EP2635480A1 - Steuermodul für ein fahrzeugsystem, das fahrzeugsystem sowie ein fahrzeug mit diesem fahrzeugsystem - Google Patents

Steuermodul für ein fahrzeugsystem, das fahrzeugsystem sowie ein fahrzeug mit diesem fahrzeugsystem

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Publication number
EP2635480A1
EP2635480A1 EP11748273.7A EP11748273A EP2635480A1 EP 2635480 A1 EP2635480 A1 EP 2635480A1 EP 11748273 A EP11748273 A EP 11748273A EP 2635480 A1 EP2635480 A1 EP 2635480A1
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EP
European Patent Office
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vehicle
gravity
center
lateral acceleration
yaw rate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11748273.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Waldemar Kamischke
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ZF CV Systems Hannover GmbH
Original Assignee
Wabco GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Wabco GmbH filed Critical Wabco GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
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    • B60Y2200/14—Trucks; Load vehicles, Busses
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    • B60Y2200/143—Busses
    • B60Y2200/1432—Low floor busses

Definitions

  • Control module for a vehicle system, the vehicle system and a vehicle with this vehicle system
  • the invention relates to a control module for a vehicle system, the vehicle system and a vehicle with this vehicle system. Furthermore, a method for controlling or regulating a vehicle is provided.
  • vehicle dynamics control systems for vehicles also enable detection of vehicle instabilities and subsequent correction.
  • roll inclinations of the vehicle and oversteer or understeer slopes can be determined.
  • the vehicle stability systems for this purpose have partly lateral acceleration sensors and yaw rate sensors. With the help of the determined yaw rate of the vehicle, d. H. the rotational frequency about the vertical axis of the vehicle, and the lateral lateral acceleration as well as the known vehicle speed can improve the vehicle stability or a corrective behavior for the driver can be indicated by specific wheel brake interventions.
  • a control module is generally used, on which a central control device and z. B. the yaw rate sensor and lateral acceleration sensor are mounted.
  • the installation location is generally the center of gravity of the vehicle, since the relevant driving dynamics parameters can be measured directly here.
  • DE 198 56 303 A, DE 10 2005 033 237 B4, DE 10 2005 059 229 A1 and EP 1351843 B1 show corresponding sensor systems and vehicle dynamics control systems. In some vehicles, however, a placement of the sensor module in the vehicle's center of gravity or very close to the vehicle's center of gravity is not possible. So z. B. in coaches the vehicle center of gravity are in an area that is in the passenger compartment or occupied by other vehicle components.
  • the yaw rate of a vehicle is generally the same in all points of the vehicle and can thus also be determined by means of a sensor outside the center of gravity; however, measurement of vehicle lateral acceleration out of center of gravity results in incorrect values as contributions occur due to the vehicle's dynamic rotation, ie yaw rate.
  • US 20070106444 A1 describes a system in which the lateral acceleration is measured by means of a sensor outside the vehicle center of gravity. Subsequently, from this measured lateral acceleration, a yaw rate change and the lever arm, which is formed as a sensor distance between the center of gravity and the sensor installation location, the lateral acceleration is determined in the vehicle's center of gravity. For this purpose, the yaw rate change is determined from two successive measurement signals of the yaw rate sensor. The sensor distance of the lateral acceleration sensor with respect to the vehicle's center of gravity is assumed to be given.
  • a disadvantage of such a measuring system is that due to the signal noise at successive measured values, a yaw rate change determined in this way can be relatively large and, together with incorrect information about the sensor distance of the lateral acceleration sensor relative to the center of gravity, compensation values can occur which are greater than the lateral acceleration measurement signal , A vehicle lateral acceleration of the vehicle center of gravity thus determined is generally not sufficiently accurate for vehicle control systems.
  • the invention is based on the object to provide a sensor module for a vehicle system, such a vehicle system and a method for controlling or regulating a vehicle with which a sufficiently accurate determination of the vehicle lateral acceleration is possible even when installing at least the lateral acceleration sensor outside of the vehicle's center of gravity ,
  • the invention is based on the finding that a calculation of the vehicle lateral acceleration in the vehicle center of gravity by measuring the vehicle lateral acceleration outside of the center of gravity leads to good results by making appropriate corrections for some of the variables used.
  • even a slight low-pass filtering of the yaw rate measurement signal is advantageous even before the formation of the time derivative.
  • a Chebyshev filter is very suitable for performing a low-pass filtering prior to the formation of the time derivative.
  • the inclusion of a cutoff frequency in the range of 7 to 10 Hz, in particular 7.5 to 8.5 Hz of the Chebyshev filter is considered to be advantageous.
  • a current determination of the sensor distance can in this case take place in particular by determining the center of gravity of the vehicle.
  • the determination of the center of gravity of the vehicle in particular in the vehicle X direction, is possible by applying a torque equilibrium in which the wheel loads or axle loads, i. H. weight distributions acting on the wheel axles in the vehicle longitudinal direction are used, or the vehicle is divided into modules and the effect of the module weights on the wheel axles is determined.
  • Fig. 1 shows an inventive vehicle indicating relevant
  • Fig. 2 is a general view for achieving the torque balance in three bodies
  • Fig. 4 is a plan view of the vehicle according to the invention under
  • FIG. 5 shows a flow chart of a method according to the invention.
  • a commercial vehicle 1 has three axles A1, A2 and A3, A1 here being the front axle.
  • the vehicle 1 travels in the vehicle longitudinal direction or X direction.
  • the transverse direction or Y direction and vertical direction or Z direction are shown correspondingly in FIGS. 1 and 4.
  • the center of gravity S of the commercial vehicle 1 and a control module 2 of its vehicle dynamics control system or driving stability system are shown.
  • the vehicle dynamics control system 3 acts according to the schematic representation of Figure 4 by means of control signals S1 on wheel brakes 5 of the vehicle at the wheels of the axes A1, A2 and A3, as it is known as such.
  • the control module 2 has a central control device 6, a yaw rate sensor 7 for measuring a yaw rate ⁇ and a lateral acceleration sensor 8 for measuring a sensor lateral acceleration a_s.
  • the yaw rate sensor 7 outputs a yaw rate measurement signal S2 to the central controller 6; Accordingly, the lateral acceleration sensor 8 outputs a lateral acceleration measurement signal S3 to the central control device 6.
  • the central control device 6 also receives other signals, in particular wheel speed signals from wheel speed sensors (not shown here) or ABS sensors on the wheels of the axles A1, A2 and A3, as known to those skilled in the art.
  • wheel speed signals from wheel speed sensors (not shown here) or ABS sensors on the wheels of the axles A1, A2 and A3, as known to those skilled in the art.
  • the control module 2 for the detailed illustration of the sensors 7, 8 and the signals S2, S3 is shown here significantly enlarged.
  • the control module 2 together with the sensors 7, 8 is removed in the X direction by a distance d from the center of gravity S of the vehicle 1.
  • the center-of-mass lateral acceleration aq occurs, which in general can be different from the sensor lateral acceleration a_s.
  • the yaw rate ⁇ is independent of the longitudinal position in the x direction.
  • the distance d represents the lever arm with which the yaw rate change ⁇ 'makes a contribution to the sensor lateral acceleration signal a_s.
  • the installation position of the lateral acceleration sensor 8 or of the entire control module 2 is known, wherein the sensors 7 and / or 8 can also be installed outside of the control module 2.
  • the yaw rate change ⁇ ' is determined by first subjecting the yaw rate measurement signal S2 to low-pass filtering and subsequently forming the time derivative, as will be described below.
  • step StO z. B. already when switching on the ignition of the vehicle 1.
  • step St1 measurements are carried out by the sensors 7 and 8 in step St1 and the measurement signals S2 and S3 are output to the central control device 6.
  • step St2 low-pass filtering of the yaw rate measurement signal S2 is subsequently carried out by means of a Chebychev filter, whereby filtered signals S4 are formed.
  • the filtered signals S4 are subsequently subjected to temporal differentiation or time derivation in step St3, whereby the yaw rate change ⁇ 'is determined.
  • step St4 the center of gravity S of the commercial vehicle 1 and from this the distance d to the installation location of the central control device 6 or the lateral acceleration sensor 8 are determined.
  • step St4 can in principle also take place before step St2; it is relevant that the required values are present in step St 5.
  • the low-pass filtering in particular, the Chebyshev filtering provides a very good result in order to first low-pass filter the yaw rate measurement signals in order subsequently to form the time derivative.
  • the high edge steepness is considered to be advantageous in particular by the Chebyshev filtering.
  • a cut-off frequency fg of 7 to 10 Hz, preferably 7 to 9 Hz, in particular 7.5 to 8.5 Hz, d. H. around 8 Hz is advantageous for the Chebyshev filter. It has been found that filters with fg above 10 Hz no longer produce the desired result.
  • the yaw rate measurement signals S2 as such are possibly still sufficient for the determination of a yaw rate itself; however, they scatter too much for the formation of a time derivative, so that a time difference formation or formation of the time derivative as a difference quotient from two successive measurements leads to insufficient accuracies. Excessive low-pass filtering in turn degrades the dynamics and response time of the vehicle control system or the driving stability program.
  • the time derivative d (p / dt can already be done by forming a simple difference quotient, which is formed as a quotient ⁇ / At from the Difference between two consecutive values and the difference between the times of the measurements.
  • a time derivative is formed by using several measured values, ie as a tangent to the previously determined function of the filtered signal S4, since according to the invention by the Chebyshev filtering a smoother function is formed, this subsequent derivation by tangent formation is possible and advantageous because they takes the curve overall account.
  • step St4 the vehicle center of gravity S is currently determined in each case, since it is recognized according to the invention that vehicle data preset in advance due to different loads and loading states of the vehicle 1 are not sufficiently accurate; According to the invention, the actual determination of the distance d is therefore made possible by the installation location of the module 2 or the lateral acceleration sensor 8 being known and the center of gravity S being determined from current measurement signals or measurement data, possibly with the aid of external signals or measurement signals.
  • the center of gravity S of the vehicle 1 is determined from the instantaneous equilibrium, ie its longitudinal position x 0 is the quotient of the sum of the moments (AB i * x i) divided by the sum of the masses AB i.
  • the center of gravity S is calculated by placing the reference point (viewpoint) on the front axle A1. With known axle loads F1, F2 and F3 on the axles A1, A2, A3 and the corresponding wheelbases R1 and R2, the center of gravity S of the vehicle 1 can be determined. Since the following quantities L1 and L2 are not known in the model shown in FIG. 1, some of the quantities are replaced by known quantities.
  • the center of gravity S is calculated by forming modules to represent the mass distribution of the vehicle 1, ie in particular a loaded commercial vehicle 1.
  • the following formula results as a concrete sum of a few modules, in particular z. B. three modules with masses AB1, AB4, AB3.
  • the focus of this entire structure can be formed with relatively simple formula and few parameters.
  • specific modules can each be represented and determined. In one In a vehicle having two axles or three axles, when the two rear axles are close to each other as rear axles, a front portion, a middle portion, and a rear portion may be particularly adopted.
  • the vehicle center of gravity can also be determined from the module weights used in the above formula of moment equilibrium.
  • the following parameters of a module are used:
  • the vehicle length Lges can be determined. Assuming that the structure is distributed homogeneously, the vehicle center of gravity S and the weight of the body can be calculated. The reference point for the determination of the center of gravity of the entire vehicle can be determined here on the rear of the vehicle. This is shown schematically in FIG. 3.
  • AB4 can be used for the following vehicle types:
  • data on the size and position of the trunk, the size and position of the diesel tank, and the size and position of the battery can also be included in addition, which are initially used in a generalized manner in the above modules.
  • the vehicle center of gravity S can also be determined by external systems or their data signals, wherein z. B. of a level control system, in particular an electronically controlled ECAS of the vehicle 1 values for the wheel loads F1, F2 and F3 can be used.
  • z. B. of a level control system in particular an electronically controlled ECAS of the vehicle 1 values for the wheel loads F1, F2 and F3 can be used.
  • the center of gravity S of the vehicle can be determined in FIG. If L1 and L2 are not known, the following formula can be used: _F l * 0 + F 2 * R i + F 3 * (R i + Ji 2 )
  • the compensation in the X direction was first of all determined in these embodiments.
  • Corresponding compensation or correction can also take place in the Z direction, ie the vertical axis, whereby instead of the yaw rate change ⁇ ', the roll angle change is to be used accordingly. If a triangular quadrant yaw rate sensor is used as the yaw rate sensor 7, which thus also detects this dynamic change variable of the roll angle, the installation position is thus absolutely variable.
  • L1, L2 L3 mean overhangs of modules AB1, AB2, AB3

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuermodul (2) für ein Fahrzeugsystem (3), wobei das Steuermodul (2) aufweist: einen Querbeschleunigungssensor (8) zur Messung einer Querbeschleunigung (a_s) und Ausgabe eines Querbeschleunigungs-Messsignals (S3), einen Gierratensensor (7) zur Erfassung einer Gierrate (φ) und Ausgabe eines Gierraten-Messsignals (S2), und eine zentrale Steuereinrichtung (6) zur Aufnahme des Gierraten-Messsignals und des Querbeschleunigungs-Messsignals und Ermittlung einer Schwerpunkts-Querbeschleunigung (aq) des Fahrzeugs (1) in dessen Fahrzeugschwerpunkt (S), wobei die zentrale Steuereinrichtung (6) die Schwerpunkts-Querbeschleunigung (aq) ermittelt aus einem Sensor-Abstand (d) des Querbeschleunigungssensors (8) von dem Fahrzeugschwerpunkt (S) und dem Gierraten- Messsignal (S2) unter Bildung einer zeitlichen Ableitung. Hierbei ist vorgesehen, dass die zentrale Steuereinrichtung (6) das Gierraten-Messsignal zunächst mit einem Tiefpassfilter filtert und nachfolgend eine zeitliche Ableitung bildet und den Sensor-Abstand (d) aktuell ermittelt.

Description

Steuermodul für ein Fahrzeugsystem, das Fahrzeugsystem sowie ein Fahrzeug mit diesem Fahrzeugsystem
Die Erfindung betrifft ein Steuermodul für ein Fahrzeugsystem, das Fahrzeugsystem sowie ein Fahrzeug mit diesem Fahrzeugsystem. Weiterhin wird ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Fahrzeugs geschaffen.
Fahrdynamik-Regelsysteme für Fahrzeuge ermöglichen insbesondere auch die Feststellung von Fahrzeug-Instabilitäten und eine nachfolgende Korrektur. Hierbei können insbesondere Wankneigungen des Fahrzeugs und Übersteuer- oder Untersteuer-Neigungen festgestellt werden. Die Fahrzeug- Stabilitätssysteme weisen hierfür zum Teil Querbeschleunigungssensoren und Gierratensensoren auf. Mit Hilfe der ermittelten Gierrate des Fahrzeugs, d. h. der Drehfrequenz um die Hochachse des Fahrzeugs, und der Querbeschleunigung in seitlicher Richtung sowie der bekannten Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch gezielte Radbremseingriffe die Fahrzeugstabilität verbessert oder ein korrigierendes Verhalten für den Fahrer angezeigt werden.
Für das Fahrdynamik-Regelsystem bzw. Fahrstabilitätsregelsystem wird im Allgemeinen ein Steuermodul eingesetzt, auf dem eine zentrale Steuereinrichtung und z. B. der Gierratensensor und Querbeschleunigungssensor angebracht sind. Der Einbauort ist im allgemeinen der Schwerpunkt des Fahrzeugs, da hier die relevanten Fahrdynamikgrößen direkt gemessen werden können. Die DE 198 56 303 A, DE 10 2005 033 237 B4, DE 10 2005 059 229 A1 und EP 1351843 B1 zeigen entsprechende Sensorsysteme und Fahrdynamikregelungssysteme. Bei einigen Fahrzeugen ist eine Platzierung des Sensormoduls im Fahrzeugschwerpunkt bzw. sehr nah am Fahrzeugschwerpunkt jedoch nicht möglich. So kann z. B. bei Reisebussen der Fahrzeugschwerpunkt in einem Bereich liegen, der im Fahrgastraum liegt oder durch andere Fahrzeugkomponenten belegt ist. Die Gierrate eines Fahrzeugs ist im Allgemeinen in sämtlichen Punkten des Fahrzeugs gleich und kann somit auch mittels eines Sensors außerhalb des Schwerpunkts ermittelt werden; die Messung der Fahrzeug-Querbeschleunigung außerhalb des Schwerpunkts führt jedoch zu falschen Werten, da Beiträge durch die dynamische Drehung des Fahrzeugs, d. h. die Gierrate, auftreten.
Die US 20070106444 A1 beschreibt ein System, bei dem die Querbeschleunigung mittels eines Sensors außerhalb des Fahrzeugschwerpunkts gemessen wird. Nachfolgend wird aus dieser gemessenen Querbeschleunigung, einer Gierratenänderung und dem Hebelarm, der als Sensorabstand zwischen dem Schwerpunkt und dem Sensor-Einbauort gebildet wird, die Querbeschleunigung im Fahrzeugschwerpunkt ermittelt. Hierzu wird die Gierratenänderung aus zwei aufeinander folgenden Messsignalen des Gierratensensors ermittelt. Der Sensorabstand des Querbeschleunigungssensors gegenüber dem Fahrzeugschwerpunkt wird als gegeben angenommen.
Nachteilhaft an einem derartigen Messsystem ist jedoch, dass aufgrund des Signalrauschens bei aufeinander folgenden Messwerten eine so ermittelte Gierratenänderung relativ groß sein kann, und zusammen mit fehlerhaften Angaben zu dem Sensorabstand des Querbeschleunigungssensors gegenüber dem Schwerpunkt Kompensationswerte auftreten können, die größer als das Querbeschleunigungs-Messsignal sind. Eine so ermittelte Fahrzeug- Querbeschleunigung des Fahrzeug-Schwerpunkts ist für Fahrzeug- Regelsysteme somit im allgemeinen nicht hinreichend genau. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Sensormodul für ein Fahrzeugsystem, ein derartiges Fahrzeugsystem sowie ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Fahrzeugs zu schaffen, mit denen auch bei Einbau zumindest des Querbeschleunigungssensors außerhalb des Fahrzeugschwerpunkts eine hinreichend genaue Ermittlung der Fahrzeug- Querbeschleunigung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuermodul nach Anspruch 1 , ein Fahrzeugsystem nach Anspruch 8 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Hierbei ist ergänzend auch das gesamte Fahrzeug mit dem Fahrzeugsystem vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine Berechnung der Fahrzeug-Querbeschleunigung im Fahrzeug-Schwerpunkt unter Messung der Fahrzeug-Querbeschleunigung außerhalb des Schwerpunkts zu guten Ergebnissen führt, indem bei einigen der verwendeten Größen entsprechende Korrekturen vorgenommen werden. Hierbei wird erkannt, dass bereits eine leichte Tiefpassfilterung des Gierraten-Messsignals noch vor Bildung der zeitlichen Ableitung vorteilhaft ist. Insbesondere wird erfindungsgemäß erkannt, dass ein Tschebyscheff-Filter sehr geeignet ist, um eine Tiefpassfilterung vor Bildung der zeitlichen Ableitung vorzunehmen. Hierbei wird insbesondere die Heranziehung einer Grenzfrequenz im Bereich von 7 bis 10 Hz, insbesondere 7,5 bis 8,5 Hz des Tschebyscheff-Filters als vorteilhaft angesehen.
Überraschender Weise wird somit erkannt, dass durch die rechentechnisch nicht all zu aufwendige Verwendung eines Tschebyscheff-Filters für die aufgenommenen Gierraten -Messsignale eine deutliche Verbesserung der Korrektur bzw. Kompensation, d. h. der Ermittlung der Fahrzeug- Querbeschleunigung im Fahrzeug-Schwerpunkt möglich. Der besondere Vorteil des Tschebyscheff-Filters liegt insbesondere in seiner Flankensteilheit. Die Filterung durch das Tschebyscheff-Filter sollte zur Eliminierung des Rauschens hinreichend niedrig sein; eine zu tiefe Grenzfrequenz würde jedoch bei schneller Änderung der Gierrate die Korrektur der Querbeschleunigung zu langsam erfolgen lassen und hierdurch Überschwinger auf den korrigierten Signalen entstehen lassen, d.h. die Dynamik bzw. Berücksichtigung der zeitlichen Änderung der Gierrate zu gering wird, um hiermit ein sicherheitsrelevantes Fahrzeug-Regelsystem betreiben zu können.
Erfindungsgemäß wird hierbei insbesondere erkannt, dass sich besondere Vorteile ergeben beim Einsatz eines derartigen Tschebyscheff-Filters und gleichzeitiger Hinzuziehung berechneter Werte des Sensorabstands. Dem liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass ein Tschebyscheff- Filter bei fehlerhaften Werten des Sensorabstands in der Formel zur Ermittlung der Fahrzeug-Querbeschleunigung aus der Gierratenänderung und dem Abstand schnell zu fehlerhaften Werten führen wird, die bei Einsatz einer Tschebyscheff-Filterung größer sein können als z. B. bei anderen Tiefpassfil- tern.
Eine aktuelle Ermittlung des Sensor-Abstands kann hierbei insbesondere durch Ermittlung des Fahrzeugschwerpunkts erfolgen. Hierbei wird erkannt, dass die Ermittlung des Fahrzeugschwerpunkts insbesondere in Fahr- zeug-X-Richtung durch Ansetzen eines Momentengleichgewichts möglich ist, bei dem die Radlasten oder Achslasten, d. h. auf die Radachsen wirkende Gewichtsverteilungen in Fahrzeug-Längsrichtung verwendet werden, oder das Fahrzeug in Module aufgeteilt und die Einwirkung der Modulgewichte auf die Radachsen ermittelt wird.
Somit wird durch diese beiden Berechnungen, zum einen die Tschebyscheff-Filterung vor Ermittlung der Gierratenänderung und zum anderen die Ermittlung des Fahrzeugschwerpunkts relativ zum Querbeschleunigungssen- sor, eine genaue Ermittlung der Fahrzeug-Querbeschleunigung im Fahrzeugschwerpunkt möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug unter Angabe relevanter
Abstände;
Fig. 2 eine allgemeine Darstellung zur Erreichung des Momentengleichgewichts bei drei Körpern;
Fig. 3 eine Darstellung der Verteilung und Ermittlung unterschiedlicher Modulgewichte im Fahrzeug;
Fig. 4 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Fahrzeug unter
Darstellung des Fahrstabilitäts-Regelsystems;
Fig. 5 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Nutzfahrzeug 1 weist drei Achsen A1 , A2 und A3 auf, wobei A1 hier die Vorderachse ist. Das Fahrzeug 1 fährt in Fahrzeuglängsrichtung bzw. X- Richtung. Die Querrichtung bzw. Y-Richtung und Vertikalrichtung bzw. Z- Richtung sind in den Figuren 1 und 4 entsprechend dargestellt. Weiterhin sind der Schwerpunkt S des Nutzfahrzeugs 1 sowie ein Steuermodul 2 seines Fahrdynamik-Regelungssystems bzw. Fahrstabilitätssystems dargestellt. Das Fahrdynamik-Regelsystem 3 wirkt gemäß der schematischen Darstellung der Figur 4 mittels Steuersignalen S1 auf Radbremsen 5 des Fahrzeugs an den Rädern der Achsen A1 , A2 und A3 ein, wie es als solches bekannt ist. Das Steuermodul 2 weist eine zentrale Steuereinrichtung 6, einen Gierratensensor 7 zur Messung einer Gierrate φ und einen Querbeschleunigungssensor 8 zur Messung einer Sensor-Querbeschleunigung a_s auf. Der Gierratensensor 7 gibt ein Gierraten-Messsignal S2 an die zentrale Steuereinrichtung 6 aus; entsprechend gibt der Querbeschleunigungssensor 8 ein Querbeschleunigungs-Messsignal S3 an die zentrale Steuereinrichtung 6 aus. Die zentrale Steuereinrichtung 6 nimmt weiterhin auch andere Signale auf, insbesondere Raddrehzahlsignale von hier nicht gezeigten Raddrehzahlsensoren bzw. ABS-Sensoren an den Rädern der Achsen A1 , A2 und A3, wie dem Fachmann als solches bekannt ist. In der schematischen Darstellung der Figur 4 ist das Steuermodul 2 zur detaillierten Darstellung der Sensoren 7, 8 und der Signale S2, S3 hierbei deutlich vergrößert dargestellt.
Das Steuermodul 2 mitsamt den Sensoren 7, 8 ist in X-Richtung um einen Abstand d vom Schwerpunkt S des Fahrzeugs 1 entfernt. Im Schwerpunkt S tritt die Schwerpunkts-Querbeschleunigung aq auf, die im allgemeinen von der Sensor-Querbeschleunigung a_s verschieden sein kann. Die Gierrate φ ist hingegen von der Längsposition in x-Richtung unabhängig.
Erfindungsgemäß wird die gemessene Sensor-Querbeschleunigung a_s kompensiert bzw. korrigiert, um hieraus die Schwerpunkts- Querbeschleunigung aq zu ermitteln. Dies erfolgt auf Grundlage der Sensor- Querbeschleunigung a_s der Gierrate φ und dem Abstand d gemäß der Formel: aq = cp'd + a_s, wobei φ' die Gierratenänderung, d. h. die zeitliche Ableitung d(p/dt der Gierrate φ ist.
Somit stellt der Abstand d den Hebelarm dar, mit dem die Gierratenänderung φ' einen Beitrag zum Sensor-Querbeschleunigungssignal a_s liefert. Erfindungsgemäß sind somit der Abstand d und die Gierratenänderung φ' zu ermitteln. Die Einbauposition des Querbeschleunigungssensors 8 bzw. des ganzen Steuermoduls 2 ist bekannt, wobei die Sensoren 7 und/oder 8 auch außerhalb des Steuermoduls 2 verbaut sein können. Somit ist der Schwerpunkt S bzw. dessen Längsposition zu ermitteln. Dies kann bevorzugt erfolgen aus:
1) Bestimmung des Fahrzeugschwerpunkts S aus Modulgewichten,
2) Bestimmung des Fahrzeug Schwerpunkts S aus Radlasten an den Achsen
A1 , A2, A3 oder den Rädern der Achsen A1 , A2, A3,
3) Bestimmung des Fahrzeugschwerpunkts S mit Hilfe externer Systeme.
Weiterhin wird erfindungsgemäß die Gierratenänderung φ' ermittelt, indem das Gierraten-Messsignal S2 zunächst einer Tiefpassfilterung unterzogen wird und nachfolgend die zeitliche Ableitung gebildet wird, wie weiter unten beschrieben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in dem schematisierten Flussdiagramm der Figur 5 detaillierter gezeigt. Das Verfahren startet in Schritt StO, z. B. bereits bei Einschalten der Zündung des Fahrzeugs 1. Nachfolgend werden in Schritt St1 von den Sensoren 7 und 8 Messungen durchgeführt und die Messsignale S2 und S3 an die zentrale Steuereinrichtung 6 ausgegeben. In Schritt St2 erfolgt nachfolgend eine Tiefpassfilterung des Gierraten- Messsignals S2 mittels eines Tschebyscheff-Filters, wodurch gefilterte Signale S4 gebildet werden. Die gefilterten Signale S4 werden nachfolgend in Schritt St3 einer zeitlichen Differenzierung bzw. zeitlichen Ableitung unterzogen, wodurch die Gierratenänderung φ' ermittelt wird. In Schritt St4 wird der Schwerpunkt S des Nutzfahrzeugs 1 und hieraus der Abstand d zum Einbauort der zentralen Steuereinrichtung 6 bzw. des Querbeschleunigungssensors 8 ermittelt. In Schritt St5 wird dann mit der obigen Gleichung die Schwerpunkts- Querbeschleunigung aq als aq= φ' d + a_s ermittelt. Der Schritt St4 kann grundsätzlich auch vor Schritt St2 erfolgen; relevant ist, dass die erforderlichen Werte in Schritt St 5 vorliegen.
Erfindungsgemäß wurde hierbei festgestellt, dass als Tiefpassfilterung insbesondere die Tschebyscheff-Filterung ein sehr gutes Ergebnis liefert, um die Gierraten-Messsignale zunächst tiefpass zu filtern, um nachfolgend die zeitliche Ableitung zu bilden. Hierbei wird insbesondere von der Tschebyscheff-Filterung die hohe Flankensteilheit als vorteilhaft angesehen.
Erfindungsgemäß ist festgestellt worden, dass eine Grenzfrequenz fg von 7 bis 10 Hz, vorzugsweise von 7 bis 9 Hz, insbesondere von 7,5 bis 8,5 Hz, d. h. um 8 Hz herum für das Tschebyscheff-Filter vorteilhaft ist. Es wurde festgestellt, dass Filterungen mit fg oberhalb von 10 Hz nicht mehr zu dem gewünschten Ergebnis führen. Erfindungsgemäß wird hierbei erkannt, dass die Gierraten-Messsignale S2 als solche ggf. für die Ermittlung einer Gierrate selbst noch hinreichend sind; für die Bildung einer zeitlichen Ableitung streuen sie jedoch zu sehr, so dass eine zeitliche Differenzenbildung bzw. Bildung der zeitlichen Ableitung als Differenzenquotient aus zwei aufeinander folgenden Messungen zu nicht hinreichenden Genauigkeiten führt. Eine zu starke Tiefpassfilterung wiederum verschlechtert die Dynamik und Ansprechzeit des Fahrzeug-Regelsystems bzw. des Fahrstabilitäts-Programms.
Bei all zu tiefen Grenzfrequenzen sind zwar die Schwankungen im Messsignal weiter behoben; ein nachteilhafter Effekt ist jedoch, dass bei schnellen Änderung der Gierrate die Korrektur des Signals und somit auch die Korrektur der berechneten Querbeschleunigung zu langsam erfolgt und hierdurch Überschwinger auf den korrigierten Signalen entstehen können.
Die zeitliche Ableitung d(p/dt kann bereits durch Bildung eines einfachen Differenzenquotienten erfolgen, der gebildet wird als Quotient Δφ/At aus der Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Werten und der Differenz der Zeitpunkte der Messungen. Vorteilhafterweise wird jedoch eine zeitliche Ableitung unter Hinzuziehung mehrerer Messwerte gebildet, d. h. als Tangentenbildung an die zuvor ermittelte Funktion des gefilterten Signals S4, da erfindungsgemäß durch die Tschebyscheff-Filterung eine glattere Funktion gebildet wird, ist diese nachfolgende Ableitung durch Tangentenbildung möglich und vorteilhaft, da sie dem Kurvenverlauf insgesamt Rechnung trägt.
In Schritt St4 wird jeweils aktuell der Fahrzeug-Schwerpunkt S ermittelt, da erfindungsgemäß erkannt wird, dass auf Grund unterschiedlicher Beladungen und Beladungszustände des Fahrzeugs 1 vorab eingestellte Fahrzeugdaten nicht hinreichend genau sind; es wird erfindungsgemäß somit jeweils die aktuelle Ermittlung des Abstandes d ermöglicht, indem der Einbauort des Moduls 2 bzw. des Querbeschleunigungssensors 8 bekannt ist und der Schwerpunkt S aus aktuellen Messsignalen bzw. Messdaten ermittelt wird, ggf. unter Hinzuziehung externer Signale bzw. Messsignale.
Die Ermittlung des Schwerpunkts S kann erfindungsgemäß durch verschiedene Varianten erfolgen. Gemäß einer in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform wird der Schwerpunkt S des Fahrzeugs 1 ermittelt aus dem Momentengleichgewicht, d. h. seine Längsposition x0 ergibt sich als Quotient aus der Summe der Momente (ABi * xi ) geteilt durch Summe der Massen ABi. Somit ergibt sich die Formel
Σ(ΑΒΐ * χί)
x0 =
ΣΑΒΐ
wobei die Summenbildung jeweils über den Index i erfolgt, z. B. bei drei Modulen mit i=1 , 2, 3, wodurch sich ergibt
ABl * xl + ABl * x2 + AB3 * x3
x0 =
AB\ + ABl + AB3
Gemäß einer in Fig.1 gezeigten ersten Ausführungsform wird der Schwerpunkt S errechnet, indem der Bezugspunkt (Betrachtungspunkt) auf die Vorderachse A1 gelegt wird. Bei bekannten Achslasten F1, F2 und F3 auf den Achsen A1, A2, A3 und den entsprechenden Radständen R1 und R2 lässt sich der Schwerpunkt S des Fahrzeugs 1 bestimmen. Da in dem in Figur 1 dargestellten Model die nachfolgenden Größen L1 und L2 nicht bekannt sind, werden einige der Größen durch bekannte Größen ersetzt.
Fl*0 + F2*Rl + F3*(Rl + R2)
- Fl + F2 + F3
mit
L2 = RX-
Ό _ T — ,*0 + F2* R, + F3 *(?! + R2)
F> + F2+F3
Fl* + F2*Rl + F3*(Rl + R2)
p F2*Ri + F3*(Ri + R2)
2 1 Fl + F2 + F3
Gemäß einer in Fig.3 gezeigten Ausführungsform wird der Schwerpunkt S errechnet, indem Module gebildet werden, um die Massenverteilung des Fahrzeugs 1, d. h. insbesondere eines beladenen Nutzfahrzeugs 1, darzustellen. Somit ergibt sich die folgende Formel als konkrete Summe aus einigen wenigen Modulen, insbesondere z. B. drei Modulen mit Massen AB1, AB4, AB3. Somit kann der Schwerpunkt dieses gesamten Gebildes mit relativ einfacher Formel und wenigen Parametern gebildet werden. Erfindungsgemäß wird hierbei erkannt, dass sich bei einem beladenen Nutzfahrzeug 1 jeweils spezifisch bestimmte Module darstellen und ermitteln lassen. Bei ei- nem Fahrzeug mit zwei Achsen oder mit drei Achsen, wenn die beiden hinteren Achsen als Hinterachsen nahe beieinander liegen, kann insbesondere ein vorderer Bereich, ein mittlerer Bereich und ein hinterer Bereich angesetzt werden.
Gemäß der mit Bezug zu Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform kann der Fahrzeug-Schwerpunkt auch aus den Modulgewichten bestimmt werden, die in die obige Formel des Momentengleichgewichtes eingesetzt werden. Bei dieser Betrachtung werden folgende Kenngrößen eines Moduls herangezogen:
- Das Gewicht der Module, d. h. AB1 und AB3 sind bekannt,
- die Entfernung des Schwerpunkts des Moduls AB1 bzw. AB3 zu den betreffenden Achsen ist als Werte x1 und x3 bekannt,
- mittlere Überhänge der Module AB1 und AB3 sind als L1 und L3 bekannt.
Aus diesen Daten und dem als solchen bekannten Radstand, d. h. R1 und R2, lässt sich die Fahrzeuglänge Lges ermitteln. Unter der Annahme, dass der Aufbau homogen verteilt ist, können der Fahrzeug-Schwerpunkt S und das Gewicht des Aufbaus kalkuliert werden. Der Bezugspunkt für die Bestimmung des Schwerpunkts des gesamten Fahrzeugs kann hierbei auf das Fahrzeugheck festgelegt werden. Dies ist in Figur 3 entsprechend schematisiert gezeigt.
Da der Aufbau der einzelnen Fahrzeuge 1 sich in der Höhe unterscheiden kann, ist es sinnvoll, die Massenverteilung des mittleren Moduls AB4 variabel zu halten. Hierbei können folgende Werte für AB4 bei folgendem Fahrzeugtypen angesetzt werden:
Niederflurbus 450 kg/m,
Hochdecker 500 kg/m, Doppelstock 650 kg/m.
Diese Konstante wird als GB im nachfolgenden Gleichungssystem eingesetzt:
AB + R2 - Xl)+ AB3 + R2 + Rx + x3) + ABA * + ^ + ^i + A
Lx + R2 + L4 =
AB + AB3 + AB4
ABX *(Ll + R2 - J ,)+ AB3 *(Li + R2 + Rl + J 3)+ AB4 *
AB + AB3 + AB4
Somit kann entsprechend der Schwerpunkt S bestimmt werden.
Hierbei können weiterhin auch ergänzend Daten über die Größe und Position des Kofferraums, weiterhin Größe und Position des Dieseltanks, und Größe und Position der Batterie einbezogen werden, die bei den oben angesetzten Modulen zunächst pauschaliert eingesetzt sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Fahrzeugschwerpunkt S auch durch externe Systeme bzw. deren Datensignale bestimmt werden, wobei z. B. von einer Niveauregelanlage, insbesondere einer elektronisch geregelten ECAS des Fahrzeugs 1 Werte für die Radlasten F1 , F2 und F3 herangezogen werden können. Unter Hinzuziehung der bekannten Radstände R1 und R2 lässt sich in Fig. 1 der Schwerpunkt S des Fahrzeugs bestimmen. Soweit L1 und L2 nicht bekannt sind, kann nachfolgende Formel angesetzt werden: _Fl*0+F2*Ri+F3*(Ri+Ji2)
Fi + F2 +F3
mit
Z,2— Rt— Lt
' 2 ^ + ^2 + ^3
F2*R^F3*
,+E2"
Somit kann nachfolgend eine Kompensation zur Bestimmung der Schwerpunkts-Querbeschleunigung aq durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß wurde in diesen Ausführungsformen zunächst insbesondere die Kompensation in X-Richtung ermittelt. Eine entsprechende Kompensation bzw. Korrektur kann entsprechend auch in Z-Richtung, d. h. die Hochachse erfolgen, wobei anstelle der Gierratenänderung φ ' entsprechend die Wankwinkeländerung heranzuziehen ist. Falls als Gierratensensor 7 ein Dreieckquadranten-Gierratensensor eingesetzt wird, der somit auch diese dynamische Änderungsgröße des Wankwinkels erfasst, ist somit die Einbaulage absolut variabel.
Bezugszeichenliste (ist Bestandteil der Beschreibung)
1 Nutzfahrzeug
2 Steuermodul
3 Fahrdynamik-Regelsystem
5 Radbremsen
6 zentrale Steuereinrichtung
7 Gierratensensor
8 Querbeschleunigungssensor
A1. A2, A3 Achsen
a_s Sensor-Querbeschleunigung
aq Schwerpunkts- Querbeschleunigung
d Abstand des Steuermoduls 2 vom Schwerpunkt S fg Grenzfrequenz für das Tschebyscheff-Filter
Lges Fahrzeuglänge
S Schwerpunkt
51 Steuersignale
52 Gierraten-Messsignal
53 Querbeschleunigungs-Messsignal
54 gefilterte Signale
StO, St1 , St2, St3, St4, St5 Schritte des Verfahrens
X Fahrzeuglängsrichtung
Y Querrichtung
Z Vertikalrichtung AB1 , AB2, AB3, AB4 Massen der Module
F1 . F2, F3 Radlasten
F1 , F2, F3 Achslasten auf Achsen A1 , A2, A3.
L1 , L2 L3 mittlere Überhänge der Module AB1 , AB2, AB3
R1 , R2 Radstände
x1 , x2, x3 Entfernung der Schwerpunkte der Module AB1 ,
AB2, AB3 zu Achsen φ Gierrate
φ' Gierratenänderung

Claims

Patentansprüche
1. Steuermodul (2) für ein Fahrzeugsystem (3), wobei das Steuermodul (2) aufweist:
einen Querbeschleunigungssensor (8) zur Messung einer Querbeschleunigung (a_s) und Ausgabe eines Querbeschleunigungs- Messsignals (S3),
einen Gierratensensor (7) zur Erfassung einer Gierrate (<p) und Ausgabe eines Gierraten-Messsignals (S2), und
eine zentrale Steuereinrichtung (6) zur Aufnahme des Gierraten- Messsignals (S2) und des Querbeschleunigungs-Messsignals (S3) und Ermittlung einer Schwerpunkts-Querbeschleunigung (aq) des Fahrzeugs (1) in dessen Fahrzeugschwerpunkt (S),
wobei die zentrale Steuereinrichtung (6) die Schwerpunkts- Querbeschleunigung (aq) ermittelt aus einem Sensor-Abstand (d) des Quer- beschleunigungssensors (8) von dem Fahrzeugschwerpunkt (S) und dem Gierraten-Messsignal (S2) unter Bildung einer zeitlichen Ableitung,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zentrale Steuereinrichtung (6) das Gierraten-Messsignal (S2) zunächst mit einem Tiefpassfilter filtert und nachfolgend eine zeitliche Ableitung bildet, und
die zentrale Steuereinrichtung (6) den Sensor-Abstand (d) aktuell ermittelt.
2. Steuermodul (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefpassfilter ein Tschebyscheff-Filter ist, vorzugsweise mit einer Grenzfrequenz (fg) von 7 bis 10 Hz, insbesondere 7,5 bis 8,5 Hz.
3. Steuermodul (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinrichtung (6) den Sensor-Abstand (d) ermit- telt aus einem Momentengleichgewicht des Fahrzeug-Schwerpunkts (S).
4. Steuermodul (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinrichtung (6) Radlasten und/oder Achslasten (F1 , F2, F3) des Fahrzeugs (1) ermittelt und den Fahrzeug-Schwerpunkt (S) aus den ermittelten Radlasten und/oder Achslasten (F1 , F2, F3) und bekannten Radständen (R1 , R2) ermittelt.
5. Steuermodul (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinrichtung (6) den Fahrzeug- Schwerpunkt (S) ermittelt aus Modulgewichten (AB1 , AB2, AB3) von als Teilen des Fahrzeugs (1) bestimmten Modulen des Fahrzeugs (1).
6. Steuermodul (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Fahrzeug-Schwerpunkts (S) Entfernungen (x1 , x3) der Schwerpunkte der Module zu Fahrzeugachsen (A1 , A2) und mittlere Überhänge (L1 , L2) eines vorderen und hinteren Moduls herangezogen werden.
7. Steuermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Fahrzeugdaten zur Ermittlung des Fahrzeug-Schwerpunktes von externen Systemen an die zentrale Steuereinrichtung (6) übertragen werden.
8. Fahrzeugsystem, insbesondere Fahrdynamik-Regelsystem (3), das ein Steuermodul (2) nach einem der vorherigen Ansprüche und Radbremsen (5) des Fahrzeugs (1) aufweist.
9. Fahrzeug (1 ) mit einem Fahrdynamik-Regelsystem (3) nach Anspruch 8, wobei das Fahrzeug ein Nutzfahrzeug (1 ) ist, insbesondere ein Reisebus, z. B. ein Niederflurbus, Hochdecker oder Doppelstock-Bus.
10. Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Fahrzeugs (1), mit mindestens folgenden Schritten:
Messen einer Gierrate (φ) und Bilden eines Gierraten-Messsignals (S2),
Messen einer Fahrzeug-Querbeschleunigung (a_s) außerhalb des Fahrzeug-Schwerpunkts (S) und Bildung eines Querbeschleunigungs- Messsignals (S3),
Ermittlung einer Schwerpunkts-Querbeschleunigung (aq) aus dem Querbeschleunigungs-Messsignal (S3), einem Sensor-Abstand (d) zwischen dem Querbeschleunigungssensor (8) und dem Fahrzeug- Schwerpunkt (S), und dem Gierraten-Messsignal (S2) unter Bildung einer zeitlichen Ableitung,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gierraten-Messsignal (S2) tiefpassgefiltert wird und nachfolgend eine zeitliche Ableitung des gefilterten Gierraten-Messsignals (S4) gebildet wird, und
der Sensor-Abstands (d) aktuell ermittelt wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein
Tschebyscheff-Filter verwendet wird, vorzugsweise mit einer Grenzfrequenz von 7 bis 10 Hz, insbesondere 7,5 bis 8,5 Hz.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor-Abstand (d) ermittelt wird durch Ermittlung des Fahrzeug-Schwerpunkts (S) und des Abstandes des Fahrzeugschwerpunkts (S) zu dem Querbeschleunigungssensor (8), wobei der Fahrzeug-Schwerpunkt (S) ermittelt wird aus einem Momentengleich- gewicht des Fahrzeugs (1) unter Heranziehung von Gewichtswerten und Abstandswerten, insbesondere Radständen des Fahrzeugs und ermittelten Radlasten oder Achslasten des Fahrzeugs.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugschwerpunkt ermittelt wird aus Modulgewichten des Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug (1 ) in mehrere Module unterteilt wird und Massen oder Gewichte der Module ermittelt oder herangezogen werden.
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