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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Fahrzeugsensorsystem
und im einzelnen auf ein System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges
in Reaktion auf ein vom Sensorsystem erfaßtes dynamisches Verhalten.
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Verschiedene
Kraftfahrzeuge haben in jüngster
Zeit begonnen, Fahrzeugsteuersysteme zu integrieren. Derartige Fahrzeugsteuersysteme
beinhalten Gierstabilitätsregelsysteme,
Wankregelsysteme, integrierte Fahrzeugsteuersysteme, usw. Das gegenwärtige Ziel
von Fahrzeugsteuerungen ist es, eine koordinierte Fahrzeugsystem leistung
in bezug auf Fahrverhalten, Handling, Sicherheit und Kraftstoffersparnis
zu erzielen.
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Durch
die heutigen Fortschritte in der Mechatronik ergeben sich erhöhte Möglichkeiten
für Fahrzeugsteuerungen,
Leistungen zu erreichen, die bisher der Raumfahrt und Luftfahrttechnik
vorbehalten waren. So werden z.B. Gyrosensoren, die bisher nur in
Flugzeugen zum Einsatz kamen, nun auch in verschiedenen Fahrzeugsteuerungen
integriert, und blockiergeschützte
Bremsanlagen, die ursprünglich
für Flugzeuge
erfunden worden waren, sind heute Standardregelsysteme für Kraftfahrzeuge.
Moderne Sensortechnologie schafft immer größer werdende Möglichkeiten
für die
Fahrzeugsteuerung.
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Ein
typisches Fahrzeugsteuersystem bringt 3-dimensionale Fahrzeugbewegungen
zum Einsatz. Bei Gierstabilitäts-
und Wankstabilitätssteuerungen zum
Beispiel beinhaltet die Regelaufgabe dreidimensionale Bewegungen
in den Fahrzeug-Wank-, Nick- und Gier-Richtungen sowie entlang der
Längs-, Quer-
und Hochachse des Fahrzeuges.
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Bei
den meisten Manövern
darf die gegenseitige Koppelung unterschiedlicher Bewegungsrichtungen
nicht vernachlässigt
werden, in welchen es zu Wank- oder Gierbewegungen des Fahrzeuges kommt. Übermäßiger Lenkeinschlag
eines Fahrzeuges z.B. führt
zu übermäßiger Gier-
und Querbewegung, was eine starke Wankbewegung zum Kurvenäußeren bewirken
kann. Bremst der Fahrer das Fahrzeug bei gleichzeitig übermäßigem Lenkeinschlag ab,
erfahrt das Fahrzeug übergroße Wank-
und Nickbewegungen in Verbindung mit Quer- und Längsbeschleunigungen. Eine erfolgreiche
Fahrzeugdynamiksteuerung sollte daher eine genaue Bestimmung des
Wank-, Nick- und Gierverhaltens des Fahrzeuges (Seitenschlupfwinkel)
beinhalten.
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Gegenwärtig werden
aus Luft- und Raumfahrzeugen bekannte Trägheitsmeßeinheiten (IMU – inertial
measurement unit) und verschiedene andere Sensoren in der Steuerung von
Kraftfahrzeugen zur trägheitsgebundenen
Steuerung eingesetzt. IMU werden seit Jahrzehnten in Trägheitsnavigationssystemen
(INS – inertial
navigation system) für
Flugzeuge und Satelliten eingesetzt. Im typischen Fall ermittelt
ein INS-System die Fluglage eines Flugzeuges durch IMU-Sensorsignale.
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Eine
IMU-Sensoreinheit enthält
drei Kreisel und drei Linearbeschleunigungsmesser. Ein INS-Navigationssystem
beinhaltet eine IMU und eine Prozessoreinheit zur rechnerischen
Verarbeitung der für die
Navigation erforderlichen Navigationsgleichungen, Lagereferenzinformationen
und verschiedenen anderen Datenkommunikationsquellen.
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Zwar
reichen INS-Systeme aus, eine Navigationslösung zu generieren, aber im
Lauf der Zeit kommt es zu Abweichungen, sog. Trift, der auf den IMU-Sensorsignalen
basierenden Berechnungen, und die mit diesen Berechnungen verbundenen
Fehler nehmen zu. Manchmal nehmen diese Fehler derart zu, daß eine Navigationslösung innerhalb
des INS-Navigationssystems nicht mehr erreichbar ist. Um dieses
Problem zu mindern und eine richtige Navigationslösung über den
gesamten Flug hinweg zu berechnen, können externe Navigationsquellen
verwendet werden, um die auf den IMU-Sensorsignalen basierenden
Lageberechnungen kontinuierlich zu korrigieren. Eine der zuverlässigeren
externen Quellen ist ein GPS-System mit mehreren GPS-Empfängern. Ein
solches System wird dazu verwendet, eine grobe Lagereferenz für ein im
Flug befindliches Flugzeug zu bestimmen.
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Heutige
Kraftfahrzeugsysteme haben ein ähnliches
Abweichungs- bzw. Abtriftproblem bei der Bestimmung der Fahrzeuglage.
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Zwar
ist die Lageabweichung nicht so stark wie bei Flugzeugen, aber sie
erzeugt dennoch Fehler im Fahrzeugsteuersystem, so daß das Fahrzeugsteuersystem
unangemessene Maßnahmen
ergreift.
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Es
ist daher wünschenswert,
einen Algorithmus für
ein Fahrzeugsensorsystem zu schaffen, welches Sensoren zur Bestimmung
von Fahrzeugbetriebszuständen
verwendet, um anomale Fahrzeugbetriebszustände zu überwachen, und um Sensorfehler
in verschiedenen Kraftfahrzeugsteueranwendungen auszugleichen.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren
und System für
ein Kraftfahrzeug zu stellen, welches wenigstens einige der Nachteile
des bisherigen Standes der Technik überwindet.
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Einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Fahrzeugsteuersystem
gestellt, mit einem ein Lenkwinkelsignal erzeugenden Lenkwinkelsensor,
einem Gehäuse,
einem Sensorpaket innerhalb des besagten Gehäuses zur Erzeugung mehrerer
Signale, einschließlich
eines Wankgeschwindigkeitssignales, eines Nickgeschwindigkeitssignales,
eines Giergeschwindigkeitssignales, eines Längsbeschleunigungssignales
und eines Querbeschleunigungssignales, gekennzeichnet durch eine
integrierte Steuerung, welche besagte mehrere Signale empfangt und
ein tiefpaßgefiltertes Quergeschwindigkeitssignal,
ein tiefpaßgefiltertes Wankwinkelsignal
und ein tiefpaßgefiltertes
Nickwinkelsignal erzeugt, wobei besagte Steuerung in Reaktion auf
das Giergeschwindigkeitssignal und das Nickgeschwindigkeitssignal
ein dynamisches Nickwinkelsignal erzeugt, wobei besagte Steuerung
in Reaktion auf das Wankgeschwindigkeitssignal, das Giergeschwindigkeitssignal
und das Nickgeschwindigkeitssignal ein dynamisches Wankwinkelsignal
erzeugt, wobei besagte integrierte Steuerung in Reaktion auf das
tiefpaßgefilterte
Nickwinkelsignal und das dynamische Nickwinkelsignal ein Fahrzeugnickwinkelsignal
sowie in Reaktion auf das tiefpaßgefilterte Wankwinkelsignal
und das dynamische Wankwinkelsignal ein Fahrzeugwankwinkelsignal
erzeugt, wobei besagte Steuerung in Reaktion auf das tiefpaßgefilterte
Quergeschwindigkeitssignal, das Fahrzeugwankwinkelsignal und das
Fahrzeugnickwinkelsignal sowie auf das Giergeschwindigkeitssignal
und das Lenkwinkelsignal ein Referenzgeschwindigkeitssignal der
Fahrzeugquergeschwindigkeit erzeugt, wobei eine dynamische Systemsteuerung
das besagte Referenzgeschwindigkeitssignal der Fahrzeugquergeschwindigkeit
empfängt
und in Reaktion darauf ein dynamisches Steuersignal erzeugt, und eine
Bremssystemsteuerung besagtes dynamisches Steuersignal empfängt und
des weiteren in Reaktion darauf ein Bremssignal erzeugt.
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Besagtes
Sensorpaket kann wenigstens drei Winkelgeschwindigkeitssensoren
und wenigstens drei Lineargeschwindigkeitessensoren beinhalten.
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Besagte
integrierte Steuerung kann des weiteren eine Referenzsignaleinheit
aufweisen, welche eine Lagereferenzberechnung liefert, eine Fahrbahnprofileinheit,
welche ein Fahrbahnprofilsignal erzeugt, eine Lageeinheit, welche
ein Fahrzeuglagesignal erzeugt, eine globale Lageeinheit, welche
ein globales Positionssignal erzeugt, eine Richtungseinheit, welche
ein Fahrzeugrichtungssignal erzeugt, eine Richtungsgeschwindigkeitseinheit,
welche ein Fahrzeugrichtungs-Geschwindigkeitssignal erzeugt, eine
Sensor-Plausibilitätseinheit,
welche ein Sensor-Plausibilitätssignal
erzeugt, eine Abnormalzustandseinheit, welche ein Abnormalzustandssignal erzeugt,
welches Informationen bezüglich
abnormaler Fahrzeugbedingungen enthält, eine Sensorsignalausgleichseinheit,
welche ein Sensormontagefehler-Korrektursignal erzeugt, eine Kraft-
und Drehmomentschätzungseinheit,
welche in Reaktion auf am Fahrzeug angreifende Kräfte und
Drehmomente ein Kraft- und Drehmomentsignal erzeugt, eine Einheit zur
Bestimmung der Relation Fahrzeugkarosserie-zu-festem-Körper, welche ein Signal der
Relation fahrzeugfester Daten zu überfahrener fester Form erzeugt,
eine Normallasteinheit, welche ein Normallastsignal erzeugt, und
eine Fahrzeugparametereinheit, welche ein Fahrzeugparameter-Bestimmungssignal erzeugt,
worin besagte integrierte Steuerung besagtes Fahrzeugreferenzgeschwindigkeitssignal
ausgehend von wenigstens einem der folgenden erzeugt: der besagten
Lagereferenzberechnung, besagtem Fahrbahnprofilsignal, besagtem
Fahrzeuglagesignal, besagtem globalem Positionssignal, besagtem
Fahrzeugrichtungssignal, besagtem Sensor-Plausibilitätssignal, besagtem Abnormalzustandssignal,
besagtem Sensormontagefehler-Korrektursignal oder besagtem Kraft-
und Drehmomentsignal.
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Die
von der integrierten Steuerung erzeugten Signale können dazu
eingesetzt werden, Steuerbefehle für verschiedene Steuersysteme
auszulösen, einschließlich, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein, für
eine Triebstrangsteuerung, eine Bremsensteuerung, eine Lenkungssteuerung,
eine Getriebesteuerung, eine Federungssteuerung, eine Reifendruckmangel-Warnschaltung,
eine Reifenauswuchtfehler-Warnschaltung, und Systeme zur Fehlerkalibrierung
in Sensoren durch Montagefehler und Fahrzeuglastschwankungen.
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Einem
zweiten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zur Steuerung
einer Sicherheitsvorrichtung in einem Fahrzeug gestellt, welches
Verfahren die Erzeugung eines Lenkwinkelsignals beinhaltet, das
Erzeugen eines Wankgeschwindigkeitssignals, Erzeugen eines Nickgeschwindigkeitssignals, Erzeugen
eines Giergeschwindigkeitssignals, Erzeugen eines Längsbeschleunigungssignals
und Erzeugen eines Querbeschleunigungssignals, und welches Verfahren
gekennzeichnet ist durch: das Erzeugen eines tiefpaßgefilterten
Quergeschwindigkeitssignals, eines tiefpaßgefilterten Wankwinkelsignals und
eines tiefpaßgefilterten
Nickwinkelsignals, Erzeugen eines dynamischen Nickwinkelsignals
in Reaktion auf das Giergeschwindigkeitssignal und das Nickgeschwindigkeitssignal,
Erzeugen eines dynamischen Wankwinkelsignals in Reaktion auf das
Wankgeschwindigkeitssignal, das Giergeschwindigkeitssignal und das
Nickgeschwindigkeitssignal, Erzeugen eines Fahrzeugnickwinkelsignals
in Reaktion auf das tiefpaßgefilterte
Nickwinkelsignal und das dynamische Nickwinkelsignal, und Erzeugen
eines Fahrzeugwankwinkelsignals in Reaktion auf das tiefpaßgefilterte
Wankwinkelsignal und das dynamische Wankwinkelsignal, Erzeugen eines
Referenzgeschwindigkeitssignales der Fahrzeugquergeschwindigkeit
in Reaktion auf das tiefpaßgefilterte
Quergeschwindigkeitssignal, das Fahrzeugwankwinkelsignal und das
Fahrzeugnickwinkelsignal, das Giergeschwindigkeitssignal und das
Lenkwinkelsignal, Erzeugen eines dynamischen Steuersignals in Reaktion
auf besagtes Referenzgeschwindigkeitssignal der Fahrzeugquergeschwindigkeit,
und Steuern der besagten Fahrzeugsicherheitsvorrichtung in Reaktion auf
besagtes dynamisches Steuersignal.
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Das
Verfahren kann des weiteren die Stellung einer Fahrlagereferenzberechnung
beinhalten, Erzeugen eines Fahrbahnprofilsignales, Erzeugen eines
Fahrzeuglagesignales, Erzeugen eines globalen Fahrlagesignales,
Erzeugen eines Fahrzeugrichtungssignales, Erzeugen eines Sensor-Plausibilitätssignales,
Erzeugen eines Abnormalzustandssignales, welches Informationen bezüglich abnormaler Fahrzeugbedingungen
enthält,
Erzeugen eines Sensormontagefehler-Korrektursignales, Erzeugen eines
Kraft- und Drehmomentsignales in Reaktion auf am Fahrzeug angreifende
Kräfte
und Drehmomente, und Erzeugen des besagten Steuersignals für die Sicherheitsvorrichtung
in Reaktion auf eine Kombination aus besagter Lagereferenzberechnung,
besagtem Fahrbahnprofilsignal, besagtem Fahrzeuglagesignal, besagtem
globalem Lagesignal, besagtem Fahrzeugrichtungssignal, besagtem
Sensor-Plausibilitätssignal,
besagtem Abnormalzustandssignal, besagtem Sensormontagefehler-Korrektursignal
und besagtem Kraft- und Drehmomentsignal.
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Die
Steuerung des besagten Fahrzeuges kann des weiteren die Regelung
wenigstens einer der folgenden Vorrichtungen beinhalten: einer Gierstabilitätssteuerung,
einer Wankstabilitätssteuerung, einer
ABS-Regelung, einer Antriebsregelung, einer Schlupfregelung, einer
Triebstrangsteuerung, einer Getriebesteuerung, einer Antriebsstrangsteuerung, einer
Federungssteuerung, einer Stabilisatorstangensteuerung, einer Fahrzeugniveauregelung,
der Luftsackentfaltung und der Sicherheitsgurtstraffer.
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Die
US-A-5408411 offenbart
ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuges, wobei das Verfahren
ein Sensorpaket und eine integrierte Steuerung zum Einsatz bringt,
welche ausgehend von aktualisierten Beschleunigungswerten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeiten
berechnet. Die Daten werden zur Steuerung einer Vielzahl verschiedener
Vorgänge gesammelt,
wie z.B. der Lenkung, der Bremsung, ABS-Regelung und Vierradantrieb.
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US 2002/082749 offenbart
ein System, mit welchem Wankerscheinungen entgegen gewirkt wird, indem
die Fahrzeuglenkung in Reaktion auf Signale angepaßt wird,
die wenigstens anhand von Vertikal-, Längs- und Querbeschleunigungssensoren
ermittelt werden, sowie von Wankgeschwindigkeits- und Giergeschwindigkeitssensoren.
Das System verwendet die im Fahrzeugschwerpunkt gemessene oder auf den
Fahrzeugschwerpunkt zurückgerechnete
Fahrzeuggeschwindigkeit zusammen mit dem Quergeschwindigkeitssignal
zur Erzeugung eines Lenkungssteuersignals.
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Die
Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig
näher erläutert werden;
dabei zeigt:
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1:
eine schematische Ansicht eines Fahrzeugsystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2:
eine schematische Ansicht eines Fahrzeugsystems gemäß der 1;
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3:
eine schematische Ansicht eines Fahrzeugsystems gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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4:
ein logisches Flußdiagramm
eines Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugdynamiksystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In
den folgenden Figuren werden dieselben Bezugszahlen zur Bezeichnung
gleicher Komponenten verwendet. Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise
in Verbindung mit Fahrzeugsteuersystemen zum Einsatz gebracht, welche
folgende beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: ein Gierstabilitätsregelsystem,
ein Wankstabilitätsregelsystem,
ein integriertes Fahrzeugdynamikregelsystem oder eine Fahrzeuggesamtsteuerung
zur Erreichung von Kraftstoffersparnis und Sicherheit sowie weiterer Fahrzeugleistungen.
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Die
integrierte Systemsteuerung oder integrierte Sensorsystemsteuerung
(ISS) der vorliegenden Erfindung schätzt Fahrzeugbetriebszustände ab bzw.
sagt diese voraus, einschließlich
der globalen und relativen Fahrzeugfahrlage, der Fahrzeugrichtungsgeschwindigkeiten,
der an einem Fahrzeug angreifenden Kräfte und Drehmomente, usw.;
erzeugt eine Sensorplausibilitätsprüfung; überwacht
anomale Zustände
der Fahrzeugbewegungen; und korrigiert die Montagefehler der Sensoren.
Die von der integrierten Systemsteuerung generierten Informationen werden
dazu eingesetzt, Steuerbefehle für
verschiedene Steuersysteme auszulösen, einschließlich, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein: Triebstrangsteuerungen, Bremsensteuerungen, Lenkungssteuerungen,
Getriebesteuerungen, Federungssteuerungen, usw. Zusätzliche
Steuerungen beinhalten an den Fahrer abgegebene Warnsignale bezüglich möglicher
anomaler Bedingungen, wie z.B. unzureichendem Reifendruck und Reifen-Auswuchtfehler,
Online-Aufbereitung und die Kalibrierung der Fehler in den Sensoren
aufgrund von Montagefehlern.
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Es
sei nun Bezug genommen auf die 1, 2 und 3,
wo ein Fahrzeugsteuersystem 10 für ein Kraftfahrzeug 14 dargestellt
ist, welches eine Steuerung aufweist (die hier als die integrierte
Systemsteuerung 12 verkörpert
ist). Das System 10 beinhaltet auch ein Sensorpaket 16 oder
ein Trägheitsmeßeinheits-Sensorpaket
(IMU – inertial
measurement unit), Raddrehzahlsensoren 24, Lenkwinkelsensoren 26,
Federungshöhensensoren 30,
Sensoren 32 an lokalen Stellantrieben, die für Untersystemsteuerungen
verwendet werden, eine dynamische Systemsteuerung 33, eine
Bremsensteuerung 34 und verschiedene alternative Fahrzeug-Stellantriebe 36,
die alle weiter unten noch im einzelnen erläutert werden sollen.
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Die
Systemkomponenten sind in der folgenden möglichen Anordnung angeschlossen:
die integrierte Systemsteuerung 12 ist elektrisch mit dem Sensorpaket 16 und
mit verschiedenen anderen Fahrzeugsensoren 24, 26, 30, 32 gekoppelt.
Signale von der integrierten Systemsteuerung 12 werden
in der dynamischen Systemsteuerung 33 empfangen, einschließlich der
Gierstabilitätssteuerung 40,
der Wankstabilitäts steuerung 42,
der Steuerung 44 des blockiergeschützten Bremssystems (ABS) und
der Antriebssystemsteuerung (TCS) 46. Signale von der dynamischen
Systemsteuerung 33 werden von einer Bremsensteuerung 34 empfangen.
Die Signale der Bremsensteuerung werden im Fahrzeug und von den Fahrzeugstellantrieben 36 empfangen,
zum Beispiel von den Bremssätteln
und Bremsvorrichtungen.
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Die
integrierte Steuerung 12 enthält Erfassungsalgorithmen, welche
folgende beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Bestimmung von Referenzlage
und Referenz-Richtungsgeschwindigkeit, Bestimmung von globaler und
relativer Lage, Bestimmung der Richtungsgeschwindigkeit, Sensorplausibilitätsprüfung, Sensorsignalaufbereitung, Sensorfehlerausgleich,
Fahrbahnprofil, Bestimmung des Oberflächenzustandes, und Überwachung
von anomalen Zuständen.
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Die
integrierte Steuerung 12 beinhaltet verschiedene Steuereinheiten,
welche die obengenannten Erfassungsalgorithmen steuern. Diese Einheiten können folgende
beinhalten: eine Referenzsignaleinheit 70 (Referenzsignalgenerator
(RSG)), welche(r) eine Lagereferenzberechnung und eine Geschwindigkeitsreferenzberechnung
beinhaltet, eine Fahrbahnprofileinheit 72 (Fahrbahnprofilbestimmungseinheit
(RPD)), eine Fahrlageeinheit oder relative Fahrlagebestimmungseinheit 74 (RAD),
eine Globallageeinheit 76 (globale Lagebestimmungseinheit (GAD)
und eine Richtungseinheit 78 (Richtungsgeschwindigkeitsbestimmungseinheit
(DVD)), eine Sensorplausibilitätseinheit 80 (Sensorplausibilitätsprüfeinheit
(SPC)), eine Abnormalitätszustandseinheit 82 (Abnormalzustandsüberwachungseinheit (ASM)),
eine Sensorsignalberechnungseinheit 84 (SSC), eine Schätzeinheit 86 (Kraft-
und Drehmomentschätzeinheit
(FATE)), eine Fahrzeugkarosserie-zu-Fest-Referenzrahmen-Einheit 88 (Karosserie-zu-Referenz-Einheit
(B2R)), eine Normallasteinheit 90 (Einheit zur Bestimmung
der Normallast (NLD)) und eine Fahrzeugparametereinheit 92 (Fahrzeugparameterbestimmungseinheit
(VPD)). Die von einer beliebigen der obengenannten Einheiten erzeugten
Signale werden als Fahrzeug-Betriebszustands-Voraussage-Signale bezeichnet.
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Die
integrierte Steuerung 12 empfängt ein Wankgeschwindigkeitssignal,
ein Nickgeschwindigkeitssignal, ein Giergeschwindigkeitssignal,
ein Längsbeschleunigungssignal,
ein Querbeschleunigungssignal, und ein Vertikalbeschleunigungssignal von
dem Sensorpaket 16, sowie andere Signale von anderen Fahrzeugsensoren,
und sie erzeugt in Reaktion darauf ein Fahrzeugreferenzgeschwindigkeitssignal
und verschiedene andere Steuersignale, wie zum Beispiel ein Signal
einer Schätzung
der Fahrzeugbetriebszustände
und ein Fahrzeugbetriebszustands-Voraussagesignal.
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Das
System 10 umfaßt
das Sensorpaket 16, Radgeschwindigkeitssensoren 24,
Lenkwinkelsensoren 26, Federungshöhensensoren 30 und örtliche Sensoren 32,
welche von den Untersystemsteuerungen benutzt werden. Solche Sensorsätze decken praktisch
alle bestehenden Fahrzeugsteuerfunktionen ab. Als Beispiel zur Veranschaulichung
sei erwähnt,
daß die
Gierstabilitätssteuerung 40 nur
einen Teil der Sensoren im Systemsensorsatz benutzt, wie z.B. diejenigen,
die 4-Rad-Antriebs-Referenzsignale von
der Referenzsignaleinheit 70 erzeugen, sowie Seitenschlupfwinkelberechnungen
anhand der Richtungseinheit 78.
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Das
Sensorpaket 16 im Gehäuse 44 beinhaltet
einen Wankgeschwindigkeitssensor 46, welcher ein Wankgeschwindigkeitssignal
erzeugt, einen Nickgeschwindigkeitssensor 48, welcher ein
Nickgeschwindigkeitssignal erzeugt, einen ein Giergeschwindigkeitssignal
erzeugenden Giergeschwindigkeitssensor 50, einen ein Längsbeschleunigungssignal
erzeugenden Längsbeschleunigungssensor 52, einen
ein Querbeschleunigungssignal erzeugenden Querbeschleunigungssensor 54,
und einen ein Vertikalbeschleunigungssignal erzeugenden Vertikalbeschleunigungssensor 56.
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Das
Sensorpaket 16 ist im Schwerpunkt des Fahrzeuges 14 montiert
(oder an einer beliebigen anderen Stelle des Fahrzeuges 14,
die auf den Schwerpunkt des Fahrzeuges 14 umgerechnet werden kann),
die Raddrehzahlsensoren 24 sind an jeder Ecke des Fahrzeuges 14 angeordnet,
und die restlichen Sensoren sind an den ihnen entspre chenden Stellen
im Fahrzeug 14 angeordnet.
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Wie
zuvor bereits erwähnt
worden ist, beinhaltet das Sensorpaket 16 drei Kreisel 46, 48, 50 und drei
Linearbeschleunigungsmesser 52, 54, 56.
Die drei Kreisel 46, 48, 50 und die drei
Linearbeschleunigungsmesser 52, 54, 56 im
Sensorpaket 16 sind jeweils entlang der karosseriefesten
Achsen x, y und z kalibriert und angebracht.
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Wie
der Fachmann in der Technik leicht erkennen wird, wird der von x,
y und z gebildete Rahmen als der Karosserierahmen 52 bezeichnet,
dessen Ursprung im Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie 54 liegt,
wobei x nach vorne weist, y von der Fahrerseite 56 hinweg
weist (nach links) und z nach oben weist.
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Die
Winkelgeschwindigkeitsausgabewerte des Sensorpakets messen die Winkelgeschwindigkeiten
der Fahrzeugkarosserie 54 entlang der karosseriefesten
Achsen und werden mit Bezug auf ihre jeweiligen Achsen jeweils mit ωx für
die Wankgeschwindigkeit, ωy für
die Nickgeschwindigkeit und ωz für
die Giergeschwindigkeit bezeichnet.
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Die
Beschleunigungsmeßausgänge des Sensorpakets 16 stellen
Messungen der richtungsbezogenen Beschleunigungen der Fahrzeugkarosserie
entlang der karosseriefesten Achsen dar und werden mit Bezug auf
ihre jeweiligen Achsen jeweils mit αx für die Längsbeschleunigung, αy für die Querbeschleunigung
und αz für
die Vertikalbeschleunigung bezeichnet.
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Die
Raddrehzahlsensoren 24 sind an den Stellen angebracht,
an denen sich die Räder
befinden, und sind jeweils mit wlf, wrf, wlr, wrr jeweils am linken vorderen Rad 58,
am rechten vorderen Rad 60, am linken hinteren Rad 62 und
am rechten hinteren Rad 64 bezeichnet.
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Die
Wank-, Nick- und Gierlagewinkel des Fahrzeuges 14 werden
zum Wankwinkel geschwindigkeits-, zum Nickwinkelgeschwindigkeits-
und zum Gierwinkelgeschwindigkeitssignal in Relation gesetzt, und
zwar durch gekoppelte Interaktionen statt durch einfache Integrationen
und Differenzrechnungen. Einfache Integrationen funktionieren dann, wenn
unterschiedliche Bewegungen des Fahrzeuges 14 von einander
entkoppelt sind. Im allgemeinen bestehen aber komplizierte Beziehungen
zwischen den Fahrzeuglagen und den Winkelgeschwindigkeiten. Wenn
die Fahrzeugwank-, Nick- und Gierlage jeweils mit θx, θy und θz bezeichnet werden, dann kann diese komplexe
Relation in der folgenden funktionalen Relation ausgedrückt werden,
ausgehend von der sogenannten Eulerschen Transformation: θ .x = ωx +
[ωysin(θx) + ωz3cos(θx)]tan(θy)
θ .y = ωycos(θx) – ωzsin(θx)
θ .z = [ωysin(θx) + ωzcos(θx)]sec(θy) (1)
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Die
in der obigen Gleichung abgebildeten Relationen bringen komplexe
nichtlineare Funktionen zum Vorschein. Diese obige Gleichung deutet darauf
hin, daß eine
einfache Integration der Wankgeschwindigkeit, d.h.
nicht in der Lage sein wird,
eine präzise
Schätzung der
Fahrzeugwanklage zu liefern, wie sie in der Fahrzeugdynamiksteuerung
(z.B. in der Wankstabilitätsregelung)
verwendet wird. Die obige einfache Integration liefert nur dann
eine präzise
Aussage zu dem Wanklagenwinkel, wenn (a) sowohl die Nick- als auch
die Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges vernachlässigbar sind, was bedeutet,
daß die
Wankbewegung des Fahrzeuges dominierend ist; (b) der Wanklagenwinkel
und der Gierwinkel vernachlässigbar
sind; und (c) der Wanklagenwinkel vernachlässigbar ist und nicht-extreme Nick- und
Giergeschwindigkeiten aufweist. Alle drei Fahrbedingungen treffen kaum
zu, wenn das Fahrzeug ein übermäßig starkes Manöver ausführt, welches
ein Ansprechen der Fahrzeugdynamikregelung auslöst. Die einfache Integration
der Nickgeschwindigkeit ist:
die jedoch nicht in der Lage
ist, eine präzise
Schätzung
der Fahrzeugnicklage zu liefern, wie sie in der Fahrzeugdynamikregelung
eingesetzt wird (zum Beispiel bei der Wankstabilitätsregelung
und Bergabfahrts- bzw. Schiebelaufregelung). Diese einfache Integration
führt höchstens
dann zu einer präzisen
Vorhersage der Nicklage, wenn der Wanklagenwinkel vernachlässigbar
ist, und die Giergeschwindigkeit nicht besonders groß ist.
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Der
Gierlagenwinkel wird aus einer einfachen Integration des Giergeschwindigkeitssensors gewonnen,
wenn Nick- und Wanklagen beide vernachlässigbar sind, mit einer nicht-extremen
Nickgeschwindigkeit.
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Die
folgende Gleichung: θ .x ≈ ωx, θ .y ≈ ωy ist nur dann simultan wahr, wenn θx ≈ 0
und θy ≈ 0 oder θx ≈ 0
und ωz ≈ 0.
Das heißt,
entweder das Fahrzeug hat nur kleine Wank- und Nicklagenwinkel,
oder das Fahrzeug hat einen kleinen Wanklagenwinkel und eine niedrige
Giergeschwindigkeit. Dies steht jedoch im Widerspruch zur Überroll-
und Überschlagserkennungsfunktion,
da dann sowohl der Wank- als auch der Nicklagenwinkel sehr groß ist, und
Fahrzeuge im allgemeinen kombinierte Wank-, Nick- und Gierbewegungen
erfahren.
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Eine
direkte Integration für
(1) kann wie folgt formuliert werden: θx(k + 1) = θx((k)
+ {ωx(k + 1) + [ωy(k
+ 1)sin(θx(k)) + ωz(k + 1)cos(θx(k))]tan(θy(k))}ΔT
θy(k + 1) = θy(k)
+ {ωy(k + 1) + cos(θx(k)) – ωz(k + 1)sin(θx(k))}ΔT
θz(k + 1) = θz(k)
+ {[ωy(k + 1)sin(θx(k))
+ ωz(k + 1)cos(θx(k))]sec(θy(k))}ΔT (2)worin ∆T die
Musterungszeit der Steuerung ist. Diese Integration neigt zu Abweichungen,
sog. Trift, aufgrund von Sensorfehlern und numerischen Rechenfehlern.
Die Lageangaben müssen
periodisch mit Bezug auf bestimmte Referenzsignale reinitialisiert
werden, z.B.: θx(N)
= θx-REF(N)
θy(N)
= θy-REF(N)
θz(N)
= θz-REF(N)mit N als Vielfaches der Perioden,
oder durch Eingeben des Lagefehlers zwischen den berechneten Lagewerten
und den Referenzsignalen: θx(k)
= θx-REF(k)
θy(k)
= θy-REF(k)
θz(k)
= θz-REF(k)in einen Kalman-Filter oder
einen erweiterten Kalman-Filter, so daß die berechneten Lagewerte
zu den echten Lagewerten hin konvergieren. In der Luft- und Raumfahrtindustrie
werden solche Referenzsignale in der Regel aus den Signalen eines
GPS-Systems gewonnen.
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In
der vorliegenden Erfindung werden Referenzlagen über ein Abhängigkeitsverhältnis von
der Fahrbahn erzielt. Die hier in Betracht gezogene Fahrbahnabhängigkeit
beruht auf der Annahme, daß ein Fahrzeug
in der Regel auf der Straße
gefahren wird (welche 3-dimensional sein kann), und daß das Fahrzeug
mit der Straße
in Berührung
steht und keine große
Abhebegeschwindigkeit hat. Die Straßenabhängigkeit schließt eine
potentielle Fahrzeug-Abhebegeschwindigkeit nicht aus, zum Beispiel
durch Unebenheiten (Buckel), die Hubschwingungen des Fahrzeuges
bewirken. Im Durchschnitt sollte die Fahrzeug-Hubgeschwindigkeit
aber nahe Null sein; oder der niederfrequente Teil der Fahrzeug-Hubgeschwindigkeit
sollte Null sein. Diese besondere Betriebsbedingung für Kraftfahrzeuge
hilft dabei, externe Quellen wie GPS zur Berechnung von Referenzlagen
zu vermeiden.
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Wegen
der Straßenabhängigkeiten
kann eine Referenzlage berechnet werden, die auf den obengenannten
drei Beschleunigungsmesser-Ausgängen
und den drei Winkelgeschwindigkeitsausgängen vom Sensorpaket basiert,
sowie auf der anhand der Raddrehzahlsignale berechneten Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit
und dem Lenkeinschlagwinkel zusammen mit dem Fahrzeugdynamikmodell. Solche
Berechnungen werden in der Referenzsignaleinheit 70 berechnet,
die daraus ein Referenzsignal berechnet. Die Fahrzeugreferenzgeschwindigkeiten beinhalten
die Längsreferenzgeschwindigkeit
und die Querreferenzgeschwindigkeit oder einen Seitenschlupfwinkel.
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Die
Referenzgeschwindigkeiten und Referenzfahrlagewinkel sind wie folgt
bezeichnet: νx-REF, νy-REF, νz-REF, θx-REF, θy-REF, und θz-REF. νx-REF wird
dabei anhand der Raddrehzahlsensorsignale, des Lenkwinkels, der
Gierwinkelgeschwindigkeit und anderer Rechenwerte berechnet. Die
Referenzgeschwindigkeiten und Referenzlagen werden normalerweise schon
für Bremsenblockierschutzsysteme,
Antriebsschlupfregelsysteme, Gierstabilitätssysteme und Wankstabilitätssysteme
ermittelt. Die Annahme einer Fahrbahnabhängigkeit bedeutet, daß im Bereich
der unteren Frequenzen: νz-REF =
0.
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Daher
brauchen nur drei Referenzsignale νy-REF, θx-REF, θy-REF berechnet zu werden. Die Referenzsignaleinheit 70 beinhaltet
daher eine Berechnungseinheit für
die Querreferenzgeschwindigkeit zur Berechnung der Querreferenzgeschwindigkeit νx-REF,
eine Berechnungseinheit für
die Wankreferenzlage zur Berechnung der Wankreferenzlage θx-REF und eine Berechnungseinheit für die Nickreferenzlage
zur Berechnung der Nickreferenzlage θy-REF.
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Die
von der Referenzsignaleinheit 70 erzeugten Referenzsignale
sind im allgemeinen genau bei niedrigen Frequenzen, weil der niederfrequente Teil
der Hubgeschwindigkeit einer Fahrzeugkarosserie fast Null ist. Die
tiefpaßgefilterten
Werte νy-REF, θx-REF, θy-REF sind daher passend zum niederfrequenten
Teil der tatsächlichen
Fahrzeugzustände
jeweils der Quergeschwindigkeit νy der Wanklage θx und
der Nicklage θy.
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Das
heißt: LPF1[νy-REF]
= LPF1[νy]
LPF2[θx-REF] = LPF2[θx]
LPF3[θy-REF] = LPF3[θy] (3)
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Die
Tiefpaßfilter
LPF1, LPF2 LPF3 haben verschiedene Abschaltfrequenzen ωc1, ωc2, ωc3, die optimiert und anhand der echten Daten
abgestimmt werden.
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Um
die nichtlinearen Differentialgleichungen in Echtzeit für die Lagewinkel θx und θy zu lösen,
kann die einfache, oben dargestellte numerische Integralgleichung
nicht angewendet werden, weil die Sensorfehler und numerischen Fehler
beide bestrebt sind, eine Integrationsabweichung zu bewirken, d.h.
daß die
Integrationsfehler mit der Zeit zunehmen. Statt wie in INS-Anlagen
die GPS-Lageinformation zu verwenden, werden hier die vom Referenzsignalgenerator
(RSG) gelieferten Referenzsignale eingesetzt. Wichtig ist dabei,
daß nur
der niederfrequente Teil der Referenzsignale νy-REF, θx-REF, θy-REF den Fahrzeugvariablen auch wirklich
nahe kommt.
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Um
allein durch die Integration eingeleitete Abweichungen zu verringern
oder auszuschließen, werden
Anti-Integrations-Drift-Filter (AID) eingesetzt, um die oben dargestellten
nichtlinearen Differentialgleichungen zu lösen.
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Solche
Filter können
wie folgt für
Fälle 2. Ordnung
ausgedrückt
werden:
worin: i = 1, 2, 3, d
i1, c
i1, c
i2 Filterbeiwerte sind.
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θ ^x ist die rechnerisch ermittelte Fahrzeuglage für den Wanklagenwinkel,
und θ ^y dieselbe für den Nicklagenwinkel, so daß die Gesamt-Wank-
und -Nickgeschwindigkeiten unter Einsatz der letzten Schätzwerte
der Fahrzeuglagen wie folgt berechnet werden können: Θxνt(k
+ 1) = ωx(k + 1) + [ωy(k
+ 1)sin(θx(k)) + ωz(k +1)cos(θx(k))]tan(θy(k))
Θyνt(k
+ 1) = ωy(k + 1)cos(θx(k)) – ωz(k + 1)sin(θx(k))]
-
Die
digitale Umsetzung des Filters kann dann wie folgt für die Wanklage
ausgedrückt
werden: θ ^x-dyn(k + 1)
= c12θ ^x-dyn(k) – c22θ ^x-dyn(k – 1) + d12[Θxνt(k
+ 1) – Θxνt(k – 1)]
θ ^x-dyn(0) = θx0 und
folgendermaßen
für die
Nicklage: θ ^y-dyn(k + 1)
= c13θ ^y-dyn(k) – c23θ ^y-dyn(k – 1) + d12[Θyνt(k
+ 1) – Θyνt(k – 1)]
θ ^y-dyn(0) = θy0
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Die
beiden vorstehend genannten Gleichungen führen Integrationen aus, entfernen
daraus aber den potentiell richtigen niederfrequenten Teil.
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Der
nützliche
niederfrequente Teil sollte daher zurückgewonnen werden. Eine solche
Zurückgewinnung
ist durch die Annahme der Straßenabhängigkeit
möglich,
wie sie weiter oben schon erwähnt wurde.
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Werden
die Tiefpaßfilter
wie folgt für
i = 1, 2, 3 gewählt,
dann ist:
worin die Filterbeiwerte
folgende Vorgabebedingungen erfüllen:
ei1 = ei2 +
ei3
2ei2 =
1 – ci1 + ci2 -
Dann
wird der niederfrequente Teil der Referenzvariablen anhand der folgenden
digitalen Sätze berechnet: θ ^x-lpf(k + 1) = c12θ ^x-lpf(k) – c22θ ^x-lpf(k – 1) + e12θx-REF(k + 1) + e22θx-REF(k) – e23θx-REF(k – 1)
θ ^x-lpf(0) = θx-REF0 für die niederfrequente
Wanklagenangabe: θ ^y-lpf(k
+ 1) = c13θ ^y-lpf(k) – c23θ ^y-lpf(k – 1) + e13θy-REF(k + 1) + e23θy-REF(k) – e33θy-REF(k – 1)
θ ^y-lpf(0) = θy-REF0
-
Damit
kann die Wank- und Nicklage wie folgt bestimmt werden: θ ^x(k) = θ ^x-lpf(k)
+ θ ^x-dyn(k)
θ ^y(k)
= θ ^y-lpf(k) + θ ^y-dyn(k)
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Die
obengenannten Berechnungen werden in der Lagebestimmungseinheit
oder globalen Lageeinheit 76 durchgeführt, die davon ausgehend das globale
Lagesignal erzeugt.
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Die
Bestimmung der Quergeschwindigkeit des Fahrzeuges kann anhand der
Referenzquergeschwindigkeit νy-REF vorgenommen werden, sowie anhand der
Querbeschleunigung, der Giergeschwindigkeit, des Lenkwinkels, und
des vorangehenden Wertes jeweils der berechneten Wank- und Nicklagen. Auch
hier ist die weiter oben schon verwendete ähnliche Zwei-Filter-Struktur
eingesetzt. Dies geschieht in der Richtungseinheit oder der Richtungsgeschwindigkeitseinheit 78,
welche daraus das Richtungsgeschwindigkeitssignal erzeugt.
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Die
relativen Lagen des Fahrzeuges in bezug auf die durchschnittliche "Straßen"- oder Fahrbahnoberfläche können folgende
sein: θ ^x-relativ(k + 1)
= c0θ ^x-relativ(k)
+ c1[Θx(k + 1) + Θx(k)]
θ ^y-relativ(k + 1) = f0θ ^y-relativ(k) + f1[Θy(k + 1) + Θy(k)]worin Θx(k) = –αω .x(k)
+ bαy(k)
Θy(k)
= –gω .y(k) + hαx(k)
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Diese
Berechnungen werden ebenfalls in der Lageeinheit 74 ausgeführt, welche
daraus ein relatives Fahrlagesignal erzeugt.
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Da
eine der Winkelgeschwindigkeiten aus dem Rest der Sensorsignale
des Sensorpakets
16, den berechneten Variablen und den
Referenzvariablen geschätzt
werden kann, kann auch die Sensorplausibilität innerhalb der Steuerung geprüft werden. Der
Nickgeschwindigkeitssensor kann z.B. wie folgt geschätzt werden:
-
Damit
kann durch einen Vergleich des Nickgeschwindigkeitssensorausganges
mit der oben geschätzten
Nickgeschwindigkeit die Plausibilität des Nickgeschwindigkeitssensors
geprüft
werden. Die Plausibilität
für den
Wankgeschwindigkeitssensor und den Giergeschwindigkeitssensor kann
in ähnlicher
Weise geprüft
werden. Diese Prüfungen
werden in der Sensorprüfeinheit
oder Sensorplausibilitätseinheit 80 vorgenommen,
die davon ausgehend ein Sensorplausibilitätssignal erzeugt.
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Wegen
der gegenseitigen Relationen der Sensorsignale untereinander können auch
die Sensormontagefehler innerhalb der Steuerung
12 korrigiert
werden. So kann zum Beispiel ein Ausrichtefehler des Wankgeschwindigkeitssensors
ausgehend von den anderen Signalen des Sensorpaketes als dem Wankgeschwindigkeitssignal
und von der Fahrzeuglängsreferenzgeschwindigkeit
berechnet werden:
-
Ähnliche
Ausrichte- oder Montagefehler der anderen Sensoren können ebenfalls
korrigiert werden. Die Sensorinformation wird dann zur Durchführung einer
Echtzeitabgleichung der Sensorsignale eingesetzt. Der Abrollradius-Abgleich
für die
Raddrehzahlsensoren zum Beispiel kann ausgehend von den verfügbaren Sensorsignalen
und den berechneten Signalen vorgenommen werden. Solche Berechnungen
werden mit einer Sensorausgleichseinheit oder Sensorsignaleinheit 84 durchgeführt, die
daraus ein Sensorausgleichssignal erzeugt.
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Die
Sensoren liefern auch Informationen für die Schätzung und Vorhersage des Fahrbahnprofils, der
Fahrbahnoberfläche
und der Fahrbahnkrümmung.
Solche Berechnungen werden in der Fahrbahnprofileinheit 72 durchgeführt, welche
daraus ein Fahrbahnprofilsignal erzeugt, welches folgende beinhaltet,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein: Oberflächenreibwert,
Unebenheit der Oberfläche
(Rauheit), Fahrbahnneigung und Wölbung
bzw. Seitengefälle.
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Die
Anomalitätsbedingungen
des Fahrzeuges werden auch von dem System erfaßt und überwacht. Diese Abnormalitätsbedingungen
beinhalten z.B. Reifendruckmangel, Reifenunwucht, Versagen des Stellantriebes,
Abheben des Rades, usw. Solche Funktionen werden in einer Abnormalzustandseinheit
bzw. Abnormalzustandsüberwachungseinheit 82 ausgeführt, welche
davon ausgehend Abnormalzustandssignale erzeugt.
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Die
Kräfte
und Drehmomente, die an den Rädern
angelegt werden, spielen wichtige Rollen in vielen Fahrzeugsteuerfunktionen.
Das System 10 führt auch
eine Schätzung
und eine Voraussage dieser Lasten in einer Schätzungseinheit oder Kraft- und Drehmomenteinheit
oder Kraft- und Drehmomentschätzeinheit
(FATE) 86 durch, welche daraus dann ein Kraft- und Drehmomentsignal
erzeugt.
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Es
wird dann das Referenzlagesignal ausgehend von allen Sensorsignalen
und der Annahme einer Fahrbahnabhängigkeit berechnet und wird
dann zur Korrektur der Lageberechnungsfehler eingesetzt.
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Neben
dem Sensorpaket 16 beinhaltet das System auch Raddrehzahlsensoren 24,
einen Radlenkwinkelsensor 26, Niveauregelungs- bzw. Federungshöhensensoren
und jeden beliebigen spezifischen Sensor 32 (zum Beispiel
die Bremsdrucksensoren und alle anderen Sensoren, die für die Steuerung
von Untersystemen eingesetzt werden). Das System liefert daher die
Fahrzeugbetriebszustände wie:
Fahrzeuglagen in bezug auf die durchschnittliche Fahrbahnoberfläche, die
Richtungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges, die Fahrbahnprofil- und
Oberflächenbedingungen,
Antriebskräfte
und Reifenkräfte.
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Ein
weiterer Aspekt des Systems 10 ist die Fähigkeit,
Sensorplausibilitätsprüfungen durchzuführen, sowie
einen Sensorfehlerausgleich und die Überwachung und Erfassung von
Abnormalitätszuständen, weil
alle Sensorsignale für
das System 10 verfügbar
sind. Viele der Sensorsignale haben Rückwirkungen auf andere Sensorsignale,
und es besteht eine sie verbindende Beziehung zwischen all diesen Sensorsignalen.
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Die
dynamische Systemsteuerung 33 empfangt das Fahrzeugreferenzgeschwindigkeitssignal und
erzeugt in Reaktion darauf ein dynamisches Steuersignal. Die dynamische
Systemsteuerung kann eine Gierstabilitätssteuerung 40 umfassen,
eine Wankstabilitätssteuerung 42,
eine ABS-Steuerung 44 oder eine TCS-Steuerung 46 oder
eine beliebige Kombination derselben, getrennt oder zusammen in einer
einzigen dynamischen Systemeinheit.
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Die
Bremssystemsteuerung 34 oder Sicherheitsvorrichtungssteuerung/das
Fahrzeugsicherheitssystem empfangt das dynamische Steuersignal und
erzeugt ein Bremssignal in Reaktion darauf. Die Bremsensteuerung 34 beinhaltet
eine Steuerfunktionsprioritäts-/-Entscheidungs-/-Integrationslogik 35 sowie
mit den Bremsen kommunizierende und die Bremsen ansteuernde Steuerungen 37.
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Die
Bremsensystemsteuerung 34 empfangt wenigstens eines von
mehreren Signalen, einschließlich:
dem Fahrbahnprofilsignal, dem Fahrzeuglagensignal, dem globalen
Positionssignal, dem Fahrzeugrichtungssignal, dem Sensorplausibilitätssignal,
dem Abnormalitätszustandssignal,
dem Sensormontagefehler-Korrektursignal und dem Kraft- und Drehmomentsignal.
In einer Ausführungsform der
Erfindung prüft
die Bremssystemsteuerung 34 das Fahrzeugreferenzgeschwindigkeitssignal
zusammen mit besagtem wenigstens einem der besagten mehreren Signale.
In einer alternativen Ausführungsform
macht die Bremssystemsteuerung 34 eine Vorhersage zu den
zu erwartenden Fahrzeugzuständen
anhand wenigstens eines der besagten obengenannten Signale und aktiviert
die Sicherheitsvorrichtungen in Reaktion darauf.
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Die
verschiedenen alternativen bekannten Stellglieder 36 schließen aktive
Lenkanlagen mit ein, aktive Bremsanlagen, aktive Antriebssysteme, Triebstrangsteuersysteme,
Antriebssteuerungen, Drosselklappensteuerungen, verstellbare Federungen,
verstellbare Stabilisatorstangen, usw. Die Stellantriebe 36 werden
in Reaktion auf die von der integrierten Systemsteuerung 12 erzeugten
Signale aktiviert.
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Es
sei nun Bezug genommen auf 4, wo ein
logisches Flußdiagramm 100 eines
Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugdynamiksystems gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Die Logik startet im Funktionsblock 102,
wo das Fahrzeug 14 ein RSC-Ereignis (Überschlagstabilitätsregelung – rollover
stability control, RSC) erfährt.
Die Sensoren im Sensorpaket 16 reagieren auf das RSC-Ereignis
mit der Generierung von Sensorsignalen, wie weiter oben schon erläutert wurde.
Im Funktionsblock 104 werden die Sensorsignale vom Sensorpaket
sowie verschiedene andere Fahrzeugsensorsignale in der integrierten
Systemsteuerung 12 empfangen.
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Im
Funktionsblock 106 führt
die integrierte Systemsteuerung 12 eine Schätzung der
gegenwärtigen
Fahrzeugzustände
aus und sagt zu erwartende Fahrzeugzustände in Reaktion auf die erzeugten RSC-Sensorsignale
voraus.
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Im
Funktionsblock 108 empfangt eine dynamische Systemsteuerung 33 die
Signale der integrierten Systemsteuerung und generiert davon ausgehend
Stabilitätsregelsignale.
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Im
Funktionsblock 110 empfangt die Bremsensteuerung 34 Signale
von der dynamischen Systemsteuerung und generiert davon ausgehend Bremssignale.
In Reaktion darauf werden in Funktionsblock 112 die Fahrzeugstellantriebe 36 und
die Fahrzeugsysteme aktiviert, um auf das RSC-Ereignis zu reagieren
oder dieses zu kompensieren. Im Funktionsblock 114 kompensieren
die Fahrzeugstellglieder 36 und die Systeme das RSC-Ereignis
und versuchen, das Fahrzeug 14 zu stabilisieren.
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Im
Betrieb beinhaltet ein Verfahren zur Steuerung einer Sicherheitsvorrichtung
für ein
Fahrzeug 14 die Generierung eines Wankgeschwindigkeitssignales,
die Erzeugung eines Nickgeschwindigkeitssignales, Erzeugung eines
Giergeschwindigkeitssignales, Erzeugung eines Längsbeschleunigungssignales,
Erzeugung eines Querbeschleunigungssignales, Erzeugung eines Vertikalbeschleunigungssignales, Erzeugung
eines Fahrzeugreferenzgeschwindigkeitssignales in Reaktion auf das
Wankgeschwindigkeitssignal, das Nickgeschwindigkeitssignal, das Giergeschwindigkeitssignal,
das Längsbeschleunigungssignal,
das Querbeschleunigungssignal und das Vertikalbeschleunigungssignal.
In Reaktion auf das Fahrzeugreferenzgeschwindigkeitssignal wird ein
dynamisches Steuersignal erzeugt, und eine Fahrzeugsicherheitsvorrichtung
wird in Reaktion auf das Sicherheitsvorrichtungssteuersignal angesteuert.
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Das
Verfahren beinhaltet auch die Erzeugung einer Lagereferenzberechnung,
die Erzeugung eines Fahrbahnprofilsignals, die Erzeugung eines Fahrzeuglagesignals,
Erzeugung eines globalen Positionssignals, Erzeugung eines Fahrzeugrichtungssignales,
Erzeugung eines Sensorplausibilitätssignales, Erzeugung eines
Abnormalitätszustandssignales einschließlich Informationen
bezüglich
anomaler Fahrzeugzustände,
die Erzeugung eines Sensormontagefehler-Korrektursignals, Erzeugung
eines Kraft- und Drehmomentsignals in Reaktion auf am Fahrzeug angreifende
Kräfte
und Drehmomente, die Erzeugung eines Verhältnissignales von karosseriefestem
Rahmen zu Wankrahmen, die Erzeugung eines Normallastsignales, Erzeugung
eines Fahrzeugparametersignales und die Erzeugung des Steuersignals
für die
Sicherheitsvorrichtung in Reaktion auf eine Kombination aus der
Lagereferenzberechnung, dem Fahrbahnprofilsignal, dem Fahrzeuglagesignal, dem
globalen Positionssignal, dem Fahrzeugrichtungssignal, dem Sensorplausibilitätssignal,
dem Abnormalitätszustandssignal,
dem Sensormontagefehler-Korrektursignal und dem Kraft- und Drehmomentsignal.
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Zusammenfassend
beinhaltet also gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeugsteuersystem ein in
einem Gehäuse
angeordnetes Sensorpaket, welches ein Wankgeschwindigkeitssignal,
ein Nickgeschwindigkeitssignal, ein Längsbeschleunigungssignal, ein
Querbeschleunigungssignal und ein Vertikalbeschleunigungssignal erzeugt.
Das Wankgeschwindigkeitssignal, das Nickgeschwindigkeitssignal,
das Giergeschwindigkeitssignal, das Längsbeschleunigungssignal, das
Querbeschleunigungssignal und das Vertikalbeschleunigungssignal
werden in einer integrierten Steuerung empfangen, welche verschiedene
Fahrzeugbetriebszustände
und Fahrbahnbedingungen erzeugt. Die Fahrzeugbetriebszustände und
die Fahrbahnbedingungen werden in einer dynamischen Systemsteuerung
empfangen, welche in Reaktion darauf ein dynamisches Steuersignal
erzeugt. Das dynamische Steuersignal wird von Stellgliedern des
Fahrzeuges empfangen, einschließlich
gesteuerter Bremsen, gesteuerter Bug- und/oder Hecklenkung, gesteuerter Federung,
einer gesteuerten Stabilisatorstange, Antriebsstrang- Stellgliedern,
Triebstrang- Stellgliedern, usw. Im einzelnen zeigt diese Erfindung
den Einsatz von geschätzten
Fahrzeugbetriebszustandsinformationen in der Steuerung der Bremsanlage,
die in Reaktion darauf ein Bremssignal erzeugt.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung
einer Sicherheitsvorrichtung für
ein Fahrzeug gestellt, welches die Erzeugung eines Wankgeschwindigkeitssignals
beinhaltet, die Erzeugung eines Nickgeschwindigkeitssignals, die
Erzeugung eines Giergeschwindigkeitssignals, die Erzeugung eines
Längsbeschleunigungssignals,
Erzeugung eines Querbeschleunigungssignals und die Erzeugung eines
Vertikalbeschleunigungssignals. In Reaktion auf das Wankgeschwindigkeitssignal,
das Nickgeschwindigkeitssignal, das Giergeschwindigkeitssignal,
das Längsbeschleunigungssignal,
das Querbeschleunigungssignal und das Vertikalbeschleunigungssignal
wird dann ein Fahrzeugreferenzgeschwindigkeitssignal erzeugt. In Reaktion
auf das Fahrzeugreferenzgeschwindigkeitssignal wird ein dynamisches
Steuersignal erzeugt, und eine Fahrzeugsicherheitsvorrichtung wird in
Reaktion auf das Steuersignal für
die Fahrzeugsicherheitsvorrichtung erzeugt.
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Damit
kann das vorliegende System in ein Überschlag-Stabilitätsregelsystem
(RSC) integriert werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
sowie in ein Gierstabilitätsregelsystem,
ein ABS/TCS-Regelsystem und in ein Antriebsstrangregelsystem zwecks
Erzielung größerer Kraftstoffersparnis.
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Ein
Vorteil der Erfindung ist es, daß das Sensorpaket zusammen
mit der integrierten Steuerung genaue Fahrzeuglage- und Geschwindigkeitssignale generiert.
Ein genaueres Beispiel hierfür
ist die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit.
Unter bestimmten Brems- oder Drosselklappenbedingungen wäre das Raddrehzahlsignal
alleine nicht in der Lage, eine exakte Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit
(Längsgeschwindigkeit)
zu erzeugen, die dann in der Radschlupfregelung eingesetzt würde, um RSC-/TCS-/ABS-Funktionen zu erzielen.
Wenn sich die Räder
auf einer Seite des Fahrzeuges in der Luft befinden (z.B. wegen
eines starken Wankmoments des Fahrzeuges), wäre die Raddrehzahlinformation dieser
Räder keine
gültige
Anzeige der Fahrzeuggeschwindigkeit mehr. Bei Geländefahrt
z.B. kann sich mehr als ein Rad unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit
verhalten.
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Ein
weiterer Vorteil ist die wesentlich erhöhte Genauigkeit der momentanen
Fahrzeugdynamik und der Fahrzeugdynamik-Vorhersage, wie sie, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein, in folgenden Systemen eingesetzt wird: Überschlagstabilitätsregelsysteme,
Gierstabilitätsregelsysteme,
ABS/TCS-Regelsysteme und Antriebsstrangsteuersysteme.
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Ein
weiterer Vorteil ist die wesentlich erhöhte Genauigkeit der Voraussage
der Bedingungen der Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug gefahren
wird. Die exakte Identifikation der Fahrbahnneigung, zum Beispiel,
kann dem Drosselklappensteuersystem dabei helfen, unnötigen Kraftstoffverbrauch
im Schiebelauf zu unterbinden; die genaue Identifikation der Fahrbahnoberflächenbedingung
kann dabei behilflich sein, die RSC- und Gierstabilitätsregelung
auszuführen.
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Noch
ein weiterer Vorteil besteht in der Fähigkeit, Änderungen der Fahrzeugparameter
zu erkennen. Eine Änderung
des Last- bzw. Ladezustandes des Fahrzeuges z.B. kann auf diese
Weise identifiziert werden, so daß Steuervorgänge einer
angemessenen Stufe proportional zum Ladezustand des Fahrzeuges anpaßt werden
können.
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Ein
anderer Vorteil ist die Fähigkeit,
Sensorausrichtungsfehler zu erkennen, und Sensorplausibilitätsprüfungen vornehmen
zu können.
Die Sensorausrichtungsfehler setzen sich aus zwei Teilen zusammen:
(i) Sensormontagefehler, (ii) ungleiche Ladezustände, welche Ausrichtungsfehler
zwischen dem beladenen und dem unbeladenen Fahrzeug bewirken. Derartige
Identifikationen der Sensorausrichtungsfehler können die Präzision der Voraussage der Fahrzeugbetriebszustände erheblich
verbessern.
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Ein
weiterer Vorteil ist die Fähigkeit,
die Leistung bei Fahrzeugen mit Vierradantrieb deutlich zu erhöhen, dank
der Genauigkeit der Identifikation der an den Rädern angelegten Kräfte und
Drehmomente. Daher kann sowohl die Führungsgröße des Antriebsdrehmoments
als auch das resultierende Drehmoment am Rad mit großer Genauigkeit
identifiziert werden, so daß der
Wirkungsgrad der bedarfsgerechten Drehmomentabgabe verbessert wird.
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Noch
ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit,
potentielle Abnormalitätszustände des
Fahrzeuges zu überwachen
und zu erkennen, einschließlich,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Reifendruckmangel, Reifenunwucht und Federungsverschleiß.
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Zwar
sind hier besondere Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt und beschrieben worden, der Fachmann in
der Technik wird jedoch erkennen, daß zahlreiche Abwandlungen und
alternative Ausführungsformen
geschaffen werden können, ohne
sich dadurch von dem Rahmen der Erfindung zu entfernen, wie er in
den beiliegenden Patentansprüchen
definiert ist.
