EP1697189A1 - Method and device for determining a vehicle state - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for determining the state of a vehicle, comprising the following steps: estimation of a first state of a vehicle (F) by means of a first vehicle model using predefined parameters (γ, γ, ay, ax ); estimation of a second state of the vehicle (F) by means of a second vehicle model using said predefined parameters (γ, γ, ay, ax ); weighted switching from the first vehicle model to the second vehicle model as the vehicle (F) moves from the first state into the second state, in accordance with at least one estimated parameter (ζ). The invention also relates to a device for determining the state of a vehicle (F).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes Method and device for determining a vehicle condition

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes und insbesondere ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Bestimmung von Fahrzeugzuständen, deren Kenntnis zur Stabilisierung eines Fahrzeuges bei Erreichen eines Kippwinkels erforderlich sind.The invention relates to a method and an apparatus for determining a vehicle state, and in particular to a method and an apparatus for determining vehicle states, the knowledge of which is required to stabilize a vehicle when a tilt angle is reached.

Bei modernen Kraftfahrzeugen nimmt der Einfluss elektrischer und elektronischer Fahrsicherheitssysteme, wie beispielsweise ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm) , welches ein Schleudern eines Fahrzeugs im Rahmen fester physikalischer Grenzen verhindern soll, stetig zu. Mit besagtem ESP-System wird die Gierrate des Fahrzeuges geregelt . Da aus Kostengründen eine Detektion kritischer Fahrzustände bzw. Bewegungszustände des Fahrzeugs mit möglichst wenig Sensormitteln erfolgen soll, ist man bestrebt, Bewegungsgrößen bzw. Bewegungszustände anhand weniger gemessener Parameter bestimmen zu können.In modern motor vehicles, the influence of electrical and electronic driving safety systems, such as ESP (Electronic Stability Program), which is intended to prevent a vehicle from skidding within the framework of fixed physical limits, is increasing steadily. The yaw rate of the vehicle is regulated with said ESP system. Since, for reasons of cost, critical driving states or movement states of the vehicle are to be detected with as few sensor means as possible, efforts are made to be able to determine movement quantities or movement states on the basis of fewer measured parameters.

Aus der DE 41 23 053 ist ein Verfahren zur Bestimmung wenigstens einer Bewegungsgröße eines Fahrzeugs bekannt . Dabei wird mit den Messgrößen einer Querbeschleunigung und eines Lenk- winkeis an beiden Fahrzeugachsen eine Quergeschwindigkeit und/oder eine Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs oder eine davon abhängige Bewegungsgröße beschrieben. Zur Auswertung der erfassten Messgrößen ist eine Kombination aus zwei adaptiven, äquivalenten Kaiman-Filterpaaren vorgesehen, wobei dem einen Filterpaar eine Messgrδßensumme und dem anderen Filterpaar eine Messgrößendifferenz zugeführt wird.DE 41 23 053 discloses a method for determining at least one movement variable of a vehicle. The measured variables of a lateral acceleration and a steering angle on both vehicle axles become a transverse speed and / or a yaw rate of the vehicle or a movement quantity dependent thereon. A combination of two adaptive, equivalent Kaiman filter pairs is provided for evaluating the measured variables, the one filter pair being supplied with a measured quantity sum and the other filter pair with a measured variable difference.

In der DE 195 15 055 ist eine Fahrstabilitäts-Regelschaltung mit geschwindigkeitsabhängigem Wechsel des Fahrzeugmodells beschrieben, bei welcher ein Sollwert einer Gierwinkelgeschwindigkeit mit Hilfe eines Fahrzeugmodells errechnet wird. Um einen möglichst genauen Wert sowohl bei sehr hohen, als auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten mit Hilfe der FahrzeugmodellSchaltung berechnen zu können, sind innerhalb der Fahrzeugmodellschaltung zumindest zwei Fahrzeugmodelle vorgesehen, welchen geeignete Geschwindigkeitsbereiche zugeordnet sind, wobei in Abhängigkeit von dem gerade genutzten Geschwindigkeitsbereich zwischen beiden Modellen umgeschaltet wird. Dabei sind eine Hysterese der beiden Geschwindigkeitsschwellwerte, bei denen umgeschaltet wird, sowie Mittel zur Vermeidung von Sprüngen in dem Ausgangssignal der Fahrzeugmodellschaltung bei einer entsprechenden Umschaltung zwischen den Modellen beschrieben.DE 195 15 055 describes a driving stability control circuit with a speed-dependent change of the vehicle model, in which a setpoint value of a yaw rate is calculated with the aid of a vehicle model. In order to be able to calculate a value that is as accurate as possible both at very high and at very low speeds with the aid of the vehicle model circuit, at least two vehicle models are provided within the vehicle model circuit, to which suitable speed ranges are assigned, depending on the speed range currently used between the two models is switched. A hysteresis of the two speed threshold values at which the switch is made, and means for avoiding jumps in the output signal of the vehicle model circuit when there is a corresponding switch between the models are described.

Die beiden eben genannten, bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen sind jedoch nicht geeignet, den Übergang von einem ersten Fahrzeugzustand zu einem anderen Fahrzeugzustand bzw. Bewegungszustand des Fahrzeugs, insbesondere von einer Wankbewegung in eine Kippbewegung, zu bestimmen, um so entsprechende Gegenmaßnahmen, beispielsweise durch einen Bremseingriff zur Stabilisierung, insbesondere systemimmanent, auszuführen. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes, insbesondere eines Fahr- zeugbewegungszustandes, bereitzustellen, womit auf sichere und möglichst eindeutige Weise eine Kippbewegung eines Fahrzeugs identifiziert werden kann.However, the two known methods and devices just mentioned are not suitable for determining the transition from a first vehicle state to another vehicle state or movement state of the vehicle, in particular from a rolling movement into a tilting movement, in order to take appropriate countermeasures, for example by Brake intervention for stabilization, especially immanent to the system. The object on which the present invention is based is to provide a method and a device for determining a vehicle state, in particular a vehicle movement state, with which a tilting movement of a vehicle can be identified in a safe and as unambiguous way as possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a device for determining a vehicle state having the features of patent claim 12.

Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is provided:

Ein Verfahren zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes mit den Verfahrensschritten: Abschätzen eines ersten Zustands eines Fahrzeugs mittels eines ersten Fahrzeugmodells anhand vorbestimmter Parameter; Abschätzen eines zweiten Zustands des Fahrzeugs mittels eines zweiten Fahrzeugmodells anhand der vorbestimmten Parameter; gewichtetes Umschalten von dem ersten Fahrzeugmodell auf das zweite Fahrzeugmodell beim Übergang des Fahrzeugs von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand in Abhängigkeit von mindestens einem abgeschätzten Parameter. (Patentanspruch 1)A method for determining a vehicle state with the method steps: estimating a first state of a vehicle by means of a first vehicle model on the basis of predetermined parameters; Estimating a second state of the vehicle by means of a second vehicle model based on the predetermined parameters; weighted switching from the first vehicle model to the second vehicle model during the transition of the vehicle from the first state to the second state as a function of at least one estimated parameter. (Claim 1)

- Eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes, mit einer ersten Schätzeinrichtung zum Abschätzen eines ersten Zustands eines Fahrzeugs mittels eines ersten Fahrzeugmodells anhand vorbestimmter Parameter; mit einer zweiten Schätzeinrichtung zum Abschätzen eines zweiten Zustands des Fahrzeugs mittels eines zweiten Fahrzeugmodells anhand der vorbestimmten Parameter; mit ei- ner Umschalteinrichtung zum gewichteten Umschalten von dem ersten Fahrzeugmodell auf das zweite Fahrzeugmodell beim Übergang des Fahrzeugs von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand in Abhängigkeit von mindestens einem abgeschätzten Parameter. (Patentanspruch 12)- A device for determining a vehicle state, with a first estimation device for estimating a first state of a vehicle by means of a first vehicle model on the basis of predetermined parameters; with a second estimation device for estimating a second state of the vehicle by means of a second vehicle model on the basis of the predetermined parameters; with egg- ner switching device for weighted switching from the first vehicle model to the second vehicle model when the vehicle changes from the first state to the second state as a function of at least one estimated parameter. (Claim 12)

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht im Wesentlichen darin, Bewegungszustände eines Fahrzeugs, insbesondere einen Wank- bzw. Kippwinkel, über eine gesamte Wank- bzw. Kippbewegung abzuschätzen, wobei bezüglich der Wankbewegung sowie bezüglich der Kippbewegung jeweils unterschiedliche Fahrzeugmodelle, insbesondere unterschiedliche Kaiman-Filter, eingesetzt werden. Die von den Fahrzeugmodel- len geschätzten Zustände werden in Abhängigkeit des vorliegenden Wank- bzw. Kippverhaltens gewichtet und überlagert, so dass der Übergang von den Schätzungen des für die Wankbewegung vorgesehenen Fahrzeugmodells zu den Schätzungen des für die Kippbewegung vorgesehenen Fahrzeugmodells fließend erfolgt. Vor allem soll erreicht werden, dass kein Sprung in den Schätzgrößen auftritt. Mit anderen Worten: Der Wankwinkel bzw. der Kippwinkel soll kontinuierlich bzw. stetig über das betrachtete BewegungsSpektrum des Fahrzeuges, d.h. ausgehend von einer Wankbewegung und übergehend in die Kippbewegung, ermittelt werden.The idea on which the present invention is based essentially consists in estimating the movement states of a vehicle, in particular a roll or tilt angle, over an entire roll or tilt movement, with different vehicle models, in particular different caimans, in each case with respect to the roll movement and the tilt movement. Filters are used. The states estimated by the vehicle models are weighted and superimposed as a function of the roll or tipping behavior present, so that the transition from the estimates of the vehicle model intended for the roll movement to the estimates of the vehicle model intended for the tilt movement takes place smoothly. Above all, the aim is to ensure that there is no jump in the estimates. In other words: The roll angle or the tilt angle should be continuous over the considered range of motion of the vehicle, i.e. starting from a roll motion and transitioning into the tilting motion.

Die vorstehend verwendete Formulierung „vorbestimmte Parameter" ist wie folgt zu verstehen: Bei diesen Größen handelt es sich um diejenigen Größen, in deren Abhängigkeit die Zustände des Fahrzeuges ermittelt werden. Diese Größen stellen gewissermaßen die Eingangsgrößen für die Fahrzeugmodelle bzw. Kaiman-Filter dar. Bei diesen Größen kann es sich um Messgrößen oder um aus Messgrößen durch einfache Umrechnungen hergeleitete Größen handeln. Sowohl das bezüglich der Wankbewegung als auch das bezüglich der Kippbewegung vorgesehene Fahrzeugmodell verwendet hierbei zur Ermittlung der Zustände des Fahrzeugs jeweils dieselben Größen.The wording “predetermined parameters” used above is to be understood as follows: these variables are those variables, depending on which the states of the vehicle are determined. These variables represent the input variables for the vehicle models or Kaiman filters. These quantities can be measurement quantities or quantities derived from measurement quantities by simple conversions. Both the vehicle model provided with respect to the rolling movement and with respect to the tilting movement use the same variables in each case to determine the states of the vehicle.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.Advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawing.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung bildet das erste Fahrzeugmodell mittels eines ersten Kalman-Filters und das zweite Fahrzeugmodell mittels eines zweiten Kalman-Filters Bewegungszustände des Fahrzeugs nach.According to a preferred development, the first vehicle model uses a first Kalman filter and the second vehicle model uses a second Kalman filter to simulate movement states of the vehicle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung steht der erste Zustand des Fahrzeuges für eine Wankbewegung des Fahrzeugs und der zweite Zustand des Fahrzeuges für eine Kippbewegung des Fahrzeugs, wobei eine Wankbewegung eine Drehbewegung um eine Fahrzeuglängsachse mit Bodenkontakt aller Räder beschreibt und eine Kippbewegung einer auf die Wankbewegung folgenden Drehbewegung mit Verlust des Bodenkontakts der Räder einer Spur entspricht. Dabei kann die Wankbewegung und/oder die Kippbewegung um die Längsachse des Fahrzeuges oder um eine in Längsrichtung des Fahrzeuges orientierte Achse erfolgen.According to a further preferred development, the first state of the vehicle stands for a rolling movement of the vehicle and the second state of the vehicle for a tilting movement of the vehicle, wherein a rolling movement describes a rotary movement about a longitudinal axis of the vehicle with ground contact of all wheels and a tilting movement of a rotary movement following the rolling movement corresponds to a lane when the wheels lose contact with the ground. The rolling movement and / or the tilting movement can take place about the longitudinal axis of the vehicle or about an axis oriented in the longitudinal direction of the vehicle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird bei dem gewichteten Umschalten von dem ersten Fahrzeugmodell auf das zweite Fahrzeugmodell das zweite Fahrzeugmodell mit Parametern des Zustands des ersten Fahrzeugmodells initialisiert.According to a further preferred development, the weighted switchover from the first vehicle model to the second vehicle model initializes the second vehicle model with parameters of the state of the first vehicle model.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Gewichtung bei dem gewichteten Umschalten in Abhängigkeit ei- nes geschätzten Winkels, vorzugsweise eines Wank- oder Kippwinkels des Fahrzeugs. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gewichtung bei der Umschaltung mit einem für zunehmende Werte des geschätzten Winkels ( φ ) linearen Anstieg der Gewichtung des zweiten Fahrzeugmodells bei einem gleichzeitigen linearen Abfall der Gewichtung des ersten Fahrzeugmodells erfolgt.According to a further preferred development, the weighting takes place during the weighted switching as a function of nes estimated angle, preferably a roll or tilt angle of the vehicle. It is particularly advantageous if the weighting during the switchover takes place with a linear increase in the weighting of the second vehicle model for increasing values of the estimated angle (φ) with a simultaneous linear decrease in the weighting of the first vehicle model.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Umschaltung dann, wenn der Winkel zwischen einem ersten vorbestimmten Winkelwert und einem zweiten vorbestimmten Winkelwert liegt, wobei vorzugsweise der erste vorbestimmte Winkelwert einen Fahrzeugwinkel beschreibt, bei welchem ein erstes entlastetes Rad einer Spur abhebt, und der zweite vorbestimmte Winkelwert einen Fahrzeugwinkel beschreibt, bei welchem ein zweites entlastetes Rad derselben Spur den Bodenkontakt verliert .According to a further preferred development, the switchover takes place when the angle lies between a first predetermined angle value and a second predetermined angle value, the first predetermined angle value preferably describing a vehicle angle at which a first relieved wheel of a lane lifts off, and the second predetermined angle value describes a vehicle angle at which a second relieved wheel of the same lane loses contact with the ground.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden bei der Abschätzung des ersten Zustands als Störgrößen eine Fahrbahnlängsneigung, eine Fahrbahnquerneigung, eine Fahrbahnquernei- gungsrate und/oder ein Fahrbahnreibwert nachgebildet und mit berücksichtigt, wobei die Berücksichtigung der Fahrbahnlängs- neigung vorzugsweise in Verbindung mit einer erfassten Längsbeschleunigung des Fahrzeugs erfolgt.According to a further preferred development, when the first state is estimated, a longitudinal inclination of the road, a cross-road inclination, a cross-road inclination rate and / or a coefficient of friction on the road are simulated and taken into account, taking into account the longitudinal inclination of the road preferably in conjunction with a detected longitudinal acceleration of the vehicle he follows.

Gemäß einer weiteren bevorzugte Weiterbildung werden die Fahrbahnlängsneigung und die Fahrbahnquerneigungsrate durch einen Markov-Prozess nachgebildet. Die Fahrbahnreibung wird vorteilhafterweise als quasikonstante Größe modelliert.According to a further preferred development, the longitudinal inclination of the roadway and the rate of crossroad slope are simulated by a Markov process. The roadway friction is advantageously modeled as a quasi-constant variable.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden bei Feststellen eines Kippens des Fahrzeugs als Bewegungszustand einzelne Radbremsen des Fahrzeugs selektiv aktiviert, um eine Stabilisierung des Fahrzeugs zu erzielen.According to a further preferred development, when a tilting of the vehicle is detected as a state of motion Individual wheel brakes of the vehicle are selectively activated in order to stabilize the vehicle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird bei der Fahrzeugmodellierung die Fahrzeugmasse, die Lage des Fahrzeugschwerpunktes, der Radstand, die Spurweite und/oder die Wankcharakteristik, insbesondere die Wanksteife, und/oder die Fahrzeugdämpfung berücksichtigt.According to a further preferred development, the vehicle mass, the position of the center of gravity of the vehicle, the wheelbase, the track width and / or the roll characteristic, in particular the roll stiffness, and / or the vehicle damping are taken into account in the vehicle modeling.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden mittels vom Fahrzeug bereitgestellter Bremsdrücke pro Rad sowie bereitgestellter Radumdrehungszahlen Umfangskräfte einzelner Räder, vorzugsweise mittels eines deterministischen Luenber- ger-Beobachtersystems geschätzt, woraus eine Fahrzeuglängsbeschleunigung geschätzt.According to a further preferred development, circumferential forces of individual wheels are estimated using the brake pressures per wheel provided by the vehicle and the number of wheel revolutions provided, preferably by means of a deterministic Luenberger observer system, from which a vehicle longitudinal acceleration is estimated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine Gier- beschleunigungsmesseinrichtung, eine Querbeschleunigungsmess- einrichtung und vorzugsweise eine Längsbeschleunigungsmess- einrichtung und/oder eine Wankratenmesseinrichtung zum Bereitstellen der vorbestimmten Parameter vorgesehen.According to a further preferred development, a yaw acceleration measuring device, a transverse acceleration measuring device and preferably a longitudinal acceleration measuring device and / or a roll rate measuring device are provided for providing the predetermined parameters.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt dabei:The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures of the drawing. It shows:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 is a schematic block diagram for explaining the operation of an embodiment of the present invention;

Fig. 2 ein schematisches Gewichtungsdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;2 shows a schematic weighting diagram for explaining the functioning of an embodiment of the present invention;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs ; Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug; und Fig. 5 eine schematische Heckansicht eines Kraftfahrzeugs, jeweils zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.3 shows a schematic side view of a motor vehicle; 4 shows a schematic plan view of a motor vehicle; and FIG. 5 shows a schematic rear view of a motor vehicle, in each case to explain an embodiment of the present invention.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Merkmale - sofern nichts anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In the figures of the drawing, the same or functionally identical elements and features have been provided with the same reference numerals, unless stated otherwise.

In Fig. 1 ist schematisch ein Blockdiagramm eines Verfahrens- ablaufs zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Eine vorzugsweise von einem Beschleunigungssensor gemessene Querbeschleunigung a_y in Querrichtung eines Fahrzeugs, das heißt in y-Richtung, wird einer ersten Schätzeinrichtung 10 und einer zweiten Schätzeinrichtung 11 zugeführt. Ebenso wird eine ermittelte Gierbeschleunigung Ψ ebenfalls einer ersten und zweiten Schätzeinrichtung 10, 11 zugeführt. In den Schätzeinrichtungen 10, 11 erfolgen jeweils separate Zustandschätzungen anhand von einem ersten Fahrzeugmodell in der ersten Schätzeinrichtung 10 und einem zweiten Fahrzeugmodell in der zweiten Schätzeinrichtung 11. Zur Fahrzeugmodellierung werden sowohl in der ersten als auch in der zweiten Schätzeinrichtung 10, 11 vorzugsweise unterschiedliche Kaiman-Filter eingesetzt. In die Fahrzeugmodellierungen mittels der vorzugsweise einzelnen Kaiman-Filter fließt sowohl die Masse m des Fahrzeugs F als auch die Lage des Schwerpunktes S im Fahrzeug F, der Radstand des Fahrzeugs, die Spurweite vorn und hinten sowie die Wankcharakteristik, das heißt insbesondere die Wanksteifigkeit und Dämpfung des Fahrzeugs hinsichtlich einer Wankbewegung, mit ein. Mit dem ersten Fahrzeugmodell wird der Zustand mittels eines Wankbeobachters abgeschätzt.1 schematically shows a block diagram of a method sequence for determining a vehicle state to explain a preferred embodiment. A transverse acceleration a _y, preferably measured by an acceleration sensor, in the transverse direction of a vehicle, that is to say in the y direction, is fed to a first estimating device 10 and a second estimating device 11. Likewise, a determined yaw acceleration Ψ is also fed to a first and second estimation device 10, 11. In the estimating devices 10, 11, separate state estimates are made using a first vehicle model in the first estimating device 10 and a second vehicle model in the second estimating device 11. For vehicle modeling, different caimans are preferably used in both the first and second estimating devices 10, 11. Filters used. Both the mass m of the vehicle F and the position of the center of gravity S in the vehicle F, the wheelbase of the vehicle, the track width front and rear and the roll characteristic, that is to say in particular the roll rigidity and damping, flow into the vehicle models using the preferably individual Cayman filters of the vehicle in terms of Roll, with a. With the first vehicle model, the condition is estimated using a roll monitor.

Beim zweiten Fahrzeugmodell wird ein Kippbeobachter zur Abschätzung des Bewegungszustands in der zweiten Abschätzeinrichtung 11 eingesetzt. Daraufhin erfolgt eine Gewichtung 12 des von dem Wankbeobachter geschätzten Zustandes sowie eine davon getrennte Gewichtung 13 des von dem Kippbeobachter geschätzten Zustandes. Beide entsprechend gewichteten Bewegungszustandsabschätzungen werden dann in einer Addiereinrichtung Σ addiert, es liegt somit eine kombinierte Zustands- schätzung 13 vor, die der eines kombinierten Beobachters entspricht. Die Gewichtung 12 des Wankbeobachters und die Gewichtung 13 des Kippbeobachters 13 bei der ZustandsSchätzung gehen exemplarisch aus Fig. 2 hervor.In the second vehicle model, a tilt observer is used to estimate the state of motion in the second estimation device 11. This is followed by a weighting 12 of the state estimated by the roll observer and a separate weighting 13 of the state estimated by the tipping observer. Both correspondingly weighted movement state estimates are then added in an adding device Σ, so there is a combined state estimate 13 which corresponds to that of a combined observer. The weighting 12 of the roll observer and the weighting 13 of the tilt observer 13 in the state estimation are shown by way of example in FIG. 2.

In Fig. 2 ist schematisch ein Gewichtungsdiagramm über dem in den Abschätzeinrichtungen 10, 11 abgeschätzten Wank- bzw.FIG. 2 schematically shows a weighting diagram over the roll or estimated in the estimation devices 10, 11

Kippwinkel dargestellt. Die Ordinate weist einen Faktor zwischen 0 und 1 als Gewichtungsfaktor zur Multiplikation mit der entsprechenden ZustandsSchätzung des Wankbeobachters oder Kippbeobachters, das heißt des ersten Fahrzeugmodells oder des zweiten Fahrzeugmodells, auf. Gemäß Fig. 2 verläuft die Gewichtung 12 des Wankbeobachters mit dem Faktor 1 bis zu demtilt angle shown. The ordinate has a factor between 0 and 1 as a weighting factor for multiplication with the corresponding state estimate of the roll monitor or tilt monitor, that is to say of the first vehicle model or of the second vehicle model. According to FIG. 2, the weighting 12 of the roll observer runs by a factor of 1 up to that

Winkelwert und fällt dann linear zwischen dem Winkelwert und dem Winkelwert bis auf 0 ab. Entsprechend steigt die Gewichtung 13 des Kippbeobachters von dem Wert 0 beim Winkelwert |ζp,| linear zum Wert 1 beim Winkelwert )<j?₂| an. Beide Gewichtungsfunktionen 12, 13 gemäß Fig. 2 können sowohl zu steigendem als auch in Richtung kleinerer |<j?| durchlaufen werden. Die Winkelwerte Ψ bzw. Ψi stehen für alternativeangle value and then falls linearly between the angle value and the angle value down to 0. Accordingly, the weighting 13 of the tilt observer rises from the value 0 at the angle value | ζp, | linear to the value 1 at the angle value) <j? ₂ | on. Both weighting functions 12, 13 according to FIG. 2 can both increase as well as towards smaller | <j? | run through become. The angle values Ψ and Ψi stand for alternative

Winkelwerte, woraus ein weniger steiler Anstieg bzw. Abfall der Gewichtungsfunktionen 12, 13 resultiert. So ist gegebenenfalls bei einer Wank- bzw. Kippbewegung über die linken Räder, d.h. über die linke Spur ein anderer vorbestimmterAngular values, which results in a less steep increase or decrease in the weighting functions 12, 13. So, if necessary, during a roll or tilt movement via the left wheels, i.e. another predetermined one via the left lane

Winkelwert Ψx Ψτ zu wählen, als bei einer entsprechendenAngle value Ψx Ψτ to choose than for a corresponding one

Bewegung über die rechten Räder, d.h. über die rechte Spur eines Fahrzeugs. Der Winkel ist ein von den Beobachtersystemen geschätzter Wank- bzw. Kippwinkel, wobei für einen Winkelwert steht, bei welchem ein Rad einer Spur den Bodenkontakt verliert und wobei |ζ£>₂| für einen Winkelwert steht, bei welchem beide Räder einer Spur keinen Bodenkontakt mehr aufweisen.Movement over the right wheels, ie over the right lane of a vehicle. The angle is a roll angle estimated by the observer systems, where stands for an angle value at which a wheel of a track loses contact with the ground and where | ζ £> ₂ | stands for an angle value at which both wheels of a lane no longer have ground contact.

Zur Stabilisierung einer Kippbewegung von Fahrzeugen F mit hoher Schwerpunktlage kann durch gezielte Bremseingriffe an einzelnen Rädern R eines solchen Fahrzeugs F, wie beispielsweise eines Lastkraftwagens oder eines Transporters, ein Roll-Over bzw. Umkippen oder Überschlagen dieser Fahrzeuge innerhalb vorbestimmter physikalischer Grenzen verhindert werden. Damit ein solches Reglerkonzept effektiv arbeiten kann, ist es erforderlich, dass diesem System verschiedene Fahrzeugzustände zur Analyse zur Verfügung gestellt werden. Solche Zustände können jedoch nur teilweise direkt durch vorhandene Sensoren erfasst bzw. gemessen werden. Deshalb ist es geboten, die darüber hinaus benötigten Zustände des Fahrzeugs mittels eines Beobachterverfahrens abzuschätzen. Als Basisgleichung verschiedener Beobachterverfahren gilt: x = f{x,u)+κ(x,u)-(y-y) y = h{x,u)In order to stabilize a tipping movement of vehicles F with a high center of gravity, targeted brake interventions on individual wheels R of such a vehicle F, such as, for example, a truck or a transporter, can prevent these vehicles from rolling over or tipping over or rolling over within predetermined physical limits. In order for such a controller concept to work effectively, it is necessary that various vehicle states are made available to this system for analysis. However, such states can only be partially recorded or measured directly by existing sensors. It is therefore advisable to estimate the additional vehicle conditions using an observer method. The basic equation of various observer methods is: x = f {x, u) + κ (x, u) - (yy) y = h {x, u)

Der Unterschied zwischen verschiedenen Beobachterverfahren besteht in der Berechnung der Rückkopplungsmatrix K(x,u) , wobei gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ein Kaiman-Filter eingesetzt wird, das zur Berechnung der Rückkopplungsmatrix K(x,u) die stochastischen Eigenschaften des Systems berücksichtigt. Die verschiedenen Kaiman-Filter unterscheiden sich hierbei in den Modellgleichungen f (x,u) und h(x,u), sodass sich jeweils unterschiedliche Rückkopplungen ergeben. Zur Stabilisierung eines Fahrzeugs bei einem auftretenden Kippwinkel φ wird allgemein die Kenntnis der folgenden Fahrzeugzustände vorausgesetzt: Geschwindigkeit in Fahrzeuglängsrichtung v_x, Geschwindigkeit in Fahrzeugquerrichtung v_y der Wank- bzw. Kippwinkel φ , sowie die Wank- bzw. Kipprate φ . Unter Wankbewegung wird im folgenden eine Drehbewegung um eine Fahrzeuglängsachse, das heißt x-Achse, verstanden, welche durch eine Einfederung eines Fahrzeugs F auf einer Spurseite entsteht. Bei einer Wankbewegung weisen alle Räder R Bodenkontakt auf. Ist eine Spur des Fahrzeugs vom Boden abgehoben, d.h. sind alle Räder einer Fahrzeugseite vom Boden abgehoben, so wird die Drehbewegung um die Fahrzeuglängsachse im nachstehenden als Kippbewegung bzw. Kippen bezeichnet. An dieser Stelle sein angemerkt, dass die Wankbewegung und/oder die Kippbewegung nicht nur um die Fahrzeuglängsachse bzw. x- Achse, sondern auch um eine in Längsrichtung des Fahrzeuges orientierte Achse erfolgen kann.The difference between different observer methods lies in the calculation of the feedback matrix K (x, u), whereby according to the present preferred embodiment a Cayman filter is used which takes into account the stochastic properties of the system for the calculation of the feedback matrix K (x, u). The different Kaiman filters differ in the model equations f (x, u) and h (x, u), so that there are different feedbacks. In order to stabilize a vehicle when a tilt angle φ occurs, knowledge of the following vehicle conditions is generally required: speed in the vehicle longitudinal direction v _x , speed in the vehicle transverse direction v _y the roll or tilt angle φ, and the roll or tilt rate φ. Rolling movement is understood in the following to mean a rotary movement about a longitudinal axis of the vehicle, that is to say the x-axis, which results from the deflection of a vehicle F on one side of the track. During a roll movement, all wheels R are in contact with the ground. If a track of the vehicle is lifted off the ground, ie if all wheels on one side of the vehicle are lifted off the ground, the rotary movement about the longitudinal axis of the vehicle is referred to below as tilting movement or tilting. At this point it should be noted that the rolling movement and / or the tilting movement can take place not only about the vehicle's longitudinal axis or x-axis, but also about an axis oriented in the longitudinal direction of the vehicle.

Um die oben genannten, erforderlichen Fahrzeugzustände über die gesamte Wank- und Kippbewegung eines Fahrzeugs beobachten zu können, werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwei verschiedene Kalman-Filter zur Fahrzeugmodellierung eingesetzt. Dabei übernimmt das erste Kalman-Filter die Schätzung der Fahrzustände während der Wankbewegung, wohingegen das zweite Kalman-Filter die Zustände während der Kippbewegung zur Fahrzeugmodellierung abschätzt. Grundsätzlich ist die Schätzung der benötigten Fahrzeugzustände bei Nutzung eines geeigneten Modells darüber hinaus auch mit einem einzelnen Kalman-Filter möglich. Die Basis für die zur Schätzung der Wankbewegung eingesetzten Filtereinrichtung bilden die folgenden Bewegungsgleichungen der horizontalen Geschwindigkeiten:In order to be able to observe the above-mentioned, necessary vehicle states over the entire rolling and tilting movement of a vehicle, according to a preferred embodiment two different Kalman filters are used for vehicle modeling. The first Kalman filter takes over the estimation of the driving conditions during the rolling movement, whereas the second Kalman filter estimates the states during the tilting movement for vehicle modeling. In principle, it is also possible to estimate the required vehicle conditions when using a suitable model using a single Kalman filter. The following equations of motion of the horizontal speeds form the basis for the filter device used to estimate the roll motion:

Eine Geschwindigkeitsänderung v_y in y-Richtung entspricht somit dem negativen Produkt aus einer Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ und einer Fahrzeuglängsgeschwindigkeit v_x in Addition mit einer Beschleunigung a_y in y-Richtung. Außerdem gleicht eine Geschwindigkeitsänderung i^ in x-Richtung dem Produkt aus derA speed change v _y in the y direction thus corresponds to the negative product of a yaw angle speed Ψ and a vehicle longitudinal speed v _x in addition to an acceleration a _y in the y direction. In addition, a change in speed i ^ in the x direction equals the product of the

Gierwinkelgeschwindigkeit Ψ und der Fahrzeuggeschwindigkeit v_y in Querrichtung plus einer Beschleunigung a_x in Längsrichtung. Nutzt man innerhalb dieser beiden Gleichungen die mittels Sensoren gemessenen horizontalen Beschleunigungen a_y , a_x als Eingangssignale, so ergeben sich nach einer Transformation aus einem fahrzeugfesten in ein fahrbahnfestes Koordinatensystem bzw. Bezugssystem folgende linearisierte Systemgleichungen für das Wankfilter: v_x = Ψv_y + g{θ + Θ)+ a_x v_y = -Ψv_x - g{φ + φ)+ a:^e'^{,sor )} Yaw rate Ψ and the vehicle speed v _y in the transverse direction plus an acceleration a _x in the longitudinal direction. If the horizontal accelerations a _y , a _x measured by sensors are used as input signals within these two equations, the following linearized system equations for the roll filter result after a transformation from a vehicle-specific to a roadway-based coordinate system or reference system: v _x = Ψv _y + g {θ + Θ) + a _x v _y = -Ψv _x - g {φ + φ) + a: ^e ' ^{, sor)}

Im Vergleich zum Gleichungssystem (2) kommt für den Term in Fahrzeuglängsrichtung das Produkt aus der Erdbeschleunigung g mit der Summe aus einem Fahrzeugnickwinkel θ und einer Fahrbahnsteigung Θ hinzu. Bei der Bewegungsgleichung in y- Richtung ergibt sich ein subtraktiver Zusatzterm als Produkt aus der Erdbeschleunigung g mit der Summe aus dem Wankwinkel φ gemessen über der Fahrbahn plus der Fahrbahnquerneigung Φ . Als weitere Basisgleichung dient eine Differenzialgleichung der Wankdynamik, welche bei kleinen Wankwinkeln gilt und aus dem Drallsatz um die Fahrzeuglängsachse resultiert:In comparison to the system of equations (2), the product of the acceleration due to gravity g with the sum of a vehicle pitch angle θ and a road gradient nick is added for the term in the vehicle longitudinal direction. With the equation of motion in the y direction, there is a subtractive additional term as the product of the acceleration due to gravity g with the sum of the roll angle φ measured over the road surface plus the road surface slope Φ. As a further basic equation, a differential equation of the roll dynamics is used, which applies to small roll angles and results from the swirl set around the vehicle's longitudinal axis:

φ = - _k (F _V + Fsi, + m(a_z + g)φ) + M w (4)φ = - _k (F _V + Fsi, + m (a _z + g) φ) + M w (4)

J xxJ xx

wobei φ für die Wankwinkelbeschleunigung _Λhs für eine Schwerpunktverlagerung, F_Sv für die vordere Seitenkraft der Räder, F_sh für die Seitenkraft der Räder R der Hinterachse A_h, m für die Fahrzeugmasse, a_z für die Beschleunigung in Z-Richtung, welches der Hochachse im Fahrzeug F entspricht, M_w einem Wankmoment und Jx einem Trägheitsmoment um die Fahrzeuglängsachse entspricht. Lässt man bei dieser Gleichung das Wankmoment M_w einfließen mit:where φ for the roll angle acceleration _Λ hs for a shift in the center of gravity, F _Sv for the front lateral force of the wheels, F _sh for the lateral force of the wheels R of the rear axle A _h , m for the vehicle mass, a _z for the acceleration in the Z direction, which is the Vertical axis in vehicle F corresponds to M _w corresponds to a rolling moment and Jx corresponds to an moment of inertia about the vehicle longitudinal axis. If the rolling moment M _w is included in this equation with:

M_w = -c_φ - φ - d_φ - φ (5)M _w = -c _φ - φ - d _φ - φ (5)

wobei c_φ und d_φ vorbestimmte konstante oder gegebenenfalls auch vom Wank- bzw. Kippwinkel abhängige Größen darstellen, drückt man die Seitenkräfte der Räder F_Sv, F_S durch die Querbeschleunigung aus entsprechend:where c _φ and d _{φ represent} predetermined constant values or, if appropriate, also dependent on the roll or tilt angle, the lateral forces of the wheels F _Sv , F _{S are expressed} by the lateral acceleration accordingly:

^F + ^FSh = ^m(^ay + gΦ) (6) so ergibt sich die linearisierte Systemgleichung für die Wankdynamik innerhalb des Fahrzeugmodells, vorzugsweise innerhalb des Kalman-Filters, zu: ^F + ^F Sh = ^m ( ^a y + gΦ) (6) the linearized system equation for the roll dynamics within the vehicle model, preferably within the Kalman filter, results in:

wobei der Term w t) für einen von der Zeit abhängigen Stör- größenterm steht, entsprechend einem stochastischen Rauschen. Als Störgrößen werden des weiteren die Fahrbahnlängsneigung Θ , die Fahrbahnquerneigung Φ , die Fahrbahnquerneigungsrate Φ sowie der Fahrbahnreibwert μ modelliert^'. Vorzugsweise werden dabei die Fahrbahnlängsneigung Θ und die Fahrbahnquerneigungsrate Φ durch einen Markov-Prozess entsprechend einem farbigen Rauschen nachgebildet, welches sich auf ein weißes Rauschen zurückführen lässt, da es sich bei diesen beiden Größen um stochastische, korrelierte Größen handelt. Der Fahrbahnreibwert μ wird insbesondere als quasikonstante Größe modelliert .where the term wt) stands for a time-dependent disturbance variable term, corresponding to a stochastic noise. As disturbances of the other the longitudinal roadway inclination Θ, the lateral inclination Φ, the lateral inclination rate Φ and the road friction coefficient μ are modeled ^'. The longitudinal inclination of the roadway Θ and the roadway gradient rate Φ are preferably simulated by a Markov process in accordance with a colored noise, which can be attributed to a white noise, since these two variables are stochastic, correlated variables. The road coefficient of friction μ is modeled in particular as a quasi-constant variable.

Anhand der Figuren 3, 4, 5a und 5b werden schematisch die Richtungen bzw. Winkel der verschiedenen Größen illustriert. In Fig. 3 ist eine Fahrzeuggeschwindigkeit v_x in Fahrzeuglängsrichtung dargestellt, welche exemplarisch am Fahrzeugschwerpunkt S angreift, auf welchen die Gewichtskraft m - g radial zum Erdmittelpunkt wirkt . Der Fahrzeugbewegung in v_x- Richtung wirkt eine Reifenreibungskraft entgegen, welche ex- emplarisch durch den Fahrbahnreibwert μ veranschaulicht ist.The directions or angles of the various sizes are illustrated schematically on the basis of FIGS. 3, 4, 5a and 5b. FIG. 3 shows a vehicle speed v _x in the longitudinal direction of the vehicle, which acts as an example on the center of gravity S of the vehicle, on which the weight force m - g acts radially to the center of the earth. The vehicle movement in the v _x direction is counteracted by a tire friction force which is exemplarily illustrated by the road friction coefficient μ.

Eine mögliche Fahrbahnlängsneigung mit dem Neigungswinkel Θ geht ebenfalls aus der schematischen Seitenansicht gemäß Fig. 3 hervor. In der schematischen Draufsicht nach Fig. 4 ist wiederum die Fahrzeuggeschwindigkeit v_x in Fahrzeuglängsrichtung sowie eine Geschwindigkeit v_y in Fahrzeugquerrichtung dargestellt . Darüber hinaus ist am Schwerpunkt S angreifend eine Gierrate Ψ sowie eine Gierbeschleunigung Ψ beispielhaft verdeutlicht. Fig. 5a und 5b verdeutlicht den Fahrzeugneigungswinkel φ sowie die Neigungswinkelrate φ und Neigungswinkelbeschleunigung φ sowie nochmals die Fahrzeugquergeschwindigkeit v_y mit einer entsprechend in die entgegengesetzte Richtung dargestellten Reibungskraft, welche abhängig von dem Fahrbahnreibwert μ auf die Fahrzeugräder R wirkt . Das Fahrzeug F ist auf der Fahrbahn B gemäß Fig. 5a in horizontaler Richtung ausgerichtet, wobei die Fahrbahn B auch einen Fahrbahnquerneigungswinkel Φ aufweisen kann.A possible longitudinal inclination of the roadway with the inclination angle Θ is also apparent from the schematic side view according to FIG. 3. The schematic plan view according to FIG. 4 again shows the vehicle speed v _x in the longitudinal direction of the vehicle and a speed v _y in the transverse direction of the vehicle. In addition, a yaw rate Ψ and a yaw acceleration Ψ are exemplarily illustrated at the center of gravity S. 5a and 5b illustrate the vehicle inclination angle φ as well as the inclination angle rate φ and inclination angle acceleration φ and again the vehicle transverse speed v _y with a correspondingly shown frictional force in the opposite direction, which acts on the vehicle wheels R depending on the road friction coefficient μ. The vehicle F is aligned on the roadway B according to FIG. 5a in the horizontal direction, wherein the roadway B can also have a roadway bank angle qu.

Die Messgleichungen des für die Wankbewegung zuständigen Fahrzeugmodells bzw. Kalman-Filters gehen aus der Anwendung des Impulssatzes und des Drallsatzes hervor und lauten entsprechend:The measurement equations of the vehicle model or Kalman filter responsible for the roll movement result from the application of the pulse set and the swirl set and are accordingly:

ar°^r =(F_Uv +F_uh)/m-gθ ₊ v_aχ (8) ψ— = {l_vFsv - l_hF_{Sh +}M_B)/J_{zz +} v ar ° ^r = (F _Uv + F _uh ) / m-gθ ₊ v _aχ (8) ψ— = {l _vFsv - l _h F _{Sh +} M _B ) / J _{zz +} v

wobei v_a , v_a sowie _ψ einem Messrauschen der entsprechend mit einem Sensor gemessenen Größen a_y ^nsor , a_x ^{s nsor} sowie Ψ^w entspricht . Den Seitenkräften F_Sv und F_sh der Reifen in Querrichtung, das heißt in y-Richtung, entspricht eine Umfangs- kraft Fu und Fr^ der Reifen in Fahrzeuglängsrichtung, das heißt in x-Richtung. In die Gierbeschleunigung ψ^ienw fließen die Seitenkräfte F_Sv sowie F_Sh jeweils multipliziert mit dem Abstand l_v sowie l_h zwischen dem Schwerpunkt S und der vorderen Fahrzeugachse A_v sowie der hinteren Fahrzeugachse A_h gemäß Fig. 3 ein. Das Drehmoment M_B entspricht einem den Um- fangskräften Fu_v,i_x mit Radius zum Schwerpunkt S wirkenden Drehmoment. Jz verdeutlicht ein Trägheitsmoment in z- Richtung, das heißt um die Hochachse des Fahrzeugs F. Die Gierbeschleunigung ψ^{se or} kann dabei aus der Gierrate Ψ zum Beispiel mittels eines DTι_Filters ermittelt werden.where v _a , v _a and _ψ corresponds to a measurement noise of the variables a _y ^nsor , a _x ^{s nsor} and Ψ ^w measured with a sensor. The lateral forces F _Sv and F _{sh of} the tires in the transverse direction, i.e. in the y direction, correspond to a circumferential by force Fu and Fr ^ of the tires in the vehicle's longitudinal direction, that is, in the x-direction. The lateral forces F _Sv and F _S h, each multiplied by the distance l _v and l _h between the center of gravity S and the front vehicle axis A _v and the rear vehicle axis A _h according to FIG. 3 flow into the yaw acceleration ψ ^ienw . The torque M _B corresponds to a torque acting on the circumferential forces Fu _v , i _x with a radius to the center of gravity S. Jz illustrates an moment of inertia in the z direction, that is, about the vertical axis of the vehicle F. The yaw acceleration ψ ^{se or} can be determined from the yaw rate Ψ, for example by means of a DTι_filter.

Geht das Fahrzeug F von der Wankbewegung in die Kippbewegung gemäß Fig. 5b über, so wird die Schätzung der Zustände gemäß Fig. 1 und 2 auf das zweite Fahrzeugmodell , insbesondere das zweite Kalman-Filter, übertragen. Zur Verkürzung der Einschwingphase dieses zweiten Filters wird er mit den bis dato geschätzten Zuständen des für die Wankbewegung zuständigen ersten Filters initialisiert. Der Übergang von den Schätzungen des für die Wankbewegung zuständigen ersten Filters auf die Schätzungen des für die Kippbewegung zuständigen zweiten Filters erfolgt mittels einer gewichteten Filterumschaltung gemäß Fig. 2. Innerhalb dieser Umschaltung werden die von beiden Fahrzeugmodellen bzw. Kaiman-Filtern geschätzten Zustände in Abhängigkeit des Wank- bzw. Kippwinkels \φ\ gewichtet und anschließend in der Additionseinrichtung Σ gemäß Fig. 1 addiert. Die Gewichtsfunktion gemäß Fig. 2 lautet dabei : x_gB = a,Λ - ε)+ ^Xki_PP - ε O) If the vehicle F changes from the rolling movement into the tilting movement according to FIG. 5b, the estimate of the states according to FIGS. 1 and 2 is transferred to the second vehicle model, in particular the second Kalman filter. To shorten the settling phase of this second filter, it is initialized with the previously estimated states of the first filter responsible for the roll motion. The transition from the estimates of the first filter responsible for the rolling motion to the estimates of the second filter responsible for the tilting motion is carried out by means of a weighted filter changeover according to FIG. 2. Within this changeover, the states estimated by both vehicle models and Kaiman filters are dependent on the Rolling or tilting angle \ φ \ weighted and then added in the addition device Σ according to FIG. 1. The weight function according to FIG. 2 is: x _g B = a, Λ - ε) + ^X ki _PP - ε O)

Hierbei legen die beiden Winkel φ_x , φ₂ den Bereich fest, in dem die gewichtete Umschaltung vollzogen wird (siehe Fig. 2) . φ ist der Winkel des Fahrzeugs F, bei dem das erste Rad R der entlasteten Spur abhebt, der Winkel φ₂ kennzeichnet den Winkel, bei dem auch das zweite Rad R dieser Spur den Bodenkontakt verliert. Innerhalb dieses Bereiches zwischen φ und φ₂ besteht keine eindeutige Zuordnung, wohingegen außerhalb dieses Bereichs eine eindeutige Zuordnung zu einem der beiden Fahrzeugmodelle, vorzugsweise Kalman-Filter, besteht. Durch dieses gleichmäßige Überblenden der Zustände von einem auf das andere Fahrzeugmodell bzw. Filter, kann ein sprungfreier stetiger Übergang der Zustandsschätzung erreicht werden.The two angles φ _x , φ ₂ define the range in which the weighted switchover is carried out (see FIG. 2). φ is the angle of the vehicle F at which the first wheel R of the unloaded lane lifts off, the angle φ ₂ denotes the angle at which the second wheel R of this lane also loses contact with the ground. Within this range between φ and φ _{2 there} is no clear assignment, whereas outside of this range there is a clear assignment to one of the two vehicle models, preferably Kalman filters. This uniform blending of the states from one vehicle model to the other or a filter enables a smooth transition of the state estimation to be achieved.

Die Basis für die Systemgleichung des für die Kippbewegung zuständigen Fahrzeugmodells, vorzugsweise Kalman-Filters, bilden ebenfalls der Impuls- und der Drallsatz. Beachtenswert dabei ist, dass sich die Systemgleichung im Gegensatz zu dem für die Wankbewegung zuständigen Fahrzeugmodell bzw. Filter, für die Kippbewegung über die linke und die rechte Seite des Fahrzeugs F unterscheiden. Auch innerhalb der Systemgleichung des für die Kippbewegung zuständigen zweiten Fahrzeugmodells bzw. Filters werden hochgradig nicht lineare Reifenkräfte durch Werte von Beschleunigungssensoren ersetzt. Verallgemeinert geschrieben ergeben sich die Systemgleichungen dieses zweiten Kalman-Filters zu: The basis for the system equation of the vehicle model responsible for the tilting movement, preferably the Kalman filter, is also formed by the momentum and the swirl theorem. It is noteworthy that the system equation, in contrast to the vehicle model or filter responsible for the roll motion, differs for the tilting motion over the left and right sides of the vehicle F. Even within the system equation of the second vehicle model or filter responsible for the tilting movement, highly non-linear tire forces are replaced by values from acceleration sensors. Generally speaking, the system equations of this second Kalman filter result in:

wobei die Terme _w , w_vx und w_φ eine Rauschkomponente der entsprechenden Zustände wiedergibt und ξ,S,λ Ist-Größen darstellen. Die Systemgleichungen der einzelnen Störgrößen _w , w_vx , w_φ entsprechen denen des für die Wankbewegung zuständigen Fahrzeugmodells bzw. Kalman-Filters. Die Fahrbahnquerneigung Φ und Fahrbahnquerneigungsrate Φ können mit diesem Filter jedoch nicht geschätzt werden, da bei kippendem Fahrzeug F keinerlei Unterschied zwischen den Auswirkungen der Fahrbahnquerneigung und dem Kippwinkel bestehen. Diese beiden Störgrößen sind somit nicht beobachtbar. Auch innerhalb dieses Filters werden die aus den Reifenkennlinien stammenden Nicht-Linearitäten in die Messgleichung überführt. Die verallgemeinerten Messgleichungen des für die Kippbewegung zuständigen zweiten Filters ergeben sich aus dem Impuls- und Drallsatz zu:where the terms _w , w _vx and w _{φ represent} a noise component of the corresponding states and ξ, S, λ represent actual quantities. The system equations of the individual disturbance variables _w , w _vx , w _φ correspond to those of the vehicle model or Kalman filter responsible for the roll movement. However, the roadway bank slope qu and roadway bank rate Φ cannot be estimated with this filter since there is no difference between the effects of the road bank slope and the tilt angle when the vehicle T is tilting. These two disturbances are therefore not observable. Within this filter, too, the non-linearities derived from the tire characteristics are transferred to the measurement equation. The generalized measurement equations of the second filter responsible for the tilting movement result from the momentum and swirl theorem:

Ψsensor = Ψ + Vφ wobei θ₀ einen statischen Nickwinkelanteil und der TermΨsensor = Ψ + Vφ where θ _{0 is} a static pitch angle component and the term

t σ einen Erdbeschleunigungsanteil sowie M_{Rx i} ein Rück- )t σ a gravitational acceleration component and M _{Rx i} a reverse)

Stellmoment wiedergibt. Alle Größen sind hier auf ein horizontales Koordinatensystem umgerechnet, woraus die sm<p,cos^Representing torque. All quantities are converted to a horizontal coordinate system, from which the sm <p, cos ^

Anteile folgern. Anstatt die Gierbeschleunigung Ψ_se/„_or alsInferences. Instead of yaw acceleration Ψ _{se /} „ _or als

Messgröße zu verwenden, kann die Gierrate Ψ sowohl als Zu- standsgröße als auch als Messgröße definiert werden. Dadurch werden zwar die Filtergleichungen des Wankbeobachters, das heißt des ersten Fahrzeugmodells bzw. Kalman-Filters, nichtlinear, allerdings kann somit die Sensoreigenschaft, insbesondere das Messrauschen, im Filter genauer berücksichtigt werden.Using the measured variable, the yaw rate Ψ can be defined both as a state variable and as a measured variable. As a result, the filter equations of the rolling observer, that is to say of the first vehicle model or Kalman filter, do not become linear, but the sensor property, in particular the measurement noise, can thus be taken into account more precisely in the filter.

Unter Nutzung der von einem vorzugsweise vorhandenen ESP- System (Elektronisches Stabilitätsprogramm) bereitgestellten Bremsdrücke pro Rad, sowie der Kenntnis der Umdrehungsgeschwindigkeiten der einzelnen Räder R, lassen sich die Umfangskräfte Fu_h, der einzelnen Räder R des Fahrzeugs F schätzen. Dies geschieht vorzugsweise mittels eines deterministischen Luenberger-Beobachters. Dessen geschätzte Umfangskräfte Fu können innerhalb der beiden Fahrzeugmodelle bzw. Kalman- Filter prinzipiell dazu genutzt werden, den Längsbeschleunigungssensor zur Messung der Beschleunigung in x-Richtung, das heißt a_x ^nsor zu ersetzen. Außerdem können mit Hilfe der geschätzten Umfangskräfte F_υ vier zusätzliche Messgleichungen innerhalb der Kalman-Filter eingeführt werden. Darüber hinaus werden die Normalkräfte der einzelnen Räder R des Fahrzeugs F mittels eines statischen Modells oder mittels eines dynamischen Modells berechnet. Diese berechneten Normalkräfte werden für das innerhalb der beiden Kalman-Filter genutzte Reifenmodell benötigt. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann somit auf einen Bewegungszustand, insbesondere ein Wanken bzw. Kippen eines Fahrzeugs anhand einer Beschleunigungsinformation einer Beschleunigung in y-Richtung a_y einer Gierbeschleunigung ψ sowie gegebenenfalls einem Beschleunigungswert in x-Richtung a_x auf den Fahrzeugzustand, insbesondere den Wank- bzw. Kippwinkel φ geschlossen werden. Bei der Modellierung eines Lastkraftwagens, bei welchem durch die Beladung eine erhebliche Schwerpunktverschiebung erfolgt ist darüber hinaus die Wankrate φ zur Nachbildung der Fahrzeugzustände erforderlich.The circumferential forces Fu _h , the individual wheels R of the vehicle F can be estimated using the brake pressures per wheel provided by a preferably available ESP system (electronic stability program) and the knowledge of the rotational speeds of the individual wheels R. This is preferably done using a deterministic Luenberger observer. Its estimated circumferential forces Fu can in principle be used within the two vehicle models or Kalman filters to replace the longitudinal acceleration sensor for measuring the acceleration in the x direction, that is to say a _x ^nsor . In addition, with the help of the estimated circumferential forces F _υ, four additional measurement equations can be introduced within the Kalman filter. In addition, the normal forces of the individual wheels R of the vehicle F are calculated using a static model or using a dynamic model. These calculated normal forces are required for the tire model used within the two Kalman filters. With the help of the present invention, a movement state, in particular a wobbling or tipping of a vehicle based on acceleration information, an acceleration in the y-direction a _y, a yaw acceleration ψ and optionally an acceleration value in the x-direction a _x on the vehicle state, in particular the roll, can thus be determined - or tilt angle φ are closed. When modeling a truck in which the load causes a significant shift in the center of gravity, the roll rate φ is also required to simulate the vehicle conditions.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. So ist grundsätzlich auch eine andere Gewichtung als die mit Bezug auf Fig. 2 dargestellte lineare Gewichtung der entsprechenden Fahrzeugmodelle beim Übergang denkbar. Theoretisch kann die Fahrzeugmodellierung auch mittels eines einzigen Kalman-Filters bereitgestellt werden, dessen Parameter entsprechend zur Fahrzeugmodellierung angepasst werden.Although the present invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many ways. In principle, a weighting other than the linear weighting of the corresponding vehicle models shown with reference to FIG. 2 is also conceivable during the transition. In theory, vehicle modeling can also be provided using a single Kalman filter, the parameters of which are adapted accordingly to the vehicle modeling.

Abschließend sei auf Folgendes hingewiesen: Die in den. vorliegenden Ausführungen verwendeten Begriffe „Fahrzeugzustand", „Zustand eines Fahrzeuges", „Fahrzeugbewegungszustand" und „Bewegungszustand" werden allesamt synonym verwendet Ist beispielsweise von der Bestimmung eines Fahrzeugzustandes die Rede, so ist gemäß den vorliegenden Ausführungs- beispielen die Ermittlung eines Wankwinkels oder Kippwinkels als Fahrzeugbewegungsgröße gemeint. In conclusion, the following should be pointed out: The in the. The terms "vehicle condition", "condition of a vehicle", "vehicle movement condition" and "movement condition" used in the present statements are all used interchangeably. For example, when determining a vehicle condition, the determination of a roll angle or tipping angle is considered in accordance with the present exemplary embodiments Vehicle movement size meant.

Claims

Patentansprüche claims

1. Verfahren zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes mit den Verfahrensschritten :1. Procedure for determining a vehicle condition with the following steps:

Abschätzen eines ersten Zustands eines Fahrzeugs (F) mittels eines ersten Fahrzeugmodells anhand vorbestimmterEstimating a first state of a vehicle (F) using a first vehicle model based on predetermined ones

Parameter ( Ψ,Ψ,α .α_^ ) ;Parameters (Ψ, Ψ, α .α _^ );

Abschätzen eines zweiten Zustands des Fahrzeugs (F) mittels eines zweiten Fahrzeugmodells anhand der vorbestimmten Parameter ( Ψ,Ψ,a_y,a_x ) ;Estimating a second state of the vehicle (F) by means of a second vehicle model based on the predetermined parameters (Ψ, Ψ, a _y , a _x );

gewichtetes Umschalten von dem ersten Fahrzeugmodell auf das zweite Fahrzeugmodell beim Übergang des Fahrzeugs (F) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand in Abhängigkeit von mindestens einem abgeschätzten Parameter ( φ ) •weighted switching from the first vehicle model to the second vehicle model during the transition of the vehicle (F) from the first state to the second state depending on at least one estimated parameter (φ)

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fahrzeugmodell mittels eines ersten Kalman-Filters und das zweite Fahrzeugmodell mittels eines zweiten Kalman-Filters Bewegungszustände des Fahrzeugs (F) nachbildet.2. The method according to claim 1, characterized in that the first vehicle model by means of a first Kalman filter and the second vehicle model by means of a second Kalman filter simulates movement states of the vehicle (F).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zustand des Fahrzeuges für eine Wankbewegung des Fahrzeugs (F) und der zweite Zustand des Fahrzeuges für eine Kippbewegung des Fahrzeugs (F) steht, wobei eine Wankbewegung eine Drehbewegung um eine Fahrzeuglängsachse mit Bodenkontakt aller Räder beschreibt und wobei eine Kippbewegung einer auf die Wankbewegung folgenden Drehbewegung mit Verlust des Bodenkontakts zumindest der Räder (R) einer Spur entspricht .3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first state of the vehicle for a rolling movement of the vehicle (F) and the second state of the vehicle for a tilting movement of the vehicle (F), wherein a rolling movement is a rotational movement about a vehicle longitudinal axis describes with all wheels contacting the ground and wherein a tilting movement corresponds to a rotary movement following the rolling movement with loss of ground contact at least of the wheels (R) of a track.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem gewichteten Umschalten von dem ersten Fahrzeugmodell auf das zweite Fahrzeugmodell das zweite Fahrzeugmodell mit Parametern ( Ψ,Ψ,a_y,a_x ) des Zustands des ersten Fahrzeugmodells initialisiert wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the weighted switching from the first vehicle model to the second vehicle model, the second vehicle model with parameters (Ψ, Ψ, a _y , a _x ) of the state of the first vehicle model is initialized.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtung bei dem gewichteten Umschalten in Abhängigkeit eines geschätzten Winkels ( φ ) , vorzugsweise eines Wank- oder Kippwinkels des Fahrzeugs (F) erfolgt, insbesondere mit einem für zunehmende Werte des geschätzten Winkels ( φ ) linearen Anstieg der Gewichtung des zweiten Fahrzeugmodells bei einem gleichzeitigen linearen Abfall der Gewichtung des ersten Fahrzeugmodells. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the weighting during the weighted switchover takes place as a function of an estimated angle (φ), preferably a roll or tilt angle of the vehicle (F), in particular with an increasing value for the estimated angle (φ) linear increase in the weighting of the second vehicle model with a simultaneous linear decrease in the weighting of the first vehicle model.

6. Verfahren nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die gewichtete Umschaltung dann erfolgt, wenn der Winkel ( φ ) zwischen einem ersten vorbestimmten Winkelwert ( φ_x ) und einem zweiten vorbestimmten Winkelwert ( φ₂ ) liegt, wobei vorzugsweise der erste vorbestimmte Winkelwert ( φ ) einen Fahrzeugwinkel beschreibt, bei welchem ein erstes entlastetes Rad (R) einer Spur abhebt, und der zweite vorbestimmte Winkelwert ( φ₂ ) einen Fahrzeugwinkel beschreibt, bei welchem ein zweites entlastetes Rad (R) derselben Spur den Bodenkontakt verliert.6. The method according to claim 5, characterized in that the weighted switchover takes place when the angle (φ) lies between a first predetermined angle value (φ _x ) and a second predetermined angle value (φ ₂ ), preferably the first predetermined angle value ( φ) describes a vehicle angle at which a first unloaded wheel (R) lifts off a lane, and the second predetermined angle value (φ ₂ ) describes a vehicle angle at which a second unloaded wheel (R) of the same lane loses contact with the ground.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Abschätzung des ersten Zustands als Störgrößen eine Fahrbahnlängsneigung (Θ), eine Fahrbahnquerneigung ( Φ ) , eine Fahrbahnquerneigungsrate ( Φ ) und/oder ein Fahrbahnreibwert (μ) nachgebildet und berücksichtigt werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that, when estimating the first state as disturbance variables, a longitudinal inclination (Θ), a road inclination (Φ), a road inclination rate (Φ) and / or a road friction coefficient (μ) are simulated and taken into account ,

8. Verfahren nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahnlängsneigung (Θ) und die Fahrbahnquerneigungsrate (Φ) durch einen Markov-Prozess nachgebildet und die Fahrbahnreibung (μ) als quasikonstante Größe modelliert werden.8. The method according to claim 7, characterized in that the longitudinal road gradient (bahn) and the road gradient rate (Φ) are simulated by a Markov process and the road friction (μ) are modeled as a quasi-constant variable.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass bei Feststellen eines Kippens des Fahrzeugs (F) als Bewegungszustand einzelne Radbremsen des Fahrzeugs (F) selektiv aktiviert werden, um eine Stabilisierung des Fahrzeugs (F) zu erzielen.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that upon detection of a tipping of the vehicle (F) as a state of motion individual wheel brakes of the vehicle (F) be selectively activated to stabilize the vehicle (F).

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fahrzeugmodellierung die Fahrzeugmasse (m) , die Lage des Fahrzeugschwerpunktes (S) , der Radstand, die Spurweite und/oder die Wankcharakteristik, insbesondere die Wanksteife, und/oder die Fahrzeugdämpfung berücksichtigt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the vehicle modeling, the vehicle mass (m), the position of the vehicle's center of gravity (S), the wheelbase, the track width and / or the roll characteristic, in particular the roll stiffness, and / or the vehicle damping is taken into account.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels vom Fahrzeug (F) bereitgestellter Bremsdrücke pro Rad (R) sowie mittels bereitgestellter Radumdrehungszahlen Umfangskräfte einzelner Räder (R) , vorzugsweise mittels eines deterministischen Luenberger- Beobachtersystems, geschätzt werden, woraus eine Fahrzeuglängsbeschleunigung (a_x) geschätzt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that circumferential forces of individual wheels (R), preferably by means of a deterministic Luenberger observer system, are estimated by means of the brake pressures per wheel (R) provided by the vehicle (F) and by means of the wheel revolutions provided, from which a Longitudinal vehicle acceleration (a _x ) is estimated.

12. Vorrichtung zur Bestimmung eines Fahrzeugzustandes, insbesondere zum Betreiben eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit:12. Device for determining a vehicle state, in particular for operating a method according to one of the preceding claims, with:

einer ersten Schätzeinrichtung zum Abschätzen eines ersten Zustands eines Fahrzeugs (F) mittels eines ersten Fahrzeugmodells anhand vorbestimmter Parametera first estimation device for estimating a first state of a vehicle (F) by means of a first vehicle model on the basis of predetermined parameters

( Ψ,Ψ, a_y ,a_x ) ;(Ψ, Ψ, a _y , a _x );

einer zweiten Schätzeinrichtung zum Abschätzen eines zweiten Zustands des Fahrzeugs (F) mittels eines zweiten Fahrzeugmodells anhand der vorbestimmten Parameter ( ψ,Ψ,a_y,a_x ) ;a second estimating device for estimating a second state of the vehicle (F) by means of a second Vehicle model based on the predetermined parameters (ψ, Ψ, a _y , a _x );

einer Umschalteinrichtung zum gewichteten Umschalten von dem ersten Fahrzeugmodell auf das zweite Fahrzeugmodell beim Übergang des Fahrzeugs (F) von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand in Abhängigkeit von mindestens einem abgeschätzten Parameter ( φ ) .a switching device for weighted switching from the first vehicle model to the second vehicle model when the vehicle (F) changes from the first state to the second state as a function of at least one estimated parameter (φ).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gierbeschleunigungsmesseinrichtung, eine Quer- beschleunigungsmesseinrichtung und vorzugsweise eine Längsbeschleunigungsmesseinrichtung und/oder eine Wankra- tenmesseinrichtung zum Bereitstellen der vorbestimmten Parameter vorgesehen ist . 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that a yaw acceleration measuring device, a transverse acceleration measuring device and preferably a longitudinal acceleration measuring device and / or a roll rate measuring device is provided for providing the predetermined parameters.