WO2017009237A1 - Verfahren zur ermittlung einer neigung einer fahrzeugkarosserie - Google Patents
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- WO2017009237A1 WO2017009237A1 PCT/EP2016/066300 EP2016066300W WO2017009237A1 WO 2017009237 A1 WO2017009237 A1 WO 2017009237A1 EP 2016066300 W EP2016066300 W EP 2016066300W WO 2017009237 A1 WO2017009237 A1 WO 2017009237A1
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
- G01C9/02—Details
Definitions
- the invention relates to a method for determining an inclination of a vehicle body of a vehicle having the features of the preamble of patent claim 1.
- Determining the inclination of a vehicle body relative to the road is of interest for various vehicle applications and applications. For example, it is often required by law to provide headlamps with headlamp leveling to prevent dazzling oncoming traffic and avoid traffic accidents. Likewise, information on the inclination of the vehicle body in the context of suspension damping or the level control is used. It is still common today to determine the position of the body to the road by measuring a deflection of the vehicle springs on the rear axle and the front axle and to deduce the difference of the measured values on the inclination of the vehicle body. In almost all cases, a rod-loaded, partially mechanical-acting level sensor is used for this purpose, which is provided adjacent to the vehicle springs under the vehicle.
- the conventional level sensors regularly cause problems. On the one hand, they are subject to mechanical wear due to the constant movement of the vehicle. In addition, a coupling via a linkage is calibration-consuming and maintenance-intensive. Furthermore, the shoring under the vehicle is unfavorable, since the sensors are difficult to access. In addition, mechanical damage can be caused, for example, by branches which penetrate into the active or movement region of the level sensor. There is therefore generally an effort to determine the inclination of the vehicle body by rodless level sensors. In recent years, efforts are known to use acceleration sensors to determine the inclination of the vehicle body. The inclination is determined, for example, by a two-time integration of a sensory acceleration signal. A first sensor here is the vehicle body and a second sensor is associated with the suspension. However, it is the case that the integration is susceptible to errors and long-term stable position detection does not seem feasible in practice. In addition, complex methods for determining or compensating a noise superimposed on the measured value must be carried out.
- the object of the present invention is therefore to provide an improved method for determining the inclination of the vehicle body of the vehicle relative to the road.
- the invention has the features of claim 1.
- An analogous numerical-algorithmic implementation of this calculation can be carried out, for example, by a series development of the trigonometric variables or a numerical solution.
- the particular advantage of the invention is that the inclination of the body of the vehicle can be detected via rodless sensors and determined using trigonometric functions. Since integral formation is dispensed with in the determination of the vehicle body inclination, the accuracy of the method according to the invention is unequal to greater than the accuracy of known methods.
- measured values can be used via sensors already provided in the vehicle, for example acceleration sensors of the electronic stability program (ESP). In this respect, additional sensors can be dispensed with, with the result that the costs and the wiring effort are reduced.
- ESP electronic stability program
- the inclination of the vehicle body is determined or corrected particularly precisely by in addition to determining the acceleration in the vehicle longitudinal direction and the vertical axis direction of the vehicle, an acceleration in a vehicle transverse direction, that is to say orthogonal to the vehicle longitudinal direction and to the vertical axis direction, is determined.
- the acceleration determined in the vehicle transverse direction is used in particular during a cornering or steering maneuver for the precise determination of the inclination of the vehicle body relative to the road in a primary measuring plane defined by the vehicle longitudinal direction and the vertical axis direction.
- a further correction of the inclination of the vehicle body relative to the road can be carried out by determining a slip value for the wheel equipped with the second sensor and using it for the occurrence of a slip on the wheel, the value for the acceleration of the vehicle Correct direction of the road.
- the value for the acceleration of the vehicle in the direction of the road can be corrected when a change in a diameter of the wheel having the second sensor is detected.
- the change in diameter can be determined, for example, by means of a wheel provided on the tire ruck sensor. In each case improves the processing of the further measured values, the accuracy of the inventive method for determining the inclination of the vehicle body relative to the road.
- acceleration values used in particular for determining the inclination are subjected to a plausibility check.
- information provided for the control of the acceleration value for the vehicle or for controlling the diameter of the wheel in the direction of the road via a satellite navigation system, for example a GPS system, in particular information about the driven distance or the driving speed can be used.
- a satellite navigation system for example a GPS system
- a comparison of the specific acceleration with the measured values determined for a preceding or following vehicle. is specified in terms of acceleration or speed and the distance between the vehicles.
- a further improvement in the accuracy of the method according to the invention can be achieved by providing more than one second sensor on the vehicle.
- two or more wheels of the vehicle are equipped with their own second sensor.
- an acceleration value for the vehicle in the direction of the road is determined via the sensors.
- an acceleration value serving to carry out the method according to the invention can be determined, for example, by means of a suitable averaging or cumulation of the individual measured values.
- measured value outliers can be identified.
- the first sensor assigned to the vehicle body can be assigned directly to the vehicle body itself or to another vehicle component which is rigidly or approximately rigidly connected to the vehicle body and thus inclined or accelerated in the same way as the vehicle body.
- the second acceleration sensor associated with the wheel can be mounted in the region of the wheel itself or the wheel suspension associated with the wheel.
- the first measuring sensor which is assigned to the vehicle body and which serves to determine the acceleration of the vehicle body in the vehicle longitudinal direction or in the vertical axis direction, perform acceleration measurements directly in the vehicle longitudinal direction itself or in a 45 ° +/- 15 ° to the vehicle longitudinal direction inclined main measuring direction.
- the measured value post-processing is simple.
- Performing the measurement in a direction of inclination provided to the vehicle main direction simplifies the calibration of the sensor and the sensitivity of the measurement can be improved.
- the slip determined for the driving wheels can be determined or compensated in particular for a model. To determine the slip, the sensors provided for the ESP system can be used.
- FIG. 2 shows the vehicle according to FIG. 1 on the road in a second operating state
- Fig. 3 shows the vehicle of FIG. 1 on the road in a third operating state
- Fig. 4 is a vector graphics for visualization of the measured data and the geometric
- a vehicle 100 travels in a first operating state according to FIG. 1 on a road 200, which is flat and not inclined to the horizon.
- a first sensor 115 is provided, which is assigned to aggyka ⁇ rosserie 110 of the vehicle 100.
- the first sensor 115 is exemplary in the manner of a 2-axis acceleration sensor for determining an acceleration a x of the vehicle 100 in a vehicle longitudinal direction x and a second, orthogonal to the acceleration a x of the vehicle 100 oriented acceleration a z in the direction of a vertical axis z of the vehicle 100 is formed.
- a second sensor 125 is associated with a wheel 120 of the vehicle 100.
- the second sensor 125 is realized, for example, as a wheel speed sensor or an angular speed sensor. By differentiation of the signal of the angular velocity sensor (second sensor 125), an acceleration a str of the vehicle 100 in the direction of the road 200 can be determined directly.
- the angular velocity ⁇ of the wheel 120 is directly proportional to the speed of the vehicle 100.
- the acceleration a str of the vehicle 100 in the direction of the road 200 is not determined solely by the second sensor 125 provided on the wheel 120 of the vehicle 100.
- an average value of two or four available angular velocity sensors 125 can be determined in order to determine the vehicle acceleration a str of the vehicle 100 in the direction of the road 200 as accurately as possible. If the measuring signals of the four sensors 125 deviate too much from each other, outlier filters can be provided. The same applies if the determined angular velocity ⁇ does not result in an optionally additionally determined value of a further acceleration sensors fits.
- a wheel slip is determined and compensated via a model-based algorithm. It is likewise possible to determine a diameter of the wheel 120 via a measurement or an indirect tire pressure determination and to take into account diameter changes in the determination of the acceleration a str of the vehicle 100 in the direction of the road 200.
- the body 110 of the vehicle 100 has, in particular, for example a load, an inclination ⁇ with respect to the still horizontally extended road 200. It then applies, as set forth in FIG. 2, for the acceleration a x of the vehicle 100 in a vehicle longitudinal direction x
- the road 200 is inclined with respect to the horizon by an angle ⁇ and that the gravitational acceleration g acts on the sensors 1 15, 125.
- the gravitational acceleration g acting in the vehicle longitudinal direction x and in the vertical axis direction z of the vehicle 100 the following applies:
- acceleration values a x , a : of the vehicle 100 in the vehicle longitudinal direction x and in the vertical axis direction y are then determined as follows:
- the complete vector diagram of FIG. 4 shows the accelerations acting on the vehicle 100 and the geometric orientation in detail. Taking into account the acceleration terms according to the equations (5) and (6) and squaring the equations (7) and (8), we obtain
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Neigung (α) einer Fahrzeugkarosserie (110) eines Fahrzeugs (100) gegenüber einer Straße (200) mittels eines ortsfest in Bezug zu der Fahrzeugkomponente (110) vorgesehenen ersten Messaufnehmers (115), mittels eines zweiten Messaufnehmers (125), welcher einem Rad (120) des Fahrzeugs (100) zugeordnet ist, und mittels eines dritten Messaufnehmers umfassend die folgenden Schritte: unter Verwendung des ersten Messaufnehmers (115) wird eine Beschleunigung (ax) der Fahrzeugkarosserie (110) in eine Fahrzeuglängsrichtung (x) ermittelt, unter Verwendung des ersten Messaufnehmers (115) wird eine Beschleunigung (az) des Fahrzeugs (100) in Richtung einer zu der Fahrzeuglängsrichtung orthogonalen Hochachse (z) des Fahrzeugs (100) ermittelt, unter Verwendung des zweiten Messaufnehmers (125) wird eine Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) ermittelt und unter Verwendung des dritten Messaufnehmers werden auf Basis der Erdbeschleunigung (g) eine in die Fahrzeuglängsrichtung (x) wirkende Erdbeschleunigungskomponente (gx) und eine in die Hochachsenrichtung (z) des Fahrzeugs (100) wirkende Erdbeschleunigungskomponente (gz) ermittelt, wobei die Neigung (a) der Fahrzeugkarosserie (110) gegenüber der Straße (200) durch die Formel α = arcsin (-ax/R)- arctan (B/A) oder eine Umsetzung dieser Berechnung in numerische mathematische Algorithmen ermittelt wird mit R=√(A2 + B2), A=g⋅cos(ß), B=g⋅sin(ß)-astr und ß=-arcsin{((a2
x+az
z-a2
str-gz)/2⋅astr⋅g}.
Description
Verfahren zur Ermittlung einer Neigung einer Fahrzeugkarosserie
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Neigung einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Die Ermittlung der Neigung einer Fahrzeugkarosserie gegenüber der Straße ist für verschiedene Fahrzeugapplikationen und -anwendungen von Interesse. Beispielsweise ist in vielen Fällen gesetzlich vorgeschrieben, Scheinwerfer mit einer Leuchtweitenregulierung auszustatten, um so eine Blendung des Gegenverkehrs zu verhindern und Verkehrsunfälle zu vermeiden. Ebenso werden Informationen zur Neigung der Fahrzeugkarosserie im Rahmen der Fahrwerksdämpfung beziehungsweise der Niveauregulierung verwendet. Dabei ist es bis heute üblich, die Lage der Karosserie zur Straße durch eine Messung einer Einfederung der Fahrzeugfedern an der Hinterachse und der Vorderachse zu bestimmen und aus der Differenz der Messwerte auf die Neigung der Fahrzeugkarosserie zu schließen. In fast allen Fällen wird hierzu ein gestängebehafteter, teilmechanisch wirkender Niveausensor verwendet, welcher benachbart zu den Fahrzeugfedern unter dem Fahrzeug vorgesehen ist.
In der praktischen Verwendung machen die konventionellen Niveausensoren regelmäßig Probleme. Sie unterliegen zum einen aufgrund der ständigen Bewegung des Fahrzeugs einem mechanischen Verschleiß. Zudem ist eine Ankopplung über ein Gestänge kalibrieraufwendig und instandhaltungsintensiv. Ferner ist der Verbau unter dem Fahrzeug ungünstig, da die Sensoren nur schwer zugänglich sind. Eine mechanische Beschädigung kann darüber hinaus etwa durch in den Wirk- beziehungsweise Bewegungsbereich des Niveausensors eindringendes Astwerk hervorgerufen werden. Es besteht daher allgemein das Bestreben, die Neigung der Fahrzeugkarosserie durch gestängelose Niveausensoren zu ermitteln.
In jüngerer Vergangenheit werden Bestrebungen bekannt, Beschleunigungssensoren zur Bestimmung der Neigung der Fahrzeug karosserie einzusetzen. Die Neigung wird beispielsweise durch eine zweimalige Integration eines sensorisch erfassten Beschleunigungssignals ermittelt. Ein erster Sensor ist hierbei der Fahrzeugkarosserie und ein zweiter Sensor ist der Radaufhängung zugeordnet. Es ist jedoch so, dass die Integration fehleranfällig ist und eine langzeitstabile Positionserfassung in der Praxis nicht realisierbar scheint. Darüber hinaus müssen aufwendige Verfahren zur Ermittlung beziehungsweise Kompensation eines den Messwert überlagerten Rauschens durchgeführt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insofern, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Neigung der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs gegenüber der Straße anzugeben.
Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Eine analoge numerisch-algorithmische Umsetzung dieser Berechnung kann beispielsweise durch eine Reihenentwicklung der trigonometrischen Größen oder eine numerische Lösung erfolgen.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Neigung der Karosserie des Fahrzeugs über gestängelose Messaufnehmer erfasst und unter Anwendung trigonometrischer Funktionen bestimmt werden kann. Da auf Integralbildung bei der Bestimmung der Fahrzeugkarosserieneigung verzichtet wird, ist die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ungleich größer als die Genauigkeit bekannter Verfahren. Darüber hinaus können zur Anwendung des Verfahrens Messwerte über im Fahrzeug ohnehin vorgesehene Sensoren, beispielsweise Beschleunigungssensoren des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP), verwendet werden. Auf zusätzliche Sensoren kann insofern verzichtet werden mit der Folge, dass die Kosten und der Verkabelungsaufwand reduziert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Neigung der Fahrzeugkarosserie besonders präzise bestimmt beziehungsweise korrigiert, indem zu-
sätzlich zu der Ermittlung der Beschleunigung in die Fahrzeuglängsrichtung und die Hochachsenrichtung des Fahrzeugs eine Beschleunigung in eine Fahrzeugquerrichtung, das heißt orthogonal zur Fahrzeuglängsrichtung und zur Hochachsenrichtung bestimmt wird. Die in die Fahrzeugquerrichtung bestimmte Beschleunigung wird insbesondere während einer Kurvenfahrt oder eines Lenkmanövers zur präzisen Bestimmung der Neigung der Fahrzeugkarosserie gegenüber der Straße in einer durch die Fahrzeuglängsrichtung und die Hochachsenrichtung definierten primären Messebene verwendet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann eine weitere Korrektur der Neigung der Fahrzeugkarosserie gegenüber der Straße erfolgen, indem ein Schlupfwert für das mit dem zweiten Messaufnehmer ausgestattete Rad bestimmt und dazu verwendet wird, beim Auftreten eines Schlupfs an dem Rad den Wert für die Beschleunigung des Fahrzeugs in Richtung der Straße zu korrigieren. Ebenso kann der Wert für die Beschleunigung des Fahrzeugs in Richtung der Straße korrigiert werden, wenn eine Veränderung eines Durchmessers des den zweiten Messaufnehmer aufweisenden Rads festgestellt wird. Die Durchmesseränderung kann beispielsweise über einen an dem Rad vorgesehenen Reifend rucksensor bestimmt werden. Jeweils verbessert sich durch das Verarbeiten der weiteren Messwerte die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Neigung der Fahrzeug karosserie gegenüber der Straße.
Weiter kann vorgesehen sein, dass insbesondere für die Bestimmung der Neigung verwendete Beschleunigungswerte einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden. Insbesondere können zur Kontrolle des in Richtung der Straße bestimmten Beschleunigungswerts für das Fahrzeug beziehungsweise zur Kontrolle des Durchmessers des Rads über ein Satellitennavigationssystem, beispielsweise ein GPS-System, zur Verfügung gestellte Informationen, insbesondere eine Information über die gefahrene Distanz beziehungsweise die Fahrgeschwindigkeit, herangezogen werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass jedenfalls bei vernetzten Fahrzeugen mit einer Fahrzeug zu Fahrzeug-Kommunikationsinfrastruktur ein Vergleich der bestimmten Beschleunigung mit den für ein vorausfahrendes oder nachfolgendes Fahrzeug bestimmten Messwer-
ten in Bezug auf die Beschleunigung oder Geschwindigkeit und den Abstand zwischen den Fahrzeugen präzisiert wird.
Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erreicht werden, indem an dem Fahrzeug mehr als ein zweiter Messaufnehmer vorgesehen wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Räder des Fahrzeugs mit einem eigenen zweiten Messaufnehmer ausgestattet sind. Jeweils wird über die Messaufnehmer ein Beschleunigungswert für das Fahrzeug in Richtung der Straße ermittelt. Indem zwei oder mehr unabhängig bestimmte Beschleunigungswerte vorliegen, kann ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienender Beschleunigungswert beispielsweise durch eine geeignete Mittelung oder Kumulation der einzelnen Messwerte bestimmt werden. Darüber hinaus können Messwertausreißer identifiziert werden.
Erfindungsgemäß kann der der Fahrzeugkarosserie zugeordnete erste Messaufnehmer unmittelbar der Fahrzeugkarosserie selbst oder einer anderen Fahrzeugkomponenten zugeordnet sein, welche starr oder annähernd starr mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist und insofern in gleicher Weise geneigt beziehungsweise beschleunigt wird wie die Fahrzeugkarosserie. Der dem Rad zugeordnete zweite Beschleunigungssensor kann im Bereich des Rads selbst oder der dem Rad zugeordneten Radaufhängung montiert werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird mittels des ersten Messaufnehmers, welcher der Fahrzeugkarosserie zugeordnet ist und welcher zur Bestimmung der Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie in die Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise in die Hochachsenrichtung dient, Beschleunigungsmessungen unmittelbar in die Fahrzeuglängsrichtung selbst durchführen oder in eine um 45° +/- 15° zur Fahrzeuglängsrichtung geneigte Hauptmessrichtung. Beim Durchführen der Messung in die Fahrzeug längsrichtung ist insbesondere die Messwertnachverarbeitung einfach gestaltet. Bei einer Durchführung der Messung in eine geneigt zur Fahrzeuglängsrichtung vorgesehene Hauptmessrichtung vereinfacht sich die Kalibrierung der Messaufnehmer und die Sensitivität der Messung kann verbessert werden.
Der für die antreibenden Räder bestimmte Schlupf kann insbesondere modellbasiert bestimmt beziehungsweise kompensiert werden. Zur Bestimmung des Schlupfs können die für das ESP-System vorgesehenen Sensoren verwendet werden.
Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Fahrzeug auf einer Straße in einem ersten Betriebszustand,
Fig. 2 das Fahrzeug nach Fig. 1 auf der Straße in einem zweiten Betriebszustand,
Fig. 3 das Fahrzeug nach Fig. 1 auf der Straße in einem dritten Betriebszustand und
Fig. 4 eine Vektorgrafik zur Visualisierung der Messdaten und der geometrischen
Abhängigkeiten für den dritten Betriebszustand nach Fig. 3.
Ein Fahrzeug 100 fährt in einem ersten Betriebszustand nach Fig. 1 auf einer Straße 200, welche eben und gegen den Horizont nicht geneigt angeordnet ist. An dem Fahrzeug 100 ist ein erster Messaufnehmer 115 vorgesehen, welcher einer Fahrzeugka¬ rosserie 110 des Fahrzeugs 100 zugeordnet ist. Der erste Messaufnehmer 115 ist exemplarisch nach Art eines 2-Achsen-Beschleunigungssensors zur Ermittlung einer Beschleunigung ax des Fahrzeugs 100 in eine Fahrzeuglängsrichtung x und einer
zweiten, orthogonal zur Beschleunigung ax des Fahrzeugs 100 orientierten Beschleunigung az in Richtung einer Hochachse z des Fahrzeugs 100 ausgebildet.
Ferner ist einem Rad 120 des Fahrzeugs 100 ein zweiter Messaufnehmer 125 zugeordnet. Der zweite Messaufnehmer 125 ist beispielsweise als Raddrehzahl- oder ein Winkelgeschwindigkeitssensor realisiert. Durch Differentiation des Signals des Winkelgeschwindigkeitssensors (zweiter Messaufnehmer 125) kann unmittelbar eine Beschleunigung astr des Fahrzeugs 100 in Richtung der Straße 200 bestimmt werden.
Für den ersten Betriebszustand soll angenommen werden, dass das Fahrzeug 100 unbeladen ist und die Fahrzeugkarosserie 110 nicht gegen die Straße 200 geneigt ist. Ebenfalls wird im ersten Modellierungsschritt die Erdbeschleunigung g nicht berücksichtigt. Dann folgt für die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 in die Fahrzeuglängsrichtung x und die Hochachsenrichtung z:
(1) ax = astr und
(2) az = 0 mit astr = Δω/Δί und ω als Winkelgeschwindigkeit des Rads 120. Die Winkelgeschwindigkeit ω des Rads 120 ist unmittelbar proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100.
Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass die Beschleunigung astr des Fahrzeugs 100 in Richtung der Straße 200 nicht allein durch den zweiten Messaufnehmer 125 bestimmt wird, der an dem Rad 120 des Fahrzeugs 100 vorgesehen ist. Es kann beispielsweise ein Mittelwert aus zwei oder vier zur Verfügung stehenden Winkelgeschwindigkeitssensoren 125 bestimmt werden, um die Fahrzeugbeschleunigung astr des Fahrzeugs 100 in Richtung der Straße 200 möglichst exakt zu bestimmen. Weichen Messsignale der vier Sensoren 125 zu stark voneinander ab, können Ausreißerfilter vorgesehen werden. Gleiches gilt, wenn die ermittelte Winkelgeschwindigkeit ω nicht zu einem optional zusätzlich ermittelten Wert eines weiteren Beschleunigungs-
sensors passt. Es kann ferner vorgesehen werden, dass ein Radschlupf über einen modellbasierten Algorithmus bestimmt und kompensiert wird. Ebenfalls kann über eine Messung beziehungsweise eine indirekte Reifendruckbestimmung ein Durchmesser des Rads 120 bestimmt und Durchmesserveränderungen bei der Ermittlung der Beschleunigung astr des Fahrzeugs 100 in Richtung der Straße 200 berücksichtigt werden.
Anzumerken ist, dass der vorgestellte Algorithmus insbesondere dann zuverlässig funktioniert, wenn regelmäßige Brems- beziehungsweise Beschleunigungsvorgänge durchgeführt werden. Insbesondere bei einer Anwendung des Algorithmus im Bereich der dynamischen Leuchtweitenregelung ist hiervon auszugehen.
In einem zweiten Schritt der Modellbildung soll angenommen werden, dass die Karosserie 110 des Fahrzeugs 100 insbesondere beispielsweise einer Beladung eine Neigung α gegenüber der weiterhin horizontal erstreckten Straße 200 aufweist. Es gilt dann, wie in Fig. 2 dargelegt, für die Beschleunigung ax des Fahrzeugs 100 in eine Fahrzeuglängsrichtung x
(3) ax = astr · cos(a) und für die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 in die Hochachsenrichtung z
(4) az = astr - sinta).
Es wird an dieser Stelle deutlich, dass auf Basis der messtechnisch bestimmten Beschleunigungswerte ax, a:, astr die Neigung α der Fahrzeugkarosserie 110 zur Straße 200 bestimmt werden kann.
Im nächsten Modellbildungsschritt nach Fig. 3 wird nun zusätzlich vorgesehen, dass die Straße 200 gegenüber dem Horizont um einen Winkel ß geneigt ist und dass die Erdbeschleunigung g auf die Messaufnehmer 1 15, 125 wirkt.
Für die in die Fahrzeuglängsrichtung x und in die Hochachsenrichtung z des Fahrzeugs 100 wirkenden Komponenten der Erdbeschleunigung g gilt:
(5) 9x = g■ sin(y) und
(6) 9z = 9 · cos(y) mit y = (er + /?).
Die Beschleunigungswerte ax, a: des Fahrzeugs 100 in die Fahrzeuglängsrichtung x und in die Hochachsenrichtung y bestimmen sich dann wie folgt:
(7) ax = astr · cos(a) - gx und
(8) az = astr ■ sin(a) + gz.
Das vollständige Vektordiagramm nach Fig. 4 zeigt die auf das Fahrzeug 100 wirkenden Beschleunigungen und die geometrische Orientierung im Detail. Berücksichtigt man die Beschleunigungsterme nach den Gleichungen (5) und (6) und quadriert man die Gleichungen (7) und (8), ergibt sich
(9) a = ' cos2(a) - 2■ astT · g■ cos(a) · sin(y) + g2 · sin2[y) und
(10) a = a tr ■ sin (a + 2 · astr · g · sin( ■ cos(y) + g2 · cos2 y). Aus der Addition der beiden Gleichungen folgt mit sin2(x) + co (x) = 1
(11) a + a = a2 tr + g2 + 2■ astr · g · [sin(a) · cos(y) - cos(a)■ sin(y)]. und sin(C - D) = sin(C) · cos(D) - cos(C) · sin(D) weiter
Für den Winkel ß der Straße 200 zum Horizont folgt daraus
(13) ß = - aresin
'
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*
(18) α + φ = aresin beziehungsweise
(19) α = aresin ( ) - aretan Q).
Es ist somit gelungen, allein durch trigonometrische Überlegungen und unter Verzicht auf eine fehleranfällige Integrationsrechnung die Neigung a und den Winkel ß der Straße 200 zum Horizont geschlossen analytisch zu bestimmen. Die hierfür notwendige Rechenleistung ist mit handelsüblichen Mikroprozessoren heute keine große Herausforderung mehr.
Bezugszeichenliste
100 Fahrzeug
110 Fahrzeugkarosserie
115 erster Messaufnehmer
120 Rad
125 zweiter Messaufnehmer
130 Rad
200 Straße
X Fahrzeuglängsrichtung y Fahrzeugquerrichtung z Hochachsenrichtung α Neigung
ß Winkel
Claims
Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung einer Neigung (a) einer Fahrzeugkarosserie (110) eines Fahrzeugs (100) gegenüber einer Straße (200) mittels eines ortsfest in Bezug zu der Fahrzeugkomponente (110) vorgesehenen ersten Messaufnehmers (115), mittels eines zweiten Messaufnehmers (125), weicher einem Rad (120) des Fahrzeugs (100) zugeordnet ist, und mittels eines dritten Messaufnehmers umfassend die folgenden Schritte: unter Verwendung des ersten Messaufnehmers (115) wird eine Beschleunigung (ax) der Fahrzeugkarosserie (110) in eine Fahrzeuglängsrichtung (x) ermittelt, unter Verwendung des ersten Messaufnehmers (115) wird eine Beschleunigung (az) des Fahrzeugs (100) in Richtung einer zu der Fahrzeuglängsrichtung orthogonalen Hochachse (z) des Fahrzeugs (100) ermittelt, unter Verwendung des zweiten Messaufnehmers (125) wird eine Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) ermittelt und es werden ein auf Basis der Erdbeschleunigung (g) in die Fahrzeuglängsrichtung (x) wirkende Erdbeschleunigungskomponente (gx) und eine in die Hochachsenrichtung (z) des Fahrzeugs (100) wirkende Erdbeschleunigungskomponente (gz) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung (a) der Fahrzeugkarosserie (110) gegenüber der Straße (200) durch die Formel
α = aresin - aretan
Ä = VC 2 + ß2),
A = g - cos(ß),
= g · sin(/J) - astr und
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigung (ay) in eine zu der Fahrzeuglängsrichtung (x) und der Hochachsenrichtung (z) orthogonalen Fahrzeugquerrichtung (y) bestimmt wird und dass der in die Fahrzeugquerrichtung (y) bestimmte Beschleunigungswert (ay) jedenfalls in ausgewählten Betriebszuständen des Fahrzeugs (100) zu einer Korrektur der Neigung (a) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur der Neigung (a) der Fahrzeugkarosserie (110) ein Schlupfwert für das den zweiten Messaufnehmer (125) aufweisende Rad (120) bestimmt wird, wobei anhand des Schlupfwerts die Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) beim Auftreten eines Schlupfs an dem Rad (120) korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) an mehr als einem Rad (120, 130) durch mehr als einen zweiten Messaufnehmer (125) bestimmt wird, wobei die Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) über die Mehrzahl der vorgesehenen zweiten Messaufnehmer (125) gemittelt und/oder gewichtet bestimmt wird
und/oder wobei Messausreißer durch Vergleich der Messwerte der Mehrzahl der zweiten Messaufnehmer (125) gefiltert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
Messwerte eines an dem Rad (120) mit dem zweiten Messaufnehmer (125) vorgesehenen Reifend rucksensors verwendet werden, um den Durchmesser des Rads (120) jedenfalls im Zeitpunkt der Messung der Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) zu bestimmen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) ermittelt wird, indem mittels des zweiten Messaufnehmers eine Winkelgeschwindigkeit (ω) ermittelt wird und dass dann durch Differentiation der Winkelgeschwindigkeit (ω) die Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontrolle der Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) und/oder zur Kontrolle des Durchmessers des den zweiten Messaufnehmer (125) aufweisenden Rads (120) Informationen eines Satellitennavigationssystem ausgewertet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Messaufnehmer (115) zur Bestimmung der Beschleunigung (ax) der Fahrzeugkarosserie (110) in die Fahrzeuglängsrichtung (x) und/oder zur Bestimmung der Beschleunigung (az) in die Hochachsenrichtung (z) eine Messung und bevorzugt eine Beschleunigungsmessung in die Fahrzeuglängsrichtung (x) und/oder eine um 45° +/- 15° zur Fahrzeuglängsrichtung (x) geneigten Hauptmessrichtung durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontrolle der Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der
Straße (200) ein Vergleich mit einem Beschleunigungswert eines vorausfahrenden Fahrzeugs und/oder eines nachfolgenden Fahrzeugs und/oder einem Abstandswert des Fahrzeugs (100) zu dem vorausfahrenden Fahrzeug und/oder dem nachfolgenden Fahrzeug durchgeführt wird und/oder dass die Kontrolle der Beschleunigung (astr) des Fahrzeugs (100) in Richtung der Straße (200) vorgenommen wird durch einen Vergleich der Geschwindigkeitswerte des Fahrzeugs (100) einerseits und des vorausfahrenden Fahrzeugs oder nachfolgenden Fahrzeugs andererseits.
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