DE19940490B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Vertikalbeschleunigung eines Rades eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Vertikalbeschleunigung eines Rades eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Vertikalbeschleunigung (z ..R) eines Rades (1) eines Fahrzeugs zur Verwendung in einer Fahrzeugdynamikregelung oder -überwachung (9),
wobei eine auf den Aufbau wirkende Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V) ermittelt wird,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
– Ermitteln einer Federwegbeschleunigung (Δz ..) einer durch den Aufbau des Fahrzeugs in vertikaler Richtung belasteten Feder (2), die zwischen dem Aufbau und dem Rad (1) angebracht ist, und
– Addieren der Federwegbeschleunigung (Δz ..) und der Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V), um die Vertikalbeschleunigung (z ..R) zu erhalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Vertikalbeschleunigung eines Rades eines Fahrzeugs zur Verwendung in einer Fahrzeugdynamikregelung oder -überwachung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche, die insbesondere durch die sensorische Erfassung von nur wenigen Hilfsgrößen kostensparend betrieben werden können.
  • Viele moderne Fahrzeugregelsysteme bzw. Fahrzeugüberwachungssysteme, die die Fahrzeughorizontal- und/oder die Fahrzeugvertikaldynamik beeinflussen oder überwachen, benötigen unter anderem die dynamischen Radaufstandskräfte als Eingangsgrößen. Die Radaufstandskräfte sind diejenigen Kräfte, die auf die Räder über die Aufstandsfläche der Räder auf der Fahrbahn wirken. Die dynamischen Radaufstandskräfte können im Fahrbetrieb jedoch nur mit erheblichen Aufwand ermittelt werden, weshalb zur Zeit in der Praxis Vereinfachungen getroffen werden. Dadurch verschlechtert sich jedoch die Regelgüte der Regelsysteme erheblich.
  • Es sind verschiedene Verfahren zur Ermittlung der dynamischen Radaufstandskräfte bekannt. Um die dynamischen Radaufstandskräfte im Fahrbetrieb zu bestimmen, scheiden direkte Meßverfahren mit Mehrkomponentenmeßnaben (siehe z. B. SAE 980262 ”Evaluation of Different Designs of Wheel Force Transducers”) aufgrund der hohen Kosten für diese Meßaufnehmer aus. Bei den indirekten Verfahren werden Hilfsgrößen gemessen, aus denen die dynamischen Radaufstandskräfte berechnet werden können. Für die Serientauglichkeit dieser Verfahren ist somit der Aufwand zur Erfassung der Hilfsgrößen entscheidend. Das Braunschweiger Verfahren, das Münchener Verfahren und das Reifeninnendruckverfahren benutzen den Fahrzeugreifen als Meßfeder, wobei die dynamische Radaufstandskraft über eine Kennlinie aus der vertikalen Reifeneinfederung bzw. der Reifenquerdehnung bzw. dem Reifeninnendruck berechnet wird (siehe z. B. Gersbach et al.: ”Vergleich von Verfahren zur Messung von Radlastschwankungen”, ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 80, 1978; Bode: ”Vergleich verschiedener Verfahren zur feststellung der dynamischen Radlast”, Deutsche Kraftfahrtforschung und Straßenverkehrstechnik, Nr. 131, VDI-Verlag, 1959). Die Messung dieser Größen und die notwendige Telemetrie sind sehr aufwendig. Außerdem unterliegen die benötigten Reifenkennlinien großen Schwankungen. Das Hannoveraner Verfahren (Bode, a. a. O.) und das Darmstädter Verfahren (Svenson: ”Untersuchungen über die dynamischen Kräfte zwischen Rad und Fahrbahn und ihre Auswirkungen auf die Beanspruchung der Straße”, Deutsche Kraftfahrtforschung und Straßenverkehrstechnik, Nr. 130, VDI-Verlag, 1959) verwenden Dehnungsmeßstreifen, um über die Ausdehnung des Achskörpers bzw. des Felgenbetts auf die dynamische Radaufstandskraft zu schließen. Eine auf Dehnungsmeßstreifen basierende Messung ist aufgrund der hohen Kosten und der aufwendigen Kalibirierung ebenfalls nicht serientauglich.
  • Deutlich verbreiteter sind, aufgrund ihrer vergleichsweise einfach meßbaren Hilfsgrößen, das Aachener Verfahren (Kotitschke: ”Die dynamischen Radlasten von Kraftfahrzeugen; ihre Messung und ihre Einflußfaktoren”, Dissertation, RWTH Aachen, 1957) und das Schnittkräfteverfahren (Tiemann: ”Untersuchungen zm Bremsverhalten von Pkw mit ABS auf unebener Fahrbahn unter besonderer Berücksichtigung des Einflusses des Schwingungsdämpfers, Fortschritt-Berichte VDI Reihe 12 Nr. 204, VDI-Verlag, 1994). Bei dem Aachener Verfahren berechnet sich die Radaufstandskraft Fz aus der anteiligen vertikalen Beschleunigung z ..A,V, im folgenden mit Teilaufbauvertikalbeschleunigung bezeichnet, der anteiligen Masse des Fahrzeugaufbaus (Viertelfahrzeug) mA,V und der Radvertikalbeschleunigung z ..R der anteiligen Radmasse eines Rades mRz (siehe 1): Fz = mA,V·z ..A,V + mRz·z ..R (1)
  • Das Schnittkräfteverfahren wertet den Federweg Δz einer Feder 2 und die Radvertikalbeschleunigung z ..R zur Bestimmung der dynamischen Radaufstandskraft Fz aus (siehe 1): Fz = cAz·Δz + dAz·Δz . + mRz·z ..R (2)
  • Beide Verfahren benötigen die Radvertikalbeschleunigung z ..R. Beschleunigungssensoren zur Messung dieser Größe sind jedoch aufgrund der am Rad auftretenden hohen Beschleunigungen und der extremen Umwelteinflüsse teuer.
  • Aus der gattungsbildenden EP 0 752 330 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Vertikalbeschleunigung der Räder eines Fahrzeuges unter Berücksichtigung von Nick- und Wankbewegungen bekannt, wobei Teilaufbauvertikalbeschleunigungen an den Positionen der Vorderräder ermittelt und daraus korrigierte Vertikalbeschleunigungen für alle vier Räder bestimmt werden.
  • Des Weiteren sind aus der EP 0 808 733 A2 Bewegungsgleichungen für die Vertikalbeschleunigung eines Rades bekannt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Vertikalbeschleunigung eines Rades eines Fahrzeugs zur Verwendung in einer Fahrzeugdynamikregelung anzugeben, die einfach und kostengünstig zu realisieren sind.
  • Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
  • Erfindungsgemäß kann eine erste Ermittlungseinrichtung eine Federwegbeschleunigung einer durch den Aufbau des Fahrzeugs in vertikaler Richtung belasteten Feder, die zwischen dem Aufbau und dem Rad angebracht ist, ermitteln. Eine zweite Ermittlungseinrichtung kann die Teilaufbauvertikalbeschleunigung ermitteln. Eine Steuereinheit kann weiterhin eine Vertikalbeschleunigung eines Rades (Radvertikalbeschleunigung) ermitteln, indem sie die Federwegbeschleunigung von der ersten Ermittlungseinrichtung und die Teilaufbauvertikalbeschleunigung von der zweiten Ermittlungseinrichtung addiert. Die so ermittelte Radvertikalbeschleunigung kann dann z. B. zur Bestimmung der Radaufstandskraft verwendet werden. In der Erfindung kann somit auf eine teure Sensorik zur Erfassung der Radvertikalbeschleunigung verzichtet werden, wobei die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Ermittlung der Radvertikalbeschleunigung die tatsächlichen Vergleichsmeßergebnisse sehr genau wiedergeben.
  • Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein vereinfachtes Fahrwerkmodell,
  • 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
  • 3 einen Vergleich von Ergebnissen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (rekonstruiert) mit Vergleichsmessungen (gemessen).
  • In 1 ist ein vereinfachtes Fahrwerkmodell zur Verdeutlichung der in der Erfindung verwendeten Größen gezeigt. Das Modell besteht aus zwei an der Hinterachse HA befestigten Rädern 1 und zwei an der Vorderachse VA befestigten Rädern 1. Die Räder 1 können dabei jeweils über eine Parallelschaltung aus einer Feder 2 und einem Dämpfungsglied 6 mit der jeweiligen Achse verbunden sein.
  • Weiterhin ist ein Schwerpunkt SP der Masse des Fahrzeugaufbaus mA vorhanden. Der Aufbau kann aus sämtlichen Fahrzeugbestandteilen ohne Räder 1, Anteile der Federn 2, Anteile der Dämpfungsglieder 6 und andere Achsaufhängungsteile bestehen. Die Längsrichtung xA kann durch die Wankachse 4, und die Querrichtung yA durch die Nickachse 3 des Aufbaus vorgegeben sein. Die Nickachse 3 kann eine nicht gezeigte Verschiebung in Längsrichtung lSN und/oder in vertikaler Richtung hSN gegenüber dem Schwerpunkt SP aufweisen. Die Wankachse kann eine nicht gezeigte Verschiebung in Querrichtung lSW und/oder in vertikaler Richtung hSW gegenüber dem Schwerpunkt SP aufweisen.
  • Der Abstand von der Vorderachse VA zur Nickachse 3 ist in 1 mit lv bezeichnet, der Abstand der Hinterachse HA zur Nickachse 3 mit lh. Der Abstand des jeweiligen Radaufhängungspunktes am Aufbau 7 zur Wankachse 4 ist jeweils mit svl, svr, shl bzw. shr bezeichnet, wobei in diesem Dokument der Index vl für vorne links, der Index vr für vorne rechts, der Index hl für hinten links und der Index hr für hinten rechts in Bezug auf das Fahrzeug steht. Eine Drehung des Aufbaus um die Nickachse 3, d. h. der Nickwinkel ist mit φA, eine Drehung des Aufbaus um die Wankachse 4, d. h. der Wankwinkel ist mit χA bezeichnet.
  • Die Masse eines Rades mRz ist im jeweiligen Element 8 zusammengefaßt. Die unterhalb des jeweiligen Elementes 8 angedeuteten Feder- und Dämpfungsglieder symbolisieren die jeweiligen Feder- und Dämpfungseigenschaften der Räder, die aber bei der Erfindung unberücksichtigt bleiben können. Die Größe z ..A,hr bezeichnet die anteilige Vertikalbeschleunigungskomponente des Aufbaus z ..A,V am Hinterrad. Entsprechendes gilt für die zur Vereinfachung nicht dargestellen Komponenten für die übrigen Räder z ..A,hl, z ..A,vr und z ..A,vl.
  • Erfindungsgemäß wird die Federwegbeschleunigung Δz .. der durch den Aufbau in vertikaler Richtung belasteten Feder 2 ermittelt. Dieses kann für jedes Rad gesondert geschehen. Außerdem wird eine auf den Aufbau wirkende Teilaufbauvertikalbeschleunigung z ..A,V ermittelt, die an dem Radaufhängungspunkt 7 wirken kann. Auch dieses kann für jedes Rad gesondert geschehen. Danach werden für jedes Rad die Federwegbeschleunigung Δz .. und die Teilaufbauvertikalbeschleunigung z ..A,V zu einer entsprechenden Radvertikalbeschleunigung z ..R addiert: z ..R = Δz .. + z ..A,V (3)
  • Die Federwegbeschleunigung Δz .. kann z. B. durch zweimaliges Ableiten des entsprechenden Federweges Δz, der z. B. wiederum durch Messung ermittelt werden kann, ermittelt werden. Die Teilaufbauvertikalbeschleunigung z ..A,V kann z. B. in Abhängigkeit von der Aufbauvertikalbeschleunigung z ..A im Schwerpunkt SP und/oder der Nickwinkelbeschleunigung φ ..A und/oder der Wankwinkelbeschleunigung χ ..A, insbesondere durch die folgende Gleichung ermittelt werden: z ..A,vl = z ..A – (lv + lSN)·φ ..A + svl·χ ..A z ..A,vr = z ..A – (lv + lSN)·φ ..A – svr·χ ..A z ..A,hl = z ..A + (lh – lSN)·φ ..A + shl·χ ..A z ..A,hr = z ..A + (lv – lSN)·φ ..A – shr·χ ..A (4)
  • Die Aufbauvertikalbeschleunigung z ..A im Schwerpunkt SP kann z. B. in Abhängigkeit von den Federwegen Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr für die jeweiligen Räder 1 und/oder den entsprechenden Federweggeschwindigkeiten Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr, insbesondere nach der folgenden Gleichung ermittelt werden:
    Figure 00080001
  • Dabei stellen g die Erdbeschleunigungskomponente, cA,vl, cA,vr, cA,hl, cA,hr die jeweiligen Federkonstanten der Federn 2 und dA,vl, dA,vr, dA,hl, dA,hl die jeweiligen Dämpfungskonstanten der Dämpfungsglieder 6 dar. Die Gleichung (5) gilt insbesondere für nicht geneigte Fahrbahnen. Für den Fall geneigter Fahrbahnen kann Gleichung (5) z. B. auf bekannte Weise mit den entsprechenden Winkelanteilen angepaßt werden.
  • Die Nickwinkelbeschleunigung φ ..A kann z. B. in Abhängigkeit von den Federwegen Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr und/oder den entsprechenden Federweggeschwindigkeiten Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr und/oder der Aufbaulängsbeschleunigung ẍA, insbesondere nach der folgenden Gleichung ermittelt werden:
    Figure 00080002
    mit dem Massenträgheitsmoment um die Nickachse θy. Die Wankwinkelbeschleunigung χ ..A kann z. B. in Abhängigkeit von den Federwegen Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr und/oder den entsprechenden Federweggeschwindigkeiten Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr und/oder der Aufbauquerbeschleunigung ÿA, insbesondere nach der folgenden Gleichung ermittelt werden:
    Figure 00090001
    mit dem Massenträgheitsmoment um die Wankachse θx. Die Gleichung (6) und/oder die Gleichung (7) gelten insbesondere für nicht geneigte Fahrbahnen. Für den Fall geneigter Fahrbahnen können sie ebenfalls auf bekannte Weise mit den entsprechenden Winkelanteilen angepaßt werden.
  • In 2 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, die eine oder mehrere Radvertikalbeschleunigungen z ..R,vl, z ..R,vr, z ..R,hl, z ..R,hr ermittelt und an eine Fahrzeugdynamikregelung oder -überwachung 9 ausgibt. Eine erste Sensorik 13 ermittelt einen oder mehrere Federwege Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr auf bekannte Weise über z. B. Federwegsensoren und gibt diese an eine Differenziereinrichtung 14 weiter. Die Differenziereinrichtung 14 ermittelt daraus eine oder mehrere entsprechende Federweggeschwindigkeiten Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr, die sie an die erste Ermittlungseinrichtung 10 weiterleitet. Die erste Ermittlungseinrichtung 10, die ebenfalls eine Differenziereinrichtung sein kann, ermittelt daraus eine oder mehrere Federwegbeschleunigungen Δz ..vl, Δz ..vr, Δz. .hl, Δz ..hr zur Weiterleitung an die Steuereinheit 12.
  • Eine zweite Sensorik 20 ermittelt die Aufbaulängsbeschleunigung ẍA und gibt diese an eine dritte Ermittlungseinrichtung 15 weiter. Die Aufbaulängsbeschleunigung ẍA muß nicht direkt gemessen werden, sondern läßt sich auch aus anderen Fahrzeuggrößen, z. B. aus der Gesamtbremskraft, berechnen. Die dritte Ermittlungseinrichtung 15 erhält als weitere Eingangssignale die Federwege Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr von der ersten Sensorik 13 und die Federweggeschwindigkeiten Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr von der Differenziereinrichtung 14 und ermittelt daraus die Nickwinkelbeschleunigung φ ..A, die sie an eine zweite Ermittlungseinrichtung 11 weitergibt.
  • Eine dritte Sensorik 21 ermittelt die Aufbauquerbeschleunigung ÿA und gibt diese an eine vierte Ermittlungseinrichtung 16 weiter. Die Aufbauquerbeschleunigung ÿA muß nicht direkt gemessen werden, sondern läßt sich auch aus anderen Fahrzeuggrößen berechnen. Die vierte Ermittlungseinrichtung 16 erhält als weitere Eingangssignale die Federwege Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr von der ersten Sensorik 13 und die Federweggeschwindigkeiten Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr von der Differenziereinrichtung 14 und ermittelt daraus die Wankwinkelbeschleunigung χ ..A, die sie an die zweite Ermittlungseinrichtung 11 weitergibt.
  • Die zweite Sensorik 20 und/oder die dritte Sensorik 21 können z. B. bekannte Beschleunigungssensoren enthalten. Die dritte und/oder vierte Ermittlungseinrichtung 15, 16 können ebenfalls geeignete bekannte Beschleunigungssensoren enthalten, können aber z. B. auch durch Differenzieren des jeweiligen Drehwinkels und/oder der jeweiligen Winkelgeschwindigkeit die jeweilige Winkelbeschleunigung ermitteln. Die weiteren Parameter, die für die Ermittlung der Winkelbeschleunigungen benötigt werden, erhalten die dritte und vierte Ermittlungseinrichtung 15, 16 von der Steuereinheit 12, die Speicherelemente 19 zum Speichern von z. B. zur Ausführung notwendigen Parametern wie z. B. die Erdbeschleunigung g, die Massen mA, mR, die Abstände lSN, lSW etc. enthält.
  • Eine fünfte Ermittlungseinrichtung 17 erhält als Eingangsgrößen die Federwege Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr von der ersten Sensorik 13 und die Federweggeschwindigkeiten Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr von der Differenziereinrichtung 14 sowie weitere benötigte Parameter von der Steuereinheit 12 und ermittelt daraus die Aufbauvertikalbeschleuigung z ..A, die sie an die zweite Ermittlungseinrichtung ausgibt 11. Die fünfte Ermittlungseinrichtung 17 kann auch einen Beschleunigungssensor zur Erfassung der Aufbauvertikalbeschleuigung z ..A enthalten, wobei sie dann z. B. auf die genannten Eingangsgrößen verzichten könnte. Die zweite Ermittlungseinrichtung ermittelt aus ihren Eingangsgrößen und weiteren benötigten Parametern, die sie von der Steuereinheit 12 erhält, eine oder mehrere Teilaufbauvertikalbeschleunigungen z ..A,vl, z ..A,vr, z ..A,hl, z ..A,hr, die sie an die Steuereinheit 12 weiterleitet.
  • Die Steuereinheit 12 enthält einen Addierer 18, der die jeweiligen Teilaufbauvertikalbeschleunigungen z ..A,vl, z ..A,vr, z ..A,hl, z ..A,hr von der zweiten Ermittlungseinrichtung mit den jeweiligen Federbeschleunigungen Δz ..vl, Δz ..vr, Δz ..hl, Δz ..hr für jedes Rad getrennt gemäß Gleichung (3) addiert und somit die jeweiligen Radvertikalbeschleunigungen z ..R,vl, z ..R,vr, z ..R,hl, z ..R,hr zur Ausgabe an die Fahrdynamikregelung 9 bestimmt.
  • Die in 2 gezeigten dicken Verbindungslinien deuten an, daß hierüber mehrere Größen übertragen werden können. Dieses kann z. B. in parallelen Leitungen oder auch in einer Leitung seriell geschehen. Die übrigen dünn gezeichneten Verbindungslinien deuten an, daß hier z. B. nur eine Größe übertragen wird. Dieses kann in anderen Ausführungsformen aber auch anders gestaltet sein. Es können zwischen den einzelnen Einrichtungen oder Sensoriken weitere Verbindungen vorgesehen sein, insbesondere Verbindungen zur Steuereinheit, die z. B. den Betrieb aller Einrichtungen/Sensoriken steuern kann. Die Steuereinheit und/oder die übrigen Einrichtungen/Sensoriken können z. B. auch über einen Daten- und/oder Steuerbus miteinander komunizieren. Außerdem ist es denkbar, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Fahrzeugdynamikregelung und/oder -überwachung 9 integriert ist.
  • Die in 2 gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil, daß nur die Federwege Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr und die Aufbaulängs- ẍA sowie -querbeschleunigung ÿA sensorisch erfaßt bzw. gemessen werden müssen und die übrigen Größen daraus abgeleitet werden können. Die wenigen zu erfassenden Größen sind auf einfache Weise mit teilweise oder vollständig bereits vorhanden Sensoren genau zu erfassen, wodurch Kosten eingespart werden können. Die Federwege Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr werden in modernen Fahrzeugen z. B. zur Leuchtweitenregulierung, Beladungszustandserkennung oder Fahrwerkregelung bereits serienmäßig erfaßt. Der Einsatz von Beschleunigungssensoren im Schwerpunkt SP ist wesentlich kostengünstiger als der von Radbeschleunigungssensoren. Sie benötigen einen kleinen Meßbereich, und ihr Einbau erfolgt z. B. im Fahrzeuginnenraum. In Fahrzeugen, die mit einem Elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) ausgerüstet sind, ist ein Aufbauquerbeschleunigungssensor sogar bereits vorhanden.
  • Die Aufbaulängsbeschleunigung ẍA kann auch durch einmaliges Differenzieren der aus den Raddrehzahlen ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit oder auch direkt aus den Raddrehzahlen oder auch aus den Bremskräften ermittelt werden. Dadurch kann ein weiterer Sensor eingespart werden.
  • Zur Einsparung der Sensoren zur Erfassung der Aufbaulängs- ẍA und -querbeschleunigung ÿA kann man sich z. B. die Auslegung der vertikaldynamischen Eigenschaften von Fahrzeugradaufhängungen zu Nutze machen. Bei der Auslegung der Federn und Dämpfungsglieder werden diese so gewählt, daß die Aufbaueigenfrequenz bei einer niedrigen Frequenz, z. B. 1 bis 2 Hz liegt. Die Eigenfrequenz des Radmasse/Reifen-Systems liegt dagegen in Abhängigkeit von der Radmasse, dem Reifentyp, dem Reifeninnendruck etc. bei einer höheren Frequenz, z. B. bei 10 bis 15 Hz. Durch Hochpaßfilterung des Federweges Δz bzw. der Federwegbeschleunigung Δz .. mit einer Filtereckfrequenz, die oberhalb der Aufbaueigenfrequenz und unterhalb der Eigenfrequenz des Radmasse/Reifen-Systems, z. B. bei 4 bis 8 Hz liegen kann, läßt sich somit z. B. die unbekannte Radvertikalbeschleunigung Δz ..R aus der Federwegbeschleunigung Δz .. nach folgender Gleichung herausfiltern: Δz ..R = fHochpaß(Δz ..) (8)
  • Statt der Hochpaßfilterung kann auch eine Bandpaßfilterung verwendet werden, wobei die untere Eckfrequenz der oben genannten Filtereckfrequenz entspricht und die obere Eckfrequenz oberhalb der Eigenfrequenz des Radmasse/Reifen-Systems, z. B. bei 18 Hz, liegen kann.
  • Eine weitere Anwendung der Erfindung besteht darin, daß bei Vorhandensein eines Beschleunigungssensors zur Erfassung der Aufbauvertikalbeschleunigung z ..A die Dämpfungskonstanten dA,vl, dA,vr, dA,hl, dA,hl anhand von Gleichung (5) mit bekannten Schätzverfahren wie z. B. einem Verfahren der ”Kleinsten Quadrate” (LS) geschätzt werden können. Dabei kann die Schätzgleichung vereinfacht werden, wenn man davon ausgeht, daß sich die Federkonstanten cA,vl, cA,vr, cA,hl, cA,hr im Gegensatz zu den Dämpfungskonstanten dA,vl, dA,vr, dA,hl, dA,hl über das Fahrzeugleben nicht ändern. Die Aufbaumasse mA kann z. B. nach dem Schließen der Türen aus der statischen Einfederung an den vier Radaufhängungen ermittelt werden.
  • Zur Verdeutlichung der Genauigkeit der Erfindung zeigt 3 einen Vergleich von Ergebnissen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (rekonstruiert) mit Vergleichsmessungen (gemessen) für die über die Feder- und Dämpferkennlinie aus dem Federweg ermittelte Feder-Dämpferkraft FRz,vl (a), die Teilaufbauvertikalbeschleunigung z ..A,vl (b), die Radvertikalbeschleunigung z ..R,vl (c) und die dynamische Radaufstandskraft Fz,vl (d) jeweils für das linke Vorderrad. Zur Ermittlung der Radaufstandskraft Fz,vl wurde das Schnittkräfteverfahren gemäß Gleichung 2 angewendet. Aufgrund der guten Übereinstimmung der Zwischengrößen konnte z. B auch die dynamische Radaufstandskraft Fz,vl mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ermittlung einer Vertikalbeschleunigung (z ..R) eines Rades (1) eines Fahrzeugs zur Verwendung in einer Fahrzeugdynamikregelung oder -überwachung (9), wobei eine auf den Aufbau wirkende Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V) ermittelt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermitteln einer Federwegbeschleunigung (Δz ..) einer durch den Aufbau des Fahrzeugs in vertikaler Richtung belasteten Feder (2), die zwischen dem Aufbau und dem Rad (1) angebracht ist, und – Addieren der Federwegbeschleunigung (Δz ..) und der Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V), um die Vertikalbeschleunigung (z ..R) zu erhalten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Aufbauvertikalbeschleunigung im Schwerpunkt (z ..A) ermittelt wird und die Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V) in Abhängigkeit von der Aufbauvertikalbeschleunigung im Schwerpunkt (z ..A) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Nickwinkelbeschleunigung φ ..A ermittelt wird und die Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V) in Abhängigkeit von der Nickwinkelbeschleunigung φ ..A ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Wankwinkelbeschleunigung χ ..A ermittelt wird und die Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V) in Abhängigkeit von der Wankwinkelbeschleunigung χ ..A ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Federwege aller Räder des Fahrzeugs (Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr) und/oder die entsprechenden Federweggeschwindigkeiten (Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr) ermittelt werden und bei dem die Aufbauvertikalbeschleunigung im Schwerpunkt z ..A und/oder die Nickwinkelbeschleunigung φ ..A und/oder die Wankwinkelbeschleunigung χ ..A in Abhängigkeit von den Federwegen der Räder (Δzvl, Δzvr, Δzhl, Δzhr) und/oder den entsprechenden Federweggeschwindigkeiten (Δz .vl, Δz .vr, Δz .hl, Δz .hr) ermittelt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Aufbaulängsbeschleunigung im Schwerpunkt ẍA des Fahrzeugs ermittelt wird und die Nickwinkelbeschleunigung φ ..A in Abhängigkeit von der Aufbaulängsbeschleunigung im Schwerpunkt ẍA ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Aufbauquerbeschleunigung im Schwerpunkt ÿA des Fahrzeugs ermittelt wird und die Wankwinkelbeschleunigung χ ..A in Abhängigkeit von der Aufbauquerbeschleunigung im Schwerpunkt ÿA ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Vertikalbeschleunigung des linken Vorderrades (z ..R,vl), des rechten Vorderrades (z ..R,vr), des linken Hinterrades (z ..R,hl) und des rechten Hinterrades (z ..R,hr) jeweils nach der Gleichung z ..R,vl = Δz ..vl + z ..A – (lv + lSN)·φ ..A + svl·χ ..A z ..R,vr = Δz ..vr + z ..A – (lv + lSN)·φ ..A – svr·χ ..A z ..R,hl = Δz ..hl + z ..A + (lh – lSN)·φ ..A + shl·χ ..A z ..R,hr = Δz ..hr + z ..A + (lh – lSN)·φ ..A – shr·χ ..A mit
    Figure 00180001
    Figure 00190001
    ermittelt wird, wobei mA die Aufbaumasse des Fahrzeugs, g die Erdbeschleunigung, Δz ..vl, Δz ..vr, Δz. .hl, Δz. .hr die jeweiligen Federwegbeschleunigungen vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts, ẍA die Aufbaulängsbeschleunigung im Schwerpunkt (SP), ÿA die Aufbauquerbeschleunigung im Schwerpunkt (SP), z ..A die Aufbauvertikalbeschleunigung im Schwerpunkt (S2), lvl, lvr, lhl, lhr die jeweiligen Abstände in Längsrichtung vom Rad (1) zum Schwerpunkt (SP), lSN der Abstand vom Schwerpunkt (SP) zur Nickachse (3), lSW der Abstand vom Schwerpunkt (SP) zur Wankachse (4), φ ..A die Nickwinkelbeschleunigung, χ ..A die Wankwinkelbeschleunigung, svl, svr, shl, shr die jeweiligen Abstände in Querrichtung vom Rad (1) zum Schwerpunkt (SP), hSP, hNA, hWA die jeweiligen Abstände in vertikaler Richtung vom Schwerpunkt (SP), von der Nickachse (3) und von der Wankachse (4) zur Fahrbahn (5), cA,vl, cA,vr, cA,hl, cA,hl die jeweiligen Federkonstanten der Federn (2), dA,vl, dA,vr, dA,hl, dA,hl die jeweiligen Dämpfungskonstanten von jeweils einem parallel zur Feder (2) angeordneten Dämpfungsglied (6), und θx, θy die jeweiligen Massenträgheitsmomente des Aufbaus um die Längs- bzw. Querachse sind.
  9. Verfahren zur Ermittlung einer Vertikalbeschleunigung (z ..R) eines Rades (1) eines Fahrzeugs zur Verwendung in einer Fahrzeugdynamikregelung oder -überwachung (9) gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermitteln einer Federwegbeschleunigung (Δz ..) einer durch den Aufbau des Fahrzeugs in vertikaler Richtung belasteten Feder (2), die zwischen dem Aufbau und dem Rad (1) angebracht ist, – Filtern der Federwegbeschleunigung (Δz ..) mit einem Hochpaßfilter, dessen Filtereckfrequenz oberhalb der Aufbaueigenfrequenz und unterhalb der Eigenfrequenz des Radmasse/Reifensystems liegt.
  10. Vorrichtung zur Ermittlung einer Vertikalbeschleunigung (z ..R) eines Rades (1) eines Fahrzeugs zur Verwendung in einer Fahrzeugdynamikregelung (9), welche eine Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V) ermittelt, gekennzeichnet durch eine erste Ermittlungseinrichtung (10) zum Ermitteln einer Federwegbeschleunigung (Δz ..) einer durch den Aufbau des Fahrzeugs in vertikaler Richtung belasteten Feder (2), die zwischen dem Aufbau und dem Rad (1) angebracht ist, eine zweite Ermittlungseinrichtung (11) zum Ermitteln der Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V), und eine Steuereinheit (12), die die Federwegbeschleunigung (z ..) und die Teilaufbauvertikalbeschleunigung (z ..A,V) addiert, um die Vertikalbeschleunigung (z ..R) zu erhalten, und die Vertikalbeschleunigung (z ..R) zur weiteren Verarbeitung an die Fahrzeugdynamikregelung und/oder -überwachung (9) ausgibt.
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