DE4228414A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Sensorsignalen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von SensorsignalenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auf
bereitung von Sensorsignalen.
Zur Verbesserung des Fahrkomforts von Personen- und/oder Nutzkraft
wagen ist die Ausgestaltung des Fahrwerks von wesentlicher Be
deutung. Bei dem bisher noch überwiegend benutzten passiven Fahr
werken sind die Aufhängungssysteme zwischen dem Fahrzeugaufbau und
den Rädern, je nach prognostiziertem Gebrauch des Fahrzeugs, beim
Einbau entweder tendenziell hart ("sportlich") oder tendenziell
weich ("komfortabel") ausgelegt. Eine Einflußnahme auf die Fahrwerk
charakteristik ist während des Fahrbetriebs bei diesen Systemen
nicht möglich.
Bei aktiven Fahrwerken hingegen kann die Charakteristik der Auf
hängungssysteme während des Fahrbetriebs abhängig von dem vorliegen
den Fahrzustand im Sinne einer Steuerung oder Regelung beeinflußt
werden.
Zur Steuerung oder Regelung eines solchen aktiven Fahrwerks werden
die Aufhängungssysteme je nach dem vorliegenden Fahrzustand des
Fahrzeugs zur Aufbringung von Kräften zwischen den Rädern und dem
Aufbau angesteuert. Hierzu ist es wesentlich, den momentan vor
liegenden Fahrzustand des Fahrzeugs möglichst exakt zu erfassen.
Zur Erfassung des Fahrzustands werden im allgemeinen für das Fahr
verhalten des Fahrzeugs typische Bewegungen sensiert. Diese Be
wegungen sind beispielsweise Fahrzeuglängsbewegungen, Fahrzeugquer
bewegungen, vertikale Aufbaubewegungen des Fahrzeugs und Gierbe
wegungen. Diese Sensorsignale werden dann je nach Fahrwerk
regelungs- bzw. Steuerungsstrategie zu Ansteuerungssignalen der
Aktuatoren des Fahrwerkregelungssystems weiterverarbeitet. Hierzu
sind dem Stand der Technik die unterschiedlichsten
Regelungs- und/oder Steuerungsstrategien zu entnehmen, die sich
beispielsweise dadurch unterscheiden, daß eine Minimierung der
Fahrzeugaufbaubewegungen (hoher Komfort) oder eine Minimierung der
Radlastschwankungen (hohe Fahrsicherheit) gewünscht wird.
Wesentlich für diese Strategien ist dabei, daß die erlangten Sensor
signale möglichst unverfälscht die Bewegungen des Fahrzeugs auf der
Fahrbahn wiedergeben.
Erfindungsgemäß werden zur Aufbereitung von Sensorsignalen zur Ver
wendung bei einem Fahrwerkregelungs- und/oder Steuerungssystem bei
einem Kraftfahrzeug erste Signale (wZ, aL, aQ, aV1, aV2
aV3) erfaßt, die Fahrzeugbewegungen bzgl. eines inertialen Bezugs
systems (KI) repräsentieren. Ausgehend von den ersten Signalen
werden dann Korrekturwerte (betaS, betaS′, betaS′′, alphaS,
alphaS′′, psiS′, psiS′′) zur Korrektur der ersten Signale derart
ermittelt werden, daß aus den korrigierten ersten Signale (Scori)
auf Fahrzeugbewegungen bzgl. eines fahrbahnfesten Bezugssystem
(KS) geschlossen wird.
Da die aus dem Stand der Technik bekannten inertial messenden Be
wegungssensoren im allgemeinen die Fahrzeugbewegungen bezüglich
eines inertialen Bezugssystems erfassen, kann es bei der Weiterver
arbeitung dieser Signale im Rahmen eines Fahrwerkregelungs- und/oder
Steuerungssystems immer dann zu Verfälschungen kommen, wenn das
Fahrzeug auf einer geneigten Fahrbahn bewegt wird. Durch die Fahr
bahnneigungen messen diese Sensoren immer die durch die Gravitation
bedingten Beschleunigungskomponenten mit.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß eine Projektion der durch Fahr
bahnneigungen gestörten inertialen Sensorsignale in die Fahrbahn
ebene getätigt wird. Hierdurch gelangt man zu Signalen, die die
Fahrzeugbewegung relativ zur Fahrbahn repräsentieren, und/oder durch
die die Gravitationsanteile der Meßsignale korrigiert werden können.
Da zur Ansteuerung der Aktuatoren des Fahrwerkregelungs- und/oder
Steuerungssystems auch die Fahrzeugbewegungen bezüglich eines fahr
bahnfesten Bezugssystems von Interesse sind, gelangt man durch die
erfindungsgemäße Vorgehensweise zu einer Verbesserung des gesamten
Fahrwerkregelungs- und/oder Steuerungssystems. Diese Verbesserungen
greifen insbesondere für die Fahrzeugbewegungsdaten, die im Rahmen
der Fahrwerksregelung- bzw. -steuerungsstrategie zeitlich aufinte
griert werden. Bei solchen Integrationen summieren sich die durch
die erwähnten Gravitationsbeschleunigungskomponenten bedingten An
teile und können so zu Verschlechterungen des Gesamtsystems führen.
Erfindungsgemäß ist eine direkte Ermittlung der Fahrbahnneigungen
(Fahrbahnlängs- und/oder Fahrbahnquerneigung) und deren Ableitungen
aus den vorhandenen inertial gemessenen Sensorsignalen und einer
bekannten Relativbewegung des Fahrzeugs zur Fahrbahn möglich.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren dazu geeignet, in
Echtzeit, das heißt ohne Verzögerungen, die gestörten Sensorsignale
zu bearbeiten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß als
erste Signale, die die Fahrzeugbewegungen bezüglich eines inertialen
Bezugssystems repräsentieren, Sensorsignale aL erfaßt werden, die
die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem re
präsentieren, und/oder Sensorsignale aQ erfaßt werden, die die
Querbeschleunigung des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem reprä
sentieren, und/oder Sensorsignale aV1 aV2 und aV3 erfaßt wer
den, die die Vertikalbeschleunigungen des Fahrzeugs, insbesondere
des Fahrzeugaufbaus, im Inertialbezugssystem repräsentieren,
und/oder Sensorsignale wZ erfaßt werden, die die Giergeschwindig
keit des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem repräsentieren.
Weiterhin können die die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs im
inertialen Bezugssystem repräsentierenden Signale wZ differenziert
werden, wodurch der maßgebliche Anteil der Gierbeschleunigung des
Fahrzeugs im Inertialbezugssystem erhalten wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, zur Korrektur der inertialen ersten
Signale die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den
Rädern und/oder die Fahrzeuglängsbewegung und/oder die Fahrzeugquer
bewegung zu erfassen.
Darüber hinaus können die korrigierten ersten Signale bzw. die
hieraus ermittelten Fahrzeugbewegungen im fahrbahnfesten Bezugs
system zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrwerks herangezogen
werden. Die für die Korrektur verwendeten Größen repräsentieren
dabei beispielsweise die Fahrbahnlängs- und/oder -querneigung und
deren zeitliche Änderungen und/oder die Drehung des fahrbahnfesten
Bezugssystems (KS) um die inertiale Hochachse und ihre zeitliche
Änderung. Die hieraus ermittelten Fahrzeugbewegungen im fahrbahn
festen Bezugssystem können beispielsweise Hub-, Nick- und Wankbe
wegungen des Fahrzeugaufbaus sowie deren zeitliche Änderungen sein.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung
der obenbeschriebenen Verfahrensschritte, wobei weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungs
gemäßen Vorrichtung den Unteransprüchen zu entnehmen sind.
In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vor
gehensweise dargestellt. Die Fig. 2 zeigt anhand eines Modells die
im Ausführungsbeispiel benutzten Bewegungsgrößen. In der Fig. 3
wird die Vorgehensweise anhand eines Ablaufdiagramms vorgestellt.
Bevor die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher er
läutert wird, soll im folgenden zunächst auf den physikalischen
Hintergrund eingegangen werden.
Hierzu ist in der Fig. 2 ein Fahrzeug 21 skizziert, das sich auf
einer der Fahrbahn entsprechenden ebenen Platte 22 befindet. Das
fahrzeugfeste bzw. fahrbahnfeste Bezugssystem ist dabei durch das
fahrzeugfeste Koordinatensystem KF und das fahrbahnfeste Koordi
natensystem KS angedeutet während das Inertialsystem durch das
inertiale Koordinatensystem KI repräsentiert wird. Die Bewegungen
der von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn (Fahrbahnneigungen) bzgl.
des Inertialsystems und die Bewegungen des Fahrzeugs bzgl. des
Inertialsystems sind in der Fig. 2 durch Verbindungsgelenke der
Koordinatensysteme KI, KS und KF angedeutet.
Die Achsen (x, y, z) der kartesischen Koordinatensysteme KI, KS
und KF sind mit den entsprechenden Indices (I, S, F) versehen. Die
Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeugs relativ zur Fahrbahn sind im
fahrzeugfesten Bezugssystem KF mit betaF und alphaF und die
absolute Fahrbahnlängs- und Fahrbahnquerneigung mit betaS und
alphaS bezeichnet.
Das Ziel der erfindungsgemäßen Vorgehensweise besteht nun darin, bei
einer vorhandenen Sensorausstattung eines Fahrzeugs aus den
aktuellen Sensorsignalen die momentane Fahrbahnlängs- und Fahrbahn
querneigung sowie deren zeitliche Ableitungen zu ermitteln.
Die im allgemeinen nichtlinearen kinematischen Gleichungen zur Be
schreibung der Bewegung der Sensoren (Beschleunigungs-, Gierge
schwindigkeitssensoren) und damit der Sensorsignale werden in Ab
hängigkeit der gesuchten Größen aufgestellt und um die gesuchten
Größen linearisiert. Die linearisierten Beziehungen werden den ge
messenen Sensorsignalen gleichgesetzt. Entsprechend der Anzahl nS
der verwendeten Sensoren erhält man damit nS-Gleichungen zur Be
stimmung von nS-Größen. Es ist dabei darauf zu achten, daß es sich
bei den nS Sensorsignalen um voneinander unabhängige Signale und
damit auch um nS voneinander unabhängige Gleichungen handelt.
Mit dem Fahrzeugaufbau festverbundene Beschleunigungssensoren,
beispielsweise Längs-, Quer- und Vertikalbeschleunigungs- und Gier
geschwindigkeitssensoren, liefern inertiale, das heißt von ihrem
absoluten Bewegungszustand abhängige Meßsignale. Die kinematische
Beschreibung der Signale erfolgt im allgemeinen über die Bewegung
eines fahrzeugfesten Koordinatensystems KF relativ zum Inertial
system KI. Die Abhängigkeit der Signale von den gesuchten Fahr
bahnlängs- und querneigungen sowie deren Ableitungen wird durch die
Einführung eines weiteren Koordinatensystems, dem Fahrbahnsystem
KS, berücksichtigt. Das mit dem Fahrzeug mitbewegte Fahrbahnsystem
KS wird so gewählt, daß die xS - und yS-Achse in der Fahrbahn
ebene liegen und, daß sich der Fahrzeugaufbauschwerpunkt stets auf
der zS-Achse befindet.
Die absolute Bewegung des Aufbaus und damit auch einzelner Punkte
des Aufbaus, wie beispielsweise Sensoren, ergibt sich damit aus zwei
zusammengesetzten Teilbewegungen, der Bewegung des Fahrbahnsystems
KS relativ zum Inertialsystem KI und der Bewegung des Aufbau
systems KF relativ zum Fahrbahnsystem KS.
Die Winkel betaF bzw. alphaF beschreiben den Nick- bzw. Wank
winkel des Fahrzeugaufbaus zur Fahrbahn und die Winkel betaS bzw.
alphaS die absolute Neigung der Fahrbahn in Längs- und Quer
richtung zum Fahrzeugaufbau. Die translatorischen Größen rZ,F,
VZ,F und aZ,F geben die Hochbewegung des Aufbauschwerpunkts
senkrecht zur Fahrbahn an.
Die translatorische Bewegung des Fahrbahnsystems KS wird eindeutig
als Funktion der Fahrbahnneigungen sowie der Fahrzeug
längs- und -querbewegung relativ zur Fahrbahn dargestellt:
IVS = IVS (VL, VQ, betaS, alphaS) (1)
IaS = IaS (VL, VL′, VQ, VQ′, betaS, betaS′,
alphaS, alphaS′) (2)
Hierbei bedeutet der Strich rechts oben neben einer Größe, daß diese
Größe einmal zeitlich abgeleitet (differenziert) ist. So bedeutet
beispielsweise beta′ die erste zeitliche Ableitung der Größe beta,
das heißt betaS′ bedeutet die erste zeitliche Ableitung der Fahr
bahnlängsneigung beta. Ist eine Größe rechts oben mit zwei Strichen
versehen so bedeutet dies, daß die Größe zweimal zeitlich abge
leitet ist.
Die absolute Beschleunigung eines beliebigen Punktes P des Fahrzeug
aufbaus sowie die absolute Winkelgeschwindigkeit und- beschleunigung
des Fahrzeugaufbaus ergeben sich damit als im allgemeinen nicht
lineare Funktionen:
aP = aP (VL, VL′, VQ, VQ′, rZ,F, VZ,F, aZ,F,
betaF, betaF′, betaF″, alphaF, alphaF′,
alphaF″, 25461 . . ., psiS′, psiS″, betaS, betaS′, betaS″, alphaS, alphaS′, alphaS″) (3)
alphaF″, 25461 . . ., psiS′, psiS″, betaS, betaS′, betaS″, alphaS, alphaS′, alphaS″) (3)
wF = wF (betaF, betaF′, alphaF, alphaF′, psiS′,
betaS, betaS′, alphaS, alphaS′) (4)
wF′ = wF′ (betaF, betaF′, betaF″, alphaF, alphaF′,
alphaF″, psiS′, psiS″, betaS, betaS′,
betaS″, alphaS, alphaS′, alphaS″) (5)
betaS″, alphaS, alphaS′, alphaS″) (5)
Für die kinematischen Beziehungen der einzelnen Sensoren erhält man
mit den entsprechenden Abständen der Sensoren vom Aufbauschwerpunkt:
- Längsbeschleunigung: aL = aP(1) = ap,x
- Querbeschleunigung: hQ = aP(2) = ap,y
- Vertikalbeschleunigung: aV = aP(3) = ap,z
- Giergeschwindigkeit: wZ = wF(3) = wF,z,
- Querbeschleunigung: hQ = aP(2) = ap,y
- Vertikalbeschleunigung: aV = aP(3) = ap,z
- Giergeschwindigkeit: wZ = wF(3) = wF,z,
wobei mit den Zahlen 1, 2 und 3 die Komponenten der Vektoren aP
und wZ gemeint sind.
Die relativen Größen des Fahrzeugaufbaus zur Fahrbahn
rZ,F, VZ,F, aZ,F, betaF, betaF′, betaF″, alphaF,
alphaF′, alphaF″
werden über die Messungen der Einfederwege Zarÿ und deren Ab
leitungen Zarÿ′ sowie der Fahrzeuglängsbewegung
VL, VL′
beispielsweise über die Messung der Raddrehzahlen und deren Ab
leitung bestimmt. Diese Größen sind damit als hinreichend bekannt
vorauszusetzen.
Neben den gesuchten Fahrbahnneigungen und deren Ableitungen
betaS, betaS′, betaS′′, alphaS, alphaS′, alphaS′′
sowie der Drehung des Fahrbahnsystems KS um die inertiale Hochachse
psiS′, psiS′′
sind die Fahrzeugquergeschwindigkeit und deren Ableitung
VQ, VQ′
unbekannt.
Während die Fahrzeugquergeschwindkeit VQ nur einen vernachlässig
bar kleinen Anteil an den Beschleunigungssignalen liefert, und damit
auch zu Null gesetzt werden kann, muß deren Ableitung VQ′ für die
kinematische Darstellung der Sensorsignale, im besonderen des Quer
beschleunigungssignals, mitberücksichtigt werden. Dies ist durch
direkte Messung der Fahrzeugquergeschwindigkeit (beispielsweise mit
optischen Meßverfahren) und anschließendem Differenzieren möglich:
Ableitung der Fahrzeugquergeschwindigkeit (d/dt) (VQ) → VQ′
Zur Ermittlung der acht gesuchten Größen
betaS, betaS′, betaS″, alphaS, alphaS′, alphaS″,
psiS′, psiS″
sind acht voneinander unabhängige Gleichungen und damit acht vonein
ander unabhängige Sensorsignale erforderlich.
In der hier vorgeschlagenen Ausführungsform der Erfindung wird von
der folgenden inertial messenden Sensorausstattung des Fahrzeugs
ausgegangen:
Ein Giergeschwindigkeitssensor → wZ
Ein Längsbeschleunigungssensor → aL
Ein Querbeschleunigungssensor → aQ
Drei Vertikalbeschleunigungssensoren → aV1, aV2, aV3.
Ein Längsbeschleunigungssensor → aL
Ein Querbeschleunigungssensor → aQ
Drei Vertikalbeschleunigungssensoren → aV1, aV2, aV3.
Ein weiteres Signal kann durch das Differenzieren der gemessenen
Giergeschwindigkeit wZ gewonnen werden:
Ableitung der Giergeschwindigkeit (d/dt)(wZ) → wZ′.
Jeder weitere Beschleunigungssensor würde eine lineare Abhängigkeit
der Sensorsignale verursachen. Aus diesem Grund muß eine der ge
suchten Größen vernachlässigt und zu Null gesetzt werden. Simula
tionen haben gezeigt, daß die von den Winkelgeschwindigkeiten
betaS′ und alphaS′ abhängigen Terme nahezu keinen Beitrag zu den
Beschleunigungssignalen liefern. In dieser Ausführung wird die Fahr
bahnquerneigungswinkelgeschwindigkeit alphaS′ zu Null gesetzt. Man
erhält damit nS = 7 nichtlineare Gleichungen zur Bestimmung von
betaS, betaS′, betaS′′, alphaS, alphaS′′, psiS′, psiS′′
wobei gilt:
alphaS′ = 0.
Nach der Linearisierung der nS-Gleichungen um die gesuchten Größen
erhält man durch Gleichsetzen der gemessenen Sensorsignale und der
aufgestellten kinematischen Gleichungen für die Sensoren ein
lineares Gleichungssystem siebter Ordnung:
mit einer [7×7]-Koeffizientenmatrix:
A = A(VL, VL′, VQ, VQ′, rZ,F, VZ,F, aZ,F, betaF,
betaF′, betaF′′, alphaF, alphaF′, alphaF′′).
Mit Hilfe von Formelmanipulationsprogrammen kann das lineare
Gleichungssystem außerhalb des Fahrzeugs (offline) in symbolischer
Form aufgestellt und gelöst werden. Im Fahrzeug (online) sind dann
nur noch die aktuellen Werte der Koeffizientenmatrix A zu bestimmen.
Damit wird eine zeitaufwendige numerische Lösung des linearen
Gleichungssystems vermieden und eine Echtzeitverarbeitung ermöglicht.
In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der
Erfindung dargestellt. Wie schon erwähnt, liefern die Sensoren 11,
12, 13, 141, 142 und 143 Sensorsignale wZ, aL, aQ, aV1,
aV2 und aV3, die die Giergeschwindigkeit, die Längsbe
schleunigung, die Querbeschleunigung und vertikale Aufbaube
schleunigungen des Fahrzeugs repräsentieren. Die Sensoren 11, 12,
13, 141, 142 und 143 liefern dabei absolute (inertiale) Bewegungs
größen. Das Signal wZ der Giergeschwindigkeit kann in den Ein
heiten 111 zur Gierbeschleunigung wZ′ differenziert werden. Die
Sensorsignale werden dann den Einheiten 100 zugeführt. In den Ein
heiten 100 werden nun, wie oben beschrieben, die Signale betaS,
betaS′, betaS′′, alphaS, alphaS′′, psiS′ und psiS′′ er
mittelt, die die Fahrbahnlängs- und -querneigung und deren zeitliche
Änderungen und die Drehung des fahrbahnfesten Bezugssystems (KS)
um die inertiale Hochachse und ihre zeitliche Änderung repräsen
tieren.
In den Korrektureinheiten 110 werden nun die die inertialen Fahr
zeugbewegungen repräsentierenden Signale der Sensoren 11, 12, 13,
141, 142 und 143 (also die durch die Fahrbahnneigungen gestörten
Signale) derart korrigiert (korrigierte Signale Scori), daß sie
die Bewegungen des Fahrzeugs im Fahrbahnsystem wiedergeben. Die in
dieser Weise korrigierten Signale werden dann zur Fahrwerkregelung
bzw. -steuerung 120 herangezogen.
Zur Korrektur der inertialen Signale werden den Einheiten 100, wie
oben beschrieben, die Einfederbewegungen Zarÿ der Einfederbe
wegungssensoren 15 und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit bzw. die
Fahrzeuglängsbeschleunigung beispielsweise aus den Raddrehzahlsen
soren 16 bzw. der Differenziereinheit 161 zugeführt. Ausgangsseitig
der Einheiten 100 liegen dann die Signale betaS, betaS′,
betaS′′, alphaS, alphaS′′, psiS′ und psiS′′ an, die die Fahr
bahnlängs- und -querneigung und deren zeitliche Änderungen und die
Drehung des fahrbahnfesten Bezugssystems (KS) um die inertiale
Hochachse und ihre zeitliche Änderung repräsentieren.
In dem Fahrwerkregelungs- bzw. -steuerungssytem 120 werden diese
Signale im Rahmen einer nicht näher beschriebenen Strategie weiter
verarbeitet zu Ansteuerungssignalen der entsprechenden Aktuatoren.
Die Einheiten 110 und 120, also die Korrektureinheit 110 und die
Fahrwerkregelung bzw. -steuerung 120, können natürlich auch als eine
Einheit verwirklicht werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll,
wenn nicht die Sensorsignale unmittelbar korrigiert werden, sondern
erst die im Rahmen der Fahrwerkregelung- bzw. -steuerungstrategie
aus den Sensorsignalen ermittelten inertialen Fahrzeugbewegungen
korrigiert werden. So können beispielsweise zur Unterdrückung der
Fahrzeugaufbaubewegungen aus den vertikalen Aufbaubeschleunigungs
signalen aV1, aV2 und aV3 und den Quer- und Längsbeschleuni
gungssignalen aQ und aL die inertialen Hub-, Nick- und Wankbe
wegungen des Aufbaus bestimmt werden. Diese inertialen Hub-,
Nick- und Wankbewegungen des Aufbaus können dann um die Fahrbahn
längs- und -querneigung zu den Hub-, Nick- und Wankbewegungen des
Aufbaus im fahrbahnfesten System korrigiert werden.
Der Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Fig. 3 in
Form eines Flußdiagramms zusammengefaßt dargestellt.
In einem ersten Schritt 301 werden die Beziehungen für die einzelnen
Sensoren als Funktion der relativen Größen zwischen Fahrzeug und
Fahrbahn sowie zwischen Fahrbahn und Inertialsystem aufgestellt. In
einem zweiten Schritt 302 erfolgt die Linearisierung um die ge
suchten Größen:
betaS, betaS′, betaS′′, alphaS, alphaS′′, psiS′, psiS′′
wobei gilt:
alphaS′ = 0.
Die Schritt 301 und 302 werden, wie erwähnt, außerhalb des Fahrzeugs
(offline) in symbolischer Form aufgestellt und gelöst. Während der
Fahrt, das heißt im Fahrzeug (online) werden in dem Schritt 303 die
relativen Größen zwischen dem Fahrzeugaufbau und der Fahrbahn aus
gemessenen Einfederwegen und deren Ableitungen bestimmt. In einem
vierten Schritt 304 geschieht die Bestimmung der Fahrzeuglängsge
schwindigkeit und deren Ableitung beispielsweise aus gemessenen Rad
drehzahlen sowie der Ableitung der Fahrzeugquergeschwindigkeit.
In einem fünften Schritt werden die gemessenen Sensorsignale den
entsprechenden linearisierten Ausdrücken gleichgesetzt und die
aktuelle Koeffizientenmatrix A des linearen Gleichungssystems be
rechnet. In einem letzten Schritt 306 wird nun das Gleichungssystem
aufgelöst, um somit die gesuchten Größen
betaS, betaS′, betaS′′, alphaS, alphaS′′, psiS′, psiS′′
zu erhalten, wobei gilt:
alphaS′ = 0.
Somit erhält man eine wirkungsvolle und ungestörte Fahrzustandsbeob
achtung für Fahrzeuge mit einer Fahrwerkregelung bzw. Fahrwerk
steuerung dadurch, daß eine Projektion der durch Fahrbahnneigungen
gestörten inertialen Sensorsignale in die Fahrbahnebene getätigt
wird. Erfindungsgemäß ist die direkte Ermittlung der Fahrbahn
neigungen und deren Ableitungen aus vorhandenen inertialen Sensor
signalen möglich, wodurch die ungestörten Sensorsignale in Echtzeit
ermittelt werden können, da die Lösungen der zugehörigen Gleichungen
in analytischer Darstellung aufgezeigt werden.
Neben der in dem obigen Ausführungsbeispiel dargestellten Aus
führungsform zur Bestimmung der Längs- , Querneigung, sowie der Gier
bewegung der Fahrbahn, sind weitere Ausführungsformen mit einem
reduzierten Sensoraufwand möglich:
- 1. Ermittelung der Längsneigung und der Gierbewegung der Fahrbahn
mit
- - einem Giergeschwindigkeitssensor → wZ
- - einem Längsbeschleunigungssensor → aL
- - zwei Vertikalbeschleunigungssensoren, die die Vertikalbe schleunigung des Fahrzeugaufbaus im hinteren und vorderen Auf baubereich erfassen → aV,vorne, aV,hinten.
- 2. Ermittelung der Längsneigung der Fahrbahn mit
- - einem Längsbeschleunigungssensor → aL
- - zwei Vertikalbeschleunigungssensoren, die die Vertikalbe schleunigung des Fahrzeugaufbaus im hinteren und vorderen Auf baubereich erfassen → aV,vorne, aV,hinten.
Das obenbeschriebenen Berechnungsschema bleibt gleich, nur die nicht
interessierenden Größen werden zu Null gesetzt und das lineare
Gleichungssystem reduziert sich entsprechend den gesuchten Größen.
Claims (9)
1. Verfahren zur Aufbereitung von Sensorsignalen zur Verwendung bei
einem Fahrwerkregelung- und/oder -steuerungssystem bei einem Kraft
fahrzeug, wobei
- - erste Signale (wZ, aL, aQ, aV1, aV2, aV3) erfaßt werden, die Fahrzeugbewegungen bzgl. eines inertialen Bezugs systems (KI) repräsentieren, und
- - ausgehend von den ersten Signalen Korrekturwerte (betaS, betaS′, betaS′′, alphaS, alphaS′′, psiS′, psiS′′) zur Korrektur der ersten Signale derart ermittelt werden, daß aus den korrigierten ersten Signale (Scori) auf Fahrzeugbewegungen bzgl. eines fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Korrekturwerte (betaS, betaS′, betaS′′, alphaS, alphaS′′,
psiS′, psiS′′) die Fahrbahnlängs- und/oder -querneigung und deren
zeitliche Änderungen und/oder die Drehung des fahrbahnfesten Bezugs
systems (KS) um die inertiale Hochachse und ihre zeitliche
Änderung repräsentieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
erste Signale
- - erste Sensorsignale (wZ) erfaßt werden, die die Giergeschwin digkeit des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsen tieren, und/oder
- - zweite Sensorsignale (aL) erfaßt werden, die die Längsbe schleunigung des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder
- - dritte Sensorsignale (aQ) erfaßt werden, die die Querbe schleunigung des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder
- - vierte Sensorsignale (aV1, aV2, aV3) erfaßt werden, die Vertikalbeschleunigungen des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten
Sensorsignale (wZ) differenziert werden zu fünften Signalen
(wZ′), die die Gierbeschleunigung des Fahrzeugs im inertialen
Bezugssystem (KI) repräsentieren.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
korrigierten ersten Signale (Scori) zur Steuerung und/oder
Regelung des Fahrwerks herangezogen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als
korrigierte erste Signale (Scori)
- - erste korrigierte Sensorsignale die Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs im fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) repräsentieren, und/oder
- - zweite korrigierte Sensorsignale die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs im fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) repräsentieren, und/oder
- - dritte korrigierte Sensorsignale die Querbeschleunigung des Fahrzeugs im fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) repräsentieren, und/oder
- - vierte korrigierte Sensorsignale die Vertikalbeschleunigungen des Fahrzeugs im fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) repräsentieren.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Ermittelung der Korrekturwerte (psiS′,
psiS′′, betaS, betaS′, betaS′′, alphaS, alphaS′′) zweite
Signale (Zarÿ, VL, VL′, VQ, VQ′) herangezogen werden, die
die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern
und/oder die Fahrzeuglängsbewegungen und/oder die Fahrzeugquerbe
wegungen repräsentieren.
8. Vorrichtung zur Aufbereitung von Sensorsignalen zur Verwendung
bei einem Fahrwerkregelung und/oder -steuerungssystem, wobei
- - erste Mittel (11, 12, 13, 141, 142, 143) zur Erfassung von ersten Signale (wZ, wZ′, aL, aQ, aV1, aV2, aV3), die Fahrzeugbewegungen bzgl. eines inertialen Bezugssystems (KI) repräsentieren, vorgesehen sind, und
- - zweite Mittel (100) zur Korrektur der ersten Signale derart vor gesehen sind, daß aus den korrigierten ersten Signale (Scori) auf Fahrzeugbewegungen bzgl. eines fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) geschlossen wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dritte
Mittel (120) zur von den korrigierten Signalen abhängigen Steuerung
und/oder Regelung des Fahrwerks vorgesehen sind.
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