DE4228414B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Sensorsignalen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von Sensorsignalen zur Verwendung bei einem Fahrwerkregelungs- und/oder -steuerungssystem bei einem Kraftfahrzeug, wobei
– erste Signale (wZ, aL, aQ, aV1, aV2, aV3) erfasst werden, die
– die Giergeschwindigkeit (wZ) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder
– die Längsbeschleunigung (aL) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder
– die Querbeschleunigung (aQ) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder
– die Vertikalbeschleunigung (aV) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren,
und
– Korrekturwerte (betaS, betaS', betaS'', alphaS, alphaS', psiS', psiS'') unter Heranziehung zweiter Signale (Zarij, VL, VL', VQ, VQ'), die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern (Zarij) und/oder die Fahrzeuglängsbewegungen (VL, VL') und/oder die Fahrzeugquerbewegungen (VQ, VQ') repräsentieren, ermittelt werden, wobei
– die Korrekturwerte (betaS, betaS', betaS'', alphaS, alphaS', psiS', psiS'') die Fahrbahnlängs- und/oder -querneigung (betaS, alphaS) und deren zeitliche Änderungen und/oder die Drehung des...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Sensorsignalen.
  • Zur Verbesserung des Fahrkomforts von Personen- und/oder Nutzkraftwagen ist die Ausgestaltung des Fahrwerks von wesentlicher Bedeutung. Bei dem bisher noch überwiegend benutzten passiven Fahrwerken 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 Fahrwerkcharakteristik ist während des Fahrbetriebs bei diesen Systemen nicht möglich.
  • Bei aktiven Fahrwerken hingegen kann die Charakteristik der Aufhängungssysteme während des Fahrbetriebs abhängig von dem vorliegenden 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 vorliegenden Fahrzustand des Fahrzeugs möglichst exakt zu erfassen.
  • Zur Erfassung des Fahrzeugzustands werden im Allgemeinen für das Fahrzeugverhalten des Fahrzeugs typische Bewegungen sensiert. Diese Bewegungen sind beispielsweise Fahrzeuglängsbewegungen, Fahrzeugquerbewegungen, vertikale Aufbaubewegungen des Fahrzeugs und Gierbewegungen. Diese Sensorsignale werden dann je nach Fahrwerkregelungs- 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. Beispielsweise wird auf die DE 40 12 678 A1 verwiesen.
  • Wesentlich für diese Strategien ist dabei, dass die erlangten Sensorsignale möglichst unverfälscht die Bewegungen des Fahrzeugs auf der Fahrbahn wiedergeben.
  • Da die aus dem Stand der Technik bekannten inertial messenden Bewegungssensoren im allgemeinen die Fahrzeugbewegungen bezüglich eines inertialen Bezugssystems erfassen, kann es bei der Weiterverarbeitung 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 Fahrbahnneigungen messen diese Sensoren immer die durch die Gravitation bedingten Beschleunigungskomponenten mit.
    •
  • Aufgabe der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Sensorsignale derart aufzubereiten, dass die Einflüsse der Fahrbahnneigung auf die Sensorsignale eliminiert werden. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 5 gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden zur Aufbereitung von Sensorsignalen zur Verwendung bei einem Fahrwerkregelungs- und/oder Steuerungssystem bei einem Kraftfahrzeug erste Signale (wZ, aL, aQ, aV1, aV2, aV3) erfasst, die Fahrzeugbewegungen bezüglich eines inertialen Bezugssystems (K1) repräsentieren. Ausgehend von den ersten Signalen werden dann Korrekturwerte (betaS, betaS', betaS'', alphaS, alphaS'', psiS', psiS'') zur Korrektur der ersten Signale derart ermittelt, dass aus den korrigierten ersten Signalen (Scori) auf Fahrzeugbewegungen bezüglich eines fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) geschlossen wird.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine Projektion der durch Fahrbahnneigungen gestörten inertialen Sensorsignale in die Fahrbahnebene 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 fahrbahnfesten 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 Fahrwerksregelungs- bzw. -steuerungsstrategie zeitlich aufintegriert werden. Bei solchen Integrationen summieren sich die durch die erwähnten Gravitationsbeschleunigungskomponenten bedingten Anteile 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.
  • Die 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 repräsentieren, und/oder Sensorsignale aQ erfasst werden, die die Querbeschleunigung des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem repräsentieren, und/oder Sensorsignale aV1, aV2 und aV3 erfasst werden, die die Vertikalbeschleunigungen des Fahrzeugs, insbesondere des Fahrzeugaufbaus, im Inertialbezugssystem repräsentieren, und/oder Sensorsignale wZ erfasst werden, die die Giergeschwindigkeit 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 werden erfindungsgemäß zur Korrektur der inertialen ersten Signale die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern und/oder die Fahrzeuglängsbewegung und/oder die Fahrzeugquerbewegung erfasst.
  • Darüber hinaus können die korrigierten ersten Signale bzw. die hieraus ermittelten Fahrzeugbewegungen im fahrbahnfesten Bezugssystem 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 fahrbahnfesten Bezugssystem können beispielsweise Hub-, Nick- und Wankbewegungen 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 erfindungsgemäßen Vorrichtung den Unteransprüchen zu entnehmen sind.
    •
  • Zeichnungen
  • In der 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorgehensweise dargestellt. Die 2 zeigt anhand eines Modells die im Ausführungsbeispiel benutzten Bewegungsgrößen. In der 3 wird die Vorgehensweise anhand eines Ablaufdiagramms vorgestellt.
  • Bevor die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert wird, soll im folgenden zunächst auf den physikalischen Hintergrund eingegangen werden.
  • Hierzu ist in der 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 Koordinatensystem KS angedeutet, während das Inertialsystem durch das inertiale Koordinatensystem KI repräsentiert wird. Die Bewegungen der von dem Fahrzeug befahrene Fahrbahn (Fahrbahnneigungen) bzgl. des Inertialsystems und die Bewegungen des Fahrzeugs bzgl. des Inertialsystems sind in der 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 Fahrbahnquerneigung sowie deren zeitliche Ableitungen zu ermitteln.
  • Die im allgemeinen nichtlinearen kinematischen Gleichungen zur Beschreibung der Bewegung der Sensoren (Beschleunigungs-, Giergeschwindigkeitssensoren) und damit der Sensorsignale werden in Abhängigkeit der gesuchten Größen aufgestellt und um die gesuchten Größen linearisiert. Die linearisierten Beziehungen werden den gemessenen Sensorsignalen gleichgesetzt. Entsprechend der Anzahl nS der verwendeten Sensoren erhält man damit nS-Gleichungen zur Bestimmung 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 Giergeschwindigkeitssensoren, 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 Inertialsystem KI. Die Abhängigkeit der Signale von den gesuchten Fahrbahnlängs- 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 Fahrbahnebene 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 Aufbausystems KF relativ zum Fahrbahnsystem KS.
  • Die Winkel betaF bzw. alphaF beschreiben den Nick- bzw. Wankwinkel des Fahrzeugaufbaus zur Fahrbahn und die Winkel betaS bzw. alphaS die absolute Neigung der Fahrbahn in Längs- und Querrichtung 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 Fahrzeuglängs- und -querbewegung relativ zur Fahrbahn dargestellt:
    Figure 00070001
  • 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 Fahrbahnlängsneigung beta. Ist eine Größe rechts oben mit zwei Strichen versehen, so bedeutet dies, daß die Größe zweimal zeitlich abgeleitet ist.
  • Die absolute Beschleunigung eines beliebigen Punktes P des Fahrzeugaufbaus sowie die absolute Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung des Fahrzeugaufbaus ergeben sich damit als im allgemeinen nichtlineare 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) 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)
  • 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,
    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 Zarij und deren Ableitungen Zarij' sowie der Fahrzeuglängsbewegung VL, VL'beispielsweise über die Messung der Raddrehzahlen und deren Ableitung 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 vernachlässigbar 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 Querbeschleunigungssignals, 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 voneinander 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 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 gesuchten Größen vernachlässigt und zu Null gesetzt werden. Simulationen haben gezeigt, daß die von den Winkelgeschwindigkeiten betaS' und alphaS' abhängigen Terme nahezu keinen Beitrag zu den Beschleunigungssignalen liefern. In dieser Ausführung wird die Fahrbahnquerneigungswinkelgeschwindigkeit 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:
    Figure 00110001
    mit einer [7x7]-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 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 Längsbeschleunigung, die Querbeschleunigung und vertikale Aufbaubeschleunigungen des Fahrzeugs repräsentieren. Die Sensoren 11, 12, 13, 141, 142 und 143 liefern dabei absolute (inertiale) Bewegungsgrößen. 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 Einheiten 100 werden nun, wie oben beschrieben, die Signale betaS, betaS', betaS'', alphaS, alphaS'', psiS' und psiS'' ermittelt, die die Fahrbahnlängs- und -querneigung und deren zeitliche Änderungen und die Drehung des fahrbahnfesten Bezugssystems (KS) um die inertiale Hochachse und ihre zeitliche Änderung repräsentieren.
  • In den Korrektureinheiten 110 werden nun die die inertialen Fahrzeugbewegungen 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 Zarij der Einfederbewegungssensoren 15 und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit bzw. die Fahrzeuglängsbeschleunigung beispielsweise aus den Raddrehzahlsensoren 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 Fahrbahnlängs- 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 weiterverarbeitet 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 Aufbaubeschleunigungssignalen aV1, aV2 und aV3 und den Quer- und Längsbschleunigungssignalen aQ und aL die inertialen Hub-, Nick- und Wankbewegungen des Aufbaus bestimmt werden. Diese inertialen Hub-, Nick- und Wankbewegungen des Aufbaus können dann um die Fahrbahnlängs- und -querneigung zu den Hub-, Nick- und Wankbewegungen des Aufbaus im fahrbahnfesten System korrigiert werden.
  • Der Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der 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 gesuchten 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 Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und deren Ableitung beispielsweise aus gemessenen Raddrehzahlen 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 berechnet. 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 Fahrzustandsbeobachtung für Fahrzeuge mit einer Fahrwerkregelung bzw. Fahrwerksteuerung dadurch, daß eine Projektion der durch Fahrbahnneigungen gestörten inertialen Sensorsignale in die Fahrbahnebene getätigt wird. Erfindungsgemäß ist die direkte Ermittlung der Fahrbahnneigungen und deren Ableitungen aus vorhandenen inertialen Sensorsignalen 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 Ausführungsform zur Bestimmung der Längs-, Querneigung, sowie der Gierbewegung 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 Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus im hinteren und vorderen Aufbaubereich erfassen → aV,vorne, aV,hinten.
    • 2. Ermittelung der Längsneigung der Fahrbahn mit – einem Längsbeschleunigungssensor → aL – zwei Vertikalbeschleunigungssensoren, die die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus im hinteren und vorderen Aufbaubereich 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 (6)

  1. Verfahren zur Aufbereitung von Sensorsignalen zur Verwendung bei einem Fahrwerkregelungs- und/oder -steuerungssystem bei einem Kraftfahrzeug, wobei – erste Signale (wZ, aL, aQ, aV1, aV2, aV3) erfasst werden, die – die Giergeschwindigkeit (wZ) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder – die Längsbeschleunigung (aL) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder – die Querbeschleunigung (aQ) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder – die Vertikalbeschleunigung (aV) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und – Korrekturwerte (betaS, betaS', betaS'', alphaS, alphaS', psiS', psiS'') unter Heranziehung zweiter Signale (Zarij, VL, VL', VQ, VQ'), die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern (Zarij) und/oder die Fahrzeuglängsbewegungen (VL, VL') und/oder die Fahrzeugquerbewegungen (VQ, VQ') repräsentieren, ermittelt werden, wobei – die Korrekturwerte (betaS, betaS', betaS'', alphaS, alphaS', psiS', psiS'') die Fahrbahnlängs- und/oder -querneigung (betaS, alphaS) und deren zeitliche Änderungen und/oder die Drehung des fahrbahnfesten Bezugssystems (KS) um eine inertiale Hochachse (psiS) und ihre zeitliche Änderung repräsentieren, und – ausgehend von den ersten Signalen und den Korrekturwerten korrigierte erste Signale (Scori) ermittelt werden, die Fahrzeugbewegungen bezüglich eines fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) repräsentieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Sensorsignale (wZ) differenziert werden zu fünften Signalen (wZ'), die die Gierbeschleunigung des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten ersten Signale (Scori) zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrwerks herangezogen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, 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.
  5. Vorrichtung zur Aufbereitung von Sensorsignalen zur Verwendung bei einem Fahrwerkregelungs- und/oder -steuerungssystem bei einem Kraftfahrzeug, wobei – erste Mittel (11; 12; 13; 141; 142; 143) zur Erfassung von ersten Signalen (wZ, aL, aQ, aV1, aV2, aV3), die – die Giergeschwindigkeit (wZ) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder – die Längsbeschleunigung (aL) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder – die Querbeschleunigung (aQ) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, und/oder – die Vertikalbeschleunigung (aV) des Fahrzeugs im inertialen Bezugssystem (KI) repräsentieren, vorgesehen sind, und – zweite Mittel (100) zur Korrektur der ersten Signale derart vorgesehen sind, dass – Korrekturwerte (betaS, betaS', betaS'', alphaS, alphaS', psiS', psiS'') unter Heranziehung zweiter Signale (Zarij, VL, VL', VQ, VQ'), die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern (Zarij) und/oder die Fahrzeuglängsbewegungen (VL, VL') und/oder die Fahrzeugquerbewegungen (VQ, VQ') repräsentieren, ermittelt werden, wobei – die Korrekturwerte (betaS, betaS', betaS'', alphaS, alphaS', psiS', psiS'') die Fahrbahnlängs- und/oder -querneigung (betaS, alphaS) und deren zeitliche Änderungen und/oder die Drehung des fahrbahnfesten Bezugssystems (KS) um eine inertiale Hochachse (psiS) und ihre zeitliche Änderung repräsentieren, und – ausgehend von den ersten Signalen und den Korrekturwerten korrigierte erste Signale (Scori) ermittelt werden, die Fahrzeugbewegungen bezüglich eines fahrbahnfesten Bezugssystem (KS) repräsentieren.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dritte Mittel (120) zur von den korrigierten Signalen abhängigen Steuerung und/oder Regelung des Fahrwerks vorgesehen sind.
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