräfte zugeordnet sind. Der Term ”R” bezeichnet den Momentarm, der den Abstand einer der Beschleunigungsaufnehmerachsen zur entsprechenden Fahrzeugschwerpunkt-Raumachse darstellt. Der Sensormomentarm R erstreckt sich senkrecht zu der Ebene, die durch die Quer- und die Längsachse 12 und 14 gebildet wird.
In den 4 und 4A bezeichnet der Trägheitssensormomentarm R den durch das Bezugszeichen 23 bezeichneten Abstand von der Sensorquerachse 14' zur Fahrzeugschwerpunktachse 14. Der Term ”½ω²R” stellt die durch den kreisförmigen Pfeil 18 um die Fahrzeuglängsachse 12 dargestellte Radial- oder Zentripetalbeschleunigungskomponente 55 der Winkelbeschleunigung dar, die auf den Trägheitssensor 25 bezüglich des Fahrzeugschwerpunktes 11 wirkt. Die Radialbeschleunigung 55 wird von der Drehrate oder Winkelgeschwindigkeit ω bestimmt und wird typischerweise in Radian pro Sekunde dargestellt. Der Term ”(dω/dt)R” oder ”αR” stellt die Tangentialbeschleunigungskomponente 53 der Winkelbeschleunigung dar, die auf den Trägheitssensor 25 bezüglich des Fahrzeugschwerpunktes 11 wirkt. Das Kreuzprodukt aus der Tangential- und der Radialbeschleunigung 53 und 55 ist die auf den Trägheitssensor 25 wirkende gesamte Winkelbeschleunigung 57. Im Ergebnis veranlassen diese Kräfte und Beschleunigungen den Trägheitssensor 25, eine resultierende oder zusammengesetzte Beschleunigung 50 zu messen, d. h. die Vektorsumme aus den verschiedenen Beschleunigungskomponenten. Die Vektorsumme von Kräften oder Beschleunigungskomponenten kann durch die geometrische Beziehung C = (A² + B²)^1/2 erhalten werden, wobei C die Vektorsumme und A und B orthogonal zueinander ausgerichtete Kraft- oder Beschleunigungskomponenten darstellen. Die vorstehende Beziehung kann dazu verwendet werden, den korrigierten Beschleunigungswert 51 folgendermaßen zu bestimmen: (a_measured)² = 50² = (a_corrected + 53)² + 55², wobei durch Umordnen der Terme erhalten wird: (a_corrected + 53)² = 50² – 55², so dass erhalten wird: a_corrected = (50² – 55²)^1/2 – 53, was auch durch ω und R folgendermaßen darstellbar ist: a_corrected = 51 = [50² – (ω²R²)]^1/2 – (dω/dt)R; oder a_corrected = [(a_measured)² – (ω²R²)]^1/2 – (dω/dt)R.
Ein ähnlicher Ansatz kann zum Korrigieren der entlang der y-Achse 14 gemessenen Beschleunigung angewendet werden, ausgehend von der folgenden allgemeinen Gleichung: y''_corrected = y''_accel + (ψ'Θ' – Φ'')z_disp oder sogar: y''_corrected = y''_accel – (Φ'')z_disp wobei:
y''_corrected = Querbeschleunigung am Fahrzeugschwerpunkt, entspricht a_corrected;
y''_accel = Querbeschleunigung an der Position des Beschleunigungsaufnehmers, entspricht a_measured;
z_disp = Vertikalversatz des Schwerpunktes bezüglich der Position des Beschleunigungsaufnehmers, entspricht R;
Φ'' = Wankbeschleunigung, entspricht ω;
Θ' = Nickrate; und
ω' = Gierrate.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Erweiterung und Verbesserung des Steueralgorithmus derart, dass er generalisierte Transformationsgleichungen für die Fahrzeugbewegung enthält. Diese generalisierten Transformationsgleichungen können den Gleichungen ähnlich sein, die durch die National Highway Transportation Safety Administration (NHTSA) in §2.5.1.3 mit dem Titel "Chassis Dynamics" beschrieben und in Final Policy Statement of 49 CFR, Part 575 mit dem Titel "Consumer Information; New Car Assessment Program; Rollover Resistance" enthalten ist, auf deren Inhalt hierin in ihrer Gesamtheit durch Verweis Bezug genommen wird. Die darin beschriebene Achsentransformationsgleichung hat die folgende Gestalt: y''_corrected = y''_accel – (Φ'²)y_disp wobei y''_corrected = Querbeschleunigung am Fahrzeugschwerpunkt, entspricht a_corrected;
y''_accel = Querbeschleunigung an der Position des Beschleunigungsaufnehmers, entspricht a_measured;
y_disp = Querversatz des Schwerpunktes bezüglich der Position des Beschleunigungsaufnehmers, entspricht R; und
Φ' = Wankrate, entspricht ω.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Messwerte von drei Beschleunigungsaufnehmern durch Ausgangssignale von drei Drehsensoren unter Verwendung der vorstehend diskutierten Korrekturen für jeden einzelnen Beschleunigungsaufnehmer zu korrigieren. Die Korrekturen für die einzelnen Beschleunigungsaufnehmer können auch eine Korrektur von Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Drehgeschwindigkeiten 18, 20 und 22 und den Trägheitssensor-Koordinatensystemachsen 12, 14 und 16 beinhalten. Für Gleichungen, die die drei Fahrzeugraumachsen und die drei Drehachsen darstellen, haben die NHTSA-Achsentransformationsgleichungen die folgende Gestalt: x''_corrected = x''_accel – (Θ'² + ψ'²)x_disp + (Θ'Φ' – ψ'')y_disp + (ψ'Φ' – Θ'')z_disp y''_corrected = y''_accel + (Θ'Φ' + ψ'')x_disp + (Θ'² + ψ'²)y_disp + (ψ'Θ' – Φ'')z_disp z''_corrected = z''_accel + (ψ'Φ' – Θ'')x_disp + (ψ'Θ' + Φ'')y_disp – (Φ'² – Θ'²)z_disp wobei
x''_corrected, y''_corrected und z''_corrected = Längs-, Quer- und Vertikalbeschleunigung am Fahrzeugschwerpunkt;
x''_accel, y''_accel und z''_accel = Längs-, Quer- und Vertikalbeschleunigung an der Position des Beschleunigungsaufnehmers;
x_disp, y_disp und z_disp = Längs-, Quer- und Vertikalversatz des Schwerpunktes bezüglich der Position des Beschleunigungsaufnehmers;
Φ' und Φ'' = Wankrate bzw. Wankbeschleunigung;
Θ' und Θ'' = Nickrate bzw. Nickbeschleunigung;
ψ' und ψ'' = Gierrate bzw. Gierbeschleunigung.
Für die vorstehenden, durch die NHTSA definierten Transformationsgleichungen entsprechen die Werte von x_disp, y_disp und z_disp Momentarmen R_a, R_b und R_c des Korrekturalgorithmus.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun unter Bezug auf die in den 5–7 dargestellten Ablaufdiagramme erläutert. 5 zeigt das Basisverfahren, während die 6 und 7 eine Erweiterung von Blöcken zeigen, die eine verbesserte Systemfähigkeit darstellen, und die Funktionsblöcke von 5 beinhalten. Über den Block 60 erfolgt der Einsprung in die in 5 dargestellte Verarbeitung, woraufhin die Verarbeitung zum Funktionsblock 61 fortschreitet, wo ein Fahrzeugsystem, wie beispielsweise die ECU des VSC-Systems 15, aktiviert wird. Die Verarbeitung schreitet dann zu Block 62 fort, wo Messungen durch den (die) Beschleunigungsaufnehmer 25 vorgenommen werden. Hierdurch werden Axialbeschleunigungen entlang der Erfassungsachse gemessen. Die Sensorausgangssignale sind typischerweise Spannungs- oder Stromwerte oder Ladungseinheiten, die der Axialbeschleunigung proportional sind, die in der Einheit Strecke pro Zeit im Quadrat dargestellt wird. Beispielsweise würden typische metrische (SI) Einheiten Metern pro Sekunde im Quadrat entsprechen. Die Verarbeitung schreitet dann zum Funktionsblock 63 fort, wo eine Drehraten- oder Winkelgeschwindigkeitsmessung durch den Drehratensensor 32 vorgenommen wird. Das Drehratensensorausgangssignal kann als Spannungs- oder Stromwert oder Ladungseinheiten bereitgestellt werden und ist der Drehrate oder Drehgeschwindigkeit proportional.
Nachdem die Axialbeschleunigungs- und Drehgeschwindigkeitsdaten durch die ECU 30 empfangen worden sind, berechnet der Korrekturalgorithmus in Funktionsblock 64 den Korrekturfaktor gemäß den vorstehend beschriebenen Gleichungen. Im Verarbeitungsschritt 65 wird der Korrekturfaktor angewendet, um ein korrigiertes Beschleunigungsausgangsignal zu erzeugen. Das korrigierte Beschleunigungsausgangssignal wird durch die ECU 30 im Verarbeitungsschritt 66 verwendet, um eine geeignete VSC-System-Wirkung zu erzeugen, die durch die Subsystem-ECU oder EHCU ausgeführt wird. Die ECU 30 bestimmt in Verarbeitungsschritt 67, ob das System noch immer aktiv ist. Wenn das System noch immer aktiv ist, springt die Verarbeitung zu Schritt 62 zurück, woraufhin die Verarbeitung wiederholt wird. Wenn das System deaktiviert worden ist, verlässt die Verarbeitung das Programm über den Funktionsblock 68.
6 zeigt eine Erweiterung der Verarbeitung von 5, gemäß der das System Winkelbeschleunigungswerte über ein vorgegebenes Zeitintervall vergleicht. Nach der Erzeugung einer geeigneten VSC-System-Wirkung in Funktionsblock 66 wird nach einem vorgegebenen Zeitintervall oder einer vorgegebenen Zeitverzögerung in Funktionsblock 70 eine zweite Drehraten- oder Winkelgeschwindigkeitsmessung vorgenommen. Dann berechnet die ECU 30 in Funktionsblock 71 die Änderungsrate des Drehratensensorausgangssignals. Wenn im Entscheidungsblock 67 bestimmt wird, dass das System noch immer aktiv ist, schreitet die Verarbeitung der ECU 30 zu Entscheidungsblock 72 fort, wo die Änderungsrate der gemessenen Winkeldaten mit einem in der ECU gespeicherten Schwellenwert verglichen wird. Wenn die Änderungsrate kleiner ist als der Schwellenwert, behält das System den aktuellen Korrekturwert, der möglicherweise keinen Korrekturfaktor enthält, als eine gültige Systemantwort bei. Dann schreitet der Algorithmus zu Funktionsblock 70 fort, um die Drehrate oder Winkelgeschwindigkeit erneut zu messen.
Wenn die ECU 30 in Entscheidungsblock 72 bestimmt, dass die Änderungsrate größer oder gleich dem Schwellenwert ist, bereitet sich das System für eine weitere Beschleunigungsmessung vor, und die Verarbeitung schreitet zu Funktionsblock 62 fort, um die Verarbeitungsschritte zu wiederholen. Der Vergleich der Änderungsratenwerte mit dem Schwellenwert verhindert ein Überschwingen oder eine Überkorrektur des Systems für kleine Beschleunigungswerte, auf die die vielen Fahrzeug-Subsysteme nicht ansprechen. Der Sensorschwellenwert kann auf mindestens einem Faktor basieren, wie beispielsweise auf VSC-Systemantwortkenngrößen, Fahrzeug-Subsystem-Betriebsparametern und gegebenenfalls absoluten Beschleunigungswerten. Die Änderungsrate des Sensorausgangssignals kann auf einem zweiten Sensorausgangssignal basieren, das nach einem ausgewählten Zeitintervall nach dem ersten Sensorausgangssignal gemessen wird.
7 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die die in 6 dargestellte Verarbeitung plus die Anwendung eines Sensormontage-Kalibrierungskorrekturfaktors enthält. In Funktionsblock 80 wird ein statischer Sensormontage-Kalibrierungsfaktor auf das Trägheitssensorausgangssignal angewendet, um eine Korrektur für Axialbeschleunigungssensor- und Drehsensorachsenmontagefehler vorzunehmen. In der vorliegenden Erfindung kommt außerdem in Betracht, dass der Funktionsblock 80, in dem der statische Sensormontage-Kalibrierungsfaktor bereitgestellt wird, dem in 5 dargestellten Ablaufdiagramm hinzugefügt wird (nicht dargestellt).
8 zeigt eine noch andere Ausführungsform der Erfindung, wobei die Fähigkeit der in 7 dargestellten Verarbeitung näherungsweise durch Schätzen des Drehraten- oder Winkelgeschwindigkeitsausgangswertes von anderen Onboard-System-Sensoren erhalten wird. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, kann die Drehraten- oder Winkelgeschwindigkeitsinformation basierend auf Eingangsdaten von den anderen Onboard-System-Sensoren, wie beispielsweise von Airbag-Sensoren, Lenkpositionssensoren, Radgeschwindigkeitssensoren, Drosselklappenstellungssensoren, usw. geschätzt werden. Diese Werte können durch einen Teil des Algorithmus verarbeitet werden, der ein Fahrzeugmodell enthält, das einen Winkelgeschwindigkeits-Schätzwert zur Verwendung im Trägheitssensorkorrekturalgorithmus synthetisiert. Die Schritte der Funktionsblöcke 81 und 82 von 8 werden an Stelle einer Anfangsmessung der Winkelgeschwindigkeit ausgeführt, wie in Schritt 63 von 7 dargestellt ist. In Funktionsblock 81 werden Daten von einem anderen Onboard-Sensor gesammelt, während in Funktionsblock 82 das Fahrzeugmodell verwendet wird, um den benötigten Winkelgeschwindigkeitswert zu berechnen. Der Algorithmus schreitet dann wie in 7 dargestellt fort, bis nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung die zweite Messung vorgenommen wird. In Funktionsblock 83 werden die geeigneten Shared-Function-Sensorausgangssignale nach einer Zeitverzögerung gemessen. Der Algorithmus wendet die neuen Sensorwerte in Funktionsblock 84 erneut auf das Fahrzeugsystemmodell an, um eine zweite Winkelgeschwindigkeit zu schätzen. Ähnlich wie bei der Verarbeitung von 7 wird die Änderungsrate der geschätzten Winkelgeschwindigkeiten im Entscheidungsblock 72 mit einem Schwellenwert verglichen. In der vorliegenden Erfindung kommt außerdem in Betracht, in den in den 5 und 6 dargestellten Algorithmen die Ausgangswerte anderer Sensoren zu verwenden, um die Winkelgeschwindigkeit zu bestimmen (nicht dargestellt).
9 zeigt eine andere Ausführungsform, in der die Fähigkeit der Verarbeitung von 7 um die Fähigkeit erweitert ist, im Fall einer Fehlfunktion des Drehratensensors andere Onboard-Sensoren zu nutzen, um den Winkelgeschwindigkeitsausgangswert zu schätzen. Die geschätzten Winkelgeschwindigkeitsausgangswerte werden auf die gleiche Weise erzeugt wie die Ausgangswerte von 8. Daher beinhaltet die Verarbeitung einen Entscheidungsblock 90 zum Bestimmen, ob ein Drehratensensor mit der ECU 30 verbunden ist. Wenn eine derartige Verbindung nicht vorhanden ist, weist der Funktionsblock 81 das System an, die anderen Onboard-Systemsensoren zum Schätzen der Winkelgeschwindigkeit zu verwenden. Dann wendet der Funktionsblock 82 das Fahrzeugsystemmodell zum Schätzen der Winkelgeschwindigkeitsdaten auf die in 8 dargestellte Weise an. Diese geschätzten Daten werden an Stelle der fehlenden Winkelgeschwindigkeits-Istwerte verwendet. Der Algorithmus weist ferner einen zweiten Entscheidungsblock 91 zum erneuten Überprüfen der Drehratensensorverbindung für die zweite, zeitverzögerte Messung auf. Wenn der Drehratensensor noch immer nicht betriebsbereit ist, schreitet der Algorithmus zu Funktionsblock 83 fort, um die Shared-Function-Sensordaten abzurufen. Die zeitverzögerten Daten werden erneut unter Verwendung des gespeicherten Fahrzeugmodells synthetisiert, um eine zweite Winkelgeschwindigkeit zu schätzen. Diese Schätz-Unterroutinen können als eine Failsafe-Alternative für den Fall verwendet werden, dass bei einem Drehratensensor eine Fehlfunktion auftritt bzw. der Drehratensensor funktionsunfähig wird. In der vorliegenden Erfindung kommt außerdem in Betracht, die in 9 dargestellte Failsafe-Verarbeitung in den in den 5 und 6 dargestellten Algorithmen zu verwenden (nicht dargestellt).
Gemäß den Bestimmungen des Patentrechts sind das Prinzip und die Funktions- oder Betriebsweise der vorliegenden Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung auf eine von der spezifisch erläuterten und dargestellten Weise verschiedene Weise realisierbar ist.
Zusammenfassung
Verfahren zum Korrigieren dynamischer Ausgangssignale von Trägheitssensoren mit Montageversatz
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Korrigieren von Messungsausgangssignalen von Trägheitssensoren für Montagepositionen bereitgestellt, die weder mit einem Fahrzeugschwerpunkt übereinstimmen noch orthogonal dazu angeordnet sind. Das Verfahren verwendet ferner Fahrzeug-Winkelgeschwindigkeitsmessungen, -daten oder Schätzwerte zum Bestimmen diskreter Beschleunigungskomponenten des zusammengesetzten Messungsausgangssignals eines Trägheitssensors.
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 Nicht-Patentliteratur

National Highway Transportation Safety Administration (NHTSA) in §2.5.1.3 mit dem Titel ”Chassis Dynamics” beschrieben und in Final Policy Statement of 49 CFR, Part 575 mit dem Titel ”Consumer Information; New Car Assessment Program; Rollover Resistance” [0038]

Claims

Verfahren zum Korrigieren eines Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals zur Verwendung in einem Fahrzeugsteuerungssystem, mit den Schritten: (a) Bereitstellen eines Axialbeschleunigungsaufnehmers an einer von einem Fahrzeugschwerpunkt verschiedenen ersten Position, wobei die erste Position einen Momentarm von einer Achse eines Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems zum Axialbeschleunigungsaufnehmer definiert, und Bereitstellen mindestens eines Drehratensensors, und ferner Bereitstellen eines Steuermoduls, das mit dem Axialbeschleunigungsaufnehmer und dem Drehratensensor kommuniziert, wobei das Steuermodul ferner dafür betreibbar ist, ein durch den Axialbeschleunigungsaufnehmer erzeugtes Ausgangssignal zu korrigieren; (b) Erfassen einer Beschleunigung an der ersten Position durch den Axialbeschleunigungsaufnehmer und Erzeugen eines der Beschleunigung proportionalen Ausgangssignals; (c) Erfassen einer Änderungsrate einer Drehbewegung um mindestens eine Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems durch den Drehratensensor, wobei der Drehratensensor ein Drehratensensorausgangssignal erzeugt, das der Änderungsrate der Drehbewegung proportional ist, wobei (d) das Steuermodul das Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignal und das Drehratensensorausgangssignal empfängt, und wobei das Steuermodul auf das Drehratensensorausgangssignal anspricht, um eine Winkelbeschleunigung zu berechnen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul einen Korrekturfaktor bestimmt, der dem Momentarm und der Winkelbeschleunigung proportional ist, und das Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignal in Antwort auf den Korrekturfaktor korrigiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Momentarm von der ersten Position ausgehend definiert ist und sich senkrecht zu einer Ebene erstreckt, die eine Achse unter der x-, y- und z-Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems enthält, die der Achse der durch den Drehratensensor gemessenen Drehbewegung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul ein Steuermodulausgangssignal erzeugt, das auf das modifizierte Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignal anspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehbewegung in Schritt (c) eine Wank-, eine Gier- oder eine Nick-Drehbewegung um eine entsprechende Achse unter der x-, y- und z-Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems ist, und der Drehratensensor in Schritt (c) die Änderungsrate einer Drehbewegung unter der Gier-, Wank- und Nick-Drehbewegung erfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Steuermodul einen Algorithmus aufweist, wobei der Algorithmus eine Rechenoperation zum Berechnen der Winkelbeschleunigung in Schritt (d) aufweist, und wobei der Algorithmus eine Rechenoperation zum Korrigieren des Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals aufweist, die eine Funktion des Produkts aus der Winkelgeschwindigkeit oder der Winkelbeschleunigung und dem Momentarm ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Ausgangssignalkorrekturfunkton eine Funktion des Produkts aus der Winkelgeschwindigkeit und dem Momentarm und aus der Winkelbeschleunigung und dem Momentarm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Steuermodul einen Algorithmus aufweist, wobei der Algorithmus eine Rechenoperation zum Berechnen der Änderungsrate des Drehratensensorausgangssignals in Schritt (d) als dω/dt aufweist, wobei ω eine Winkelgeschwindigkeit mindestens einer Drehbewegung unter der Gier-, Wank- und Nick-Drehbewegung ist, und wobei der Algorithmus ferner eine Rechenoperation zum Korrigieren des Axialbeschleunigungsausgangssignals mit einem Term (ω²R) und ((dω/dt)R) aufweist, wobei R den Trägheitssensormomentarm bezeichnet, der ausgehend von der ersten Position definiert ist und sich senkrecht zur Ebene erstreckt, die eine Achse unter der x-, y- und z-Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems enthält, die der Achse der durch den Drehratensensor gemessenen Drehbewegung entspricht.
Algorithmus nach Anspruch 7, wobei die Rechenoperation zum Korrigieren des Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals die Form einer Gleichung hat: a_corrected = a_measured – ω²R – (dω/dt)R.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) das Bereitstellen mehrerer Drehratensensoren zum Messen der Änderungsrate mindestens zweier Drehbewegungen unter der Gier-, der Wank- und der Nick-Drehbewegung aufweist, und wobei Schritt (c) das Erfassen mehrerer Drehbewegungen um mindestens zwei entsprechende Achsen unter der x-, der y- und der z-Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Steuermodul einen Algorithmus aufweist, wobei der Algorithmus eine Rechenoperation zum Berechnen der Änderungsrate mehrerer Drehratensensorausgangssignale in Schritt (d) als dω_a/dt und dω_b/dt aufweist, wobei ω_a und ω_b Winkelgeschwindigkeiten zweier Drehbewegungen unter der Gier-, der Wank- und der Nick-Drehbewegung bezeichnen, und wobei der Algorithmus ferner eine Rechenoperation zum Korrigieren des Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals durch die Terme (ω_a ²R_a) und ((dω_a/dt)R_a) und (ω_b ²R_b) und ((dω_b/dt)R_b) aufweist, wobei R_a und R_b die von der ersten Position zu einem Paar orthogonaler Ebenen definierten Momentarme bezeichnen, wobei jede Ebene eine Achse unter der x-, y- und z-Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems aufweist, die der entsprechenden Achse der durch die mehreren Drehratensensoren gemessenen Drehbewegung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) das Bereitstellen mehrerer Drehratensensoren zum Messen der Änderungsrate der Gier-, der Wank- und der Nick-Drehbewegung aufweist, und wobei Schritt (c) das Erfassen mehrerer Drehbewegungen jeder der Wank-, Gier- und Nick-Drehbewegungen um die entsprechende x-, y- und z-Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Steuermodul einen Algorithmus aufweist, wobei der Algorithmus eine Rechenoperation zum Berechnen der Änderungsrate mehrerer Drehratensensorausgangssignale in Schritt (d) als dω_a/dt, dω_b/dt und dω_c/dt aufweist, wobei ω_a, ω_b und ω_c Winkelgeschwindigkeiten der Gier-, der Wank- und der Nick-Drehbewegung bezeichnen, und wobei der Algorithmus ferner eine Rechenoperation zum Korrigieren des Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals durch die Terme (ω_a ²R_a) und ((dω_a/dt)R_a), (ω_b ²R_b) und ((dω_b/dt)R_b) und (ω_c ²R_c) und ((dω_c/dt)R_c) aufweist, wobei R_a, R_b und R_c die von der ersten Position zu jeder von mehreren orthogonalen Ebenen definierten Momentarme bezeichnen, wobei jede Ebene eine Achse unter der x-, y- und z-Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems aufweist, die der entsprechenden Achse der durch die mehreren Drehratensensoren gemessenen Drehbewegung entspricht.
Verfahren zum Korrigieren eines Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals zur Verwendung in einem Fahrzeugsteuerungssystem, mit den Schritten: (a) Bereitstellen eines Axialbeschleunigungsaufnehmers an einer von einem Fahrzeugschwerpunkt verschiedenen ersten Position, wobei die erste Position einen Momentarm von einer Achse eines Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems zum Axialbeschleunigungsaufnehmer definiert, und Bereitstellen mehrerer Drehratensensoren, die an mehreren Positionen montiert sind, und ferner Bereitstellen eines Steuermoduls, das mit dem Axialbeschleunigungsaufnehmer und den mehreren Drehratensensoren kommuniziert, wobei das Steuermodul ferner dafür betreibbar ist, ein durch den Trägheitssensor erzeugtes Ausgangssignal zu korrigieren; (b) Erfassen einer Beschleunigung an der ersten Position durch den Beschleunigungsaufnehmer, wobei der Beschleunigungsaufnehmer ein der Beschleunigung proportionales Ausgangssignal erzeugt; (c) Erfassen mehrerer Fahrzeugkenngrößen durch die mehreren Sensoren und Erzeugen mehrerer Sensorausgangssignale, die jeweils der entsprechenden erfassten Fahrzeugkenngröße proportional sind, wobei (d) das Steuermodul das Beschleunigungsaufnehmerausgangssignal und die mehreren Sensorausgangssignale empfängt, und wobei das Steuermodul dafür betreibbar ist, mindestens eine Winkelbeschleunigung von den mehreren Sensorausgangssignalen zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul einen Korrekturfaktor bestimmt, der dem Produkt aus dem Momentarm des Beschleunigungsaufnehmers und der mindestens einen Winkelbeschleunigung proportional ist; (e) Modifizieren des Beschleunigungsaufnehmerausgangssignals in Antwort auf den Korrekturfaktor; und (f) Erzeugen eines Steuermodulausgangssignals, das auf das modifizierte Beschleunigungsaufnehmerausgangssignal anspricht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mehreren Sensoren ein Radgeschwindigkeitssensor und/oder ein Drosselklappenstellungssensor und ein Lenkwinkelsensor und/oder ein Lenkgeschwindigkeitssensor sind.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Steuermodul einen Algorithmus aufweist, der dafür programmiert ist, eine Winkelgeschwindigkeitsänderungsrate von mehreren Sensorausgangssignalen zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die mehreren Sensoren mindestens drei Sensoren unter einem Radgeschwindigkeitssensor, einem Lenkwinkelsensor, einem Lenkgeschwindigkeitssensor, einem Airbag-Auslösungssensor, einem Aufhängungshöhensensor und einem Drosselklappenstellungssensor aufweisen.
Trägheitsbewegungserfassungssystem zum Erzeugen eines korrigierten Beschleunigungsaufnehmerausgangssignals, wobei das System aufweist: mindestens einen Axialbeschleunigungsaufnehmer, der an einer von einem Fahrzeugschwerpunkt verschiedenen ersten Position montiert ist, wobei die erste Position einen Momentarm von einer Achse eines Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems zum Beschleunigungsaufnehmer definiert, wobei der Beschleunigungsaufnehmer dafür betreibbar ist, eine Beschleunigung an der ersten Position zu erfassen und ein der Beschleunigung proportionales Ausgangssignal zu erzeugen, wobei mindestens einen von mehreren Sensoren, die an mindestens einer von mehreren Positionen montiert sind, wobei der mindestens eine der mehreren Sensoren dafür betreibbar ist, mindestens eine von mehreren Fahrzeugkenngrößen um die Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems zu erfassen, und wobei der mindestens eine der mehreren Sensoren ferner dafür betreibbar ist, mindestens eines von mehreren Sensorausgangssignalen zu erzeugen; und ein Steuermodul, das mit dem mindestens einen Beschleunigungsaufnehmer und dem mindestens einen der mehreren Sensoren kommuniziert; dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul dafür betreibbar ist, mindestens eine Winkelbeschleunigung von den mehreren Sensorausgangssignalen zu bestimmen, das Steuermodul ferner dafür betreibbar ist, einen Korrekturfaktor zu berechnen, und das Steuermodul ferner dafür betreibbar ist, das Beschleunigungsaufnehmerausgangssignal in Antwort auf das Korrektursignal zu modifizieren und ein Steuermodulausgangssignal zu erzeugen, das auf das modifizierte Ausgangssignal anspricht.
System nach Anspruch 17, wobei der mindestens eine der mehreren Sensoren mindestens ein Drehratensensor ist, die mindestens eine unter mehreren Positionen eine zweite Position ist und die mindestens eine Fahrzeugkenngröße eine Änderungsrate einer Drehbewegung ist.
System nach Anspruch 18, wobei der mindestens eine Drehratensensor mehrere Drehratensensoren sind und das Steuermodul einen Algorithmus aufweist, wobei der Algorithmus eine Rechenoperation zum Berechnen der Änderungsrate mindestens eines Drehratensensorausgangssignals als mindestens einen Wert unter dω_a/dt, dω_b/dt und dω_c/dt aufweist, wobei ω_a, ω_b und ω_c Winkelgeschwindigkeiten der Gier-, der Wank- und der Nick-Drehbewegung bezeichnen, und wobei der Algorithmus ferner eine Rechenoperation zum Korrigieren des Beschleunigungsaufnehmerausgangssignals durch mindestens einen der Terme (ω_a ²R_a) und ((dω_b/dt)R_b), (ω_b ²R_b) und ((dω_b/dt)R_b) und (ω_c ²R_c) und ((dω_c/dt)R_c) aufweist, wobei R_a, R_b und R_c die von der ersten Position zu jeder von mehreren orthogonalen Ebenen definierten Momentarme bezeichnen, wobei jede Ebene eine Achse unter der x-, y- und z-Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems aufweist, die der entsprechenden Achse der durch die mehreren Drehratensensoren gemessenen Drehbewegung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der mindestens eine von mehreren Sensoren mehrere Sensoren sind, die mindestens drei Sensoren unter einem Radgeschwindigkeitssensor, einem Lenkwinkelsensor, einem Lenkgeschwindigkeitssensor, einem Airbag-Auslösungssensor, einem Aufhängungshöhensensor und einem Drosselklappenstellungssensor aufweisen, und wobei das Steuermodul einen Algorithmus aufweist, der dafür programmiert ist, eine Winkelgeschwindigkeitsänderungsrate von den Ausgangssignalen der drei ausgewählten Sensoren zu bestimmen.
Fahrzeugsteuerungssystem zum Modifizieren dynamischer Kenngrößen eines Fahrzeugs, mit: einem an einer von einem Fahrzeugschwerpunkt verschiedenen ersten Position montierten Beschleunigungsaufnehmer, wobei die erste Position einen Momentarm von einer Achse eines Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems zum Beschleunigungsaufnehmer definiert, wobei der Beschleunigungsaufnehmer dafür betreibbar ist, eine Beschleunigung an der ersten Position zu messen und ein der Beschleunigung proportionales Ausgangssignal zu erzeugen; mindestens einem an einer zweiten Position montierten Drehratensensor, wobei der mindestens eine Drehratensensor dafür betreibbar ist, eine Änderungsrate einer Drehbewegung um die Achse des Fahrzeugschwerpunkt-Koordinatensystems zu messen, und wobei der Drehratensensor ferner dafür betreibbar ist, ein Drehratensensorausgangssignal zu erzeugen; einem Fahrzeugdynamik-Subsystem mit einem Subsystem-Controller, der mit einem Subsystem-Aktuator kommuniziert, wobei der Subsystem-Aktuator auf den Subsystem-Controller anspricht, um eine Bewegung des Fahrzeugschwerpunktes zu ändern; und einem mit dem Beschleunigungsaufnehmer, dem Drehratensensor und dem Subsystem-Controller kommunizierenden Steuermodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul einen Algorithmus aufweist, wobei der Algorithmus dazu geeignet ist, eine Änderungsrate des Drehratensensorausgangssignals zu berechnen und einen Korrekturfaktor zu berechnen, wobei der Algorithmus ferner dazu geeignet ist, das Beschleunigungsaufnehmerausgangssignal in Antwort auf den Korrekturfaktor zu modifizieren, und wobei das Steuermodul ferner dafür betreibbar ist, ein Steuermodulausgangssignal zu erzeugen, das an den Subsystem-Controller übertragen wird, um den Subsystem-Aktuator betrieblich zu aktivieren.
System nach Anspruch 21, wobei das Fahrzeugdynamik-Subsystem mindestens ein System unter einem Antiblockiersystem, einem Traktionssteuerungssystem, einem Drossel klappensteuerungssystem und einem Aufhängungssteuerungssystem ist, und wobei das Fahrzeugdynamik-Subsystem einen in mindestens einem Abschnitt des Fahrzeugdynamik-Subsystems montierten Subsystem-Controller aufweist.
System nach Anspruch 22, wobei der Subsystem-Controller Teil des Steuermoduls ist.
Algorithmus nach Anspruch 8, wobei die Rechenoperation zum Korrigieren des Axialbeschleunigungsaufnehmerausgangssignals die Gleichung: a_corrected = [(a_measured)² – (ω²R)²]^1/2 – (dω/dt)R aufweist.