WO2016134813A1 - Verfahren zum erfassen einer neigung einer fahrbahn - Google Patents

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WO2016134813A1
WO2016134813A1 PCT/EP2016/000072 EP2016000072W WO2016134813A1 WO 2016134813 A1 WO2016134813 A1 WO 2016134813A1 EP 2016000072 W EP2016000072 W EP 2016000072W WO 2016134813 A1 WO2016134813 A1 WO 2016134813A1
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Andreas Unger
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Audi Ag
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    • B60W2552/00—Input parameters relating to infrastructure
    • B60W2552/15—Road slope, i.e. the inclination of a road segment in the longitudinal direction

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for detecting a slope of a roadway.
  • a posture of a vehicle changes during a trip depending on a slope of a road traveled by the vehicle.
  • Angles for detecting the position of the vehicle can be detected by sensors.
  • Stability index determined.
  • a first and a second observer are provided based on the size of the company
  • Vehicle a reference lateral velocity and a
  • the setpoint inclination of the vehicle is determined as a function of a detected
  • a method for processing sensor data in a vehicle is described in the publication DE 10 2012 216 205 A1 / wherein driving dynamics data and chassis sensation data of the vehicle are detected and filtered.
  • driving dynamics data and chassis sensation data of the vehicle are detected and filtered.
  • Embodiments of the method and the system are dependent on the dependent
  • the method according to the invention is intended for detecting a slope of a roadway that is traveled by a vehicle in at least one spatial direction, wherein the vehicle has a structure and a chassis with several, usually four wheels for its drive, which are in contact with the roadway are located. In this case, an inclination of the structure in the at least one spatial direction is determined.
  • a vertical distance to the structure is detected for at least one wheel, wherein an inclination of the chassis in the at least one spatial direction is calculated over the at least one determined distance.
  • the inclination of the road in the at least one spatial direction is determined from a difference of the inclination of the structure in the at least one spatial direction and the inclination of the chassis in the at least one spatial direction, usually calculated.
  • the inclination of the body, the chassis and the road are determined as a function of at least one angle.
  • the at least one angle or a roll angle ⁇ and / or a pitch angle ⁇ is used as the at least one angle or a roll angle ⁇ and / or a pitch angle ⁇ is used.
  • Coordinate system and used to determine the inclination of the chassis a second, fixed chassis coordinate system.
  • a third inertial coordinate system is used as the reference coordinate system based on the gravitational force or gravitational acceleration is related.
  • the inclination of the structure with respect to the reference coordinate system is described by means of a quaternion.
  • a value of a roll angle ⁇ j> s is compared for describing a inclination of the roadway in the transverse direction and spatial direction with a space provided reference value, wherein it is determined that a steep curve is obtained by driving the vehicle when the value is greater than the reference value.
  • the system according to the invention or a corresponding arrangement is designed for detecting an inclination of a roadway to be traveled by a vehicle in at least one spatial direction.
  • the vehicle for example a motor vehicle, has a construction and a chassis with a plurality of wheels which are in contact with the roadway.
  • the system comprises a plurality of sensors and a control device, wherein at least one first sensor is designed to determine an inclination of the structure in the at least one spatial direction.
  • At least one second sensor is configured to detect or determine a vertical distance to the structure for at least one wheel.
  • the control device is designed to calculate an inclination of the chassis in the at least one spatial direction over the at least one determined vertical distance and the Incline of the roadway in the at least one spatial direction of a
  • the at least one second sensor is designed as a path sensor for measuring a distance.
  • the inclination or position of the roadway is to be calculated from a sensorially determined inertial inclination or position of the body of the vehicle and a tilt or position of the chassis of the vehicle.
  • the inclination between the body and the chassis via distance sensors for detecting distances, eg. Of spring travel between wheels as components of the chassis of
  • a single-track model is used, thereby improving an estimation quality. This is also possible if the parameters of the one-track model are not known exactly or change over the service life, since these have only a small influence on the estimated variables to be determined for an algorithm to be used in the method, for example for the strapdown algorithm.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an example of a vehicle with an embodiment of the system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a diagram of an embodiment of the invention
  • a vehicle 2 embodied as a motor vehicle and a roadway 4 designed as a road, on which the vehicle 2 moves during a journey, are shown schematically.
  • the vehicle 2 comprises a body 6 and four provided for the movement of the vehicle 2 wheels 8, 10, of which in Figure 1, only a front left wheel 8 and a rear left wheel 10 are shown.
  • Each wheel 8, 10 is at least connected via a spring 12, 14 with the structure 6 and formed as a component of a chassis of the vehicle 2.
  • the embodiment of the system 16 according to the invention comprises as
  • Components a control device 18, at least one first sensor 19 for determining the inclination of the structure 6 and a plurality, here four as
  • Travel sensors 20, 22 formed second sensors, each spring 12, 14 associated with such a travel sensor 20, 22.
  • the at least one first sensor 19 and the path sensors 20, 22 are at the same time as
  • Components of a sensor arrangement of the system 16 is formed. Furthermore, the sensor array and thus the system 16 comprise sensors (not shown further) for determining, typically for measuring, at least one kinetic quantity, usually a speed and / or acceleration, of the vehicle 2 and / or the body 6.
  • control device 18 Process by the control device 18 to control and thus to control and / or to regulate.
  • a first, built-up coordinate system 24 is assigned to the structure 6 of the vehicle 2, wherein its origin lies in the center of gravity 25 of the structure 6.
  • the first coordinate system 24 comprises a first axis in the spatial direction x a , which is oriented longitudinally to the structure 6 and parallel to a direction of travel of the vehicle 2.
  • a second axis is in
  • a third axis is oriented in the spatial direction z a parallel to a vertical axis of the structure 6. All three axes and thus spatial directions x a , y a , z a are oriented perpendicular to each other. It is provided in an embodiment that the two
  • FIG. 1 shows two examples of vertical distances dz a , v L, dz a , HL formed as spring paths.
  • a first distance dz a , v L relates to a distance between the wheel 8 at the front left and the body 6.
  • a second distance dz a , HL refers to a distance between the wheel 10 rear left and the structure 6.
  • Another spring travel or a further vertically oriented distance dz a , vR refers to a distance between a wheel, not shown here, front right and the structure 6.
  • An additional spring travel or an additional distance dz a , HR in the vertical direction refers to a distance between a wheel not shown here right rear and the structure 6.
  • the described distances dz a , vi_, dz a , H L, dz a , vR, dz a , HR or distances between the wheels 8, 10 and the structure 6 are related in design to the horizontal plane in which the center of gravity 25 is located. Furthermore, for the front right wheel, the front, transverse distance t v , the.
  • a second, thread-fixed coordinate system 26 is associated with the lane 4 and comprises a first axis in the spatial direction x s parallel to a provided direction of travel or longitudinal direction of the lane 4, a second axis in the spatial direction y s , which is oriented parallel to a transverse direction of the lane 4 , and a third axis in the spatial direction z s , wherein all said axes are oriented perpendicular to each other.
  • An inclination and thus a position of the road 4 is here based on a transverse angle or roll angle ⁇ 8) of an inclination of the roadway 4 in the transverse direction
  • a third coordinate system 28 is designed as a reference coordinate system and comprises a first axis in the spatial direction x re f, a second axis in the spatial direction y re f and a third axis in the spatial direction z re f, which are all oriented perpendicular to each other.
  • first coordinate system 24 a roll angle ⁇ 3 , which describes a rotation of the structure 6 about the first, oriented in the spatial direction Xa axis, a pitch angle ⁇ 3 , which describes a rotation of the structure 6 about the second, oriented in the spatial direction y a axis , and a yaw angle ⁇
  • the first, built-up coordinate system 24 [x a , y a , z a ] in the center of gravity 25 of the structure 6 of the vehicle 2 follows translational and rotational movements of the structure 6.
  • the third, inertial coordinate system 28 [x re f, yref > Zref] is taken as a reference coordinate system, taking into account that the gravitational acceleration g only in the spatial direction z ref acts parallel to a gravitational vector.
  • the pitch angle ⁇ 3 and the roll angle ⁇ 3 are referred to the third coordinate system 28 formed as a reference coordinate system.
  • Reference system or inertial coordinate systems 28 included angle [ ⁇ 3 , ⁇ 3 , ⁇ 3 ] are also called inertial pitch angle 9 a , inertialer
  • Roll angle ⁇ 3 and inertial yaw angle ⁇ 3 are determined.
  • the respective angles ⁇ to be determined can usually be determined using two different calculation methods or methods of calculation:
  • Roll angle ⁇ j> a can be calculated using the atan functions described above.
  • a quaternion-based tilt filter or position filter is used as the filter algorithm. It is also possible to use a Kalman filter for the fusion of both
  • a resulting differential equation is, for example, by an Euler integration (8): where At corresponds to an increment between two times k and k-1.
  • corrected acceleration a - is calculated taking values for the roll angle ⁇ 3 and the pitch angle 0 a in a second step 42 by performing a "correction of the gravitational force" with the
  • Vint / a v P dt (13) of the acceleration a vp of the vehicle 2 is calculated and thus determined.
  • This plane speed is in turn used in a closed loop for "correcting the centrifugal force" in the first step 40.
  • VEbene.x in the spatial direction of a longitudinal axis of the vehicle 2 is the measured over the wheel speeds
  • v e z is no further measurement or calculation method.
  • the alternatively determined second plane velocity of the vehicle (14): v a i t - [v Fzg , Vy jESM , (14) and the velocity ⁇ ⁇ calculated by integration (13) can be determined by a suitable filtering algorithm, such as by a Kalman Filter (15), via a calculation rule that includes a weighting factor ⁇ :
  • Centrifugal acceleration corrected acceleration a - taken into account, wherein the corrected acceleration is corrected by the rate of change of the plane velocity a vPja i t R.
  • the derivation of a vector of the velocity instead of the speed determined according to the calculation rule (15) becomes v level ! used.
  • a fifth step 48 taking into account the rate of rotation ⁇ and the gravitational acceleration of the vehicle 2, the pitch angle 0 a and the roll angle ⁇ 3 and thus the inclination or position of the body 6 of the vehicle 2 are calculated using the quaternion-based tilt filter described above.
  • the pitch angle 0 a and the roll angle ⁇ 3 are determined based on the inertial coordinate system 28 and in a
  • Vehicle 2 wherein a calculation to be performed depends on a transformation matrix (16): with a geometric position of the center of gravity 25 with respect to the positions of the wheels 8, 10 is described.
  • the first column describes the distance of the wheel 8 front left, the second column the distance of the wheel front right, the third column the distance of the wheel 10 rear left and the fourth column the distance of the wheel rear right to the
  • the inclination of the landing gear is then determined by the vectorial relationship (17): certainly.
  • the inclination of the carriageway 4 with respect to the most recent, first coordinate system 24 is determined by the vectorial relationship (18): calculated. Since a Reifeneinfederung the wheels 8, 10 compared to a spring travel and thus a distance to be considered is very low, this is neglected in the above calculation.
  • angles ⁇ 3 and 8 a are vector-related estimates of the inclination of the structure 6, and ⁇ ⁇ and 9 f are the relative angles between the Structure 6 and describe the surface of the lane 4, are available with ⁇ 8 and 6 S also angles as estimated sizes for the inclination of the lane 4 and road relative to the gravitational vector available.
  • the method can be used, inter alia, to detect a steep curve to be traveled through, which is a curve inclined to an inside of the vehicle 2, which is used, for example, on racetracks in order to be able to increase speed in the curve.
  • some control algorithms are not tuned to travel in banked turns, which is why a detection of such is to be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer Neigung einer Fahrbahn (4), die von einem Fahrzeug (2) befahren wird, in zumindest einer Raumrichtung, wobei das Fahrzeug (2) einen Aufbau (6) und ein Fahrwerk mit mehreren Rädern (8, 10) aufweist, die sich mit der Fahrbahn (4) in Kontakt befinden, wobei eine Neigung des Aufbaus (6) in die zumindest eine Raumrichtung ermittelt wird, wobei für mindestens ein Rad (8, 10) ein vertikaler Abstand zu dem Aufbau (6) erfasst wird, wobei über den mindestens einen ermittelten Abstand eine Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung berechnet wird, und wobei die Neigung der Fahrbahn (4) in die zumindest eine Raumrichtung aus einer Differenz der Neigung des Aufbaus (6) in die zumindest eine Raumrichtung und der Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung ermittelt wird.

Description

Verfahren zum Erfassen einer Neigung einer Fahrbahn
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Erfassen einer Neigung einer Fahrbahn.
Eine Lage eines Fahrzeugs ändert sich während einer Fahrt in Abhängigkeit einer Neigung bzw. Lage einer Straße, die von dem Fahrzeug befahren wird. Winkel zum Erfassen der Lage des Fahrzeugs können durch Sensoren erfasst werden.
Ein Verfahren zum Steuern eines Systems eines Fahrzeugs ist in der Druckschrift DE 10 2006 026 937 A1 beschrieben. Dabei wird ein
Stabilitätsindex bestimmt. Außerdem werden ein erster und ein zweiter Beobachter bereitgestellt, die auf Grundlage von Betriebsgrößen des
Fahrzeugs eine Referenz-Quergeschwindigkeit sowie eine
Quergeschwindigkeit bestimmen, aus denen eine Ausgangs- Quergeschwindigkeit sowie eine Ausgangs-Längsgeschwindigkeit bestimmt werden. Ein Verfahren zum Bestimmen einer Soll-Kurvenneigung eines Fahrzeugs beim Befahren eines kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts ist aus der
Druckschrift DE 10 2012 024 984 A1 bekannt. Hierbei wird die Soll- Kurvenneigung des Fahrzeugs in Abhängigkeit einer erfassten
Fahrbahnkrümmung bestimmt. Außerdem wird eine optische
Oberflächenbeschaffenheit des kurvenförmigen Fahrbahnabschnitts berücksichtigt.
Ein Verfahren zum Verarbeiten von Sensordaten in einem Fahrzeug ist in der Druckschrift DE 10 2012 216 205 A1 beschrieben/wobei Fahrdynamikdaten und Chassissensordaten des Fahrzeugs erfasst und gefiltert werden. Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und des Systems gehen aus den abhängigen
Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Erfassen einer Neigung einer Fahrbahn, die von einem Fahrzeug befahren wird, in zumindest einer Raumrichtung vorgesehen, wobei das Fahrzeug einen Aufbau und ein Fahrwerk mit mehreren, üblicherweise vier Rädern zu dessen Antrieb aufweist, die sich mit der Fahrbahn in Kontakt befinden. Dabei wird eine Neigung des Aufbaus in die zumindest eine Raumrichtung ermittelt.
Außerdem wird für mindestens ein Rad ein vertikaler Abstand zu dem Aufbau erfasst, wobei über den mindestens einen ermittelten Abstand eine Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung berechnet wird. Die Neigung der Fahrbahn in die zumindest eine Raumrichtung wird aus einer Differenz der Neigung des Aufbaus in die zumindest eine Raumrichtung und der Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung ermittelt, üblicherweise berechnet.
Die Neigung des Aufbaus, des Fahrwerks und der Fahrbahn werden in Abhängigkeit mindestens eines Winkels ermittelt. Als der mindestens eine Winkel wird bzw. werden ein Wankwinkel φ und/oder ein Nickwinkel Θ verwendet. Dabei ist als Wankwinkel φ jeweils der Wankwinkel φ3 des
Aufbaus, φί des Fahrwerks und φ3 der Fahrbahn sowie als Nickwinkel Θ jeweils der Nickwinkel 6a des Aufbaus, 0f des Fahrwerks und 0S der
Fahrbahn zu berücksichtigen. In Ausgestaltung wird die Neigung des Fahrwerks in die mindestens eine Raumrichtung durch Transformation des vertikalen Abstands des mindestens einen Rads zu dem Aufbau mit einer Transformationsmatrix
Figure imgf000005_0001
ermittelt, deren Elemente in mindestens einer Spalte, bspw. in vier Spalten, und mindestens einer Zeile, bspw. zwei Zeilen, angeordnet sind. Dabei sind Werte für die Elemente der Transformationsmatrix von Längen tv, th, lv, lh> üblicherweise Seitenlängen, der Seiten mindestens eines Rechtecks abhängig, wobei an einer ersten von zwei gegenüberliegenden Ecken des mindestens einen Rechtecks der Schwerpunkt des Aufbaus und an einer zweiten der zwei gegenüberliegenden Ecken das mindestens eine Rad angeordnet ist, wobei die Werte der Transformationsmatrix von einem sich in einer horizontalen Ebene erstreckenden Abstand des mindestens einen Rads von dem Schwerpunkt des Aufbaus abhängig sind. Dabei ist in
Ausgestaltung vorgesehen, dass die zu berücksichtigenden Längen tv, th, lv, Ih ebenfalls in der horizontalen Ebene liegen.
Weiterhin wird die Neigung des Fahrwerks durch Transformation des
Abstands dza,vu dza,vR, dza,HL, dza,HR des mindestens einen Rads, in der Regel aller vier Räder, von dem Aufbau in vertikaler Richtung senkrecht zu der horizontalen Ebene mit der Transformationsmatrix bestimmt.
Zum Ermitteln der Neigung des Aufbaus wird ein erstes, aufbaufestes
Koordinatensystem und zum Ermitteln der Neigung des Fahrwerks ein zweites, fahrwerkfestes Koordinatensystem verwendet. Außerdem wird ein drittes, inertiales Koordinatensystem als Referenz-Koordinatensystem verwendet, das auf die Gravitationskraft bzw. Gravitationsbeschleunigung bezogen ist. In Ausgestaltung wird die Neigung des Aufbaus bezüglich des Referenzkoordinatensystems über ein Quaternion beschrieben.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Strapdown-Algorithmus
verwendet, mit dem vorgesehen ist, dass zum Ermitteln einer korrigierten bzw. bereinigten Beschleunigung des Fahrzeugs in der horizontalen Ebene eine sensorische gemessene Beschleunigung a um eine
Zentrifugalbeschleunigung ä^ und die Gravitationsbeschleunigung
korrigiert wird und daraus eine Geschwindigkeit vEbene' des Fahrzeugs in mindestens einer Raumrichtung in der horizontalen Ebene bestimmt wird, und dass die Neigung des Aufbaus berechnet wird.
Außerdem wird ein Wert eines Wankwinkels <j>s zum Beschreiben einer Neigung der Fahrbahn in Querrichtung als Raumrichtung mit einem hierfür vorgesehenen Referenzwert verglichen, wobei ermittelt wird, dass mit dem Fahrzeug eine Steilkurve durchfahren wird, wenn der Wert größer als der Referenzwert ist.
Das erfindungsgemäße System bzw. eine entsprechende Anordnung ist zum Erfassen einer Neigung einer Fahrbahn, die von einem Fahrzeug zu befahren ist, in zumindest einer Raumrichtung ausgebildet. Das Fahrzeug, bspw. ein Kraftfahrzeug, weist einen Aufbau und ein Fahrwerk mit mehreren Rädern auf, die sich mit der Fahrbahn in Kontakt befinden. Das System umfasst mehrere Sensoren und ein Kontrollgerät, wobei mindestens ein erster Sensor dazu ausgebildet ist, eine Neigung des Aufbaus in die zumindest eine Raumrichtung zu ermitteln. Mindestens ein zweiter Sensor ist dazu ausgebildet, für mindestens ein Rad einen vertikalen Abstand zu dem Aufbau zu erfassen bzw. zu ermitteln. Das Kontrollgerät ist dazu ausgebildet, über den mindestens einen ermittelten vertikalen Abstand eine Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung zu berechnen und die Neigung der Fahrbahn in die zumindest eine Raumrichtung aus einer
Differenz der Neigung des Aufbaus in die zumindest eine Raumrichtung und der Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung zu ermitteln, üblicherweise zu berechnen.
Der mindestens eine zweite Sensor ist als Wegesensor zum Messen eines Abstands ausgebildet.
Mit dem Verfahren ist u. a. die Neigung einer von dem Fahrzeug befahrenen Fahrbahn in Längs- und Querrichtung zu erkennen. Außerdem ist auf
Grundlage der erkannten Neigung der Fahrbahn in Querrichtung eine
Steilkurve zu erkennen.
Die Neigung bzw. Lage der Fahrbahn, üblicherweise einer Straße, ist aus einer sensorisch zu ermittelnden inertialen Neigung bzw. Lage des Aufbaus des Fahrzeugs und einer Neigung bzw. Lage des Fahrwerks des Fahrzeugs zu berechnen. Hierbei wird die Neigung zwischen dem Aufbau und dem Fahrwerk über Wegesensoren zum Erfassen von Abständen, bspw. von Federwegen, zwischen Rädern als Komponenten des Fahrwerks des
Fahrzeugs und dem Aufbau berechnet, wobei folgende Gleichungen bzw. Formeln (1 ) und (2) berücksichtigt werden:
Figure imgf000007_0001
(Wankwinkel_Fahrbahn = Wankwinkel_Aufbau - Wankwinkel_Fahrwerk) θδ = ea - 8f (2) (Nickwinkel_ Fahrbahn = Nickwinkel_Aufbau - NickwinkeLFahrwerk) Hierbei wird der Wankwinkel φ5 in Querrichtung der Fahrbahn als Indikator für die Erkennung der Steilkurve herangezogen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden vier geometrische Größen bzw. Parameter, hier jeweils der sich in der horizontalen Ebene erstreckende Abstand eines der Räder des Fahrzeugs zu dem Schwerpunkt des
Fahrzeugs verwendet, wobei sich derartige Abstände über eine Lebensdauer des Fahrzeugs nicht verändern. Vertikal orientierte Abstände der Räder zu dem Aufbau werden während der Fahrt ermittelt.
Dagegen werden bei anderen Verfahren zur Erkennung einer Steilkurve oder einer Steigung modellbasierte Zusammenhänge mit einer hohen Anzahl an fahrzeugindividuellen und sich über die Lebensdauer ändernden Parametern genutzt.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Einspurmodell hinzugezogen, wodurch eine Schätzgüte verbessert wird. Dies ist auch dann möglich, wenn die Parameter des Einspurmodells nicht genau bekannt sind oder sich über die Lebensdauer ändern, da diese für einen beim Verfahren einzusetzenden Algorithmus, bspw. für den Strapdown-Algorithmus, nur einen geringen Einfluss auf zu ermittelnde Schätzgrößen haben.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu
verlassen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Bespiel für ein Fahrzeug mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
Figur 2 zeigt ein Diagramm zu einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugsziffern bezeichnen dieselben Komponenten.
In Figur 1 sind ein als Kraftfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 2 und eine als Straße ausgebildete Fahrbahn 4, auf der sich das Fahrzeug 2 während einer Fahrt bewegt, schematisch dargestellt. Dabei umfasst das Fahrzeug 2 einen Aufbau 6 und vier zur Fortbewegung des Fahrzeugs 2 vorgesehene Räder 8, 10, von denen in Figur 1 lediglich ein vorderes linkes Rad 8 und ein hinteres linkes Rad 10 gezeigt sind. Jedes Rad 8, 10 ist zumindest über eine Feder 12, 14 mit dem Aufbau 6 verbunden und als Komponente eines Fahrwerks des Fahrzeugs 2 ausgebildet.
Die Ausführungsform des erfindungsgemäße Systems 16 umfasst als
Komponenten ein Kontrollgerät 18, mindestens einen ersten Sensor 19 zum Bestimmen der Neigung des Aufbaus 6 sowie mehrere, hier vier als
Wegesensoren 20, 22 ausgebildete, zweite Sensoren, wobei jeder Feder 12, 14 ein derartiger Wegesensor 20, 22 zugeordnet ist. Der mindestens eine erste Sensor 19 und die Wegesensoren 20, 22 sind zugleich als
Komponenten einer Sensoranordnung des Systems 16 ausgebildet. Weiterhin umfassen die Sensorariordnung und somit das System 16 nicht weiter dargestellte Sensoren zum Bestimmen, in der Regel zum Messen, mindestens einer kinetischen Größe, üblicherweise einer Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung, des Fahrzeugs 2 und/oder des Aufbaus 6.
Die nachfolgend u. a. anhand des Diagramms aus Figur 2 beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit der in Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Systems 16 durchzuführen, wobei Schritte der Ausführungsform des
Verfahrens durch das Kontrollgerät 18 zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln sind.
Außerdem sind in Figur 1 drei Koordinatensysteme 24, 26, 28 sowie diverse, hier geometrische Parameter dargestellt.
Dabei ist ein erstes, aufbaufestes Koordinatensystem 24 dem Aufbau 6 des Fahrzeugs 2 zugeordnet, wobei dessen Ursprung im Schwerpunkt 25 des Aufbaus 6 liegt. Das erste Koordinatensystem 24 umfasst eine erste Achse in Raumrichtung xa, die longitudinal zu dem Aufbau 6 sowie parallel zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs 2 orientiert ist. Eine zweite Achse ist in
Raumrichtung ya, die transversal zu dem Aufbau 6 sowie parallel zu Achsen des Fahrzeugs 2, die sich zwischen jeweils zwei Rädern 8, 10 des
Fahrzeugs 2 erstrecken, orientiert. Eine dritte Achse ist in Raumrichtung za parallel zu einer Hochachse des Aufbaus 6 orientiert. Alle drei genannten Achsen und somit Raumrichtungen xa, ya, za sind zueinander senkrecht orientiert. Dabei ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass die beiden
erstgenannten Achsen und somit die Raumrichtungen xa und ya eine horizontale Ebene des Fahrzeugs 2 aufspannen, in der der Schwerpunkt 25 liegt. Weiterhin zeigt Figur 1 zwei Beispiele für als Federwege ausgebildete, vertikal orientierte Abstände dza,vL, dza,HL- Ein erster Abstand dza,vL bezieht sich auf eine Distanz zwischen dem Rad 8 vorne links und dem Aufbau 6. Ein zweiter Abstand dza,HL bezieht sich auf eine Distanz zwischen dem Rad 10 hinten links und dem Aufbau 6. Diese Federwege bzw. Abstände dza,vL, dzaiHL sind entlang der Federn 12, 14 orientiert und durch die den Federn 12, 14 zugeordneten Wegesensoren 20, 22 zu erfassen.
Abstände der Räder 8, 10 zu dem Schwerpunkt 25 des Aufbaus 6 in einer zu der horizontalen Ebene parallelen Ebene sind hier über die Längen bzw.
Seitenlängen oder Strecken tv, th, Ih, lv zu definieren. Hierbei sind für das Rad 8 vorne links eine vordere, transversale Strecke tv, die den Abstand des Rads 8 von dem Schwerpunkt 25 in transversaler Raumrichtung beschreibt, und eine vordere, longitudinale Strecke lv, die den Abstand des Rads 8 von dem Schwerpunkt 25 in longitudinaler Raumrichtung beschreibt, zu berücksichtigen. Für das Rad 10 hinten links sind eine hintere, transversale Strecke th, die den Abstand des Rads 10 von dem Schwerpunkt 25 in transversaler Raumrichtung beschreibt, und eine hintere, longitudinale Strecke Ih, die den Abstand des Rads 10 von dem Schwerpunkt 25 in longitudinaler Raumrichtung beschreibt, zu berücksichtigen.
Ein weiterer Federweg bzw. ein weiterer vertikal orientierter Abstand dza,vR bezieht sich auf eine Distanz zwischen einem hier nicht gezeigten Rad vorne rechts und dem Aufbau 6. Ein zusätzlicher Federweg bzw. ein zusätzlicher Abstand dza,HR in vertikaler Richtung bezieht sich auf eine Distanz zwischen einem hier nicht gezeigten Rad hinten rechts und dem Aufbau 6. Die beschriebenen Abstände dza,vi_, dza,HL, dza,vR, dza,HR bzw. Distanzen zwischen den Rädern 8, 10 und dem Aufbau 6 sind in Ausgestaltung auf die horizontale Ebene bezogen, in der der Schwerpunkt 25 liegt. Weiterhin sind für das Rad vorne rechts die vordere, transversale Strecke tv, die. den Abstand des Rads vorne rechts von dem Schwerpunkt 25 in transversaler Raumrichtung beschreibt, und die vordere, longitudinale Strecke lv, die den Abstand des Rads vorne rechts von dem Schwerpunkt 25 in longitudinaler Raumrichtung beschreibt, zu berücksichtigen. Für das Rad hinten rechts sind die hintere, transversale Strecke th, die den Abstand dieses Rads von dem Schwerpunkt 25 in transversaler Raumrichtung beschreibt, und die hintere, longitudinale Strecke lh, die den Abstand des Rads hinten rechts von dem Schwerpunkt 25 in longitudinaler Raumrichtung beschreibt, zu berücksichtigen, wobei in Figur 1 die für das Rad hinten rechts zu berücksichtigende, hintere transversale Strecke nicht eingezeichnet ist.
Ein zweites, fährwerkfestes Koordinatensystem 26 ist der Fahrbahn 4 zugeordnet und umfasst eine erste Achse in Raumrichtung xs parallel zu einer vorgesehenen Fahrrichtung bzw. Längsrichtung der Fahrbahn 4, eine zweite Achse in Raumrichtung ys, die parallel zu einer Querrichtung der Fahrbahn 4 orientiert ist, und eine dritte Achse in Raumrichtung zs, wobei alle genannten Achsen zueinander senkrecht orientiert sind. Eine Neigung und somit eine Lage der Fahrbahn 4 ist hier anhand eines Querwinkels bzw. Wankwinkels φ8) der eine Neigung der Fahrbahn 4 in Querrichtung
beschreibt, und anhand eines Längswinkels bzw. Nickwinkels 9S, der eine Neigung der Fahrbahn 4 in Längsrichtung und somit bspw. eine Steigung oder eine Gefälle beschreibt, zu beschreiben. Ein drittes Koordinatensystem 28 ist als Referenz-Koordinatensystem ausgebildet und umfasst eine erste Achse in Raumrichtung xref, eine zweite Achse in Raumrichtung yref und eine dritte Achse in Raumrichtung zref, die alle zueinander senkrecht orientiert sind. Außerdem sind dem ersten Koordinatensystem 24 ein Wankwinkel φ3, der eine Drehung des Aufbaus 6 um die erste, in Raumrichtung Xa orientierte Achse beschreibt, ein Nickwinkel θ3, der eine Drehung des Aufbaus 6 um die zweite, in Raumrichtung ya orientierte Achse beschreibt, und ein Gierwinkel \|/a, der eine Drehung des Aufbaus 6 um die dritte, in Raumrichtung za orientierte Achse beschreibt, gezeigt.
Das erste, aufbaufeste Koordinatensystem 24 [xa, ya, za] im Schwerpunkt 25 des Aufbaus 6 des Fahrzeugs 2 folgt translatorischen und rotatorischen Bewegungen des Aufbaus 6. Das dritte, inertiale Koordinatensystem 28 [xref, yref> Zref] wird als Referenz-Koordinatensystem herangezogen, wobei berücksichtigt wird, dass die Gravitationsbeschleunigung g ausschließlich in Raumrichtung zref parallel zu einem Gravitationsvektor wirkt. In der Ausführungsform des Verfahrens werden zur Schätzung einer Neigung bzw. Lage des Aufbaus 6 der Nickwinkel θ3 und der Wankwinkel φ3 auf das dritte, als Referenz-Koordinatensystem ausgebildete Koordinatensystem 28 bezogen. Die zwischen dem aufbaufesten Koordinatensystem 24 und dem
Referenzsystem bzw. inertialen Koordinatensystemen 28 eingeschlossenen Winkel [θ3, φ3, ψ3] werden auch als inertialer Nickwinkel 9a, inertialer
Wankwinkel φ3 und inertialer Gierwinkel ψ3 bezeichnet. Als Neigung des Aufbaus 6 wird dessen Orientierung in Nickrichtung und Wankrichtung bezeichnet, woraus der Nickwinkel θ3 und der Wankwinkel φ3 bestimmt werden.
Um die Neigung bzw. Lage des Aufbaus 6 zu schätzen, werden die
Beschleunigung a = [xa, ya, za]T des Aufbaus 6 bzw. des Fahrzeugs 2 entlang der Raumrichtungen xa, ya, za und die Drehraten ω = [ψ3, φ3» Θ3] mit der Sensoranordnung zum Bestimmen der Trägheit mit sechs
Freiheitsgraden (IMU- Inertial Measurement Unit) gemessen und somit ermittelt, wobei die Sensoranordnung auch unabhängig von der
Durchführung des Verfahrens in dem Fahrzeug 2 eingesetzt werden kann.
Zur Schätzung der Neigung des Aufbaus 6 ist zunächst zu berücksichtigen, welchen physikalischen Randbedingungen die von der Sensoranordnüng bspw. durch Messen zu ermittelnden Größen a und ω ausgesetzt sind. Aus Messsignalen von Beschleunigungssensoren der Sensoranordnung werden drei unterschiedliche physikalische Größen abgeleitet:
- die von den Drehraten ω und der ebenen Geschwindigkeit vEbene =
[vEbene,x> Ebene,y> vEbene,z]T des Fahrzeugs 2 abhängige
Zentrifugalbeschleunigung ä^: azf - ω x vEbene
(3)
- die Änderung der bereinigten, ebenen Geschwindigkeit vEbene und somit Beschleunigung des Fahrzeugs 2 und/oder des Aufbaus 6 in
Raumrichtung einer Achse eines jeweiligen Beschleunigungssensors in der horizontalen Ebene des Fahrzeugs: avp— R VEbene (4) die Gravitationsbeschleunigung (5) In obigen Formeln ist vEbene die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 2 in der horizontalen Ebene und R die Eulersche Drehmatrix (6), die unter
Berücksichtigung der Eulerschen Winkel in einer Drehreihenfolge des Wankwinkels φ, des Nickwinkels Θ und des Gierwinkels ψ berechnet wird. Hierbei ist vEbene,x die übliche Geschwindigkeit des Fahrzeugs vpzg in Längsbzw. Fahrtrichtung des Fahrzeugs 2, die über eine Drehzahl der Räder 8, 10 gemessen und dem Tachometer angezeigt wird.
( COSGCOSIJJ cos0sim{j — sin0 \ sincJ>sinGcos |j— cos(J>sini|j sinc|)sin0sirn + cos({)COSi|j siru()cos0 ) (6) οοεφβίηθοοεψ + sii jjsimJj
Figure imgf000015_0001
εοΞφοοβθ/
Die jeweils zu bestimmenden Winkel φ, d. h. φ3 (für den Aufbau), φί (für das Fahrwerk) bzw. φ5 (für die Fahrbahn), und Θ, d. h. 0a (für den Aufbau), 0f (für das Fahrwerk) bzw. 0S (für die Fahrbahn), können üblicherweise über zwei unterschiedliche Berechnungsmethoden bzw. Herangehensweisen zur Berechnung ermittelt werden:
- durch zeitliche Integration der durch die Sensoranordnung gemessenen Drehraten ω, oder
- durch Eliminierung der Zentrifugalbeschleunigung und der Änderung der ebenen Geschwindigkeit vEbene' und somit der Beschleunigung des Fahrzeugs 2 aus den durch die Sensoranordnung gemessenen
Beschleunigungen a^ = a - - und Berechnung der Winkel über trigonometrische Funktionen 0a = atan φ3 = atan
3gy,Z 3gy,Z
Wie bereits anhand von Gleichung (5) angedeutet, ist ein Vektor mit den drei Elementen [agv,x, agv,y, agv,z]T = [g*sin6, -g*si^*cos6, -g*a^*cos9]T, wohingegen die Erdbeschleunigung g = 9, 81 m/s2 hier als ein Skalar verwendet wird, das sich je nach Neigung des Aufbaus 6, die mit der
Eulerschen Drehmatrix R (6) beschrieben wird, auf unterschiedliche
Elemente des Vektors auswirkt. Ist der Aufbau 6 nicht geneigt, so ist
= [0,0, -g]T. Bei einem Wankwinkel φ3 = 90° und einem Nickwinkel 9a = 0° ist äg^ = [0, -g, 0]T. Ist äg^ bekannt, können der Nickwinkel 9a und der
Wankwinkel <j>a über die oben beschriebenen atan-Funktionen berechnet werden.
Allerdings ist bei den durchzuführenden Berechnungen zu berücksichtigen, dass aufgrund von zeitlich variablen Offset-Fehlem von Drehratensensoren eine Integration der Drehraten ggf. stationär ungenau ist. Dies bedeutet, dass berechnete Winkel niederfrequent driften und nur hochfrequente Anteile von Messsignalen nutzbar sind. Bei den über Beschleunigungssensoren ermittelten Winkeln ist dagegen mit hochfrequenten Störungen zu rechnen, da schwer zu erfassende Änderungen der Geschwindigkeit, die bspw. bei der Überfahrt von Schlaglöchern auftreten, nicht aus den Messsignalen eliminiert werden können.
In der hier beschriebenen Ausführungsform wird als Filteralgorithmus ein auf Quaternionen basierender Neigungsfilter bzw. Lagefilter verwendet. Ebenso ist es möglich, einen Kaiman-Filter für die Fusion beider
Berechnungsmethoden einzusetzen. Hierdurch werden beide
voranstehenden genannten Berechnungsmethoden vereint, wodurch ein Signal bereitgestellt wird, das sowohl niederfrequent als auch hochfrequent nutzbar ist.
Ein Quaternion ist ein vierdimensionaler Vektor q = [qi, q2, q3, q4_T > über den die Orientierung eines starren Körpers, hier des Aufbaus 6, zu
beschreiben ist. Ist ein starrer Körper bezogen auf ein Referenzsystem um den Winkel χ und die Achse r = [rx, ry, rz]T gedreht, wobei r ein Einheitsvektor ist, so wird diese Orientierung bezogen auf das
Referenzs stem durch das Quaternion q = beschrieben.
Figure imgf000017_0001
Dies wird zunächst für die zeitliche Integration der durch die
Sensoranordnung gemessenen Drehraten ω genutzt, wobei der Aufbau 6 bezogen auf das inertia e Referenzsystem im vorliegenden Fall mit der Drehrate ω = [ωχ, ωγ, ωζ]τ rotiert. Ausgehend von einer Ausgangslage des Aufbaus 6 wird die Änderung der Lage bzw. Neigung aufgrund der Drehraten durch die Gleichung (7): ή^ = ^0 ®[0, ωχ, ω ωζ] (7) beschrieben. Der Operator ® symbolisiert hier eine
Quaternionenmultiplikation. In einem zeitdiskreten Fall ist eine resultierende Differentialgleichung bspw. durch eine Euler-Integration (8):
Figure imgf000017_0002
zu lösen, wobei At einer Schrittweite zwischen zwei Zeitpunkten k und k- 1 entspricht.
Um eine Orientierung des Aufbaus 6 aus der durch die Sensoranordnung gemessenen Beschleunigung a und resultierenden, bereinigten
Gravitationsbeschleunigung ä^ = [a^, a^y, a^] = [g * sinO , -g * sin φ * cos9 , -g * coscj) * cos θ]τ mit Quaternionen zu beschreiben, ist nachfolgendes Optimierungsproblem (9): 2(qL,2qa, - q iQw) - agv,x minqLe<R4 f(ÖL» ä^) mit f(q , ä^) 2(qL,iqL,2 + qL,3 i., ) -
2(0,5 - qlt2 - qL,3) - agv.z . zu lösen. Eine direkte Berechnung der Neigung ist nicht möglich, da um eine Rotationsachse, die parallel zum Gravitationsvektor orientiert ist, unendlich viele Lösungen existieren. Zur zeitdiskreten Lösung des
Optimierungsproblems kommt ein gradientenbasierter Ansatz (10):
Figure imgf000018_0001
jl^f qL.k-i'. gvJ |j mit einer einstellbaren Schrittweite μ zur Anwendung.
Um Informationen über die Neigung, die aus den gemessenen Drehraten q^k* und aus den Beschleunigungen resultiert, zu fusionieren, werden die beiden Quaternionen q^, q^ über Gleichung (11 ) gewichtet addiert:
Figure imgf000018_0002
wobei 0 < γ < 1 ein einstellbarer Parameter ist. Die Nickwinkel und
Wankwinkel werden dann mit den Gleichungen (12a), (12b):
6a,k = ~ sin-^qL^q^ + qL,k,iqL,k,3) (12a)
Figure imgf000018_0003
berechnet. Zur Eliminierung der Zentrifugalbeschleunigung ä^ und der Änderung avp der ebenen Geschwindigkeit vEbene' aus den durch die Sensoranordnung gemessenen Beschleunigungen sind die Nick- und Wankwinkel zu
berücksichtigen, die wiederum mit Hilfe des
Gravitationsbeschleunigungsvektors berechnet werden.
Zur Durchführung der Ausführungsform des Verfahrens wird ein sogenannter Strapdown-Ansatz verwendet, der in dem Diagramm aus Figur 2 dargestellt ist. Einzelne Schritte 40, 42, 44, 46, 48 des Verfahrens werden nachfolgend näher beschrieben.
Zu Beginn des Verfahrens werden sensorisch ermittelte Werte der
Beschleunigung a und der Drehrate ω bereitgestellt. Mit diesen Werten wird in einem ersten Schritt 40 eine "Korrektur der Zentrifugalkraft" durchgeführt, wobei die durch die Sensoranordnung gemessenen Beschleunigungen um den Anteil der Zentrifugalkraft ζ = ω χ vEbene' korrigiert werden. Dabei wird eine erste korrigierte Beschleunigung a - bestimmt. Diese erste
korrigierte Beschleunigung a - wird unter Berücksichtigung von Werten für den Wankwinkel φ3 und den Nickwinkel 0a in einem zweiten Schritt 42 unter Durchführung einer "Korrektur der Gravitationskraft" mit der
Gravitationsbeschleunigung korrigiert, woraus die Beschleunigung in der horizontalen Ebene resultiert.
Im Rahmen des Verfahrens sind zwei Möglichkeiten, die ebene
Geschwindigkeit vEbene zu berechnen, vorgesehen.
Eine "Bestimmung der Geschwindigkeiten" wird in einem dritten Schritt 44 unter Berücksichtigung der Beschleunigung des Fahrzeugs 2, der gemessenen Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 2 und dessen Lenkwinkel öienk durchgeführt, wobei die erste ebene Geschwindigkeit des Fahrzeugs m = [vint,x, Vint)y, vlnt>z]T durch Integration (13):
Vint = / avPdt (13) der Beschleunigung avp des Fahrzeugs 2 berechnet und somit ermittelt wird. Diese ebene Geschwindigkeit wird wiederum in einem geschlossenen Regelkreis zur "Korrektur der Zentrifugalkraft" im ersten Schritt 40 verwendet. Für die Geschwindigkeit VEbene.x in Raumrichtung einer Längsachse des Fahrzeugs 2 steht hierbei die über die Raddrehzahlen gemessene
Geschwindigkeit VFZg in Richtung xa des Fahrzeugs 2 zur Verfügung. Unter Zuhilfenahme eines Einspurmodells ist es weiterhin möglich, aus dem v Lenkwinkel 5ienk und der gemessenen Geschwindigkeit vpZg eine zur
Querachse des Kraftahrzeugs wirksame Geschwindigkeit y.es zu
berechnen. Für die vertikale Geschwindigkeit vEbene,z steht keine weitere Mess- bzw. Berechnungsmethode zur Verfügung. Die alternativ ermittelte zweite ebene Geschwindigkeit des Fahrzeugs (14): vait— [vFzg, VyjESM, (14) und die durch Integration (13) berechnete Geschwindigkeit νϊ^ können durch einen geeigneten Filteralgorithmus, wie bspw. durch ein Kaiman-Filter (15), über eine Berechnungsvorschrift, die einen Gewichtungsfaktor τ umfasst:
VEbene =™Int + (1 ~ x)valt mit 0 < τ < 1 (15) fusioniert werden. In einem vierten Schritt 46 zur "Korrektur der ebenen
Geschwindigkeitsänderung" werden Werte der gemessenen Geschwindigkeit vFzg, des Lenkwinkels διβηκ, der Winkel 0a, φ3 und die durch die
Zentrifugalbeschleunigung korrigierte Beschleunigung a - berücksichtigt, wobei die korrigierte Beschleunigung durch den Anteil der Änderung der ebenen Geschwindigkeit avPjait = R korrigiert wird. Um eine negative Rückkopplung zu vermeiden, wird die Ableitung eines Vektors der Geschwindigkeit statt der laut der Berechnungsvorschrift (15) ermittelten Geschwindigkeit vEbene! verwendet.
In einem fünften Schritt 48 werden unter Berücksichtigung der Drehrate ω und der Gravitationsbeschleunigung des Fahrzeugs 2 der Nickwinkel 0a sowie der Wankwinkel φ3 und somit die Neigung bzw. Lage des Aufbaus 6 des Fahrzeugs 2 mit dem voranstehend beschriebenen, auf Quaternionen basierenden Neigungsfilter berechnet. Über die voranstehend beschriebene Vorgehensweise werden der Nickwinkel 0a und der Wankwinkel φ3 bezogen auf das inertiale Koordinatensystem 28 bestimmt und in einem
geschlossenen Regelkreis zur "Korrektur der Gravitationskraft" im zweiten Schritt 42 sowie zur "Korrektur der eben Geschwindigkeitsänderung" im dritten Schritt 44 verwendet.
Ausgehend von der im fünften Schritt 48 ermittelten Neigung des Aufbaus 6 wird die Neigung und somit die Lage der Fahrbahn 4 ermittelt, wobei die
Abstände dz^ = '[dza>VL, dza VR, dza HL, dza HR]T zwischen den Rädern 8, 10 und dem Aufbau 6 als gemessene Größen hinzugezogen werden, wodurch zunächst der Nickwinkel 0f und der Wankwinkel φί des Fahrwerks des
Fahrzeugs 2 berechnet werden, wobei eine durchzuführende Berechnung von einer Transformationsmatrix (16) abhängig ist:
Figure imgf000022_0001
mit der eine geometrische Lage des Schwerpunkts 25 bezogen auf die Positionen der Räder 8, 10 beschrieben ist. Dabei beschreibt die erste Spalte den Abstand des Rads 8 vorne links, die zweite Spalte den Abstand des Rads vorne rechts, die dritte Spalte den Abstand des Rads 10 hinten links und die vierte Spalte den Abstand des Rads hinten rechts zu dem
Schwerpunkt 25 innerhalb der horizontalen Ebene.
Die Neigung des Fahrwerks wird dann über den vektoriellen Zusammenhang (17):
Figure imgf000022_0002
bestimmt.
Durch die Subtraktion der Neigung des Fahrwerks von der Neigung des Aufbaus 6 wird die Neigung der Fahrbahn 4 im Bezug zum aufbaufesten, ersten Koordinatensystem 24 über den vektoriellen Zusammenhang (18):
Figure imgf000022_0003
Figure imgf000022_0004
berechnet. Da eine Reifeneinfederung der Räder 8, 10 im Vergleich zu einem Federweg und somit ein zu berücksichtigender Abstand sehr gering ist, wird diese in obiger Rechnung vernachlässigt.
Da die Winkel φ3 und 8a auf den Vektor bezogene Schätzgrößen für die Neigung des Aufbaus 6 sind und φί und 9f die relativen Winkel zwischen dem Aufbau 6 und der Oberfläche der Fahrbahn 4 beschreiben, stehen mit φ8 und 6S ebenfalls Winkel als geschätzte Größen für die Neigung der Fahrbahn 4 bzw. Straße bezogen auf den Gravitationsvektor zur Verfügung. In weiterer Ausgestaltung ist mit dem Verfahren u. a. eine zu durchfahrende Steilkurve zu erkennen, wobei es sich um eine zu einer Innenseite des Fahrzeugs 2 geneigte Kurve handelt, die bspw. auf Rennstrecken eingesetzt wird, um in der Kurve eine Geschwindigkeit erhöhen zu können. Einige Regelalgorithmen sind jedoch nicht auf die Fahrt in Steilkurven abgestimmt, weshalb eine Erkennung einer solchen vorzusehen ist.
Der oben beschriebene, durch Schätzen ermittelte Wankwinkel §s gibt an, wie stark die Fahrbahn 4 in Querrichtung des Fahrzeugs 2 geneigt ist. Wird die Schätzgröße mit einem Schwellenwert verglichen, ist ein Indikator (19)
Wenn |φ5 | > j>min,steilkurve (19)
Figure imgf000023_0001
0 sonst anzugeben, der den Wert 1 annimmt, sobald der Wankwinkel φ3 für die Neigung in Querrichtung der Fahrbahn 4 einen Referenzwert (|>min,steiikurve überschritten hat. Außerdem ist eine Regelstrategie für ein von der Steilkurve betroffenes Stabilisierungssystem des Fahrwerks auf diese Situation anzupassen. Beispielsweise ist eine Niveauregulierung eines
Luftfedersystems für die Dauer einer Fahrt durch die Steilkurve auszusetzen, um nicht auf die nur in der Steilkurve erhöhte Beschleunigung in z- Raumrichtung zu reagieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erfassen einer Neigung einer Fahrbahn (4), die von einem Fahrzeug (2) befahren wird, in zumindest einer Raumrichtung, wobei das Fahrzeug (2) einen Aufbau (6) und ein Fahrwerk mit mehreren Rädern (8, 10) aufweist, die sich mit der Fahrbahn (4) in Kontakt befinden, wobei eine Neigung des Aufbaus (6) in die zumindest eine Raumrichtung ermittelt wird, wobei für mindestens ein Rad (8, 10) ein vertikaler Abstand zu dem Aufbau (6) erfasst wird, wobei über den mindestens einen ermittelten
Abstand eine Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung berechnet wird, und wobei die Neigung der Fahrbahn (4) in die zumindest eine Raumrichtung aus einer Differenz der Neigung des Aufbaus (6) in die zumindest eine Raumrichtung und der Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Neigung des Aufbaus (6) und der Fahrbahn (4) in Abhängigkeit mindestens eines Winkels, bspw.
mindestens eines Wankwinkels φ und/oder eines Nickwinkels Θ, ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Neigung des
Fahrwerks in die mindestens eine Raumrichtung durch Transformation des vertikalen Abstands des mindestens einen Rads (8, 10) zu dem Aufbau (6) mit einer Transformationsmatrix ermittelt wird, deren Elemente in mindestens einer Spalte und mindestens einer Zeile angeordnet sind, wobei Werte für die Elemente der Transformationsmatrix von Längen der Seiten mindestens eines Rechtecks abhängig sind, wobei an einer ersten von zwei
gegenüberliegenden Ecken des mindestens einen Rechtecks der
Schwerpunkt (25) des Aufbaus (6) und an einer zweiten der zwei
gegenüberliegenden Ecken das mindestens eine Rad (8, 10) angeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Neigung des Fahrwerks durch Transformation des in vertikaler Richtung orientierten Abstands des mindestens einen Rads (8, 10) von dem Aufbau (6) mit der
Transformationsmatrix bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem zum Ermitteln der Neigung des Aufbaus (6) ein erstes, aufbaufestes
Koordinatensystem (24) und zum Ermitteln der Neigung des Fahrwerks ein zweites fahrwerkfestes Koordinatensystem (26) verwendet wird, und wobei ein drittes, inertiales Koordinatensystem (28) als Referenz- Koordinatensystem verwendet wird, das auf die Gravitationskraft bezogen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Neigung des Aufbaus (6) bezüglich des Referenzkoordinatensystems über ein Quaternion beschrieben wird.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem ein Strapdown-Algorithmus verwendet wird, mit dem vorgesehen ist, dass zum Ermitteln einer korrigierten Beschleunigung des Fahrzeugs (2) eine
sensorische gemessene Beschleunigung um eine Zentrifugalbeschleunigung und die Gravitationsbeschleunigung korrigiert wird und daraus eine * Geschwindigkeit des Fahrzeugs (2) in einer Ebene bestimmt wird, und dass die Neigung des Aufbaus (6) berechnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem ein Wert eines Wankwinkels φ5 zum Beschreiben einer Neigung der Fahrbahn (4) in
Querrichtung mit einem Referenzwert verglichen wird, wobei ermittelt wird, dass mit dem Fahrzeug (2) eine Steilkurve durchfahren wird, wenn der Wert größer als der Referenzwert ist.
9. System zum Erfassen einer Neigung einer Fahrbahn (4), die von einem Fahrzeug (2) zu befahren ist, in zumindest einer Raumrichtung, wobei das Fahrzeug (2) einen Aufbau (6) und ein Fahrwerk mit mehreren Rädern (8, 10) aufweist, die sich mit der Fahrbahn (4) in Kontakt befinden, wobei das System (16) mehrere Sensoren (19, 20, 22) und ein Kontrollgerät (18) aufweist, wobei mindestens ein erster Sensor (19) dazu ausgebildet ist, eine Neigung des Aufbaus (6) in die zumindest eine Raumrichtung zu ermitteln, wobei mindestens ein zweiter Sensor (20, 22) dazu ausgebildet ist, für mindestens ein Rad (8, 10) einen vertikalen Abstand zu dem Aufbau (6) zu erfassen, wobei das Kontrollgerät (16) dazu ausgebildet ist, über den mindestens einen ermittelten Abstand eine Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung zu berechnen und die Neigung der Fahrbahn (4) in die zumindest eine Raumrichtung aus einer Differenz der Neigung des Aufbaus (6) in die zumindest eine Raumrichtung und der Neigung des Fahrwerks in die zumindest eine Raumrichtung zu ermitteln.
10. System nach Anspruch 9, bei dem der mindestens eine zweite Sensor (20, 22) als Wegesensor ausgebildet ist.
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