DE19914727A1

DE19914727A1 - Vorrichtung zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße

Info

Publication number: DE19914727A1
Application number: DE19914727A
Authority: DE
Inventors: Ian Faye; Klaus-Dieter Leimbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-05
Also published as: JP2000292165A; US6473712B1

Abstract

Die erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße, die die Neigung einer Fahrbahn beschreibt, auf der sich ein Fahrzeug befindet. Hierzu enthält die Vorrichtung einen im Bereich des Fahrzeugs angeordneten Flüssigkeitsbehälter, der eine Flüssigkeit enthält, mindestens einen Drucksensor (5a, 5b, 5c) der im Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist und mit dem eine Druckgröße, die den Flüssigkeitsdruck in dem Flüssigkeitsbehälter beschreibt, ermittelt wird, und eine Auswerteeinheit, mit der der Drucksensor in Verbindung steht. In der Auswerteeinheit wird in Abhängigkeit der Druckgröße die Fahrbahnneigungsgröße ermittelt.

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße.

Aus dem Stand der Technik sind Neigungssensoren an sich mit unterschiedlichem Aufbau und unterschiedlichen Funktionsweisen bekannt. Beispielsweise zeigen die US 4,779,353, die US 5,428,902 oder die DE 40 25 184 A1 Neigungssensoren, die einen Sensorkörper aufweisen, der mit einer Meßflüssigkeit gefüllt ist, deren Flüssigkeitsspiegel sich bei einer Neigung entsprechend ausrichtet. Aus der Lage des Flüssigkeitsspiegels kann dann beispielsweise die Neigung eines Kraftfahrzeuges ermittelt werden. Die Lage des Flüssigkeitsspiegels wird entweder ausgehend von einer Widerstandsänderung oder einer Kapazitätsänderung ermittelt. Sowohl die Widerstandsänderung als auch die Kapazitätsänderung wird durch die Änderung der Lage des Flüssigkeitsspiegels der Meßflüssigkeit und der damit verbundenen unterschiedlichen Befeuchtung von Elektroden, die sich in dem Sensorkörper befinden, hervorgerufen.

Derartige Neigungssensoren haben den Nachteil, daß sie einen komplizierten Aufbau haben, was unter anderem dazu führt, daß sie störungsanfällig sind. Dies kann zu einer erhöhten Ausfallgefahr führen, weswegen sie für einen dauerhaften Einsatz in einem Kraftfahrzeug nicht in Frage kommen.

Ferner sind aus dem Stand der Technik Sensoren bekannt, die nach dem Prinzip arbeiten, daß eine auf den Sensor wirkende Beschleunigung in eine Druckänderung umgesetzt wird, die als Maß für die auf den Sensor wirkende Beschleunigung verwendet wird. So zeigt die US 3,046,793 einen Beschleunigungssensor, der einen zylinderförmigen Sensorkörper aufweist, der mit einer Meßflüssigkeit gefüllt ist. Die Meßflüssigkeit dient zur Dämpfung der bewegten Teile des Beschleunigungssensors und zur Umwandlung einer Beschleunigung in einen Druck. Dieser Druck wird gemessen und aus der Druckänderung wird die Beschleunigung ermittelt. Aus der US 5,291,784 ist ein Beschleunigungssensor bekannt, der einen zylinderförmigen Sensorkörper aufweist, der durch eine Membran in zwei Meßkammern unterteilt ist. Die Meßkammern sind mit einer Meßflüssigkeit gefüllt. Eine Beschleunigung führt zu einer Druckdifferenz zwischen den beiden Meßkammern. Diese Druckdifferenz wird gemessen und daraus die Beschleunigung ermittelt.

Die beiden vorstehend erwähnten Beschleunigungssensoren sind nicht dazu geeignet, die Fahrbahnneigung eines Kraftfahrzeuges zu bestimmen. Sie erfassen einen Druck, der dadurch entsteht, daß auf die Meßflüssigkeit in den Sensoren eine Beschleunigung wirkt. Da sie bewegliche Teile enthalten, sind sie für Störungen anfällig.

Ferner sind aus dem Stand der Technik in Fahrzeugen eingesetzte Füllstandsanzeiger bekannt. So zeigt beispielsweise die EP 0 303 874 A1 eine Vorrichtung zur Ermittlung der Flüssigkeitsmenge in einem Treibstofftank, der in einem Fahrzeug angeordnet ist. Die Vorrichtung umfaßt drei Füllstandssensoren, die in vorbestimmter Position zueinander angeordnet sind. Ausgehend von den Meßwerten der drei Füllstandssensoren wird ein Wert für die Füllmenge des Tanks und ein Wert für die Neigung des Tanks und somit auch des Fahrzeuges berechnet. Bei der Ermittlung der Füllmenge wird die Neigung des Tanks berücksichtigt. Somit ist die ermittelte Füllmenge von der Neigung des Tanks bzw. des Fahrzeuges unabhängig.

Aus der DE 197 04 683 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Neigung eines Behälters relativ zu einem Flüssigkeitspegel in dem Behälter bekannt. Bei einem starren Einbau des Behälters in das Fahrzeug kann somit auch auf die Fahrzeugneigung und die Fahrzeugbeschleunigung geschlossen werden. Gemäß des Ausführungsbeispiels werden zur Ermittlung der Neigung des Behälters bzw. des Fahrzeuges drei Sensoren eingesetzt. Eine Neigung des Behälters führt zu unterschiedlichen Flüssigkeitsständen, folglich geben die Sensoren entsprechend unterschiedliche Spannungen ab. Ausgehend von den unterschiedlichen Spannungen und der bekannten geometrischen Anordnung der Flüssigkeitsstandssensoren wird mit Hilfe einer Auswerteschaltung ein Neigungssignal ermittelt.

Mit den beiden letztgenannten Vorrichtungen läßt sich die Neigung des Flüssigkeitsbehälters und somit auch die des Fahrzeuges ermitteln. Die Ermittlung der Neigung der Fahrbahn, die im folgenden als Fahrbahnneigung oder auch als Hangneigung bezeichnet wird, auf der das Fahrzeug steht oder sich fortbewegt, kann mit keiner der beiden Vorrichtungen ermittelt werden. Und zwar aus folgendem Grund nicht: Soll die Ermittlung der Fahrbahnneigung ausgehend von der Neigung des Flüssigkeitsbehälters erfolgen, so ist dabei die Bewegung des Fahrzeuges zu berücksichtigen. Denn die Neigung des Fahrzeuges setzt sich im wesentlichen aus zwei Anteilen zusammen. Der eine Anteil geht auf die Neigung der Fahrbahn zurück. Der andere Anteil rührt von der Bewegung des Fahrzeuges her, wie sie beispielsweise beim Beschleunigen oder beim Abbremsen (Nickbewegung) bzw. bei einem Lenkmanöver (Wankbewegung) vorliegt. Da bei den beiden zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtungen im Rahmen der Bestimmung der Fahrzeugneigung keine Größen zur Verfügung stehen, die die vorstehend beschriebene Fahrzeugbewegung beschreiben, kann mit Hilfe dieser Vorrichtungen die Fahrbahnneigung nicht ermittelt werden, da die Fahrzeugbewegung aus der Fahrzeugneigung nicht eliminiert werden kann.

Selbst wenn die beiden Vorrichtungen dahingehend modifiziert werden würden, daß mit ihnen die Neigung der Fahrbahn ermittelt werden könnte, haben sie immer noch den Nachteil, daß sie Füllstandsanzeiger verwenden, die bewegliche Teile aufweisen und somit störanfällig sind. Zum anderen benötigen sie ein nicht zu verachtendes Volumen, was somit an der Tankkapazität verloren geht.

Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich für die vorliegende Erfindung folgende Aufgabe: Es ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße zu schaffen, die einen robusten Aufbau aufweist und die zuverlässig, d. h. wenig störanfällig ist. Darüber hinaus sollen die zum Einsatz kommenden Meßmittel nicht viel Einbauvolumen benötigen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. durch die des Anspruchs 14 gelöst.

An dieser Stelle sei festgehalten: Die Neigung des Flüssigkeitsbehälters entspricht bei einem fest mit dem Fahrzeug verbundenen Flüssigkeitsbehälter der Neigung des Fahrzeuges bzw. der Neigung der Flüssigkeit, die im Flüssigkeitsbehälter enthalten ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße, die die Neigung einer Fahrbahn beschreibt, auf der sich ein Fahrzeug befindet, enthält einen im Bereich des Fahrzeugs angeordneten Flüssigkeitsbehälter, der eine Flüssigkeit enthält. Vorteilhafterweise handelt es sich bei diesem Flüssigkeitsbehälter um einen Kraftstoffvorratsbehälter.

Mit Blick auf eine robuste und zuverlässige Ausgestaltung der Vorrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, als Meßmittel Drucksensoren einzusetzen. Vorteilhafterweise ist mindestens ein Drucksensor im Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters angeordnet. Mit diesem Drucksensor wird eine Druckgröße ermittelt, die den Flüssigkeitsdruck in dem Flüssigkeitsbehälter beschreibt. Der Drucksensor steht mit einer Auswerteeinheit in Verbindung. In der Auswerteeinheit wird in Abhängigkeit der Druckgröße die Fahrbahnneigungsgröße ermittelt.

Die Fahrbahnneigungsgröße beschreibt die Fahrbahnneigung längs und/oder quer zur Fahrzeugfahrtrichtung.

Die Auswerteeinheit ermittelt gemäß bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten aus dem Flüssigkeitsdruck den Flüssigkeitsstand in dem Flüssigkeitsbehälter und aus der Änderung des Flüssigkeitsstands die Neigung des Flüssigkeitsbehälters, die gleichzeitig der Neigung des Kraftfahrzeuges entspricht. Aus der Neigung des Kraftfahrzeuges wird dann unter Berücksichtigung der Fahrzeugbewegung die Fahrbahnneigungsgröße bzw. Hangneigung des Fahrbahnuntergrundes ermittelt. Die Hangneigung ist eine wichtige Information zur Erkennung des Kraftfahrzeugzustands und für die Steuerung bestimmter Kraftfahrzeugfunktionen. Die Hangneigungsinformation ist besonders bei der Massenerkennung von Nutzkraftwagen, für die Koppelkraftregelung und für die Fahrdynamikregelung von Bedeutung. Außerdem können Funktionen für die Motorsteuerung (bei Benzin- und Dieselmotoren) mit der Hangneigungsinformation verbessert werden. Die Fahrbahnneigungsgröße beschreibt die Neigung der Fahrbahn, die auch als Hangneigung des Fahrbahnuntergrundes bezeichnet wird.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Fahrbahnneigung in Fahrtrichtung oder quer zur Fahrtrichtung bestimmt werden. In welche Richtung die Fahrbahnneigung bestimmt werden kann, hängt von der Anzahl der Drucksensoren und der Positionierung der Drucksensoren in dem Flüssigkeitsbehälter ab. Grundsätzlich dürfen die Drucksensoren nicht an einer Stelle des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sein, an der sich der Flüssigkeitsstand im Falle einer Fahrbahnneigung nicht ändert.

Durch eine Hangneigung richtet sich der Flüssigkeitsspiegel in dem Flüssigkeitsbehälter entsprechend aus und der Flüssigkeitsdruck an dem Drucksensor ändert sich. Diese Änderung ist ein Maß für die momentane Hangneigung des gesamten Fahrzeuges. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Gradient der zeitlichen Änderung des Flüssigkeitsspiegels aufgrund der Hangneigung größer ist als der Gradient der zeitlichen Änderung des Flüssigkeitsspiegels aufgrund einer momentanen Entnahme von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter durch den Betrieb des Kraftfahrzeugs.

Die Berechnung der Gradienten der zeitlichen Änderung des Flüssigkeitsspiegels erfolgt ebenfalls in der Auswerteeinheit.

Als geeigneter Flüssigkeitsbehälter kommt beispielsweise der Behälter für die Bremsflüssigkeit, der Behälter für das Kühlmittel oder der Behälter für die Scheibenwaschflüssigkeit in Betracht. Wichtig für die Auswahl eines geeigneten Flüssigkeitsbehälters ist, daß die jeweilige Flüssigkeit nicht den gesamten Flüssigkeitsbehälter ausfüllt, so daß sich der Flüssigkeitsspiegel bei geneigtem Fahrbahnuntergrund relativ zu dem Flüssigkeitsbehälter ausrichten kann. Der Flüssigkeitsbehälter weist idealerweise eine symmetrische quaderförmige Behältergeometrie auf, und der Flüssigkeitsspiegel sollte sich ungehindert in dem Flüssigkeitsbehälter entsprechend der Hangneigung ausrichten können. Für eine solche Behältergeometrie werden nachfolgend die mathematischen Beziehungen näher ausgeführt, nach denen in der Auswerteeinheit aus der Änderung des Flüssigkeitsstands die Fahrbahnneigung ermittelt wird. Für andere Behältergeometrien müssen entsprechende individuell zu bestimmende Beziehungen (eventuell auch empirisch) ermittelt werden. Dies gilt auch für Füllstände, bei denen sich der Flüssigkeitsspiegel nicht frei entsprechend der Hangneigung ausrichten kann.

Vorteilhafterweise ist der Flüssigkeitsbehälter als Kraftstoffvorratsbehälter ausgebildet. Der Kraftstofftank ist üblicherweise der größte Flüssigkeitsbehälter in einem Kraftfahrzeug. Aufgrund der Größe des Kraftstofftanks können mehreren Drucksensoren in einem relativ großen Abstand zueinander angeordnet werden. Bei in einem großen Abstand zueinander angeordneten Drucksensoren sind die im Falle einer Fahrzeugneigung gemessenen Druckdifferenzen größer als bei dicht beieinander angeordneten Drucksensoren. Durch die größeren Druckdifferenzen wird die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht.

Vorteilhafterweise sind die Drucksensoren in den Boden des Flüssigkeitsbehälters eingearbeitet. Bei einem Flüssigkeitsbehälter aus Kunststoff können die Drucksensoren bei der Herstellung des Behälters direkt im Kunststoff eingegossen werden. Dadurch wird eine rationelle und preiswerte Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht. Ein weiterer Vorteil von in den Boden des Flüssigkeitsbehälters eingearbeiteten Drucksensoren ist der, daß das Volumen des Behälters durch die Drucksensoren nicht verringert wird.

Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dadurch entscheidend verbessern, daß sie Mittel zur Dämpfung der Schwappbewegung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter aufweist. Diese Mittel zur Dämpfung der Schwappbewegung können unterschiedlich ausgebildet sein. Vorteilhafterweise sind die Mittel zur Dämpfung als eine Auskleidung des Flüssigkeitsbehälters mit porösem Material oder als im Inneren des Flüssigkeitsbehälters angeordnete plattenförmige Elemente ausgebildet. Diese plattenförmigen Elemente können bspw. als Umlenkbleche ausgebildet sein. Sie können im Innenraum des Flüssigkeitsbehälters nahezu beliebig angeordnet sein, sie verlaufen insbesondere parallel zueinander oder senkrecht zueinander.

Erfindungsgemäß wird die Auswertung des Flüssigkeitsdrucksignals fahrsituationsabhängig durchgeführt. Die zusätzliche Bewegung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter während verschiedener Fahrsituationen kann im Vorfeld entweder ausgehend von Fahrversuchen oder durch theoretische Ansätze analysiert werden. Zur Berücksichtigung der Fahrsituation bei der Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße wird hierzu in der Auswerteeinheit wenigstens eine Fahrzeuggröße, die die Fahrzeugbewegung und/oder den Fahrzeugzustand beschreibt, berücksichtigt. Zur Erfassung der Fahrzeuggröße sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung Erfassungsmittel vor. Diese Erfassungsmittel umfassen Mittel zur Erfassung einer die Beschleunigung des Fahrzeuges beschreibenden Größe und/oder einer den Lenkwinkel des Fahrzeuges beschreibenden Größe und/oder von Größen, die die Geschwindigkeiten der einzelnen Räder beschreiben und/oder einer den Zustand der Bremsen des Fahrzeuges beschreibenden Größe und/oder einer den Zustand des Motors beschreibenden Größe.

Die Mittel zur Erfassung einer die Beschleunigung des Fahrzeuges beschreibenden Größe erfassen die Beschleunigung in Fahrtrichtung, d. h. eine Längsbeschleunigung, bzw. quer zur Fahrtrichtung, d. h. Querbeschleunigung aufgrund von Kurvenfahrt oder Schleuderbewegungen des Kraftfahrzeuges. Die Längsbeschleunigung kann beispielsweise anhand des Motordrehmoments (Kraftstoffeinspritzung) oder ausgehend von den Raddrehzahlen, die mit Hilfe von Radgeschwindigkeitssensoren ermittelt werden, bestimmt werden. Die Querbeschleunigung kann beispielsweise mit Hilfe eines Querbeschleunigungssensors erfaßt werden. Die Fahrzeugbeschleunigung wird dann bei der Ermittlung der Hangneigung in der Auswerteeinheit derart berücksichtigt, daß die Neigung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter um den Neigungswert korrigiert wird, der aufgrund der Beschleunigung hervorgerufen wird. Es ist aber auch denkbar, die Ermittlung der Neigung des Kraftfahrzeugs während der Beschleunigungsphasen ganz zu unterbinden.

Alternativ bzw. ergänzend zu der Beschleunigung des Fahrzeuges kann zur Berücksichtigung der Fahrsituation bei der Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße auch der mit Hilfe eines Lenkwinkelsensors ermittelte Lenkwinkel und/oder der Zustand der Bremsen und/oder der Zustand des Motors in der Auswerteeinheit herangezogen werden. Eine Information über den Zustand der Bremsen kann beispielsweise durch eine im Fahrzeug integrierte Bremsschlupfregelung bereitgestellt werden. Entsprechend kann eine Information über den Zustand des Motors durch eine im Fahrzeug integrierte Antriebsschlupfregelung bereitgestellt werden.

Die Mittel zur Erfassung einer Beschleunigung erfassen natürlich auch Verzögerungen des Kraftfahrzeuges. Die Fahrzeugverzögerung kann ebenfalls bei der Ermittlung der Hangneigung berücksichtigt werden. Für die Erfassung der Fahrzeugverzögerung können alternativ die Bremsdrücke ausgewertet werden.

Soll die Fahrbahnneigung nur in Fahrtrichtung ermittelt werden, sollte der Drucksensor idealerweise symmetrisch zur Breite des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sein. Dazu schlägt die Erfindung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vor, daß in dem Flüssigkeitsbehälter ein Drucksensor auf der waagrechten, in Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters in einem Abstand zu der senkrechten Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist. Dadurch werden Meßeinflüsse quer zur Fahrtrichtung aufgrund der Neigung des Fahrzeugs oder der Hangneigung oder aufgrund von Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs minimiert.

Soll die Fahrbahnneigung nur quer zur Fahrtrichtung ermittelt werden, sollte der Drucksensor idealerweise symmetrisch zur Länge des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sein. Dazu schlägt die Erfindung gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung vor, daß in dem Flüssigkeitsbehälter ein Drucksensor auf der waagrechten, quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters in einem Abstand zu der senkrechten Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist. Dadurch werden Meßeinflüsse in Fahrtrichtung aufgrund der Neigung des Fahrzeugs oder der Hangneigung oder aufgrund von Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeuges minimiert.

Bei den oben geschilderten erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit lediglich einem Drucksensor werden zur Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße in der Auswerteeinheit vorteilhafterweise die Werte der mit dem Drucksensor ermittelten Druckgröße, die für aufeinanderfolgende Zeitschritte vorliegen, ausgewertet. Vorteilhafterweise werden hierzu zwei aufeinanderfolgende Zeitschritte betrachtet. Diese Vorgehensweise entspricht einer relativen Messung, da für die Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße die zeitliche Änderung der Druckgröße benötigt wird.

Selbstverständlich ist auch eine Vorrichtung zum Bestimmen der Neigung des Fahrbahnuntergrundes eines Kraftfahrzeuges mit zwei Drucksensoren denkbar, von denen der eine Drucksensor Hangneigungen in Fahrtrichtung und der andere Drucksensor Hangneigungen quer zur Fahrtrichtung ermittelt. Eine Vorrichtung mit zwei Drucksensoren könnte aber auch absolute Werte für die Neigung des Kraftfahrzeugs entweder in Fahrtrichtung oder quer zur Fahrtrichtung liefern.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß in dem Flüssigkeitsbehälter zwei Drucksensoren auf der waagrechten, in Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Mit einer solchen Sensoranordnung läßt sich eine Hangneigung zu jedem beliebigen Zeitpunkt bestimmen. Die Drucksensoren sind symmetrisch zur Breite des Flüssigkeitsbehälters angeordnet. Auf diese Weise können Neigungen nur in Fahrtrichtung ermittelt werden. Meßeinflüsse aufgrund einer Neigung des Kraftfahrzeugs quer zur Fahrtrichtung werden auf ein Minimum reduziert. Anstatt die Drucksensoren auf der waagrechten in Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse anzuordnen, wäre es auch denkbar, die Sensoren zwar symmetrisch zur Breite des Flüssigkeitsbehälters aber in unterschiedlichen Höhen anzuordnen. Vorausgesetzt die Geometrie der Sensoranordnung ist bekannt, kann auch bei einer derartigen Sensoranordnung die Neigung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.

Soll die Hangneigung nur quer zur Fahrtrichtung ermittelt werden, sollte der Drucksensor idealerweise symmetrisch zur Länge des Flüssigkeitsbehälters angeordnet sein. Dazu schlägt die Erfindung gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung vor, daß in dem Flüssigkeitsbehälter zwei Drucksensoren auf der waagrechten, quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise können Neigungen nur quer zur Fahrtrichtung ermittelt werden. Meßeinflüsse aufgrund einer Neigung des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung werden so auf ein Minimum reduziert. Anstatt die Drucksensoren auf der waagrechten quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse anzuordnen, wäre es auch denkbar, die Sensoren zwar symmetrisch zur Länge des Flüssigkeitsbehälters aber in unterschiedlichen Höhen anzuordnen. Vorausgesetzt die Geometrie der Sensoranordnung ist bekannt, kann auch bei einer derartigen Sensoranordnung die Neigung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.

Bei diesen beiden vorstehend beschriebenen Vorgehensweisen werden zur Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße in der Auswerteeinheit die Werte der mit den zwei Drucksensoren ermittelten Druckgrößen ausgewertet. Diese Vorgehensweise entspricht einer absoluten Messung, da für die Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße die absoluten Werte der Druckgröße benötigt werden. In diesem Fall wird die räumliche Änderung des Flüssigkeitsspiegels ausgewertet.

Bei den oben geschilderten erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit zwei Drucksensoren ist der Neigungswinkel der Flüssigkeitsoberfläche unabhängig von der Geometrie des Flüssigkeitsbehälters. Selbstverständlich ist auch eine Vorrichtung zum Bestimmen der Neigung des Fahrbahnuntergrundes eines Kraftfahrzeuges mit vier Drucksensoren denkbar, von denen ein Paar Drucksensoren Neigungen in Fahrtrichtung und das andere Paar Neigungen quer zur Fahrtrichtung ermittelt.

Um die Neigung des Fahrbahnuntergrunds sowohl in Fahrtrichtung als auch quer zur Fahrtrichtung ermitteln zu können, muß die Neigung der Flüssigkeitsoberfläche relativ zu dem Flüssigkeitsbehälter räumlich, d. h. durch drei Meßpunkte, ermittelt werden. Durch drei Meßpunkte kann die Lage einer beliebig im Raum aufgespannten Ebene ermittelt werden. Aus diesem Grund schlägt die Erfindung gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung vor, daß in dem Flüssigkeitsbehälter drei Drucksensoren in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Drucksensoren versetzt zueinander angeordnet.

Vorteilhafterweise wird die Fahrbahnneigungsgröße einer Motorsteuerung und/oder einer Getriebesteuerung und/oder einer Fahrdynamikregelung und/oder eine Massenerkennungseinheit zugeführt. Hierzu sind entsprechende Mittel zum Übertragen der Fahrbahnneigungsgröße an eine Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges oder zum Übertragen an eine Getriebesteuerung zum Übertragen an eine Fahrdynamikregelung oder zum Übertragen an eine Massenerkennungseinheit vorgesehen. Auf diese Weise kann durch die zusätzliche Information der Fahrbahnneigungsgröße die Motorsteuerung, die Fahrdynamikregelung oder die Massenerkennungseinheit entscheidend verbessert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise auch zum Ermitteln der Flüssigkeitsmenge in dem Flüssigkeitsbehälter verwendet werden. In Behältern ohne Füllstandsüberwachung wird dadurch ohne zusätzlichen technischen Aufwand eine Anzeige der Flüssigkeitsmenge in dem Behälter möglich. In Behältern, die bisher schon über Mittel zur Füllstandsüberwachung verfügten, kann diese Funktion durch die erfindungsgemäße Vorrichtung übernommen werden, und auf die bisher notwendigen Mittel kann verzichtet werden.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße bereitzustellen, welches in der erfindungsgemäßen Vorrichtung abläuft.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend werden zwei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform mit drei Drucksensoren. Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zum Bestimmen der Hangneigung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1. Dies soll keine Einschränkung darstellen. Das Blockschaltbild ist in entsprechender Weise auch auf erfindungsgemäße Vorrichtungen mit einem Drucksensor oder mit zwei Drucksensoren anwendbar.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen der Fahrbahnneigung in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die Vorrichtung 1 weist einen im Bereich des Kraftfahrzeuges angeordneten Flüssigkeitsbehälter 2 auf. Der Flüssigkeitsbehälter 2 ist als Kraftstofftank des Kraftfahrzeuges ausgebildet. Der Flüssigkeitsbehälter 2 ist mit einer Flüssigkeit 3, nämlich Kraftstoff, gefüllt. Zur Dämpfung der Schwappbewegung der Flüssigkeit 3 in dem Flüssigkeitsbehälter 2 ist dieser mit porösem Material 4 ausgekleidet. Im Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters 2 sind drei Drucksensoren 5a, 5b, 5c in einem Abstand zueinander angeordnet. Die Drucksensoren 5a, 5b, 5c ermitteln den Flüssigkeitsdruck in dem Flüssigkeitsbehälter 2, der gemäß bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten in Flüssigkeitsstände umgesetzt wird.

Der Spiegel der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter 2 bei ebener Fahrzeugposition ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet. Aus den von den Drucksensoren 5a, 5b, 5c gemessenen Druckwerten wird die Höhe h1', h2' oder h3' des Flüssigkeitsstands über dem jeweiligen Drucksensor 5a, 5b oder 5c ermittelt. Durch eine Neigung des Fahrzeuges wird der Flüssigkeitsspiegel in dem Flüssigkeitsbehälter 2 entsprechend verändert. Diese Änderung ist ein Maß für die momentane Neigung des gesamten Fahrzeuges. Dabei wird vorausgesetzt, daß der Gradient der zeitlichen Änderung des Flüssigkeitsspiegels aufgrund der Hangneigung größer ist als der Gradient der zeitlichen Änderung des Flüssigkeitsspiegels aufgrund einer momentanen Entnahme von Kraftstoff. Der Flüssigkeitsspiegel bei geneigtem Fahrzeug ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet.

Für die Berechnung der räumlichen Lage des Flüssigkeitsspiegels (Nick- und Wankwinkel) sind bei der Ausführungsform aus Fig. 1 von jedem Drucksensor 5a, 5b, 5c ein Meßwert, d. h. insgesamt drei Meßwerte nötig. Mit diesen Meßwerten kann dann der Absolutwert der Neigung des Kraftfahrzeugs in Längs- und in Querrichtung berechnet werden. In Fig. 1 sind bei den Drucksensoren 5a, 5b und 5c auch die Druckgrößen p1', p2' und p3' eingezeichnet, aus denen die Füllstandshöhen h1', h2' und h3' jeweils ermittelt werden.

An dieser Stelle sei folgendes bemerkt: In Fig. 1 sind die Größen h1', h2' und h3' eingezeichnet. Durch die Kennzeichnung mit dem Strich wird zum Ausdruck gebracht, daß es sich um die Füllstandsgrößen handelt, bei denen noch beide Effekte, d. h. der Effekt aufgrund der Fahrbahnneigung und der Effekt aufgrund der Bewegung des Fahrzeuges überlagert sind. Mit Hilfe der Auswertemittels 6 wird aus den Größen h1', h2' und h3' die Fahrzeugbewegung eliminiert und die Größe Δh bereitgestellt, die nur noch den Effekt der Fahrbahnneigung aufweist. Die entsprechende Kennzeichnung wird auch für die Fahrbahnneigungsgröße α und die Neigung des Fahrzeuges α' angewandt. In den Gleichungen (1) und (2) werden die nicht gestrichenen Größen verwendet, da zur Berechnung der Fahrbahnneigungsgröße α die durch die Auswertemittel 6 bereitgestellten und von der Fahrzeugbewegung bereinigten Größen h1, h2, h3 bzw. Δh verwendet werden. Die vorstehend beschriebene Kennzeichnung mit einem Strich gilt auch für die in Fig. 2 enthaltenen Druckgrößen p1', p2' und p3'.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild zum Bestimmen der Fahrbahnneigungsgröße α entweder in Längs- oder in Querrichtung dargestellt. Dieser Vorrichtung liegt die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zugrunde. Dies soll keine Einschränkung darstellen. Die erfindungsgemäße Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße α kann auch mit Hilfe von Anordnungen durchgeführt werden, die einen oder zwei Drucksensoren aufweisen. In diesem Zusammenhang sei auf die beiden unten aufgeführten Gleichungen (1) bzw. (2) verwiesen.

Die Drucksensoren 5a, 5b, 5c liefern durch die Werte p1', p2' und p3' der Druckgrößen kontinuierlich Informationen über den Flüssigkeitsstand bzw. über die Lage des Flüssigkeitsspiegels in dem Kraftstofftank 2. Die Werte p1', p2' und p3' der Druckgrößen werden in dem Auswertemittel mit Hilfe bekannter physikalischer Zusammenhänge in Füllstandshöhen h1', h2' und h3' umgesetzt. Das Auswertemittel 6 erhält gleichzeitig ausgehend von den Erfassungsmitteln 13 und 14 Fahrzeuggrößen, die die Fahrzeugbewegung und/oder den Fahrzeugzustand beschreiben. Durch die in den Erfassungsmitteln 14 enthaltenen Sensoren für die Radgeschwindigkeiten, den Lenkwinkel oder die Querbeschleunigung werden dem Auswertemittel 6 Größen mit Blick auf die Fahrzeugbewegung zugeführt. Ausgehend von den in den Erfassungsmitteln 13 enthaltenen Mitteln, werden dem Auswertemittel 6 Größen zugeführt, die den Fahrzeugzustand beschreiben. Speziell handelt es sich hierbei um Größen, die den Zustand der Bremsen (beispielsweise Ansteuersignale der Bremsmodulatoren oder Bremsdrücke) oder des Motors (beispielsweise Motordrehzahl oder Motormoment) beschreiben. Somit können in dem Auswertemittel 6 Beschleunigungsphasen, Verzögerungsphasen und/oder Kurvenfahrten bei der Ermittlung der Größe Δh berücksichtigt werden. Je nach dem Zustand des Kraftfahrzeugs wird sich auch ohne vorhandene Hangneigung eine Schräglage des Kraftstoffspiegels relativ zu dem Kraftstofftank 2 einstellen. Solche Neigungen des Flüssigkeitsspiegels müssen von dem Auswertemittel 6 herausgefiltert werden.

Der Auswertemittel 6 gibt dann situationsabhängig eine bereinigte Höhenänderung Δh aus, die anschließend zur Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße in einem Ermittlungsmittel 7 verarbeitet wird. Das Auswertemittel 6 und das Ermittlungsmittel 7 sind in einer Auswerteeinheit 8 angeordnet.

Der ermittelte Wert für die Fahrbahnneigungsgröße α kann dann einer Motorsteuerung oder einer Getriebesteuerung oder einer Fahrdynamikregelung 9 zugeführt werden, die die Fahrbahnneigungsgröße α zusammen mit weiteren Informationen, die beispielsweise mit den Erfassungsmitteln 13 bzw. 14 erfaßt werden, verarbeitet. Eine Motorsteuerung bestimmt beispielsweise den Zündzeitpunkt oder die Stellung der Ventilklappen. Eine Getriebesteuerung bestimmt die Wahl der Getriebeübersetzung. Eine Fahrdynamikregelung bestimmt zur Stabilisierung des Fahrzeuges um seine Hochachse wenigstens Bremseneingriffe, die radindividuell durchgeführt werden. Der ermittelte Wert für die Fahrbahnneigungsgröße α kann auch einer Massenerkennung 10 zugeführt werden, die aus dem Wert der Fahrbahnneigungsgröße zusammen mit den Raddrehzahlen, dem Motormoment bzw. der Motordrehzahl (diese Größen werden beispielsweise mit Hilfe der Erfassungsmittel 13 bzw. 14 erfaßt) die Massenverteilung des Kraftfahrzeuges berechnet. Durch die zusätzliche Information der Fahrbahnneigungsgröße α kann die Motorsteuerung oder die Getriebesteuerung oder die Fahrdynamikregelung 9 und die Massenerkennung 10 deutlich vereinfacht und verbessert werden.

Bei Verwendung eines Drucksensors ist der mathematische Zusammenhang zwischen der Höhenänderung Δh und der Fahrbahnneigungsgröße α wie folgt:

mit der Länge l des Flüssigkeitsbehälters, dem Abstand l1 des Drucksensors vom Rand des Flüssigkeitsbehälters, der Füllstandshöhe h1 zum Zeitpunkt t1 und der Füllstandshöhe h2 zum Zeitpunkt t1, wobei gilt t2 < t1.

Bei Verwendung von zwei auf einer waagrecht verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters angeordneten Drucksensoren ist der mathematische Zusammenhang zwischen der Höhenänderung Δh und der Fahrbahnneigungsgröße α wie folgt:

mit dem Abstand l0 zwischen dem ersten und dem zweiten Drucksensor, der Füllstandshöhe h1 an dem ersten Drucksensor und der Füllstandshöhe h2 an dem zweiten Drucksensor.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße kann in leicht abgewandelter Form auch zur Bestimmung der Neigung α' des Fahrzeuges eingesetzt werden. Bei einem Kraftfahrzeug tritt dessen Neigung infolge einer geneigten Fahrbahn und der Bewegung des Fahrzeuges auf. Die Bestimmung der Neigung eines Fortbewegungsmittels ist insbesondere auch mit Blick auf Schiffe oder Flugzeuge interessant.

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung muß zur Bestimmung der Neigung des Fahrzeuges lediglich dergestalt abgeändert werden, daß mit dem Auswertemittel 6 keine Eliminierung der Fahrzeugbewegung durchgeführt wird. Hierzu kann diese Funktion im Auswertemittel 6 unterdrückt werden oder aber das Auswertemittel 6 wird als solches aus der Auswerteeinheit 8 entfernt. Mit anderen Worten: Die mit Hilfe der Drucksensoren ermittelten Werte der Füllstandshöhen werden direkt dem Ermittlungsmittel 7 zugeführt.

Die Vorrichtung zum Bestimmen einer Fahrzeugneigungsgröße, die die Neigung eines Fahrzeugs beschreibt, enthält einen im Bereich des Fahrzeuges angeordneten Flüssigkeitsbehälter, der eine Flüssigkeit enthält. Bei diesem Flüssigkeitsbehälter handelt es sich insbesondere um einen Kraftstoffvorratsbehälter. Im Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters ist mindestens ein Drucksensor angeordnet. Mit Hilfe dieses Drucksensors wird eine Druckgröße ermittelt, die den Flüssigkeitsdruck in dem Flüssigkeitsbehälter beschreibt. Der Drucksensor steht mit einer Auswerteeinheit in Verbindung. In dieser Auswerteeinheit wird in Abhängigkeit der Druckgröße die Fahrzeugneigungsgröße ermittelt.

Abschließend sei bemerkt, daß die in der Beschreibung gewählte Form des Ausführungsbeispiels sowie die in den Figuren gewählte Darstellung keine einschränkende Wirkung auf die erfindungswesentliche Idee darstellen soll.

Claims

1. Vorrichtung (1, 15) zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße (α), die die Neigung einer Fahrbahn beschreibt, auf der sich ein Fahrzeug befindet, insbesondere beschreibt die Fahrbahnneigungsgröße die Fahrbahnneigung längs und/oder quer zur Fahrzeugfahrtrichtung, wobei die Vorrichtung enthält:

- einen im Bereich des Fahrzeugs angeordneten Flüssigkeitsbehälter (2), der eine Flüssigkeit (3) enthält, insbesondere einen Kraftstoffvorratsbehälter,
- mindestens einen Drucksensor (5a, 5b, 5c) der im Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist und mit dem eine Druckgröße (p1', p2', p3'), die den Flüssigkeitsdruck in dem Flüssigkeitsbehälter beschreibt, ermittelt wird, und
- eine Auswerteeinheit (8), mit der der Drucksensor in Verbindung steht,

wobei in der Auswerteeinheit in Abhängigkeit der Druckgröße die Fahrbahnneigungsgröße ermittelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren in den Boden des Flüssigkeitsbehälters eingearbeitet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Dämpfung der Schwappbewegung der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Dämpfung
als eine Auskleidung (4) des Flüssigkeitsbehälters mit porösem Material ausgebildet sind, und/oder
als mehrere im Inneren des Flüssigkeitsbehälters angeordnete plattenförmige Elemente ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Erfassungsmittel (13, 14) zur Erfassung wenigstens einer Fahrzeuggröße, die die Fahrzeugbewegung (14) und/oder
den Fahrzeugzustand (13) beschreibt, vorgesehen sind, und die wenigstens eine Fahrzeuggröße bei der Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße berücksichtigt wird,
insbesondere umfassen die Erfassungsmittel Mittel zur Erfassung
einer die Beschleunigung des Fahrzeuges beschreibenden Größe, und/oder
einer den Lenkwinkel des Fahrzeuges beschreibenden Größe, und/oder
von Größen, die die Geschwindigkeiten der einzelnen Räder beschreiben, und/oder
einer den Zustand der Bremsen des Fahrzeuges beschreibenden Größe, und/oder
einer den Zustand des Motors beschreibenden Größe, umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Flüssigkeitsbehälter ein Drucksensor angeordnet ist, und
daß zur Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße in der Auswerteeinheit die Werte der mit dem Drucksensor ermittelten Druckgröße, die für aufeinanderfolgende Zeitschritte vorliegen, ausgewertet werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drucksensor auf der waagrechten, in Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters in einem Abstand zu der senkrechten Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist, und/oder
der Drucksensor auf der waagrechten, quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters in einem Abstand zu der senkrechten Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Flüssigkeitsbehälter zwei Drucksensoren angeordnet sind, und
daß zur Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße in der Auswerteeinheit die Werte der mit den zwei Drucksensoren ermittelten Druckgrößen ausgewertet werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei Drucksensoren auf der waagrechten, in Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters in einem Abstand l0 zueinander angeordnet sind, und/oder
die zwei Drucksensoren auf der waagrechten, quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Mittelachse des Flüssigkeitsbehälters in einem Abstand l0 zueinander angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Flüssigkeitsbehälter drei Drucksensoren in einem Abstand zueinander angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrbahnneigungsgröße einer Motorsteuerung und/oder einer Getriebesteuerung und/oder einer Fahrdynamikregelung und/oder eine Massenerkennungseinheit zugeführt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße (α) die Druckgröße (p1', p2', p3')zunächst in eine Füllstandshöhe (h1', h2, h3') umgesetzt wird.

13. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Ermitteln der Flüssigkeitsmenge in dem Flüssigkeitsbehälter.

14. Verfahren zum Bestimmen einer Fahrbahnneigungsgröße (α), die die Neigung einer Fahrbahn beschreibt, auf der sich ein Fahrzeug befindet, insbesondere beschreibt die Fahrbahnneigungsgröße die Fahrbahnneigung längs und/oder quer zur Fahrzeugfahrtrichtung,
wobei das Fahrzeug einen in seinem Bereich angeordneten Flüssigkeitsbehälter (2) aufweist, der eine Flüssigkeit (3) enthält, insbesondere handelt es sich um einen Kraftstoffvorratsbehälter, und wobei mindestens ein Drucksensor (5a, 5b, 5c) im Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist bei dem folgende Schritt ablaufen:

- Ermittlung einer Druckgröße (p1', p2', p3'), die den Flüssigkeitsdruck in dem Flüssigkeitsbehälter beschreibt, mit Hilfe des wenigstens einen Drucksensors,
- Ermittlung der Fahrbahnneigungsgröße in Abhängigkeit der Druckgröße.

15. Vorrichtung zum Bestimmen einer Fahrzeugneigungsgröße (α'), die die Neigung eines Fahrzeugs beschreibt, insbesondere tritt die Neigung des Fahrzeuges infolge einer geneigten Fahrbahn auf,
wobei die Vorrichtung enthält:

- einen im Bereich des Fahrzeuges angeordneten Flüssigkeitsbehälter (2), der eine Flüssigkeit (3) enthält, insbesondere einen Kraftstoffvorratsbehälter,
- mindestens einen Drucksensor (5a, 5b, 5c) der im Bereich des Bodens des Flüssigkeitsbehälters angeordnet ist und mit dem eine Druckgröße (p1', p2', p3'), die den Flüssigkeitsdruck in dem Flüssigkeitsbehälter beschreibt, ermittelt wird, und
- eine Auswerteeinheit (8), mit der der Drucksensor in Verbindung steht,

wobei in der Auswerteeinheit in Abhängigkeit der Druckgröße die Fahrzeugneigungsgröße ermittelt wird.