DE4228893A1 - System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines KraftfahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Beeinflussung der Fahrdynamik
eines Kraftfahrzeugs.
In Zukunft ist eine zunehmende Ausstattung von Kraftfahrzeugen mit
komplexen Systemen zur Steuerung und/oder Regelung des Fahrzeugver
haltens zu erwarten. Bekannt sind Systeme zur Bremsregelung und/oder
-steuerung [Blockierverhinderer (ABS), Bremsschlupfregler], Systeme
zur Antriebsschlupfregelung (ASR), Systeme zur Lenkungssteuerung
und/oder -regelung (Vierradlenkung), Systeme zur Fahrwerkregelung
bzw. -steuerung (vorzugsweise zur Beeinflussung der Vertikalbewegung
des Fahrzeugs), Systeme zur Fahrdynamikregelung (vorzugsweise zur
Beeinflussung der Bewegung um die Längs- und Hochachse des Fahr
zeugs), Systeme zur elektronischen Getriebesteuerung eines Fahrzeugs
und Systeme zum Motormanagement. Solche Systeme werden
beispielsweise in dem Artikel "The next step in automotive
electronic control", Convergence 88, Seiten 83 bis 89, vorgestellt.
Solchen Systemen ist gemein, daß sie Informationen über die
Bewegungen des Fahrzeugs relativ zur Straße benötigen. Erforderlich
ist hierbei vor allem die Messung der Fahrzeuglängsbewegung, der
Fahrzeugquerbewegung und der Fahrzeuggierbewegung mit geeigneten
Sensoren.
Aus der WO 90/00 735 sind Sensoren in mikromechanischer Ausführung
bekannt. Hierbei werden Kraftkomponenten bzw. lineare Beschleunigun
gen und/oder Winkelbeschleunigungen in mehreren Dimensionen gemessen.
In der DE-OS 37 69 508 werden Sensoren in mikromechanischer
Ausführung vorgestellt, die die Kippbewegungen eines Kraftfahrzeugs
bezüglich wenigstens zweier Kippachsen sensiert. Hierdurch ist es
möglich, Insassenschutzvorrichtungen wie Gurtstraffer, Airbag, Warn
blinkanlage und Überrollbügel dann auszulösen, wenn das Fahrzeug
gewisse Grenzen für die sensierten Kippbewegungen überschreitet.
Es wird ein System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraft
fahrzeugs vorgeschlagen, bei dem wenigstens zwei Sensoreinheiten zur
Erfassung von Bewegungen des Fahrzeugs vorgesehen sind. Erste Aus
werteeinheiten werten die Signale der Sensoreinheiten aus, wobei
diese ersten Auswerteeinheiten mit den obengenannten Sensoreinheiten
räumlich zu einem Sensor-Modul zusammengefaßt sind. Zweite Auswerte
einheiten, die durch Verbindungsmittel mit den ersten Auswerteein
heiten verbunden sind, verarbeiten die in den ersten Auswerteein
heiten bearbeiteten Signale je nach Regelungs- und/oder Steuerungs
ziel zu Ansteuersignalen von Aktuatoren, die die Fahrzeugbewegungen
beeinflussen.
Vorzugsweise sind die Sensoreinheiten zur Erfassung der
Längs- und/oder Quer- und/oder Gierbewegungen des Fahrzeugs ausge
legt. Die Sensoren für die Längs-, Quer- und Gierbewegungen werden
zentral in einem eigenen Steuergerät, dem sogenannten Sensor-Modul
angeordnet, wobei der Sensor-Modul mit den Steuergeräten für die
verschiedenen Fahrzeugfunktionen (Fahrwerkregelung, Lenkung, ABS,
ASR usw.) über einen seriellen Bus (z. B. CAN, Controller Area Network)
kommuniziert. Hierdurch ergeben sich die Vorteile, daß der
Sensor-Modul nur so viele Zuleitungen benötigt, wie für das
Bus-System und die Stromversorgung erforderlich sind. So gelangt man
erfindungsgemäß zu einer geringen Leitungsanzahl, die über Stecker
zum Sensor-Modul geführt werden müssen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die ersten Auswerteeinheiten
- - zur Filterung der Sensorsignale, insbesondere zur Ausfilterung von hochfrequenten Störanteilen, die durch das Fahrwerk und/oder den Fahrzeugantrieb induziert werden, und/oder
- - zur Kompensation von Nichtlinearitäten der Sensorsignale, insbesondere zur Kompensation von Temperaturabhängigkeiten der Sensorsignale, und/oder
- - zur Berücksichtigung der Querempfindlichkeiten der Sensorein heiten und/oder
- - zur Überwachung der Sensoreinheiten und/oder
- - zur rechnerischen Transformation der Sensorsignale auf einen beliebigen Punkt des Fahrzeugs, insbesondere auf den Fahrzeug schwerpunkt, ausgelegt sind.
Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile:
- - Die im allgemeinen notwendige Temperaturkompensation der Sensor kennlinien erfordert nur einen einzigen Temperaturmeßfühler, der vorzugsweise im oder im Bereich des Sensormoduls angebracht ist, und die Temperatur mißt, der die Sensoreinheiten ausge setzt sind.
- - Querempfindlichkeiten der Sensoren können bereits im Sensor modul korrigiert werden. Unter dem Begriff Querempfindlichkeit der Sensoren ist gemeint, daß beispielsweise ein Sensor, der Beschleunigungen in Fahrzeuglängsrichtung mißt, aufgrund seiner mechanischen Ausgestaltung auch Komponenten der Beschleunigung in Fahrzeugquerrichtung berücksichtigt. Korrigiert man bei spielsweise die Sensorsignale des Fahrzeuglängsbewegungssenors um die Querbewegungsanteile, die ein anderer Sensor des Moduls mißt, so gelangt man zu korrigierten Längsbewegungsdaten. Zur Berücksichtigung der Querempfindlichkeiten der Sensoreinheiten werden also die Sensorsignale wenigstens einer Sensoreinheit abhängig von dem Sensorsignal wenigstens einer anderen Sensor einheit korrigiert. Dies geschieht in den ersten Auswerteein heiten, die vorzugsweise digital als Microcontroller (Rechner IC) ausgebildet sind.
- - Die Transformation der Meßwerte der Sensoreinheiten auf einen beliebigen Punkt des Fahrzeugs, insbesondere auf den Fahrzeug schwerpunkt, bei beliebigem Einbauort des Sensormoduls wird durch eine verringerte Anzahl von Parametern vereinfacht. Der Applikationsaufwand reduziert sich dadurch, und eine erhöhte Genauigkeit der Berechnungen ist zu erwarten.
- - Die Meßwerte des Sensor-Moduls können von einer Vielzahl von Steuergeräten genutzt werden.
- - Insbesondere die mikromechanische Darstellung der Sensoren auf einem Chip weist Vorteile im Abgleich, im Temperaturgang und im Preis auf.
- - Verringerung der Leitungsanzahl, die über Stecker zu dem Modul geführt werden müssen, sind ebenfalls von Vorteil.
- - Durch die räumliche Trennung von anderen Steuergeräten, denen die korrigierten Sensorsignale zugeführt werden, kann eine Montage des Sensormoduls im Fahrzeuginnenraum erfolgen, was die Möglichkeiten kostengünstiger Gehäuseausgestaltungen beinhaltet.
- - Die vollkommene Unabhängigkeit des Sensormoduls von dem Typ des Fahrzeugs bzw. von der Fahrzeugausstattung sowie eine Standardisierung des Sensor-Moduls und eine Ankopplung über einen Standardbus, beispielsweise den bekannten CAN-Bus, bein haltet niedrige Herstellungskosten.
Vorzugsweise erfassen die Sensoreinheiten die Längs- und/oder
Quer- und/oder Gierbeschleunigungen und/oder Giergeschwindigkeiten
des Fahrzeugs.
Die erfindungsgemäße neukonzipierte Struktur für die elektronisch
gesteuerten Systeme im Kraftfahrzeug sieht eine höhere Modularität
der Hardwarekomponenten vor. Die einzelnen Steuergeräte tauschen
über das serielle Bussystem CAN Informationen aus. Dadurch wird eine
Koordination einzelner Teilfunktionen möglich. Dies gilt sowohl für
Motormanagement als auch für Getriebe, Bremsen, Fahrwerk usw.
Ziel des erfindungsgemäßen Systems ist die Definition eines
Baukastens mit standardisierten Modulen, aus dem umfangreiche
Elektroniksysteme zusammengestellt werden können.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
In den Fig. 1 und 2 sind Blockschaltbilder des erfindungsgemäßen
Systems zu sehen.
Anhand des folgenden Ausführungsbeispiels soll das erfindungsgemäße
System beschrieben werden.
In der Fig. 1 ist das Sensor-Modul 10 durch die Verbindungsmittel
11 mit den Auswerteeinheiten A21, A22, A23 und A24 verbunden. In dem
Sensormodul 10 werden die Signale al, aq und w der Sensoreinheiten
S1, S2 und S3 der ersten Auswerteeinheit A1 zugeführt. Darüber
hinaus liegt das Ausgangssignal T des Temperatursensors T1 an den
ersten Auswerteeinheiten A1 an.
Die Sensoreinheiten S1, S2 und S3 erfassen in bekannter Weise die
Längs-, Quer- und Gierbewegungen des Fahrzeugs vorzugsweise als
Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerbeschleunigung, sowie die Gierbe
wegung als Giergeschwindigkeit oder als Gierbeschleunigung. Als
Gierbewegung des Fahrzeugs gilt dabei eine Drehung des Fahrzeugs um
seine Hochachse.
Die Ausgangssignale der Sensoren S1, S2 und S3 sind neben den zu
erfassenden Beschleunigungen bzw. Geschwindigkeiten abhängig von der
Umgebungstemperatur. Die Umgebungstemperatur der Sensoreinheiten
wird durch den Temperatursensor T1 erfaßt. Sind nun die Sensorein
heiten S1, S2 und S3 auf kleinstem Raum zusammen angeordnet, bei
spielsweise auf einem Chip in mikromechanischer Ausgestaltung, so
kann ein Temperatursensor auf diesem Chip die gemeinsame Umgebungs
temperatur erfassen.
Die Temperatureffekte der Sensorkennlinien können dann in den ersten
Auswerteeinheiten A1 berücksichtigt werden, so daß ausgangsseitig
der Auswerteeinheiten A1 temperaturkorrigierte Sensorsignale an
liegen, die die Fahrzeugbewegungen repräsentieren.
Weiterhin ist bekannt, daß Beschleunigungssensoren (S1, S2) und
Drehratensensoren (S3) sogenannte Querempfindlichkeiten besitzen.
Das heißt, daß diese Sensoren nicht nur die Beschleunigungs- bzw.
Geschwindigkeitskomponenten messen, für die sie bestimmungsgemäß
ausgelegt sind, sondern auch Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeits
komponenten messen, die in anderen Richtungen wirken als die be
stimmungsgemäß zu erfassenden Beschleunigungen bzw. Geschwindig
keiten. So mißt beispielsweise ein als Piezosensor ausgebildeter
Drehratensensor (S3) auch Anteile der Quer- und Längsbeschleunigun
gen mit. Ebenso sind die Sensorsignale der Quer- und Längsbe
schleunigungssensoren voneinander abhängig. Diese Abhängigkeiten
sind im allgemeinen bei der Auslegung der Sensoren bekannt und
können beispielsweise über Kennlinien in den ersten Auswerteein
heiten A1 abgelegt werden. Da nun der ersten Auswerteeinheit A1 die
Signale aller Sensoreinheiten zugeführt werden, können diese unter
Berücksichtigung der jeweils anderen Sensorsignale korrigiert werden.
Die Steuergeräte bzw. zweiten Auswerteeinheiten A21, A22, A23 und
A24 benötigen im allgemeinen die korrigierten Sensorsignale, die die
Fahrzeuglängs-, Fahrzeugquer- und Gierbewegungen im Massen- oder
Flächenschwerpunkt repräsentieren. Bedingt durch die Sensormodul
größe und dem zur Verfügung stehenden Platz am Fahrzeug ist es oft
nicht möglich, den Sensor-Modul im Massen- oder Flächenschwerpunkt
des Fahrzeugs anzuordnen. Befindet sich nun der Sensor-Modul nicht
im Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs, so können die Ausgangssignale der
Sensoreinheiten S1, S2 und S3 in einfacher Weise in den ersten Aus
werteeinheiten A1 auf den Fahrzeugschwerpunkt transformiert werden.
Hierzu ist lediglich die Fahrzeuggeometrie und die Lage des
Sensor-Moduls notwendig.
Ausgangsseitig des Sensor-Moduls 10 liegen also die temperatur-,
querempfindlichkeits- und schwerpunktskorrigierten Sensorsignale an.
Diese können nun von einer Vielzahl von Steuergeräten A21, A22, A23
und A24 verarbeitet werden. Die Übertragung von dem Sensormodul 10
zu den Steuergeräten bzw. weiteren Auswerteeinheiten A21, A22, A23
und A24 geschieht mittels eines seriellen Bussystems. Hierbei ist
insbesondere an das serielle Bussystem CAN (Controller Area Network)
gedacht. Dadurch wird eine Koordination einzelner Teilfunktionen
möglich.
Die Informationen über die Fahrzeugbewegungen können nun über das
Bussystem von den Fahrdynamikregelungs- bzw. Fahrdynamiksteuerungs
systemen A21, A22, A23 und A24 abgerufen werden. Abhängig von den
Ausgangssignalen des Sensor-Moduls 10 wird beispielsweise in einem
Fahrwerkregelungs- bzw. -steuerungssystem A21 die Charakteristik der
Fahrzeugaufhängung verändert. Hierbei werden insbesondere Aktuatoren
zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radeinheiten zur Aufbringung von
Kräften zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radeinheiten angesteuert.
In Systemen zur Lenkungsregelung bzw. Lenkungssteuerung A22 werden
abhängig von den Ausgangssignalen des Sensor-Moduls 10 Lenkein
schläge der Vorder- oder Hinterachse getätigt.
In den Steuergeräten ABS bzw. ASR werden abhängig von den Ausgangs
signalen des Sensor-Moduls 10 Bremsvorgänge gesteuert und/oder
geregelt und/oder Eingriffe in den Antrieb des Fahrzeugs vorgenommen.
In der Fig. 2 wird detailliert eine Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Systems vorgestellt.
Die Ausgangssignale der Sensoreinheiten S1, S2 und S3 sowie das Aus
gangssignal des Temperatursensors T1, die vorzugsweise analoge
Größen aufweisen, werden einem Analog-Digitalwandler 22 zugeführt.
In dem Controller 21 werden die nun digital vorliegenden Ausgangs
signale der Sensoreinheiten S1, S2, S3 und T1 in oben beschriebener
Weise digital verarbeitet. Ausgangsseitig des Controllers 21 liegen
die temperatur- und/oder querempfindlichkeits- und/oder schwer
punktskorrigierten Sensorsignale an. Diese werden dem CAN-Controller
23 zugeführt, der diese Daten in einen CAN-Bus 11 einspeist.
Die erfindungsgemäße neukonzipierte Struktur für die elektronisch
gesteuerten Systeme im Kraftfahrzeug sieht eine höhere Modularität
der Hardwarekomponenten vor. Die einzelnen Steuergeräte tauschen
über das serielle Bussystem CAN Informationen aus. Dadurch wird eine
Koordination einzelner Teilfunktionen möglich. Dies gilt sowohl für
Motormanagement als auch für Getriebe, Bremsen, Fahrwerk usw. Ziel
des erfindungsgemäßen Systems ist die Definition eines Baukastens
mit standardisiertem Modul, aus dem umfangreiche Elektroniksysteme
zusammengestellt werden können.
Als ein Element dieses Baukastens ist das Sensor-Modul definiert,
das unabhängig von jeglicher mechanischen Übertragung den Bewegungs
zustand des Fahrzeugs erfaßt. Das Sensor-Modul erfaßt dabei bei
spielsweise
- - Beschleunigung in Richtung der Längsachse des Fahrzeugs,
- - Beschleunigung in Richtung der Querachse und
- - Winkelgeschwindigkeit um die Hochachse.
Die erfaßten Werte sind durch einen Prozessor aufzubereiten und über
einen geeigneten Baustein dem seriellen Datenbus CAN zur Verfügung
zu stellen.
Das Sensormodul zeichnet sich dadurch aus, daß lediglich Anschlüsse
für die Stromversorgung und den CAN-Bus nach außen führen. Die
Sensorelemente zur Messung der Beschleunigung und der Drehrate sind
im Gehäuse zusammen mit einer Auswerteschaltung unterzubringen.
Als Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Systems lassen
sich nennen:
- - Verbesserte Schätzung des Radschlupfes für Blockierverhinderer bzw. Bremsschlupfregler,
- - koordiniertes Zusammenwirken von intelligentem Fahrwerk, elektronischer Lenkung und Bremsregelungssystemen,
- - Fahrdynamikregelungen.
Die Kompensation von Querempfindlichkeiten der Sensoren, das heißt
die gegenseitige Korrektur der Meßwerte der einzelnen Sensorein
heiten, kann im Sensormodul geschlossen erfolgen. Hierzu ist kein
Datenaustausch zwischen den Steuergeräten A21, A22, A23 und A24
notig.
Die Transformation der Meßwerte auf einen Fahrzeugschwerpunkt bei
beliebigem Einbauort des Sensormoduls wird durch eine verringerte
Anzahl von Parametern vereinfacht. Der Applikationsaufwand reduziert
sich und eine erhöhte Genauigkeit der Berechnungen ist ebenfalls
gegeben.
Die Meßwerte eines solchen Sensormoduls können von einer Vielzahl
von Steuergeräten genutzt werden.
Durch die räumliche Trennung von anderen Steuergeräten kann eine
Montage im Fahrzeuginnenraum erfolgen, mit der Möglichkeit, ein
kostengünstiges Gehäuse mit geringer Zuleitungszahl einzusetzen. Die
vollkommene Unabhängigkeit des Sensor-Moduls von Fahrzeugtyp
und -ausstattung sowie die erreichbare Standardisierung verspricht
niedrige Herstellungskosten.
Claims (10)
1. System zur Beeinflussung der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs,
bei dem
- - wenigstens zwei Sensoreinheiten (S1, S2, S3) zur Erfassung von Fahrzeugbewegungen des Fahrzeugs vorgesehen sind, und
- - erste Auswerteeinheiten (A1) zu einer ersten Auswertung der Signale der Sensoreinheiten vorgesehen sind, wobei die ersten Auswerteeinheiten mit den Sensoreinheiten (S1, S2, S3) räumlich zu einem Sensor-Modul (10) zusammengefaßt sind, und
- - zweite Auswerteeinheiten (A21, A22, A23, A24), durch die abhängig von den erfaßten Fahrzeugbewegungen Aktuatoren angesteuert werden, die die Fahrzeugbewegungen beeinflussen, wobei die zweiten Auswerteeinheiten (A21, A22, A23, A24) räumlich außerhalb des Sensor-Moduls (10) angeordnet sind, und
- - Verbindungsmittel (11) zwischen den ersten und den zweiten Aus werteeinheiten vorgesehen sind.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor
einheiten (S1, S2, S3) zur Erfassung der Längs- und/oder
Quer- und/oder Gierbewegungen des Fahrzeugs ausgelegt sind.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor
einheiten (S1, S2, S3) zur Erfassung der Längs- (al) und/oder
Quer- (aq) und/oder Gierbeschleunigungen (w′) und/oder Gierge
schwindigkeiten (w) des Fahrzeugs ausgelegt sind.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten
Auswerteeinheiten (A1)
- - zur Filterung der Sensorsignale, insbesondere zur Ausfilterung von hochfrequenten Störanteilen, die durch das Fahrwerk und/oder den Fahrzeugantrieb induziert werden, und/oder
- - zur Kompensation von Nichtlinearitäten der Sensorsignale, insbesondere zur Kompensation von Temperaturabhängigkeiten der Sensorsignale, und/oder
- - zur Berücksichtigung der Querempfindlichkeiten der Sensorein heiten (S1, S2, S3) und/oder
- - zur Überwachung der Sensoreinheiten (S1, S2, S3) und/oder
- - zur rechnerischen Transformation der Sensorsignale auf einen beliebigen Punkt des Fahrzeugs, insbesondere auf den Fahrzeug schwerpunkt, ausgelegt sind.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Kompensation von Temperaturabhängigkeiten der Sensorsignale ein
Temperaturmeßfühler im oder im Bereich des Sensor-Moduls angebracht
ist.
6. System nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
ersten Auswerteeinheiten (A1) digital als Mikrocontroller ausgebil
det sind.
7. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berück
sichtigung der Querempfindlichkeiten der Sensoreinheiten die Sensor
signale wenigstens einer Sensoreinheit abhängig von dem Sensorsignal
wenigstens einer anderen Sensoreinheit korrigiert wird.
8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten
Auswerteeinheiten (A21, A22, A23, A24)
- - zur Fahrwerkregelung und/oder -steuerung und/oder
- - zur Lenkungsregelung und/oder -steuerung und/oder
- - zur Bremsregelung und/oder -steuerung und/oder
- - zur Antriebsregelung und/oder -steuerung ausgelegt sind.
9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbin
dungsmittel (11) als serielles Bus-System ausgelegt sind.
10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor
einheiten (S1, S2, S3) des Sensor-Moduls mikromechanisch auf einem
Chip dargestellt sind.
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