WO2010003409A2 - Radaufhängung für ein fahrzeug - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a wheel suspension for a vehicle, comprising a wheel carrier, a vehicle wheel, which is rotatably mounted on the wheel carrier, at least one coupling member, by means of which the wheel carrier is pivotally connected to a structure of the vehicle, at least two joints, one of which between the Coupling member and the wheel carrier and another is connected between the coupling member and the structure, and at least one integrated in a first of the joints and at least one angle sensor having measuring means by which the deflection of the first joint is detected or can. Furthermore, the invention relates to the use of an angle sensor and a method for correcting angular errors.
  • a vehicle mounted acceleration sensor system is used to generate a signal data base (wheel vertical acceleration, wheel vertical speed, dynamic wheel load change).
  • This database is necessary for the state detection for the operation of vertical dynamic relevant chassis control systems, in particular semi-active Dämpfkraft horrier mentioned necessary.
  • the orientation of the generally on the wheel carrier, the handlebar or the spring-damper strut stationary arranged sensors is not guaranteed due to the movements within the suspension for typical suspension kinematics. That is, there are significant angular deviations of the sensor plane with respect to a perpendicular of the vehicle coordinate system.
  • This measured acceleration error component represents a function of the positional deviation (angle-plane error) and of the effective horizontal acceleration vector.
  • the horizon refers to a road-safe coordinate system.
  • the problem with this acceleration error component is that the signal drift of a target signal (vertical velocity) obtained by numerical integration from the acceleration signal is difficult to avoid by conventional filter devices, with significant impairment of the signal validity; the measured acceleration quantity may have significant measurement errors (order of magnitude up to 20%); - certain points for attachment, especially on components that perform pronounced pivoting movements (handlebar, inclined spring-strut), exude for sensor integration in the chassis; on an off-road track, on which in addition to the already large changes in position of the sensor in the chassis still correspondingly large inclination or slope angle occur, a numerical integration of the signal is no longer feasible.
  • This cross-sensitivity is particularly position-dependent - in the time-invariant sensor orientation in the real driving operation of a motor vehicle, if no corrective measures are taken, problems in the signal processing.
  • the object of the invention is to provide a possibility for angular error correction of an acceleration sensor in the wheel suspension of a vehicle.
  • the deviation of the measured acceleration resulting from an inclination of the acceleration sensor relative to a standard position is referred to as an angle error.
  • the wheel suspension according to the invention for a vehicle in particular a motor vehicle, has a wheel carrier, a vehicle wheel which is rotatably mounted on the wheel carrier, at least one coupling member, by means of which the wheel carrier is articulated to a body of the vehicle, at least two joints, one of which between the coupling member and the wheel carrier and another is connected between the coupling member and the structure, and at least one integrated in a first of the joints and at least one angle sensor comprehensive measuring device by means of which the deflection of the first joint is or can be detected, wherein the measuring device has at least one acceleration sensor.
  • the measuring device comprises both an angle sensor and an acceleration sensor, which is integrated together with the angle sensor in the first joint, the angle sensor and the acceleration sensor are arranged in close spatial proximity to each other. Since it is possible to determine the deflection of the first joint with the aid of the angle sensor and from this the position of the joint relative to the structure can be determined, it is also possible to determine the inclination of the acceleration sensor relative to the standard position. The angle error can therefore be corrected by means of the angle sensor.
  • the spatial summary of the acceleration sensor with the angle sensor has the additional advantage that only one harness for both sensors must be laid. Furthermore, measures must be taken to integrate the sensors into suspension components and to protect against environmental influences, such as e.g. Splash etc. only once. Finally, the common use of an evaluation device is possible, which is preferably integrated together with the measuring device in the joint.
  • the angle sensor is used for compensation or correction of the angular error of the acceleration sensor, in particular of values or signals determined by means of the acceleration sensor.
  • the angle sensor can also be used for other purposes.
  • the angle sensor can detect a deflection of the joint in two or at least two different planes, which are preferably aligned perpendicular to each other.
  • the acceleration sensor may accelerations in three or at least three capture different spatial directions.
  • the angle sensor and the acceleration sensor are arranged on the same board.
  • the first joint is a ball joint or a rubber-metal joint.
  • the wheel carrier is connected by means of the first joint with the coupling member.
  • the coupling member may be a tie rod.
  • the coupling member is a Rad enclosureslenker, in particular a wishbone or trailing arm.
  • the first joint preferably has a housing and an inner joint part arranged in the housing, which is movable relative to the housing, wherein the measuring device (sensor arrangement) is arranged in particular in or on the housing.
  • the angle sensor has a magnet attached to the inner part and at least one magnetic field-sensitive sensor mounted in or on the housing.
  • the magnetic field-sensitive sensor may be attached to the inner part and the magnet to the housing.
  • the inner part is preferably a ball pin, which has a ball joint and is rotatably and / or pivotally mounted in the housing by means of this, so that the first joint forms a ball joint.
  • the invention further relates to the use of an angle sensor for correcting the angular error of values or signals determined by means of an acceleration sensor, wherein the sensors are or are integrated together in a joint of a wheel suspension of a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • the wheel suspension is, in particular, a wheel suspension according to the invention, which can be developed according to all embodiments described in this connection.
  • the invention relates to a method for compensating or correcting angular errors of values or signals determined by means of an acceleration sensor, wherein the acceleration sensor is integrated together with an angle sensor in a joint of a wheel suspension, at least one deflection of the joint with the angle sensor is measured, at least one value or signal is measured by means of the acceleration sensor and the measured value or the measured signal taking into account the measured deflection is corrected.
  • the wheel suspension is, in particular, a wheel suspension according to the invention, which can be developed according to all embodiments described in this connection.
  • the value or signal determined by means of the acceleration sensor or in particular is an acceleration or an acceleration signal.
  • a method for signal offset correction (angular error correction) of an environment characterized by significant changes in position is thus implemented
  • Acceleration sensor proposed by means of the so-called sensor integration.
  • the basis for this is mounted on the ball joint or on the rubber-metal joint of a suspension and an angle sensor comprehensive measuring device, which also includes a t ⁇ axialen acceleration sensor.
  • the relative swivel angle of the joint in two axes and the accelerations of the sensor unit along three axes are measured.
  • the vertical acceleration is to be measured by the wheel-side ball joint or by the wheel carrier by means of the acceleration sensor.
  • the arrangement possibilities of the sensor are no longer restricted by the acceleration sensor, that is to say that, for example, the highly integrated sensor can also be applied to very short arms ( ⁇ 0.2 m).
  • the vehicle bus system on which usually the horizontal acceleration variables are sent, is not burdened by other "consumers”.
  • ECU electronic control unit.
  • 3-axis accelerometers are inexpensive, easy to integrate and robust. - The signal quality of the acceleration is increased overall; Measurement errors are avoided or reduced.
  • FIG. 1 is a schematic view of a suspension according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a sectional view through a ball joint of the suspension of Fig .1
  • FIG. 3 is a schematic view of the ball joint according to Figure 2 in two different compression layers
  • Fig. 4 is a schematic representation of acting on the acceleration sensor of FIG. 2 accelerations and
  • Angle error correction as a function of the inclination angle of the acceleration sensor.
  • a suspension 1 with a wheel carrier 2 can be seen, which is connected by means of a lower arm 3 and an upper arm 4 with a vehicle body 5 of a motor vehicle 6 partially shown articulated.
  • the lower wishbone 3 is connected by means of a ball joint 7 with the wheel carrier 2 and by means of a rubber bearing 8 with the structure 5.
  • the upper arm 4 is connected by means of a ball joint 9 with the wheel carrier 2 and by means of a rubber bearing 10 with the structure 5.
  • a vehicle wheel 11 is rotatably mounted about a Radcardachse 12.
  • the vehicle longitudinal direction x, the vehicle transverse direction y and the vehicle vertical direction z are shown, with the vehicle longitudinal direction x extending into the plane of the page.
  • the axes x, y and z in this case form a build-up coordinate system 25 related to the vehicle body 5.
  • Fig. 2 is a sectional view of the ball joint 7 can be seen which has a housing 13 in which a ball pin 14 is rotatably and pivotally mounted.
  • the housing 13 is fixed to the lower Wishbone 3 is connected, whereas the ball pin 14 is fixed to the wheel carrier 2, not shown in Fig. 2.
  • the ball pin 14 comprises a joint ball 15 in which a permanent magnet 16 is arranged, whose magnetic field 17 interacts with magnetic-field-sensitive sensors 18 which are seated on a board 19 fastened to the housing 13.
  • the magnet 16 and the magnetic field-sensitive sensors 18 together form an angle sensor, by means of which a deflection of the ball pin 14 relative to the housing 13 can be detected.
  • the deflection is defined, for example, as an angle between the longitudinal axis 20 of the housing 13 and the longitudinal axis 21 of the ball stud 14. In this case fall in the non-deflected state of the ball joint 7, the two longitudinal axes 20 and 21 together.
  • the deflection may also designate an angle which the ball pin 14 encloses with the link 3 or the longitudinal axis 21 with a center line 22 of the link 3.
  • an acceleration sensor 23 is mounted on the board 19, which can detect accelerations in three different spatial directions.
  • the different detection directions for the acceleration are denoted by x ⁇ , y ⁇ and z ⁇ and define a sensor coordinate system 26 associated with the acceleration sensor 23 (see FIG. 4).
  • the detection direction z ⁇ is aligned in the direction of the longitudinal axis 20 of the housing 13.
  • the ball joint 7 can be seen in two different positions A and B, which represent different compression of the vehicle wheel 11.
  • ⁇ denotes the angle between the vehicle's vertical axis z and the center line 22 of the link 3
  • ⁇ denotes the angle between the longitudinal axis 21 of the ball stud 14 and the center line 22 of the link 3.
  • the sensor plane 24 of the acceleration sensor 23 is shown, which by the both detection directions x ⁇ and y ⁇ (see Figure 4) of the acceleration sensor 23 is defined or clamped.
  • an auxiliary coordinate system 27 is shown in FIGS. 3 and 4, which is obtained by a translato ⁇ sche displacement of the origin of the body coordinate system 25 to the location of the origin of the sensor coordinate system 26.
  • the auxiliary coordinate system 27 is offset from the build coordinate system 25, but is aligned as well, the axes of the auxiliary coordinate system 27 are also denoted by x, y and z.
  • the sensor coordinate system 26 and the auxiliary coordinate system 27 coincide.
  • the sensor plane 24 moves preferably only in the yz plane of the body coordinate system 25.
  • the caused by a deflection or rebound tilt of the sensor plane 24 in comparison to the standard position can be expressed by the angle ⁇ , the one Rotation of the sensor plane 24 and thus also the sensor coordinate system 26 about the x-axis of the auxiliary coordinate system 27 represents.
  • the angle ⁇ is included in this case between the z-axis of the auxiliary coordinate system 27 and the z 'axis of the sensor coordinate system 26.
  • FIG. 4 schematically shows two horizontal accelerations ax and ay in the x-direction and in the y-direction and a vertical acceleration az in the z-direction, the directions here being based on the
  • Auxiliary coordinate system 27 are related. Since the sensor coordinate system 26 is rotated by the angle ⁇ around the x-axis of the auxiliary coordinate system 27, the vertical acceleration determined by the acceleration sensor 23 in the direction of the z 'axis does not correspond to the actual vertical acceleration az. By knowing the rotation of the sensor coordinate system 26 relative to the auxiliary coordinate system 27 and by knowing the accelerations ax.sub.yy 'and az' in the directions x ', y' and z 'of the auxiliary coordinate system 27, the actual vertical acceleration az can be determined. In this case, the rotation of the sensor coordinate system 26 is relative to the
  • Assist coordinate system 27 by measuring the deflection of the ball pin 14 relative to the housing 13 or to the handlebar 3 by means of the angle sensor determinable. Furthermore, the accelerations ax ⁇ ay 'and az' can be determined by means of the acceleration sensor 23.
  • the angle between the longitudinal axis 21 of the ball stud 14 and the center line 22 of the link 3 is denoted by ⁇ .
  • the angle between the longitudinal axis 21 of the ball stud 14 and the x-axis is denoted by ⁇ .
  • the angles ⁇ and ⁇ thus define the deflection of the ball joint 7 in two planes oriented perpendicular to one another and can be determined by means of the angle sensor.
  • the angle ⁇ represents a rotation of the sensor coordinate system 26 relative to the auxiliary coordinate system 27 about the y-axis of the auxiliary coordinate system 27, so that the angles ⁇ and ⁇ determine the inclination of the sensor plane 24 in comparison to the standard position. In the illustrations according to FIGS. 3 and 4, however, ⁇ is zero.
  • an electronic evaluation device 28 is provided, which is electrically connected both to the magnetic-field-sensitive sensors 18 and to the acceleration sensor 23 and is also arranged on the printed circuit board 19.
  • All input variables are detected metrologically in the measuring device which is arranged fixedly in the joint 7 and which comprises the angle sensor, the acceleration sensor 23 and preferably also the evaluation device 28.
  • the correction quantities ax 'and ay' are simplified, i. with respect to the vehicle coordinate related quantities ax and ay with a small measurement error afflicted, as follows (1st line: simplification / 2nd line: analytically correct formula):
  • the weighting quantities for calculating the horizontal acceleration influences on the target signal can ideally be described as summarized map be calculated in advance and stored in a memory of the evaluation 28, since a trigonometric function may not realize the required accuracy and is also computationally intensive.
  • the assumption that ⁇ and ⁇ or ⁇ and ⁇ are directly proportional to each other may not be permissible at this point or has to be specified by a nonlinear relationship.
  • the trigonometric function for describing the slope influence of the acceleration sensor plane 24 on the measured value is shown in FIG. 5.
  • the weighting factors can be read from a characteristic field as a function of the input variables.

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Abstract

Radaufhängung für ein Fahrzeug, mit einem Radträger (2), einem Fahrzeugrad (11), welches drehbar an dem Radträger (2) gelagert ist, wenigstens einem Koppelglied (3), mittels welchem der Radträger (2) mit einem Aufbau (5) des Fahrzeugs (6) gelenkig verbunden ist, wenigstens zwei Gelenken (7, 8), von denen eines zwischen das Koppelglied (3) und den Radträger (2) und ein anderes zwischen das Koppelglied (3) und den Aufbau (5) geschaltet ist, wenigstens einer in ein erstes der Gelenke (7) integrierten und zumindest einen Winkelsensor (16, 18) aufweisenden Messeinrichtung, mittels welcher die Auslenkung (λ) des ersten Gelenks (7) erfasst wird oder werden kann, wobei die Messeinrichtung zumindest einen Beschleunigungssensor (23) aufweist.

Description

Radaufhängung für ein Fahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrzeug, mit einem Radträger, einem Fahrzeugrad, welches drehbar an dem Radträger gelagert ist, wenigstens einem Koppelglied, mittels welchem der Radträger mit einem Aufbau des Fahrzeugs gelenkig verbunden ist, wenigstens zwei Gelenken, von denen eines zwischen das Koppelglied und den Radträger und ein anderes zwischen das Koppelglied und den Aufbau geschaltet ist, und wenigstens einer in ein erstes der Gelenke integrierten und zumindest einen Winkelsensor aufweisenden Messeinrichtung, mittels welcher die Auslenkung des ersten Gelenks erfasst wird oder werden kann. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Winkelsensors sowie ein Verfahren zur Korrektur von Winkelfehlern.
Eine im Bereich der Radaufhängung von Kraftfahrzeugen eingebaute Beschleumgungssensorik wird dazu benutzt, eine Signaldatenbasis (Rad- Vertikalbeschleunigung, Rad-Vertikalgeschwindigkeit, dynamische Radlaständerung) zu generieren. Diese Datenbasis ist für die Zustandserfassung zum Betrieb vertikaldynamisch relevanter Fahrwerksregelsysteme, insbesondere seien semi-aktive Dämpfkraftsteuerungen erwähnt, notwendig. Die Ausrichtung der im Allgemeinen am Radträger, am Lenker oder am Feder-Dämpferbein ortsfest angeordneten Sensoren ist aufgrund der Bewegungen innerhalb der Radaufhängung für typische Fahrwerks-Kinematiken nicht gewährleistet. Das heißt, es ergeben sich deutliche Winkelabweichungen der Sensorebene gegenüber einer Lotrechten des Fahrzeugkoordinatensystems. Treten nun horizontal wirksame Beschleunigungen, beispielsweise bei Kurvenfahrt (Querbeschleunigung) und/oder bei Anfahr- und Bremsvorgängen (Längsbeschleunigung) des Fahrzeugs auf, wird bei einer möglichen Auswinkelung des Vertikalbeschleunigungssensors gegenüber der besagten Lotrechten ein Beschleumgungsanteil in der Sensor-Hauptachse mit gemessen, der das Sensorsignal erheblich in Qualität (Richtung) und Quantität (Amplitude) verstimmen kann. Dieser gemessene Beschleunigungs- Fehleranteil stellt eine Funktion der Lageabweichung (Winkel-Ebenen- Fehler) und des wirksamen horizontalen Beschleunigungsvektors dar. Der Horizont bezieht sich dabei auf ein straßenfestes Koordinatensystem. Problem dieses Beschleunigungsfehleranteils ist, dass die Signaldrift eines durch numerische Integration aus dem Beschleunigungssignal gewonnenen Zielsignals (Vertikalgeschwindigkeit ) durch herkömmliche Filtereinπchtungen nur schwer und unter deutlicher Beeinträchtigung der Signalvalidität vermeidbar ist; die gemessene Beschleunigungsgröße erhebliche Messfehler aufweisen kann (Größenordnung bis 20%) ; - bestimmte Punkte zur Anbringung, insbesondere an Bauteilen, die ausgeprägte Schwenkbewegungen (Lenker, geneigtes Feder-Dämpferbein) ausführen, für die Sensorintegration im Fahrwerk ausscheiden; auf einer Geländestrecke, auf der neben den ohnehin großen Lageänderungen des Sensors im Fahrwerk noch entsprechend große Neigungs- bzw. Böschungswinkel auftreten, eine numerische Integration des Signals nicht mehr durchführbar ist.
Der angesprochene Nachteil besteht also zusammenfassend in der hohen Querempfindlichkeit von vertikal messenden Beschleunigungssensoren. Diese Querempfindlichkeit ist insbesondere lageabhängig - bei der zeitlich invarianten Sensorausrichtung im realen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs kommt es, falls keine korrigierenden Maßnahmen ergriffen werden, zu Problemen bei der Signalweiterverarbeitung.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Winkelfehlerkorrektur eines Beschleunigungssensors in der Radaufhängung eines Fahrzeugs bereitzustellen. Dabei wird die sich aufgrund einer Neigung des Beschleunigungssensors relativ zu einer Normlage ergebende Abweichung der gemessenen Beschleunigung als Winkelfehler bezeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Radaufhängung nach Anspruch 1, mit einer Verwendung nach Anspruch 10 und mit einem Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben. Die erfindungsgemäße Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, weist einen Radträger, ein Fahrzeugrad, welches drehbar an dem Radträger gelagert ist, wenigstens ein Koppelglied, mittels welchem der Radträger mit einem Aufbau des Fahrzeugs gelenkig verbunden ist, wenigstens zwei Gelenke, von denen eines zwischen das Koppelglied und den Radträger und ein anderes zwischen das Koppelglied und den Aufbau geschaltet ist, und wenigstens eine in ein erstes der Gelenke integrierte und zumindest einen Winkelsensor umfassende Messeinrichtung auf, mittels welcher die Auslenkung des ersten Gelenks erfasst wird oder werden kann, wobei die Messeinrichtung zumindest einen Beschleunigungssensor aufweist.
Dadurch, dass die Messeinrichtung sowohl einen Winkelsensor als auch einen Beschleunigungssensor umfasst, der zusammen mit dem Winkelsensor in das erste Gelenk integriert ist, sind der Winkelsensor und der Beschleunigungssensor in enger räumlicher Nähe zueinander angeordnet. Da es möglich ist, mit Hilfe des Winkelsensors die Auslenkung des ersten Gelenks zu bestimmen und daraus die Lage des Gelenks relativ zum Aufbau bestimmt werden kann, ist ferner die Bestimmung der Neigung des Beschleunigungssensors relativ zu der Normlage möglich. Der Winkelfehler kann daher mit Hilfe des Winkelsensors korrigiert werden.
Die räumliche Zusammenfassung des Beschleunigungssensors mit dem Winkelsensensor hat zusätzlich den Vorteil, dass nur ein Kabelbaum für beide Sensoren verlegt werden muss. Ferner müssen Maßnahmen zum Integrieren der Sensoren in Fahrwerksbauteile sowie zum Schutz vor Umwelteinflüssen, wie z.B. Spritzwasser etc. lediglich einmal erfolgen. Schließlich ist die gemeinsame Nutzung einer Auswerteinrichtung möglich, die bevorzugt zusammen mit der Messeinrichtung in das Gelenk integriert ist.
Der Winkelsensor wird zur Kompensation oder Korrektur des Winkelfehlers des Beschleunigungssensors, insbesondere von mittels des Beschleunigungssensors ermittelten Werten oder Signalen eingesetzt. Optional ist der Winkelsensor aber auch für andere Zwecke zusätzlich einsetzbar. Vorzugsweise kann der Winkelsensor eine Auslenkung des Gelenks in zwei oder wenigstens zwei unterschiedlichen Ebenen erfassen, die bevorzugt senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Insbesondere kann der Beschleunigungssensor Beschleunigungen in drei oder wenigstens drei unterschiedlichen Raumrichtungen erfassen. Bevorzugt sind der Winkelsensor und der Beschleunigungssensor auf derselben Platine angeordnet .
Gemäß einer Weiterbildung ist das erste Gelenk ein Kugelgelenk oder ein Gummimetallgelenk. Bevorzugt ist der Radträger mittels des ersten Gelenks mit dem Koppelglied verbunden. Das Koppelglied kann eine Spurstange sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Koppelglied aber um einen Radführungslenker, insbesondere um einen Querlenker oder Längslenker.
Das erste Gelenk weist vorzugsweise ein Gehäuse und ein in dem Gehäuse angeordnetes Gelenkinnenteil auf, welches relativ zu dem Gehäuse bewegbar ist, wobei die Messeinrichtung (Sensoranordnung) insbesondere in oder an dem Gehäuse angeordnet ist. Bevorzugt weist der Winkelsensor einen an dem Innenteil befestigten Magnet und wenigstens einen in oder an dem Gehäuse befestigten magnetfeldempfindlichen Sensor auf. Alternativ kann der magnetfeldempfindliche Sensor an dem Innenteil und der Magnet an dem Gehäuse befestigt sein. Das Innenteil ist bevorzugt ein Kugelzapfen, der eine Gelenkkugel aufweist und mittels dieser drehbar und/oder schwenkbar in dem Gehäuse gelagert ist, sodass das erste Gelenk ein Kugelgelenk bildet.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Winkelsensors zur Korrektur des Winkelfehlers von mittels eines Beschleunigungssensors ermittelten Werten oder Signalen, wobei die Sensoren zusammen in ein Gelenk einer Radaufhängung eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, integriert sind oder werden. Bei der Radaufhängung handelt es sich insbesondere um eine erfindungsgemäße Radaufhängung, die gemäß allen in diesem Zusammenhang beschriebenen Ausgestaltungen weitergebildet sein kann .
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kompensation oder Korrektur von Winkelfehlern von mittels eines Beschleunigungssensors ermittelten Werten oder Signalen, wobei der Beschleunigungssensor zusammen mit einem Winkelsensor in ein Gelenk einer Radaufhängung integriert wird, wenigstens eine Auslenkung des Gelenks mit dem Winkelsensor gemessen wird, wenigstens ein Wert oder Signal mittels des Beschleunigungssensors gemessen wird und der gemessene Wert oder das gemessene Signal unter Berücksichtigung der gemessenen Auslenkung korrigiert wird. Bei der Radaufhängung handelt es sich insbesondere um eine erfindungsgemäße Radaufhängung, die gemäß allen in diesem Zusammenhang beschriebenen Ausgestaltungen weitergebildet sein kann. Der oder das mittels des Beschleunigungssensors ermittelte Wert oder Signal ist insbesondere eine Beschleunigung bzw. ein Beschleunigungssignal.
Gemäß einer Ausgestaltung wird somit ein Verfahren zur Signal- Offsetbereinigung (Winkelfehlerkorrektur) eines in einer durch deutliche Lageänderungen charakterisierten Umgebung verbauten
Beschleunigungssensors mit Hilfe der so genannten Sensorintegration vorgeschlagen. Grundlage hierfür ist eine am Kugelgelenk oder am Gummimetallgelenk einer Radaufhängung angebrachte und einen Winkelsensor umfassende Messeinrichtung, die außerdem einen tπaxialen Beschleunigungssensor beinhaltet. Gemessen werden im Einzelnen der Relativ-Schwenkwinkel des Gelenks in zwei Achsen sowie die Beschleunigungen der Sensoreinheit entlang von drei Achsen. In erster Linie soll durch den Beschleunigungssensor die Vertikalbeschleunigung vom radseitigen Kugelgelenk bzw. vom Radträger gemessen werden.
Vorteilhaft an der Erfindung ist:
- Gegenüber einer verteilt angeordneten Sensoπk findet die Korrektur am Ort der Messung durch die eigene Signalkonditionierung statt; dies wird durch die Signal- bzw. Sensorkonzentration im Gelenk prinzipiell erst ermöglicht.
Die Anordnungsmöglichkeiten der Sensoπk werden durch den Beschleunigungssensor nicht mehr eingeschränkt, d.h., dass beispielsweise die hochintegrierte Sensoπk auch an sehr kurzen Lenkern (< 0,2 m) applizierbar ist.
- Es entstehen keinerlei Laufzeitnachteile durch die Verwendung externer Hilfssignale; Störeinflüsse auf die Hilfssignale werden vermieden und ihre Güte ist verbessert.
Das Fahrzeug-Bussystem, auf dem üblicherweise die horizontalen Beschleunigungsgrößen versendet werden, wird nicht durch weitere „Verbraucher" belastet.
Die Konditionierungsaufgabe wird dezentralisiert, d.h. die Regelsystem-ECU wird entlastet (ECU = elektronische Steuereinheit) . 3-Achs-Beschleunigungsaufnehmer sind preiswert, leicht integrierbar und robust. - Die Signalgüte der Beschleunigung wird insgesamt gesteigert; Messfehler werden vermieden bzw. verkleinert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Radaufhängung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht durch ein Kugelgelenk der Radaufhängung nach Fig .1
Fig. 3 eine schematische Ansicht des Kugelgelenks nach Fig.2 in zwei unterschiedlichen Einfederungslagen,
Fig. 4 eine schematische Darstellung von auf den Beschleunigungssensor nach Fig. 2 wirkenden Beschleunigungen und
Fig. 5 die graphische Darstellung eines Korrekturfaktors zur
Winkelfehlerkorrektur in Abhängigkeit vom Neigungswinkel des Beschleunigungssensors .
Aus Fig. 1 ist eine Radaufhängung 1 mit einem Radträger 2 ersichtlich, der mittels eines unteren Querlenkers 3 und eines oberen Querlenkers 4 mit einem Fahrzeugaufbau 5 eines teilweise dargestellten Kraftfahrzeugs 6 gelenkig verbunden ist. Der untere Querlenker 3 ist mittels eines Kugelgelenks 7 mit dem Radträger 2 und mittels eines Gummilagers 8 mit dem Aufbau 5 verbunden. Ferner ist der obere Querlenker 4 mittels eines Kugelgelenks 9 mit dem Radträger 2 und mittels eines Gummilagers 10 mit dem Aufbau 5 verbunden. An dem Radträger 2 ist ein Fahrzeugrad 11 um eine Raddrehachse 12 drehbar gelagert. Ferner sind die Fahrzeuglängsrichtung x, die Fahrzeugquerrichtung y und Fahrzeughochrichtung z dargestellt, wobei sich die Fahrzeuglängsrichtung x in die Blattebene hinein erstreckt. Die Achsen x, y und z bilden dabei ein auf den Fahrzeugaufbau 5 bezogenes Aufbaukoordinatensystem 25.
Aus Fig. 2 ist eine geschnittene Ansicht des Kugelgelenks 7 ersichtlich welches ein Gehäuse 13 aufweist, in dem ein Kugelzapfen 14 drehbar und schwenkbar gelagert ist. Das Gehäuse 13 ist fest mit dem unteren Querlenker 3 verbunden, wohingegen der Kugelzapfen 14 an dem in Fig. 2 nicht dargestellten Radträger 2 befestigt ist. Der Kugelzapfen 14 umfasst eine Gelenkkugel 15 in der ein Permanentmagnet 16 angeordnet ist, dessen Magnetfeld 17 mit magnetfeldempfindlichen Sensoren 18 in Wechselwirkung steht, die auf einer an dem Gehäuse 13 befestigten Platine 19 sitzen. Der Magnet 16 und die magnetfeldempfindlichen Sensoren 18 bilden zusammen einen Winkelsensor, mittels welchem eine Auslenkung des Kugelzapfens 14 relativ zu dem Gehäuse 13 erfassbar ist. Die Auslenkung ist z.B. als Winkel zwischen der Längsachse 20 des Gehäuses 13 und der Längsachse 21 des Kugelzapfens 14 definiert. Dabei fallen im nicht ausgelenkten Zustand des Kugelgelenks 7 die beiden Längsachsen 20 und 21 zusammen. Alternativ kann die Auslenkung aber auch einen Winkel bezeichnen, den der Kugelzapfen 14 mit dem Lenker 3 bzw. den die Längsachse 21 mit einer Mittellinie 22 des Lenkers 3 einschließt. Zusätzlich ist auf der Platine 19 ein Beschleunigungssensor 23 befestigt, der Beschleunigungen in drei unterschiedlichen Raumrichtungen erfassen kann. Die unterschiedlichen Erfassungsrichtungen für die Beschleunigung werden mit x λ , y λ und z λ bezeichnet und definieren ein dem Beschleunigungssensor 23 zugeordnetes Sensorkoordinatensystem 26 (siehe Fig. 4) . Bevorzugt ist die Erfassungsrichtung z λ in Richtung der Längsachse 20 des Gehäuses 13 ausgerichtet .
Aus Fig. 3 ist das Kugelgelenk 7 in zwei unterschiedlichen Positionen A und B ersichtlich, die unterschiedliche Einfederungen des Fahrzeugrads 11 repräsentieren. Dabei bezeichnet δ den Winkel zwischen der Fahrzeughochachse z und der Mittellinie 22 des Lenkers 3, und λ bezeichnet den Winkel zwischen der Längsachse 21 des Kugelzapfens 14 und der Mittellinie 22 des Lenkers 3. Ferner ist die Sensorebene 24 des Beschleunigungssensors 23 dargestellt, welche durch die beiden Erfassungsrichtungen x λ und y λ (siehe Fig.4) des Beschleunigungssensors 23 definiert bzw. aufgespannt wird. Zusätzlich ist in den Fig. 3 und 4 ein Hilfskoordinatensystem 27 dargestellt, welches durch eine translatoπsche Verschiebung des Ursprungs des Aufbaukoordinatensystems 25 an den Ort des Ursprung des Sensorkoordinatensystems 26 gewonnen wird. Da das Hilfskoordinatensystem 27 zwar zu dem Aufbaukoordinatensystem 25 versetzt aber wie dieses ausgerichtet ist, werden die Achsen des Hilfskoordinatensystems 27 auch mit x, y und z bezeichnet. In einer Normlage fallen das Sensorkoordinatensystem 26 und das Hilfskoordinatensystem 27 zusammen. Bei einer reinen Einfederung oder Ausfederung des Fahrzeugrads 11 bewegt sich die Sensorebene 24 vorzugsweise lediglich in der yz-Ebene des Aufbaukoordinatensystems 25. Die durch eine Einfederung oder Ausfederung hervorgerufene Neigung der Sensorebene 24 im Vergleich zur Normlage kann durch den Winkel α ausgedrückt werden, der eine Drehung der Sensorebene 24 und somit auch des Sensorkoordinatensystems 26 um die x-Achse des Hilfskoordinatensystems 27 repräsentiert. Der Winkel α wird in diesem Fall zwischen der z-Achse des Hilfskoordinatensystems 27 und der z '-Achse des Sensorkoordinatensystems 26 eingeschlossen.
In Fig. 4 sind schematisch zwei Horizontalbeschleunigungen ax und ay in x-Richtung bzw. in y-Richtung und eine Vertikalbeschleunigung az in z-Richtung dargestellt, wobei die Richtungen hier auf das
Hilfskoordinatensystem 27 bezogen sind. Da das Sensorkoordinatensystem 26 um den Winkel α um die x-Achse des Hilfskoordinatensystems 27 verdreht ist, entspricht die mittels des Beschleunigungssensors 23 ermittelte Vertikalbeschleunigung in Richtung der z '-Achse nicht der tatsächlichen Vertikalbeschleunigung az . Durch Kenntnis der Verdrehung des Sensorkoordinatensystems 26 relativ zu dem Hilfskoordinatensystem 27 sowie durch Kenntnis der Beschleunigungen ax\ ay ' und az' in den Richtungen x', y' und z' des Hilfskoordinatensystems 27 ist aber die tatsächliche Vertikalbeschleunigung az ermittelbar. Dabei ist die Verdrehung des Sensorkoordinatensystems 26 relativ zu dem
Hilfkoordinatensystem 27 durch Messung der Auslenkung des Kugelzapfens 14 relativ zu dem Gehäuse 13 oder zu dem Lenker 3 mittels des Winkelsensors bestimmbar. Ferner sind die Beschleunigungen ax\ ay ' und az' mittels des Beschleunigungssensors 23 ermittelbar.
In der yz-Ebene wird der Winkel zwischen der Längsachse 21 des Kugelzapfens 14 und der Mittellinie 22 des Lenkers 3 mit λ bezeichnet. In der zx-Ebene wird der Winkel zwischen der Längsachse 21 des Kugelzapfens 14 und der x-Achse mit Φ bezeichnet. Die Winkel λ und Φ definieren somit die Auslenkung des Kugelgelenks 7 in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Ebenen und können mittels des Winkelsensors bestimmt werden. Ferner repräsentiert der Winkel ß eine Verdrehung des Sensorkoordinatensystems 26 relativ zu dem Hilfskoordinatensystem 27 um die y-Achse des Hilfskoordinatensystems 27, sodass mit den Winkeln α und ß die Neigung der Sensorebene 24 im Vergleich zur Normlage bestimmt ist. In den Darstellungen gemäß der Fig. 3 und 4 ist ß allerdings null.
Zur Bestimmung der Winkel α und ß aus den mittels des Winkelsensors erfassten Winkeln λ und Φ ist eine elektronische Auswerteeinrichtung 28 vorgesehen, die sowohl mit den magnetfeldempfindlichen Sensoren 18 als auch mit dem Beschleunigungssensor 23 elektrisch verbunden und ferner auf der Platine 19 angeordnet ist.
Beispiel :
Durch Einfederbewegungen kommt es im Fahrbetrieb zur ständigen Änderung der Ebenenlage des Beschleunigungssensors 23 gegenüber einer stationären horizontalen Ausrichtung. Diese Änderungen betragen üblicherweise ±10°, bei sehr kurzen Lenkern auch deutlich mehr. Es erfolgt also zunächst eine vom Einfederweg und natürlich auch vom Neigungswinkel der Fahrbahn abhängige Verfälschung des vertikalen Beschleunigungssignals az. Dieser Fehler ist jedoch moderat, denn es gilt folgender Zusammenhang:
az G-sENsoR a = az ' cos & = az für kleine Winkel a < 10c
Bei einer ebenen Winkelabweichung von 10° entsteht so ein systematischer Messfehler von etwa 1,5%. Im Fahrbetrieb treten jedoch in horizontaler Richtung erhebliche, teilweise auch über längere Zeiträume anhaltende Beschleunigungen auf, die als Störgröße eine nachhaltigere Auswirkung auf die Signalqualität (Richtung) und -quantität (Amplitude) der gemessenen Vertikalbeschleunigung haben. Bei einer angenommen lateralen Beschleunigung ay und einer Winkelabweichung α wird der vertikale Messwert wie folgt verfälscht:
ΔazG-sENsoR_a = α> ' ' a ^r kleine Winke/ a < 10° bzw. = ay • sin a
Mit ay = 9,81 m/s2 (Erdbeschleunigung g) und einer Ebenenabweichung α = 10° ergibt sich ein relativ großer Messfehler in der Vertikalbeschleunigung von:
ΔazG_SENSOK a = 1,1 m/ s2 Dieser Messfehler tritt auch bei einer nominellen Vertikalbeschleunigung von 0 auf.
Analog zur Auswinkelung um die Fahrzeuglängsachse existieren weiterhin kardamsche Schwenkbewegungen des Sensors um die Fahrzeugquerachse, sodass der Sensor 23 neben der sogenannten Querempfindlichkeit eine entsprechende Längsempfindlichkeit gegenüber longitudinalen Beschleunigungen aufweist. In der Praxis treten beide Lageabweichungen überlagert auf, wobei die Querabweichung bei quer zur Fahrtrichtung aufgehängten Lenkern (Querlenker) dominiert, während die Längsabweichung bei längs in Fahrtrichtung aufgehängten Lenkern (Längslenker) ausgeprägter ist.
ΔazG_SENS0R_ß = ax - ß für kleine Winke/ ß < 10° bzw. = ax • sin ß
All diese Fehler können über einen längeren Zeitraum wirken und zu Problemen führen, sodass eine Kompensation oder Korrektur vorgenommen wird. Da neben der momentanen Gesamtausrichtung des Fahrzeugs 6 die Einfederlage ursächlich für die Winkelabweichung ist, wird in dem Verfahren zur Fehlerkompensation, da die kinematischen Zusammenhänge in der Radaufhängung 1 bekannt sind, die kinematische Sensor-Lageabweichung aus der Sensorinformation des primären Gelenkwinkels ermittelt. Da ferner die Quer- und Längsbeschleunigungen, d.h. die horizontalen Störgrößen, selbst bei größeren Lageabweichungen mit kleinen Fehlern im tπaxialen Beschleunigungssensor 23 gemessen werden, besteht nun die Möglichkeit, die gemessene vertikale Beschleunigungskomponente az λ direkt und in Echtzeit zu korrigieren.
Für die Korrektur werden die folgenden Eingangsgrößen verwendet : vom geneigten Beschleunigungssensor 23 gemessener Querbeschleumgungsanteil ay' der realen Querbeschleunigung ay
- vom geneigten Beschleunigungssensor 23 gemessener Längsbeschleunigungsanteil ax' der realen Längsbeschleunigung ax
- vom Winkelsensor gemessener Kardamkwinkel λ des Gelenks 7 (entspricht weitgehend der kinematischen Lageabweichung α) - ggf. der orthogonal dazu stehende sekundäre Kardamkwinkel Φ des Gelenks 7 (entspricht weitgehend der sogenannten kardanischen Verkippung und damit der Lageabweichung ß)
Alle Eingangsgrößen werden in der ortsfest im Gelenk 7 angeordneten Messeinrichtung messtechnisch erfasst, welche den Winkelsensor, den Beschleunigungssensor 23 und vorzugsweise auch die Auswerteeinrichtung 28 umfasst. Die Korrekturgrößen ax' und ay' ergeben sich vereinfacht, d.h. gegenüber den auf Fahrzeugkoordinaten bezogenen Größen ax und ay mit einem geringen Messfehler behaftet, wie folgt (1. Zeile: Vereinfachung / 2. Zeile: analytisch korrekte Formel) :
ay G-sENsoR _a = aΫ = ay für kleine Winke/ a < 10° bzw. = &y - cos a und ax G-sENsoR_ß = ax = ax für kleine Winke/ ß < 10° bzw. = ax cos ß
Die Korrekturberechnung der Vertikalbeschleunigung folgt der Formel:
azkorr = azG_SENS0R aφ
Figure imgf000013_0001
aφ - l/^cos2ß - sm2a + ay'-Gewichtungsfaktor ay (= f(Ä)) + ax'-Gewichtungsfaktor ax(= f(φ))
Dabei repräsentieren: Gewichtungsfaktor ay
Gewichtungsfunktion für Einfluss ay auf die Messgröße
Vertikalbeschleunigung Gewichtungsfaktor ax
- Gewichtungsfunktion für Einfluss ax auf die Messgröße Vertikalbeschleunigung azG-SENSOR_α, ß
- vom Beschleunigungssensor 23 ermittelte Vertikalbeschleunigung az λ
Die Gewichtungsgrößen zur Berechnung der horizontalen Beschleunigungseinflüsse auf das Zielsignal können idealerweise als zusammengefasstes Kennfeld vorab gerechnet und in einem Speicher der Auswerteeinrichtung 28 hinterlegt werden, da eine trigonometrische Funktion möglicherweise nicht die erforderliche Genauigkeit realisiert und zudem rechenintensiv ist.
Die Annahme, dass α und λ bzw. Φ und ß sich direkt proportional zueinander verhalten, ist an dieser Stelle unter Umständen nicht mehr zulässig oder muss um einen nichtlinearen Zusammenhang präzisiert werden. Die trigonometrische Funktion zur Beschreibung des Neigungseinflusses der Beschleunigungssensorebene 24 auf den Messwert zeigt Fig. 5. Die Gewichtungsfaktoren können aus einem Kennfeld in Abhängigkeit der Eingangsgrößen ausgelesen werden. Ergebnis der Echtzeitberechnung mittels der Auswerteeinrichtung 28, die z.B. einen Controller bzw. eine chipeigene Elektronik-Hardware umfasst, ist ein fehler- und offsetbereinigtes Signal der Vertikalbeschleunigung ay, welches von der Messeinrichtung ausgegeben wird.
Bezugszeichenliste
Radaufhängung Radträger unterer Querlenker oberer Querlenker Fahrzeugaufbau Kraftfahrzeug Kugelgelenk Gummilager Kugelgelenk Gummilager Fahrzeugrad Raddrehachse Kugelgelenkgehäuse Kugelzapfen Gelenkkugel Permanentmagnet Magnetfeld magnetfeldempfindlicher Sensor Platine Längsachse des Kugelgelenkgehäuses Längsachse des Kugelzapfens Mittellinie des Lenkers Beschleunigungssensor Sensorebene des Beschleunigungssensors Aufbaukoordinatensystem Sensorkoordinatensystem Hilfskoordinatensystem Auswerteeinrichtung

Claims

Radaufhängung für ein FahrzeugPatentansprüche
1. Radaufhängung für ein Fahrzeug, mit einem Radträger (2), einem Fahrzeugrad (11), welches drehbar an dem Radträger (2) gelagert ist, wenigstens einem Koppelglied (3), mittels welchem der Radträger (2) mit einem Aufbau (5) des Fahrzeugs (6) gelenkig verbunden ist, wenigstens zwei Gelenken (7, 8), von denen eines zwischen das Koppelglied (3) und den Radträger (2) und ein anderes zwischen das Koppelglied (3) und den Aufbau (5) geschaltet ist, wenigstens einer in ein erstes der Gelenke (7) integrierten und zumindest einen Winkelsensor (16, 18) aufweisenden Messeinrichtung, mittels welcher die Auslenkung (λ) des ersten Gelenks (7) erfasst wird oder werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zumindest einen Beschleunigungssensor (23) aufweist.
2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor (16, 18) zur Korrektur des Winkelfehlers von mittels des Beschleunigungssensors (23) ermittelten Werten oder Signalen eingesetzt wird oder werden kann.
3. Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (23) Beschleunigungen in zumindest drei unterschiedlichen Raumrichtungen erfasst oder erfassen kann.
4. Radaufhängung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor (16, 18) die Auslenkung des Gelenks in wenigstens zwei unterschiedlichen Ebenen erfasst oder erfassen kann.
5. Radaufhängung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor (16, 18) und der Beschleunigungssensor (23) auf derselben Platine (19) angeordnet sind.
6. Radaufhängung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenk (7) ein Kugelgelenk ist, mittels welchem der Radträger (2) mit dem Koppelglied (3) verbunden ist.
7. Radaufhängung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelglied (3) ein Radführungslenker ist.
8. Radaufhängung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenk (7) ein Gehäuse (13) und ein in dem Gehäuse (13) angeordnetes Gelenkinnenteil (14) aufweist, welches relativ zu dem Gehäuse (13) bewegbar ist, wobei die Messeinrichtung in oder an dem Gehäuse (13) angeordnet ist.
9. Radaufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor einen an dem Innenteil (14) befestigten Magnet (16) und zumindest einen in oder an dem Gehäuse (13) befestigten magnetfeldempfindlichen Sensor (18) aufweist.
10. Verwendung eines Winkelsensors (16, 18) zur Korrektur des Winkelfehlers von mittels eines Beschleunigungssensors ermittelten Werten oder Signalen, wobei die Sensoren (16, 18; 23) zusammen in ein Gelenk (7) einer Radaufhängung (1) eines Fahrzeugs (6) integriert sind oder werden.
11. Verfahren zur Korrektur von Winkelfehlern von mittels eines
Beschleunigungssensors (23) ermittelten Werten oder Signalen, wobei der Beschleunigungssensor (23) zusammen mit einem Winkelsensor (16, 18) in ein Gelenk (7) einer Radaufhängung (1) integriert wird, wenigstens eine Auslenkung des Gelenks (7) mit dem Winkelsensor (6, 18) gemessen wird, wenigstens ein Wert oder Signal mittels des Beschleunigungssensors (23) gemessen wird und der gemessene Wert oder das gemessene Signal unter Berücksichtigung der gemessenen Auslenkung korrigiert wird.
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