DE102009045493A1

DE102009045493A1 - Sensoranordnung und Verfahren zum einfachen Einbau in ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009045493A1
Application number: DE102009045493A
Authority: DE
Inventors: Jörg HEIMEL; Roland Burghardt; Roland Hilser; Bernhard Schmid; Dirk Theobald
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2010-04-29
Also published as: US20110197414A1; EP2340412A1; WO2010043537A1

Abstract

Verfahren zum Einbau einer Sensoranordnung in ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugchassis, wobei sich das Fahrzeugchassis während des Einbaus in einer definierten Position befindet und die Sensoranordnung an dem Fahrzeugchassis direkt oder indirekt befestigt wird, wobei die Sensoranordnung einen oder mehrere Beschleunigungssensor/en (1) mit drei linear unabhängigen Messrichtungen umfasst und die Sensoranordnung eine elektronische Kontrolleinheit (3) aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie einen Sensor-Kalibriermodus umfasst, wobei nach dem Befestigen der Sensoranordnung der wenigstens eine Beschleunigungssensor die Erdbeschleunigung erfasst, wonach die elektronische Kontrolleinheit in dem Sensor-Kalibriermodus aus zumindest der erfassten Richtung der Erdbeschleunigung (g) einen oder mehrere Relativ-Positionierungsparameter berechnet und abspeichert, welche wenigstens eine Information über die relative Positionierung zwischen der Sensoranordnung und dem Fahrzeugchassis umfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbau einer Sensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, eine Sensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 6, sowie die Verwendung der Sensoranordnung in Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen.
Bisher ist es üblich Sensoranordnungen für Inertialgrößen, wie beispielsweise für ein ESP-System möglichst präzise orientiert und an zwei oder mehr Befestigungspunkten befestigt in ein Fahrzeug einzubauen, um eine hinreichende Messgenauigkeit von Beschleunigungsgrößen und insbesondere einer oder mehreren Drehraten zu erreichen, bezogen auf die Bewegung des Fahrzeugchassis. Die relative Positionierung zwischen Sensoranordnung und Fahrzeugchassis ist dabei hinsichtlich der Messgenauigkeit von wesentlicher Bedeutung, wobei diese relativ präzise Art der Positionierung und Befestigung relativ kostenträchtig ist.
In Druckschrift DE 199 25 434 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion der Einbaulage eines Navigationssystems in einem Fahrzeug vorgeschlagen. Dabei werden allerdings nur Beschleunigungssensoren mit zwei voneinander line ar abhängigen Messrichtungen verwendet, wodurch Positionierungsungenauigkeiten nicht bezogen auf sämtliche Freiheitsgrade erfasst und kompensiert werden können.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum einfachen Einbau einer Sensoranordnung in ein Fahrzeug sowie eine entsprechende Sensoranordnung vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie die Sensoranordnung gemäß Anspruch 6.
Bei diesem Verfahren bzw. dieser Sensoranordnung ist insbesondere einerseits nur eine Befestigungsachse/ein Befestigungspunkt erforderlich und andererseits keine weitere Ausrichtung des Gehäuses der Sensoranordnung notwendig.
Die Befestigung der Sensoranordnung erfolgt vorzugsweise mittels wenigstens einer Befestigungseinrichtung, die insbesondere Teil eines Gehäuses der Sensoranordnung ist.
Die Sensoranordnung weist bevorzugt ein eigenes Gehäuse auf oder ist alternativ vorzugsweise in ein elektronisches Steuergerät mit entsprechendem Gehäuse integriert.
Die Befestigung der Sensoranordnung im eigenen Gehäuse oder im Gehäuse eines elektronischen Steuergeräts im Fahrzeug erfolg vorzugsweise durch Anschrauben und/oder Einrasten, also formschlüssig, und/oder Kleben und/oder durch eine magnetische Befestigung, insbesondere kombiniert mit einer form schlüssigen Befestigung.
Zur Erfassung der Beschleunigung bezüglich der drei linear unabhängigen Messachsen weist die Sensoranordnung bevorzugt einen dreidimensional-messenden Beschleunigungssensor auf oder alternativ vorzugsweise eine Kombination aus zwei oder mehr ein- oder zwei-dimensional-messenden Beschleunigungssensoren.
Die Sensoranordnung ist bevorzugt nicht als Navigationssystem ausgebildet, sondern insbesondere als Sensoranordnung, welche Beschleunigungs- und/oder Drehratensignale für ein Kraftfahrzeugregelungssystem bereitstellt und weist entsprechend wenigstens einen Beschleunigungssensor sowie mindestens einen Drehratensensor auf.
Es ist bevorzugt, dass das Fahrzeugchassis während des Einbaus der Sensoranordnung und/oder während des Sensor-Kalibriermodus mit seiner Fahrzeugchassisbodenebene bzw. -grund-/basis -ebene und/oder mit der Stellebene, auf der das Fahrzeugchassis direkt oder indirekt aufgestellt ist, im Wesentlichen senkrecht oder mit einem definierten Winkel zur Richtung der Erdbeschleunigung ausgerichtet ist. Dabei ist das Fahrzeugchassis insbesondere auf Rädern auf der Stellebene aufgestellt.
Die Sensoranordnung umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Drehratensensoren, für deren Betrieb im Sensor-Kalibriermodus ein oder mehrere Kalibrierwerte berechnet und/oder abgespeichert werden, welche insbesondere von dem zumindest einen Relativ-Positionierungsparameter abhängig sind. Durch Kenntnis der relativen Position zwischen zusätzlichen Sensoren wie z. B. Drehratensensoren im Messsystem und dem Messsystem selbst kann die Lage der zusätzlichen Sensoren im Fahrzeug mitbestimmt werden.
Der wenigstens eine Relativ-Positionierungsparameter und/oder die Kalibrierwerte sind zweckmäßigerweise in Form einer Transformationsmatrix bzw. Koordinatentransformationsmatrix ausgebildet, mit welcher die Messsignale des zumindest einen Beschleunigungs- und/oder Drehratensensors ausgehend von einer Referenzpositionierung innerhalb des Fahrzeugs angepasst werden hinsichtlich der tatsächlichen Positionierung der Sensoranordnung innerhalb des Fahrzeugs.
Die elektronische Kontrolleinheit und/oder die Sensoren ist/sind vorzugsweise Teil eines Kraftfahrzeugregelungssystems, insbesondere eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems oder eines Fahrzeugchassis-Beschleunigungs-Messsystems oder eines Stoßdämpferregelungssystems.
Es ist bevorzugt, dass der Einbau der Sensoranordnung in das Fahrzeug während eines Montagevorgangs des Fahrzeugs durchgeführt wird, bevor das Fahrzeug regulär in Betrieb genommen wird, insbesondere vor dem Produktionsabschluss des entsprechenden Fahrzeugs, also bei oder vor „Bandende”, oder dass der Einbau im Zuge einer Reparatur oder Wartung der Sensoranordnung oder im Zuge eines Austauschs der Sensoranordnung durchgeführt wird.
Die elektronische Kontrolleinheit ist bevorzugt so ausgelegt, dass in ihr die Koordinaten und/oder Positionsinformationen zumindest eines Befestigungspunktes, insbesondere als Referenzpunkt, und/oder einer Befestigungsachse gespeichert bzw. hinterlegt sind, an dem/der die Sensoranordnung innerhalb des Fahrzeugchassis befestig ist und dass diese Koordinaten und/oder Positionsinformationen im Rahmen des Sensor-Kalibriermodus zur Berechnung der Relativ-Positionierungsparameter direkt oder indirekt verwendet werden.
Es ist bevorzugt, dass die Sensoranordnung einen oder mehrere Drehratensensoren umfasst und die elektronische Kontrolleinheit so ausgelegt ist, dass für den Betrieb des wenigstens einen Drehratensensors im Sensor-Kalibriermodus ein oder mehrere Kalibierwerte berechnet und/oder abgespeichert werden, welche insbesondere von dem zumindest einen Relativ-Positionierungsparameter abhängig sind.
Die Sensoranordnung ist bevorzugt so ausgebildet, dass die Messrichtungen des mindestens einen Beschleunigungssensors im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet sind.
Zweckmäßigerweise umfasst die Sensoranordnung einen oder mehrere Drehratensensoren mit einer oder mehreren Messachsen, wobei der mindestens eine Drehratensensor insbesondere so angeordnet ist, dass die Drehrate um die Hochachse des Fahrzeugs erfasst werden kann, also die Gierrate, und/oder um die Längs- und/oder Querachse des Fahrzeugs.
Bezüglich des Einbaus von Drehratensensoren ist die vorgeschlagene Sensoranordnung sowie das Verfahren auch insbesondere deshalb vorteilhaft, weil bisher die Messachse zur Erfassung der Gierrate relativ präzise senkrecht zur Fahrzeugchassisbodenebene ausgerichtet sein musste und der Drehratensensor mit relativ hoher Präzision entsprechend positioniert eingebaut sein musste. Anhand der Kalibrierung mittels der Relativ-Positionierungsparameter bzw. des wenigstens einen Kalibierwerts sind Abweichungen von dieser Ausrichtung durch die Signalverarbeitung der elektronischen Kontrolleinheit kompensierbar.
Es ist zweckmäßig, dass eine Messachse bzw. Messrichtung des Beschleunigungssensors und/oder des Drehratensensors parallel zu einer Befestigungsachse ist, hinsichtlich derer die Sensoranordnung in definierter Weise befestigt und positioniert ist.
Der wenigstens eine Beschleunigungssensor ist zweckmäßigerweise als Linearbeschleunigungssensor ausgebildet.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung der Sensoranordnung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder in einem Motorrad, oder in einem Luftfahrzeug oder in einem Boot oder Schiff oder in einem Schienenfahrzeug.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen an Hand von Figuren.
Es zeigen in schematischer Darstellung
1 eine Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung mit idealer Ausrichtung der Sensoren,
2 eine beispielhafte Sensoranordnung, die verdreht ausgerichtet ist.
Die in 1 dargestellte beispielhafte Sensoranordnung weist eine ideale Ausrichtung der Sensoren 1, 2 auf. Dabei umfasst die Sensoranordnung einen 3-achsigen Beschleunigungssensor 1, einen 2-achsigen Drehratensensor 2 sowie eine elektronische Kontrolleinheit 3, beispielgemäß als Platine mit Chips bestückt, dargestellt. Der Beschleunigungssensor innerhalb der Sensoranordnung ist so angeordnet, dass Messrichtung b des Beschleunigungssensors 1 parallel zur Befestigungsachse n_a ausgerichtet ist und Messachse c des Beschleunigungssensors 1 parallel zur Erdbeschleunigung g. Die Messachsen a, c, um die herum der Drehratensensor die Drehraten ω1 und ω2 erfasst, sind ebenfalls parallel zur Erdbeschleunigung g und senkrecht zur Erdbeschleunigung sowie senkrecht zur Befestigungsachse n_a ausgerichtet. Die Messachsen des Beschleunigungssensors a, b, c sind jeweils zueinander senkrecht ausgebildet.
Die Befestigung der Sensoranordnung, die beispielsweise durch Anschrauben, Einrasten, Kleben etc. in das Fahrzeug erfolgen kann, darf nun erfindungsgemäß in beliebiger Verdrehung zur Befestigungsachse n_a durchgeführt werden, wie beispielhaft in 2 dargestellt, wobei die Befestigungsachse n_a wiederum beliebig, mit Ausnahme parallel zur Richtung der Erdbeschleunigung g, im Fahrzeug orientiert sein darf, so dass durch die Richtung der Erdbeschleunigung g und die Richtung der Befestigungsachse n_a die Lage im Raum bezogen auf das Fahrzeugchassis eindeutig festgelegt ist.
Zur Positionierung ist insbesondere nur noch ein Befestigungspunkt erforderlich und darüber hinaus im Wesentlichen keine weitere Ausrichtung der Sensoranordnung mehr notwendig.
Eine Kalibrierung der Sensorsignale des Beschleunigungssensors und des Drehratensensors erfolgt beispielhaft mittels Koordinatentransformationsparametern, welche die Sensorsignale so beeinflussen, als ob sie bei idealer Einbaulage erzeugt worden wären.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19925434 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Einbau einer Sensoranordnung in ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugchassis, wobei sich das Fahrzeugchassis während des Einbaus in einer definierten Position befindet und die Sensoranordnung an dem Fahrzeugchassis direkt oder indirekt befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen oder mehrere Beschleunigungssensor/en (1) mit drei linear unabhängigen Messrichtungen umfasst und die Sensoranordnung eine elektronische Kontrolleinheit (3) aufweist, die so ausgelegt ist, dass sie einen Sensor-Kalibriermodus umfasst, wobei nach dem Befestigen der Sensoranordnung der wenigstens eine Beschleunigungssensor die Erdbeschleunigung erfasst, wonach die elektronische Kontrolleinheit in dem Sensor-Kalibriermodus aus zumindest der erfassten Richtung der Erdbeschleunigung (g) einen oder mehrere Relativ-Positionierungsparameter berechnet und abspeichert, welche wenigstens eine Information über die relative Positionierung zwischen der Sensoranordnung und dem Fahrzeugchassis umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugchassis während des Einbaus der Sensoranordnung und/oder während des Sensor-Kalibriermodus mit seiner Fahrzeugchassisbodenebene und/oder mit der Stellebene, auf der das Fahrzeugchassis direkt oder indirekt aufgestellt ist, im Wesentlichen senkrecht oder mit einem definierten Winkel zur Richtung der Erdbeschleuni gung (g) ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen oder mehrere Drehratensensoren (2) umfasst, für deren Betrieb im Sensor-Kalibriermodus ein oder mehrere Kalibierwerte berechnet und/oder abgespeichert werden, welche insbesondere von dem zumindest einen Relativ-Positionierungsparameter abhängig sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinheit (3) und/oder die Sensoren (1, 2) Teil eines Kraftfahrzeugregelungssystems, insbesondere eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems, ist/sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbau der Sensoranordnung in das Fahrzeug während eines Montagevorgangs des Fahrzeugs durchgeführt wird, bevor das Fahrzeug regulär in Betrieb genommen wird, insbesondere vor dem Produktionsabschluss des entsprechenden Fahrzeugs, oder dass der Einbau im Zuge einer Reparatur oder Wartung der Sensoranordnung oder im Zuge eines Austauschs der Sensoranordnung durchgeführt wird.
Sensoranordnung zum einfachen Einbau in ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugchassis, insbesondere geeignet zum Einbau gemäß des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sensoranordnung einen oder mehrere Beschleunigungssensor/en (1) mit drei linear unabhängigen Messrichtungen umfasst und eine elektronische Kontrolleinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinheit so ausgelegt ist, dass sie einen Sensor-Kalibriermodus umfasst, in welchem eine Erfassung der Erdbeschleunigung mittels des wenigstens einen Beschleunigungssensors (1) durchgeführt wird, wonach aus zumindest der erfassten Richtung der Erdbeschleunigung ein oder mehrere Relativ-Positionierungsparameter berechnet und abgespeichert werden, die wenigstens eine Information über die relative Positionierung zwischen der Sensoranordnung und dem Fahrzeugchassis umfassen.
Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinheit so ausgelegt ist, dass in ihr die Koordinaten und/oder Positionsinformationen zumindest eines Befestigungspunktes und/oder einer Befestigungsachse (a_n) gespeichert sind, an dem/der die Sensoranordnung innerhalb des Fahrzeugchassis befestigt ist und dass diese Koordinaten und/oder Positionsinformationen im Rahmen des Sensor-Kalibriermodus zur Berechnung der Relativ-Positionierungsparameter direkt oder indirekt verwendet werden.
Sensoranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung einen oder mehrere Drehratensensoren (2) umfasst und die elektronische Kontrolleinheit (3) so ausgelegt ist, dass für den Betrieb des wenigstens einen Drehratensensors im Sensor- Kalibriermodus ein oder mehrere Kalibierwerte berechnet und/oder abgespeichert werden, welche insbesondere von dem zumindest einen Relativ-Positionierungsparameter abhängig sind.
Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Kontrolleinheit (3) und/oder die Sensoren (1, 2) Teil eines Kraftfahrzeugregelungssystems, insbesondere eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems, ist/sind.
Verwendung der Sensoranordnung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 9 in einem Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug, oder in einem Luftfahrzeug oder in einem Boot oder Schiff oder in einem Schienenfahrzeug.