DE4133238A1 - System zur erlangung eines die fahrbahnoberflaeche repraesentierenden signals - Google Patents
System zur erlangung eines die fahrbahnoberflaeche repraesentierenden signalsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Erlangung eines die Fahrbahn
oberfläche repräsentierenden Signals, insbesondere zur Verwendung
bei fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssystemen
bei Personen- und Nutzkraftwagen, nach der Gattung des Hauptan
spruchs.
Es ist bekannt, zur Optimierung der fahrdynamischen Eigenschaften
eines Kraftfahrzeugs fahrdynamische Regel-, Steuer- und/oder Über
wachungssysteme einzusetzen. Diese fahrdynamischen Regel-, Steu
er- und/oder Überwachungssysteme können in zwei Gruppen eingeordnet
werden, die vertikaldynamischen und die horizontaldynamischen Fahr
zeugregelsysteme.
Unter vertikaldynamischen Fahrzeugregelsystemen lassen sich die
Fahrwerkregelungssysteme zusammenfassen. Bei diesen Fahrwerkrege
lungssystemen können beispielsweise Veränderungen der Dämpfungspara
meter für Skyhookdämpfung, passive Dämpfung und/oder frequenzselek
tiver Dämpfung eines semiaktiven oder teilaktiven Fahrwerkregelungs
systems derart getätigt werden, daß ein hinsichtlich Komfort und
Fahrsicherheit für den jeweiligen Fahrbahntyp möglichst günstiges
Fahrzeugverhalten erzielt wird. Solche Fahrwerkregelungssysteme sind
beispielsweise aus der WO 90/14 240 (PCT/DE 90/00 343), aus der
DE-OS 37 38 284 und aus der DE-Patentanmeldung P 39 18 735.7 bekannt.
Horizontaldynamische Fahrzeugregelsysteme können unterteilt werden
in Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung, Systeme zur Lenkungsrege
lung, insbesondere zur Hinterachslenkung, Systeme zur Blockierver
hinderung beim Bremsen (ABS) und Systeme zur Antriebsschlupfregelung
(ASR). Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung überwachen die Fahr
zeugstabilität bei Fahrmanövern, beispielsweise bei Ausweichmanövern
und Annäherung an den Fahrzeuggrenzbereich. In diesen, im allge
meinen für die Fahrsicherheit kristischen Fahrsituationen, wird der
Fahrer gewarnt oder sogar in das Antriebssystem eingegriffen. Bei
den Systemen zur Lenkungsregelung, insbesondere bei Lenksystemen bei
denen neben der Vorderachse auch die Hinterachse lenkbar ausgelegt
ist, wird die Fahrzeugstabilität, beispielsweise bei Ausweichmanö
vern, durch gezielte Lenkeingriffe im Sinne einer Steuerung oder
Regelung erhöht.
Insbesondere im Zusammenhang mit den oben erwähnten horizontaldyna
mischen Fahrzeugregelsystemen sind die von den Reifen übertragenen
Längs- und Seitenkräfte von großer Bedeutung. Bei "schlechter" Fahr
bahnqualität, das heißt beispielsweise bei hohen Unebenheitsamplitu
den im Bereich der vertikaldynamischen Radeigenfrequenzen, vermin
dern die damit einhergehenden dynamischen Radlastvariationen die
übertragbaren Längs- und Seitenkräfte des Rades. Als Radlastvari
ation bzw. Radlastschwankung bezeichnet man die Abweichung der Rad
last (Normalkraft zwischen Reifen und Fahrbahn) von ihrem statischen
Wert.
In dem Aufsatz von W. Klinkner ("adaptives Dämpfungs-System ADS zur
fahrbahn- und fahrzustandsabhängigen Steuerung von Dämpfern einer
Fahrzeugfederung", VDI Bericht Nr. 778, Düsseldorf, 1989) werden bei
einem vertikaldynamischen Fahrzeugregelsystem Dämpfereinstellungen
eines adaptiven Fahrwerks in Abhängigkeit von statischen Kenngrößen,
welche den Charakter der Fahrbahn beschreiben, angepaßt. Hierzu wer
den die Signale eines Aufbau- und eines Radbeschleunigungssensors
verwendet. In dem Aufsatz wird eine frequenzmäßig getrennte Aufbe
reitung der erfaßten Fahrbahnunebenheiten in verschiedenen Frequenz
bereichen vorgeschlagen, wofür mehrere parallelgeschaltete Filter
eingesetzt werden. Nachteilig an einem solchen System ist der hohe
Aufwand zu einen hinsichtlich der Sensorik und zum anderen hinsicht
lich der Filter.
Der Aufsatz von D.Konik ("Berechnung unbekannter Eingangssignale aus
Meßsignalen am Beispiel der Unebenheitsermittelung", at-Automati
sierungstechnik 39 (1991) 6 Seiten 205-210) beschäftigt sich mit der
Berechnung unbekannter Eingangssignale aus den Meßsignalen eines
Systems. Dabei wird das Straßenprofil mit Hilfe von Signalen, die
die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus repräsentieren, und Signalen,
die den Relativweg zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern re
präsentieren, anhand des Entwurfs eines inversen Systems berechnet.
Verfahren zur Messung des Abstands des Fahrzeugs zur Fahrbahn und
die Ermittlung des Fahrbahnprofils mit speziellen Sensoren (Ultra
schall, Radar, Mikrowelle usw.) sind bekannt.
Weiterhin sei hinsichtlich statistischer Methoden auf die
Literaturstellen im folgenden Text verwiesen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Erlangung
eines für den Verlauf der Fahrbahnoberfläche repräsentierenden
Signals zu entwerfen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen System werden Informationen über die Fahr
bahnqualität erhalten, um diese in einer Vielzahl von elektronischen
Stell- und Regelsystemen für straßengebundene Kraftfahrzeuge (Personenwagen,
Krafträder, Lastwagen usw.) zu berücksichtigen. Dies
gilt insbesondere für fahrdynamische Regel-, Steuer- und Überwa
chungssysteme, wie Systeme zur Blockierveränderung beim Bremsen
(ABS), Systeme zur Antriebsschlupfregelung (ASR), Systeme zur Fahr
stabilitätsüberwachung, Systeme zur Lenkungsregelung oder adaptive,
semiaktive, teilaktive oder vollaktive Fahrwerke. Die Erfindung be
schreibt eine Möglichkeit, ein Signal zu ermitteln, daß wenigstens
näherungsweise den Verlauf des Fahrbahnprofils in Echtzeit wieder
gibt. Hierzu werden Signale erfaßt, die die Relativbewegungen zwi
schen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem Rad repräsentieren.
Ausgehend von diesen Signalen werden erfindungsgemäß weitere Signale
gebildet, die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche unter dem jeweils
darauf abrollenden Rad in Echtzeit wiedergeben. Das erfindungsgemäße
System kann auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs angewandt
werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems
ist es vorgesehen, die Zeitsignale, die das Fahrbahnprofil in Echt
zeit wiedergeben (hohe Datenmenge), zu reduzieren. Zur Reduktion
dieser hohen Datenmenge werden Kenngrößen ermittelt, die den Verlauf
der Fahrbahnoberfläche bzw. die Qualität der Fahrbahnoberfläche
charakterisieren (Datenreduktion).
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sy
stems besteht darin, die Anzahl der Kenngrößen, die, wie oben be
schrieben, als Ergebnisse der Datenreduktion ermittelt werden, in
einem weiteren Schritt nochmals zu reduzieren. Dies geschieht er
findungsgemäß durch Klassifizierungen dieser Kenngrößen.
Bei dem erfindungsgemäßen System werden also Daten ermittelt, die
den Verlauf des Fahrbahnprofils in Echtzeit wiedergeben und/oder
Kenngrößen für den Verlauf der Fahrbahnoberfläche liefern und/oder
klassifizierte Kenngrößen angeben. Diese Informationen über den Ver
lauf der Fahrbahnoberfläche werden nun erfindungsgemäß den fahrdyna
mischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssystemen zugeführt.
Diese Systeme können dann dem Verlauf der Fahrbahnoberfläche ange
paßt werden, indem die erfindungsgemäß gewonnenen Informationen der
art berücksichtigt werden, daß die Reglerparameter, beispielsweise
Koeffizienten und/oder Schwellwerte, Reglersollwerte und/oder Teile
des Regelalgorithmus der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder
Überwachungssysteme dem Fahrbahnverlauf angepaßt werden. Es muß je
doch betont werden, daß die erfindungsgemäß erlangten Informationen
über die Fahrbahnqualität nicht dazu verwendet werden können, den
Straßenzustand (trocken, naß, vereist usw.) festzustellen, sondern
lediglich das Fahrbahnprofil bzw. dessen Eigenschaften beschreiben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird in der nachstehenden Beschreibung
näher erläutert.
In diesem Ausführungsbeispiel soll anhand des Blockschaltbilds der
Fig. 1 das erfindungsgemäße System aufgezeigt werden.
In der Fig. 1 sind mit der Position 100 Sensormittel bezeichnet.
Die Positionen 101, 102 und 103 stellen erste, zweite und dritte
Mittel zur Signalbearbeitung dar. Ihnen werden Signale von den
fünften Mitteln zugeführt, die mit der Position 105 markiert sind.
Mit der Position 104 sind fahrdynamische Regel-, Steuer- und/oder
Überwachungssysteme zu sehen.
In einem ersten Schritt werden in den Sensormitteln 100 erste Si
gnale erfaßt, die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau
und wenigstens einem Rad repräsentieren. Diese ersten Signale können
beispielsweise aufbereitete Signale von Sensoren sein, die den Ein
federweg und/oder die Einfedergeschwindigkeit zwischen Fahrzeugauf
bau und wenigstens einem Rad messen. Werden die Einfederwege gemes
sen, so liegen ausgangsseitig der Sensormittel 100 die ersten Si
gnale Xari(t) an. Werden in den Sensormitteln 100 die Einfederge
schwindigkeiten gemessen, so liegen ausgangsseitig die ersten Si
gnale Xari′(t) an. Hierbei beschreibt der Index i die Zugehörigkeit
der Signale zu der i-ten Radeinheit. Ergänzend oder ersatzweise für
die oben beschriebenen ersten Signale Xari(t) bzw. Xari′(t) können
auch vierte Signale erfaßt werden, die die Bewegungen wenigstens
einer Achse des Fahrzeugs, beispielsweise die Achsbeschleunigung,
repräsentieren.
Das Übertragungsverhalten der ersten Mittel 101 soll im folgenden
anhand der Fig. 2 beschrieben werden. Die Positionen 201, 202, 203,
204, 205 und 206 in der Fig. 2 zeigen ein Zweikörpermodell für eine
Radeinheit. Das Rad ist in Kontakt mit der Fahrbahn 204. Hierbei ist
die Reifensteifigkeit als Feder 205 mit der Federkonstanten Cr
modellhaft beschrieben. Die Kombination der Feder 206 und des bezüg
lich seiner Dämpfungseigenschaft regelbaren Dämpfers 203 steht also
hier für das zu steuernde bzw. regelnde Federungs- und/oder Dämp
fungssystem einer Radeinheit. In diesem Ausführungsbeispiel soll der
Dämpfer 203 als regelbar angenommen werden, während die Eigenschaf
ten der Feder 206 durch einen konstanten Wert C beschrieben wird.
Mit Xa bzw. Xr ist die Verschiebung des Fahrzeugaufbaus 201 bzw. die
Verschiebung des Rades bezeichnet, und zwar die Verschiebung aus der
Gleichgewichtslage bei Stillstand des Fahrzeugs (im unbeladenen Zu
stand). Mit Xe werden die Bodenunebenheiten beschrieben. Die Masse
des Fahrzeugaufbaus ist mit Ma und die des Rades mit Mr bezeichnet.
Der Meßwertaufnehmer 207 detektiert die Einfederbewegungen der Rad
einheit. Die Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers 207 werden ge
gebenfalls aufbereitet und liegen ausgangsseitig der Sensormittel
100 (Fig. 1) als erste Signale Xari(t) bzw. Xari′(t) an.
Der vertikaldynamische Bewegungszustand einer Radeinheit eines rea
len Fahrzeugs wird durch das in der Fig. 2 dargestellte Zweikörper
modell gut approximiert. Mit den in der Fig. 2 angegebenen Koordi
naten und Fahrzeugparametern erhält man als theoretischen Zusammen
hang zwischen dem Verlauf der Fahrbahnoberfläche Xe(t) und den mit
einem geeigneten Sensor 207 zwischen der Radeinheit und dem Fahr
zeugaufbau gemessenen Abstand die formelmäßige Beziehung im
Laplacebereich
mit der Laplace-Variablen s, wobei Mar=Ma+Mr die Summe der anteili
gen Fahrzeugaufbaumasse und der Masse des Rades ist und Xari der
relative Einfederweg Xa-Xr an der i-ten Radeinheit ist. Zur prak
tischen Realisierung des erfindungsgemäßen Fahrwerkregelungsystems
ist die Beziehung (4) nicht günstig verwendbar, da die erforderliche
zweimalige Integration des Einfederwegsignals nicht stabil in einem
Steuergerät realisierbar ist. Eine geeignete Approximation der
Gleichung (4) ist jedoch
wobei die Größen e, w und δ Filterparameter sind, die beispiels
weise an die auszuwertenden Einfederbewegungssignale angepaßt werden
und die eine stabile Integration gewährleisten.
Die Beziehung (5) beschreibt ein zeitkontinuierliches, stabiles Fil
ter vierter Ordnung. Zur Implementierung in einem digitalen Steuer
gerät kann dieses Filter mit bekannten Verfahren diskretisiert wer
den. In diesem Falle weist die erste Einrichtung 101 das in der For
mel (5) beschriebene Übertragungsverhalten auf, wobei die Erfassung
des Einfederwegs oder des entmittelten Einfederwegs durch die ersten
Sensormittel 100 getätigt wird.
Über die hier beschriebene Darstellung hinaus ist es möglich, durch
Anwendung von Ordnungsreduktionsverfahren die hier beschriebene Fil
teranordnung vierter Ordnung (n=4) zu reduzieren, indem beispiels
weise ein Ansatz
im Sinne kleinster Fehlerquadrate so angepaßt wird, daß die Bezie
hung (4) bzw. die Beziehung (5) in einem betrachteten Frequenzband
optimal approximiert wird. Hierdurch läßt sich der im Steuergerat
erforderliche Rechenaufwand weiter reduzieren.
Sofern im betrachteten Fahrzeug statt der Einfederwegsignale Xari
Einfederweggeschwindigkeitssignale Xari′ zur Verfügung stehen, läßt
sich die oben beschriebene Vorgehensweise gleichermaßen verwenden.
In diesem Fall tritt an die Stelle von Beziehung (4) die Beziehung
und anstelle von (6) die Beziehung
Die geschilderte Vorgehensweise kann auf eines oder mehrere Räder
(i=1,2,24666) des betrachteten Fahrzeugs angewandt werden. So können
beispielsweise nur die Einfederwegsignale der beiden Vorderräder be
rücksichtigt werden, da die den Hinterrädern zugeordneten Fahrbahn
profile näherungsweise denjenigen der Vorderräder mit einer Zeit
differenz T entsprechen, welche sich aus dem Achsabstand L und der
Fahrgeschwindigkeit V gemäß T = L/V ergibt.
Den ersten Mitteln 101 werden die in den oben beschriebenen Formeln
benötigten Parameter von den fünften Mitteln 105 zugeführt, soweit
sie nicht als konstante Parameter in den ersten Mitteln 101 gespei
chert sind. Insbesondere die Größen e, w und δ, die beispiels
weise an die auszuwertenden Einfederbewegungssignale angepaßt wer
den, werden durch die fünften Mittel 105 entsprechend gewählt.
Ausgangsseitig der ersten Mittel 101 liegen die zweiten Signale
Si(t) an, die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche Xe unter dem je
weils darauf abrollenden Rad repräsentieren. Diese zweiten Signale
Si(t) können nun direkt den fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder
Überwachungssystemen 104 zugeführt werden, da die zweiten Signale
den gesamten Informationsgehalt über den Verlauf der Fahrbahnober
fläche beinhalten. In diesem Ausführungsbeispiel werden, wie im
folgenden beschrieben wird, Reduktionen der Datenmenge der zweiten
Signale vorgenommen. Hierdurch gelangt man, je nach Ausführung des
erfindungsgemäßen Systems, zu mehr oder weniger detaillierten
Informationen über den aktuellen Verlauf der Fahrbahnoberfläche.
In einem ersten Schritt zur Datenreduktion werden die zweiten Signa
le Si(t) den zweiten Mitteln 102 zugeführt. Ausgehend von den zwei
ten Signalen Si(t) oder auch ausgehend von Signalen anderer Sensor
konfigurationen (z. B. aus vertikalen Achsbeschleunigungssignalen)
werden in den zweiten Mitteln 102 eine oder mehrere die Fahrbahn ge
eignete beschreibende Kenngrößen Ki(t) ermittelt. Dies bedeutet, daß
aus den Zeitsignalen, beispielsweise den zweiten Signalen Si(t),
(hohe Datenmenge) wenige Kenngroßen ermittelt werden, die den Ver
lauf der Fahrbahnoberfläche bzw. die Fahrbahnoberflächenqualität
charakterisieren (Datenreduktion). Ausgangsseitig der zweiten Mittel
102 liegen die dritten Signale Ki(t) an. Kennzeichnend für die
Zweiten Mittel 102 ist also die Reduktion des Informationsgehalts
der zweiten Signale Si(t).
Zur Erlangung der Kenngrößen Ki(t) (zweite Signale) können im
einzelnen verschiedene Vorgehensweisen verwendet werden, die im
folgenden vorgestellt werden sollen. Diese Vorgehensweisen können
einzeln oder in Kombination zur Bildung der Kenngrößen Ki(t) ver
wendet werden.
Ausgehend von den zweiten Signalen Si(t) werden statistische
Kennwerte wie RMS-(Root Mean Squares) Effektivwerte, gleitende
RMS- Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der zweiten Signale
Si(t) ermittelt. Zur Effektivwertbildung können die Betragswerte
der genannten Signale jeweils analog oder digital gebildet werden
(Gleichrichtung). Durch anschließende Tiefpaßfilterung erhält man
einen Schätzwert für den Effektivwert. Werden die berücksichtig
ten Signale zusätzlich bzw. anstelle der Betragsbildung quadriert,
dann tiefpaßgefiltert und anschließend die Wurzel ermittelt, so
erhält man geschätzte RMS- Effektivwerte.
Zur Spitzenwertbildung wird über einen festgelegten Zeitraum, das
heißt über ein wählbares Zeitintervall, die maximal aufgetretene
Signalamplitude der betrachteten Größen (zweite Signale Si(t))
betrachtet. Das wählbare Zeitintervall ist dabei im Sinne eines
gleitenden Zeitfensters stets dem realen Zeitverlauf nachzuführen.
In diesem Fall wird eine diskrete Amplitudenverteilung der zwei
ten Signale Si(t) durch eine Einteilung in Amplitudenklassen vor
genommen. Danach wird die Auftrittshäufigkeit entsprechender
Amplitudenwerte innerhalb eines festgelegten Zeitraums (wählbares
Zeitintervall) ermittelt. Der betrachtete Zeitraum ist dabei im
Sinne eines gleitenden Zeitfensters stets dem realen Zeitverlauf
nachzuführen. Anstelle der tatsächlichen (vorzeichenbehafteten)
Amplitudenwerte können ersatzweise auch die Beträge der Amplitu
den verwendet werden.
Aus der diskreten Amplitudenverteilung können im Sinne einer wei
teren Datenreduktion auf einfache Weise statistische Kennwerte
wie Mittelwert, Streuung sowie höhere statistische Momente er
mittelt werden. Im Sinne einer weiteren Datenreduktion ist es
insbesondere auch möglich, vorgegebene Funktionen des gegebenen
Ansatztyps an die Form der Amplitudenverteilung, beispielsweise
im Sinne kleinster Fehlerquadrate, anzupassen. Die so ermittelten
Parameter dieser Funktion können zur Klassifizierung verwendet
werden. Beispielhaft sei hier die Anpassung einer Gaußverteilung
angeführt wobei aus den Parametern der Gaußverteilung der Mittel
wert und die Streuung folgt. Ein weiteres Beispiel ist die Anpas
sung einer Polynomfunktion. Hierbei sind als Parameter die Poly
nomkoeffizienten oder Nullstellen des Polynoms als Kenngrößen zu
verwenden.
In diesem Fall wird eine spektrale Verteilung der Signalamplitu
den der zweiten Signale Si(t) in Abhängigkeit von der Frequenz
durch Anwendung von bekannten Algorithmen zur Frequenzanalyse
(z. B. FFT, Brigham, E.O.: The Fast Fourier Transform.,
Prentice-Hall, Inc.Englewood Cliffs, Hew Jersey, 1974) ) inner
halb eines festgelegten Zeitraums (wählbares Zeitintervall) er
mittelt. Der betrachtete Zeitraum ist dabei im Sinne eines glei
tenden Zeitfensters stets dem realen Zeitverlauf nachzuführen.
Aus der so erhaltenen, frequenzdiskreten Spektralverteilung kön
nen im Sinne einer weiteren Datenreduktion auf einfache Weise
statistische Kennwerte wie Mittelwert, Streuung und Effektivwert
der zweiten Signale Si(t) ermittelt werden. Im Sinne einer
weiteren Datenreduktion ist es insbesondere auch möglich, vorge
gebene Funktionen eines gegebenen Ansatztyps an die Form der
Spektralverteilung beispielsweise im Sinne kleinster Fehlerqua
drate anzupassen und die so ermittelten Parameter dieser Funktion
zur Klassifizierung zu verwenden. So kann beispielsweise eine ge
brochen rationale Funktion angepaßt werden, wobei als Parameter
zur Klassifizierung die Polynomkoeffizienten oder die Pole bzw.
Nullstellen der gebrochenen rationalen Funktion gewählt werden
können.
In diesem Fall wird aus den zweiten Signalen Si(t) ein verein
fachtes dynamisches Modell, beispielsweise in Form einer Diffe
renzengleichung, Differentialgleichung oder einer Übertragungs
funktion, eines sogenannten Formfilters, identifiziert, welches
die tatsächlich vorliegenden zweiten Signale Si(t) auf einen oder
mehrere, hypothetische weiße Erzeugerprozesse Wi(t) zurückführt
(Box, G.E.P., Jenkiens, G.M.: Time Series Analysis-Forecasting
and control, Holden-Day, San Francisco, 1976). Zur Identifikation
solcher Modelle sind zahlreiche Parameteridentifikationsverfahren
bekannt (Eykhoff, P.: System Identification, Parameter and State
Estimation, Wiley and Sons, London, 1974). Beispielsweise sind
hierzu Least-Square-Schätzungsmethoden, Maximum Likelihood-Schät
zungsmethoden, Korrelationsverfahren oder FFT-basierte Verfahren
in der Literatur beschrieben (Eykhoff, P.: System Identifi
cation, Parameter and State Estimation, Wiley and Sons, London,
1974 und Astrom, K.J.: Maximum Likelihood and Prediction Error
Methods, Automatica (16) 1980, pp.551-574 und Bendat, J.S.,
Piersol, A.G.: Engineering Application of Correlation and
Spectral Analysis, Wiley and Sons, London, 1980).
Als Parameter zur Fahrbahnklassifikation können in diesem Fall
die Intensitäten der weißen Erzeugerprozesse Wi(t) sowie die
Koeffizienten des identifizierten Formfilters (dynamisches Mo
dell) betrachtet werden.
Durch die Bearbeitung der zweiten Signale Si(t) in den zweiten Mit
teln 102 gelangt man unter Verwendung der oben beschriebenen Vor
gehensweisen zu Parametern bzw. Kenngrößen Ki(t), die den Verlauf
der Fahrbahnoberfläche charakterisieren. Die oben beschriebenen Vor
gehensweisen können einzeln oder in Kombination zur Ermittlung der
Kenngrößen angewendet werden. Die Wahl der Zeitintervalle in den
oben beschriebenen Vorgehensweisen können entweder fest gewählt sein
oder abhängig von Größen gewählt werden, die den Fahrzustand beein
flussen und/oder repräsentieren. Diese Zeitintervalle sowie weitere
Parameter zur Durchführung der oben beschriebenen Vorgehensweisen
werden den zweiten Mitteln 102 durch die fünften Mittel 105 zuge
führt. Hierbei ist insbesondere die Wahl der Zeitintervalle zu er
wähnen, die abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und/oder von dem
Verlauf der Fahrbahnoberfläche selbst getätigt wird.
Ausgangsseitig der zweiten Mittel 102 liegen die dritten Signale
Ki(t) an, die die nach einer oder mehrerer der oben beschriebenen
Vorgehensweisen ermittelten Kenngrößen repräsentieren. Ausgehend von
diesen dritten Signalen Si(t) wird in den dritten Mitteln 103 eine
weitere Datenreduktion durchgeführt. Dies geschieht vorzugsweise
durch eine Klassifikation der dritten Signale Ki(t). Dies kann da
durch erfolgen, indem die dritten Signale Ki(t) bzw. die ermittelten
Kennwerte der Fahrbahnoberfläche mit einem oder mehreren unter
schiedlichen Schwellwerten verglichen werden. Die Klassifikation
kann als logisches Ergebnis oder Zahlenwert in Abhängigkeit vom Er
gebnis des Vergleichs ausgedrückt werden. Bei mehreren Merkmalen ist
es sinnvoll, im Sinne einer "Clusterbildung" die Erfüllung der ver
schiedenen zugehörigen Schwellwerte mit zusätzlichen logischen Ver
knüpfungen (UND-, ODER, EXCLOSIV-ODER) oder Kombinationen daraus zu
verbinden und nur bei Erfüllung der so verknüpften bzw. kombinierten
Merkmale ein Klassifikationsergebnis zuzuordnen.
In den dritten Mitteln 103 erfolgt also zur Datenreduktion eine
Klassifizierung der dritten Signale Ki(t) derart, daß die dritten
Signale Ki(t) mit Schwellen verglichen werden, wobei die Schwellen
fest gewählt sind oder abhängig von Größen gewählt werden, die den
Fahrzustand beeinflussen und/oder repräsentieren. Ausgangsseitig der
dritten Mittel 103 liegen als Klassifikationsergebnisse die klassi
fizierten dritten Signale Kli(t) an.
Diese klassifizierten dritten Signale Kli(t) werden den fahrdyna
mischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssystemen 104 zugeführt.
Im Rahmen der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungs
systemen 104 werden die klassifizierten dritten Signale Kli(t) der
art berücksichtigt, daß die Reglerparameter, beispielsweise die
Koeffizienten und/oder Schwellwerte, Reglersollwerte und/oder Teile
des Regelalgorithmus der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder
Überwachungssysteme in Abhängigkeit von den klassifizierten dritten
Signalen Kli(t) verändert werden.
Eine derartige Anpassung der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und
Überwachungssysteme 104 an den Verlauf der Fahrbahnoberfläche kann
auch unter Umgehung der dritten Mittel 103 durch die dritten Signale
Ki(t) erfolgen. In beiden Fällen bedeutet dies, daß das jeweilige
fahrdynamische System in gewisser Weise an die Fahrbahnbeschaffen
heit angepaßt wird.
Als Beispiele für die fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Über
wachungssysteme 104 sind folgende Systeme zu nennen. Hierbei können
auch Kombinationen der nachstehend beschriebenen Systeme Anwendung
finden.
- 1. Fahrwerkregelsysteme:
Veränderung der Federungs- und/oder Dämpfungsparameter beispiels weise im Rahmen einer Skyhookdämpfung, Passivdämpfung, frequenz selektiver Dämpfung eines semiaktiven oder teilaktiven Fahrwerk regelsystems derart, daß ein hinsichtlich Komfort- und Fahr sicherheit für den jeweiligen Fahrbahntyp möglichst günstiges Fahrzeugverhalten erzielt wird.
- 1. Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung:
Es sind Systeme bekannt, die die Fahrzeugstabilität, beispiels weise bei Ausweichmanövern, überwachen und bei Annäherung an den Fahrzeuggrenzbereich den Fahrer warnen oder sogar selbstständig in das Antriebssystem eingreifen. - 2. Lenkungsregelungssysteme, insbesondere Systeme zur Hinterachslen
kung
Es sind Lenksysteme bekannt, die die Fahrzeugstabilität, bei spielsweise bei Ausweichmanövern, durch gezielte Lenkeingriffe im Sinne einer Steuerung oder Regelung erhöhen. Hierbei sind insbe sondere Lenksysteme zu nennen, bei denen zusätzlich zur Vorder achse auch die Räder der Hinterachse lenkbar ausgelegt sind. - 3. Systeme zur Blockierverhinderung beim Bremsen (ABS) sind aus dem Stand der Technik bekannt.
- 4. Systeme zur Antriebsschlupfregelung (ASR) sind ebenso aus dem Stand der Technik bekannt.
Im Zusammenhang mit den horizontaldynamischen Fahrzeugregelsystemen
sind die vom Reifen übertragbaren Längs- und seitenkräftig von großer
Bedeutung. Bei "schlechter" Fahrbahnqualität, beispielsweise bei ho
hen Unebenheitsamplituden im Bereich der vertikaldynamischen Radei
genfrequenzen, vermindern die damit einhergehenden dynamischen Rad
lastvariationen die übertragbaren Längs- und Seitenkräfte des Rades.
Ein Vorgehen im Sinne des beschriebenen erfindungsgemäßen Systems
stellt sicher, daß durch geeignete Anpassungsmaßnahmen das Verhalten
der horizontaldynamischen Fahrzeugsysteme geeignet an die Fahrbahn
verhältnisse angepaßt werden. Bei vertikaldynamischen Fahrzeugregel
systemen kann beispielsweise abhängig von der Beschaffenheit der
Fahrbahn das Fahrwerkregelsystem derart beeinflußt werden, daß bei
fahrunkritischen Situationen eine möglichst komfortable Abstimmung
gewählt wird, während in fahrkritischen Situationen und bei gleich
zeitig vorliegenden schlechten Fahrbahneigenschaften eine möglichst
sichere, beispielsweise harte, Fahrwerkabstimmung zu realisieren
ist.
Claims (10)
1. System zur Erlangung eines die Fahrbahnoberfläche repräsentieren
den Signals, insbesondere zur Verwendung bei fahrdynamischen Regel-,
Steuer- und/oder Überwachungssystemen bei Personen- und Nutzkraft
wagen, wobei
- - erste Signale (Xari(t) bzw. Xari′(t)) erfaßt werden, die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem Rad repräsentieren, und
- - erste Mittel (101) vorgesehen sind, die ausgehend von den ersten Signalen (Xari(t) bzw. Xari′(t)) zweite Signale (Si(t)) bilden, die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche unter dem jeweils darauf abrollenden Rad repräsentieren.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Mittel
(102) vorgesehen sind, die ausgehend von den zweiten Signalen
(Si(t)) dritte Signale (Ki(t)) bilden, die geeignete Kenngrößen für
den Verlauf der Fahrbahnoberfläche repräsentieren.
3. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß dritte Mittel (103) zur Klassifizierung
der dritten Signalen (Ki(t)) vorgesehen sind.
4. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die fahrdynamischen Regel-,
Steuer- und/oder Überwachungssysteme (104) an den Verlauf der Fahr
bahnoberfläche angepaßt werden, indem die dritten Signale (Ki(t))
und/oder die klassifizierten dritten Signale (Kli(t)) derart berück
sichtigt werden, daß die Reglerparameter, beispielsweise Koeffizien
ten und/oder Schwellwerte, Reglersollwerte und/oder Teile des Regel
algorithmus der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Über
wachungssysteme in Abhängigkeit von den dritten Signalen (Ki(t))
und/oder den klassifizierten dritten Signalen (Kli(t)) verändert
werden.
5. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß als fahrdynamische Regel-,
Steuer- und/oder Überwachungssysteme (104)
- - vertikaldynamische Fahrzeugregelsysteme, wie Fahrwerkregel- Systeme, und/oder
- - horizontaldynamische Fahrzeugregelsysteme, wie Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung, zur Lenkungsregelung, insbesondere zur Hinterachslenkungsregelung, zur Blockierverhinderung beim Bremsen und/oder zur Antriebsschlupfregelung vorhanden sind.
6. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß in den zweiten Mitteln (102) eine Reduk
tion des Informationsgehalts der zweiten Signale (Si(t)) stattfindet.
7. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß in den dritten Mitteln (103) die Klassifi
zierung der dritten Signale (Ki(t)) derart erfolgt, daß die dritten
Signale (Ki(t)) mit einer oder mehreren Schwellen verglichen werden
und abhängig von den Vergleichen die klassifizierten dritten Signale
(Kli(t)) gebildet werden, wobei die Schwellen fest gewählt sind oder
abhängig von Größen gewählt werden, die den Fahrzustand beeinflussen
und/oder repräsentieren.
8. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß zur Reduktion des Informationsgehalts der
zweiten Signale (Si(t)) in den zweiten Mitteln (102)
- - Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der zweiten Signale (Si(t)) in wählbaren Zeitintervallen ermittelt werden und/oder
- - Zählverfahren zur Häufigkeitsermittelung innerhalb vorgegebener Signalamplitudenklassen und wählbarer Zeitintervalle vorgenommen werden und/oder
- - die spektrale Verteilung der Signalamplituden der zweiten Signale (Si(t)) in Abhängigkeit von der Frequenz innerhalb wählbarer Zeitintervalle ermittelt wird, wobei die Zeitintervalle im Sinne eines gleitenden Zeitfensters dem realen Zeitverlauf nachgeführt wird, und aus dieser spektralen Verteilung statistische Kenn werte, wie Mittelwert, Streuung und Effektivwert der zweiten Signale (Si(t)) ermittelt werden und/oder
- - Parameteridentifikationsverfahren verwendet werden, wobei die Zeitintervalle fest gewählt sind oder abhängig von Größen gewählt werden, die den Fahrzustand beeinflussen und/oder repräsen tieren.
9. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß ergänzend oder ersatzweise für die ersten
Signale (Xari(t) bzw. Xari′(t)) vierte Signale erfaßt werden, die
die Bewegungen wenigstens einer Achse des Fahrzeugs, beispielsweise
die Achsbeschleunigung, repräsentieren.
10. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Übertragungsverhalten der ersten
Mittel (101) anhand eines Fahrzeugmodells, das die Vertikaldynamik
einer Radeinheit eines Fahrzeugs beschreibt, ermittelt wird, wobei
sich beispielsweise das Übertragungsverhalten der ersten Mittel
(101) im Laplace Bereich, wobei s die gebräuchliche Laplace Variable
ist, mit
angeben läßt, wenn als Eingangssignale der ersten Mittel (101) erste
Signale (Xari(t)) anliegen, die den Einfederweg repräsentieren, oder
mit
angeben läßt, wenn als Eingangssignale der ersten Mittel (101) erste
Signale (Xari′(t)) anliegen, die die Einfedergeschwindigkeit re
präsentieren.
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