WO2017129199A1 - Verfahren zum bestimmen eines kippzustandes eines fahrzeugs und computerprogramm - Google Patents

Verfahren zum bestimmen eines kippzustandes eines fahrzeugs und computerprogramm Download PDF

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WO2017129199A1 PCT/EP2016/000127 EP2016000127W WO2017129199A1 WO 2017129199 A1 WO2017129199 A1 WO 2017129199A1 EP 2016000127 W EP2016000127 W EP 2016000127W WO 2017129199 A1 WO2017129199 A1 WO 2017129199A1
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Definitions

  • the present invention generally relates to the field of technical sensing, and to detecting the vehicle condition of a vehicle, and more particularly to a method of determining a vehicle roll-over with respect to a road surface based on a tilt model including at least one model parameter a computer program comprising program code means for performing all the steps of the method on a computer.
  • Such systems include sensors for determining movement and driving state variables.
  • the more of these movement and driving state variables are known, the better and more reliable the driving state of the vehicle can be determined in principle and the more effective and reliable can be counteracted an unwanted behavior of the vehicle by means of control functions.
  • control functions in motor vehicles such as active undercarriages, in an air suspension, or in a headlamp leveling the tilting of the vehicle, in particular the vehicle pitch angle, is required.
  • a headlamp leveling of a vehicle headlamp is required by law, especially in xenon light and LED light.
  • the vehicle pitch angle is the angle between the vehicle's longitudinal axis and the roadway.
  • the tilting state of a vehicle can also be described by the roll angle.
  • the roll angle is the angle between the vehicle transverse axis and the roadway.
  • a cause of rolling motions is, for example, driving through a horizontal curve in which the vehicle body tilts to the side. In this case, the wheels of the vehicle on the outside of the curve on and rebound on the inside of the curve.
  • a system for headlamp leveling which minimizes the influence of the vehicle pitch angle on the headlamp range of a vehicle headlamp.
  • a system that compensates for the static pitch angle of the body (e.g., due to loading) or a dynamic system that also responds to momentary pitch angle changes (e.g., due to braking or acceleration events).
  • Such systems are based on arranged in the vehicle longitudinal direction of the level sensors, which are usually installed on the axles of the vehicle and each measure the height of the vehicle body above the roadway. About the difference of the two altitude signals of the pitch angle of the vehicle body relative to the road surface is determined. Based on the measured pitch angle, the headlamp setting is then made.
  • Document DE 102008 040684 A1 relates to a method for determining the inclination of a body of a motor vehicle, wherein the motor vehicle has wheel sensors assigned to its wheels.
  • an inertial sensor system is provided for determining the acceleration and / or rate of rotation of the motor vehicle body which, together with values measured by the wheel sensors, establishes a basis for determining a body inclination with respect to one of the wheels of the motor vehicle standing underground serves.
  • the vehicle condition can basically also be determined on the basis of models, such as chassis models, tire models, etc.
  • the object of the present invention is to provide a method for determining a tilting condition of a vehicle relative to a road surface.
  • the present invention provides a method for determining a tilting condition of a vehicle relative to a road surface based on a tilting model comprising at least one model parameter according to claim 1.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a vehicle on an inclined road surface, the vehicle having a pitch angle
  • Figure 2 shows a schematic representation of a vehicle on a flat road surface, the vehicle having a pitch angle
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of two exemplary characteristic curves of a pitch angle as a function of the longitudinal acceleration
  • Figure 4 is a flowchart of a method according to a first preferred embodiment
  • Figure 5 is a flowchart of a method according to a second preferred
  • Embodiment represents;
  • Figure 6 illustrates a flowchart of a method according to a third preferred embodiment.
  • Fig. 1 illustrates a vehicle on an inclined road surface and the pitch angle of the vehicle.
  • the inventive method for determining a tilting condition of a vehicle is primarily intended for the application of a vehicle headlamp leveling. Furthermore, it can also be used for the application of vehicle stabilization.
  • the embodiments relate to a method for determining a tilting state of a vehicle relative to a road surface.
  • the inventive method vehicles that can move on land, such as motor vehicles.
  • the method relates to single-track (eg a motorcycle) and / or two-lane motor vehicles (eg a passenger car).
  • the road surface may be the surface of a road with which the vehicle, in particular the wheels of the vehicle, are in contact.
  • a vehicle can be assigned to a variety of degrees of freedom of translation and degrees of freedom of rotation about the coordinate axes.
  • the direction of movement in the longitudinal direction of the vehicle is influenced inter alia by braking and accelerating the vehicle.
  • a rotation of the vehicle about the axis in the transverse direction is commonly referred to as a pitch.
  • the axis of the vehicle in the transverse direction plays a central role, for example when cornering.
  • a rotation of the vehicle about the axis in the longitudinal direction is commonly referred to as rolling.
  • the rotation of the vehicle corresponds to a rotation angle of the vehicle about the respective vehicle axle.
  • the method according to the invention is based on a tilt model comprising at least one model parameter.
  • a model can be used to determine a driving state as a function of a time profile of at least one further driving state variable.
  • the tilting model according to the invention serves to determine the tilting state of the vehicle as accurately as possible as a function of a driving state variable. For this it is necessary that the at least one model parameter is known.
  • the tilt model may also include a variety of model parameters that are included in the model.
  • the at least one model parameter may comprise, for example, a pitch stiffness, a roll stiffness, a pitch angle offset, a maximum value of pitch or compression, or also different damping characteristics.
  • the method according to the invention comprises measuring a first value of a driving state variable based on an inertial sensor which is mounted on the vehicle.
  • An inertial sensor system comprises at least one inertial sensor, wherein such a sensor For example, for measuring an acceleration and / or a rotation rate in at least one spatial direction is used.
  • the inertial sensor system can have an evaluation circuit which directly provides the acceleration and / or the rate of rotation of the body of the motor vehicle.
  • the inertial sensor allows extremely accurate measurement of acceleration and / or rotation rate values.
  • Part of the inertial sensor system may already be provided by the manufacturer on board a motor vehicle since it is also required for other purposes.
  • the method according to the invention there is no need to provide further sensors (eg height sensors on the wheel axles) on the vehicle.
  • the inertial sensor can be mounted, for example, on a chassis of a vehicle. Accordingly, a measurement of the acceleration and / or rate of rotation takes place in the vehicle-mounted three-dimensional coordinate system.
  • the method according to the invention can also be transferred to other coordinate systems. Instead of working in the vehicle-mounted coordinate system (see FIG. 4), the method can also be transferred to a terrestrial coordinate system (see FIGS. 5 and 6).
  • the mounting position of a sensor generally has tolerances, which can lead to falsification of the result of the measurement, for example. This could be corrected by means of a check at the end of the manufacturing process of the vehicle. For example, a measurement of the acceleration value (for example, acceleration about the transverse axis of the vehicle) when the vehicle is empty could be carried out on a flat surface in order to adjust the error angle or to train the measuring system.
  • the acceleration value for example, acceleration about the transverse axis of the vehicle
  • the measuring system itself can "teach in.” This is based on the fact that the vehicle is initially moved in an unloaded state at the end of the line until it is handed over by a dealer to a customer This time of the unloaded state may serve for the measuring system to learn the orientation of the sensors in the vehicle, for example by adjusting the lights at the end of the belt for the unloaded vehicle and this condition of the vehicle then serves as a reference angle for the headlamp leveling.
  • the term sensor is understood in the functional sense, ie as a measuring unit, which can measure a movement quantity, ie for example a rate of rotation or an acceleration along a direction in space.
  • the driving state variable may be a multiplicity of measured variables, of which only the rotational speeds or rotational speeds of the vehicle about different axes in space, the acceleration, the steering angle, the wheel speeds, the drive torque or the brake pressure are mentioned here by way of example.
  • a tilt angle of the vehicle defined relative to the road surface is determined based on the first measured value.
  • the vehicle has a vehicle longitudinal axis and a vehicle transverse axis and the tilt angle is the pitch angle, wherein the pitch angle corresponds to a rotation angle of the vehicle about the vehicle transverse axis.
  • Triggers for pitching movements of the vehicle may be, for example, road bumps and braking and acceleration maneuvers. These factors can thus lead to the vehicle having a pitch angle.
  • the vehicle has a vehicle longitudinal axis and a vehicle transverse axis and the tilt angle is the roll angle, wherein the roll angle corresponds to a rotation angle of the vehicle about the vehicle longitudinal axis.
  • the centrifugal force occurring during cornering can be a trigger for rolling movements of the vehicle and thus possibly lead to a roll angle.
  • the method according to the invention also comprises the adjustment of the at least one model parameter of the tilting model based on the determined tilt angle and the first measured value.
  • the balancing of the at least one model parameter can occur, for example, during the drive of the vehicle. This allows adaptation of the tilting model while driving.
  • model parameters that change while the vehicle is traveling may be adjusted to a changed tilting characteristic of the vehicle while driving.
  • model parameters may be adjusted while driving, while the other portion of the model parameters are hard-coded.
  • the tilting model can serve as the basis for the most accurate possible control of headlamp leveling of a vehicle.
  • the tilt model according to one embodiment is a pitch model.
  • the tilt model may include at least one equation that includes the at least one model parameter.
  • a plurality of pairs of values consisting of a driving state variable (eg longitudinal acceleration) and a certain tilt angle (eg pitch angle) are inserted into the at least one equation of the tilt model and then the at least one model parameter can be determined.
  • determining the at least one unknown model parameter is based on a mathematical method, such as a least-square method or a Kalman filter method.
  • the tilt model represents a function of the tilt angle based on the at least one model parameter as a function of the measured driving state variable.
  • a function can represent, for example, a linear dependence of the tilt angle on the measured driving state variable.
  • it may be a linear dependence of the pitch angle nw to the vehicle longitudinal acceleration ax, which is expressed as an example by the following equation:
  • nw nwO + (-) * ax
  • nwO is meant the pitch angle offset.
  • the parameter k corresponds to the pitch stiffness of the vehicle.
  • nonlinear characteristics or the consideration of an attenuation can be included in the tilt model.
  • Different driving state quantities i. Measured variables, such as a yaw rate, a longitudinal acceleration, a lateral acceleration, a vertical acceleration, a steering angle, a drive torque and / or a braking torque with go into the tilting model.
  • the method according to the invention also includes determining the tilting state of the vehicle by means of the tilting model based on the first measured value the driving state variable and / or a second measured value of the driving state variable measured on the basis of the inertial sensor system.
  • the tilting state of the vehicle may, in some embodiments, be the pitch angle determined by the tilting model.
  • the vehicle is equipped with a headlamp leveling and / or directional control of the at least one vehicle headlamp.
  • the headlamp leveling and / or directional control is controlled based on the determined tilting condition of the vehicle. That the angle setting of the light source is adjusted depending on the tilting state of the vehicle. This is done in particular in a headlight of the vehicle. The angle adjustment can basically take place about all axes of the motor vehicle.
  • the driving state quantity corresponds to a longitudinal acceleration along the vehicle longitudinal axis
  • the inertial sensor system includes an acceleration sensor for measuring the longitudinal acceleration.
  • the inertial sensor system additionally comprises an acceleration sensor for measuring a further driving state quantity, namely the vertical acceleration of the vehicle along a vehicle vertical axis.
  • measuring a value of the vertical acceleration based on the acceleration sensor is additionally included.
  • determining the pitch angle comprises determining a speed change vector based on the vectorial difference of a first vector and a gravitational acceleration vector, wherein the first vector is based on the longitudinal acceleration measurement value, and wherein the first vector additionally on the The vertical acceleration measurement value is based such that the first vector forms a vector sum of the vector obtained from the longitudinal acceleration measurement value and the vector obtained from the vertical acceleration measurement value.
  • the vehicle has a vehicle longitudinal axis and a vehicle transverse axis
  • the tilt angle is the pitch angle.
  • the determination of the pitch angle comprises determining a vehicle inclination angle between the vehicle longitudinal axis of the vehicle and a horizontal based on the first longitudinal acceleration measurement, determining an angle of the road surface to the horizontal, and finally determining the pitch angle as the difference between the vehicle inclination angle and the angle of the road surface horizontal.
  • This approach to determining the pitch angle also works in acceleration and braking phases of the vehicle.
  • the pitch angle can be determined in particular even when occurring different accelerations of the vehicle.
  • the resulting value pairs of longitudinal acceleration and corresponding pitch angle are used in a next step to adjust the tilting model. With such a balanced tilt model, the tilting state of the vehicle - in this case the pitch angle - can be determined or calculated at any time, for example to control a headlamp leveling.
  • the driving state quantity corresponds to a longitudinal acceleration along the vehicle longitudinal axis
  • the inertial sensor system has an acceleration sensor for measuring a longitudinal acceleration measured value.
  • the first value of the driving state quantity corresponds to a first longitudinal acceleration measured value, wherein the pitch angle is determined based on the first measured value.
  • determining a vehicle tilt angle between the vehicle longitudinal axis of the vehicle and a horizontal based on the first longitudinal acceleration measurement includes measuring a vehicle speed and determining the vehicle tilt angle based on the difference of the first longitudinal acceleration reading and the time derivative of the vehicle speed. Illustrated in a linearized form for small angles, the vehicle inclination angle ⁇ can be determined, for example, with the aid of the following equation: In this case, ax corresponds to the longitudinal acceleration and the time derivative of the vehicle speed v.
  • the vehicle speed is measured either based on wheel sensors, satellite-based measurements, or radar or video sensors.
  • a wheel sensor may, for example, be a wheel speed sensor or a wheel speed sensor.
  • Satellite-based measurements i. Measurements from a satellite-based positioning system (e.g., GPS, Glonass, and Galileo) determine a position or velocity signal, where the vehicle speed is provided directly as a signal from the global positioning system or results from the derivative of the position. It is also possible to use only individual components of the speed.
  • the satellite-based speed signal is usually based on the evaluation of the Doppler effect.
  • determining an angle of the road surface to the horizontal includes determining the angle based on a change in altitude over at least one traveled travel portion, the height change over the at least one traveled travel portion based on an air pressure measurement, a satellite based measurement, a wireless network, and / or a map database.
  • the barometric air pressure required for the air pressure measurement can be provided, for example, by an input signal from the engine control.
  • the map database may be the standardized format for map databases in navigation systems (NDS). It is also conceivable to determine the change in height over the at least one traveled travel section using a plurality of methods from air pressure measurement, satellite-based measurement, radio network and / or map database in order to detect possible errors of the sensors used.
  • Determining the angle of the road surface to the horizontal can also be determined directly from a velocity vector provided by a satellite-based measurement. The angle can be filtered over a certain time.
  • the driving state quantity corresponds to a longitudinal acceleration along the vehicle longitudinal axis and the inertial sensor system has a acceleration sensor for measuring a longitudinal acceleration measurement value.
  • the inertial sensor system has, in addition to the acceleration sensor, a yaw rate sensor for measuring a further driving state variable, namely the rotational speed of the vehicle about the vehicle transverse axis (also referred to as pitch rate).
  • Measuring by means of an inertial sensor system comprises measuring a first value of a driving state variable which corresponds to a first longitudinal acceleration measured value and additionally measuring at least one value of the rotational speed using the yaw rate sensor.
  • the determination of the vehicle inclination angle is based on an integration of the at least one rotational speed measured value.
  • the determination of the angle of the road surface to the horizontal is based on the vectorial difference of the vector determined from the longitudinal acceleration measured value and a gravitational acceleration vector.
  • the remaining acceleration component corresponds to the velocity gradient, which is average parallel to the road surface.
  • the inertial sensor system in addition to the acceleration sensor, a rotation rate sensor for measuring a further driving state variable, namely the rotational speed of the vehicle about the vehicle transverse axis, and additionally an acceleration sensor for measuring a further driving state quantity, namely the vertical acceleration of the vehicle along a vehicle vertical axis.
  • measuring a first value of a driving state variable by means of an inertial sensor additionally comprises measuring at least one value of the rotational speed using the yaw rate sensor and measuring a value of the vertical acceleration using the acceleration sensor.
  • the determination of the vehicle inclination angle is based on an integration of the at least one rotational speed measured value.
  • Determining the angle of the road surface to the horizontal is based on the vector sum of the components of the vector determined from the longitudinal acceleration measured value and the vector determined from the vertical acceleration measured value, and on the vectorial difference between the vector sum and a gravitational acceleration vector.
  • the tilting state of the vehicle is already available when the vehicle is first started up.
  • the inertial sensor system may also have six sensors for determining accelerations and rotation rates for all three spatial directions.
  • the Sensors can then comprise three yaw rate sensors along the main axes of the vehicle and three acceleration sensors.
  • the yaw rate sensors are arranged to measure the components of the instantaneous angular velocity vector of the vehicle in three directions.
  • the acceleration sensors are arranged to measure the components of the acceleration vector of a vehicle-fixed point in the longitudinal and transverse directions of the vehicle and vertical to the footprint of the vehicle. Basically, it is possible with the aid of an inertial sensor to determine acceleration and / or rate of rotation in at least one spatial direction.
  • the determination of accelerations and rotation rates in three spatial directions in each case enables a high degree of accuracy in the determination of the vehicle condition in a wide variety of driving situations (eg cornering with lateral inclination of the vehicle).
  • a first value of a driving state variable is continuously measured while the vehicle is running, a tilt angle of the vehicle is determined based on the first measured value, and the at least one model parameter of the tilt model is adjusted based on the determined tilt angle and the first measured value.
  • changes in the vehicle's tilting behavior due to a change in the weight distribution of the vehicle such as a decrease in the amount of fuel in the vehicle's tank, are detected.
  • the tilting model is adjusted, this causes a change of the at least one model parameter of the tilting model during the drive of the vehicle.
  • a change in the tilting behavior of the vehicle is also conceivable due to occurring fluctuations in the wind speed during the drive of the vehicle.
  • the vehicle has a vehicle longitudinal axis and a vehicle transverse axis, and the tilt angle is the pitch angle.
  • the pitch angle, the vehicle pitch angle and / or the angle of the road surface is stored to the horizontal when stopping the vehicle and determined at the subsequent start the vehicle inclination angle. Based on this, the tilting state of the vehicle is then determined. If the vehicle is parked, for example, on a sloping road, the angle of inclination of the vehicle and the pitch angle of the vehicle is known at this time. From this it is possible to determine directly the angle of inclination of the road surface, which is stored within the measuring system. As soon as the vehicle starts again, the current angle of inclination of the vehicle is first determined.
  • the current Nick angle is determined. This may have changed, for example due to a change in the loading of the vehicle. For example, a pitch angle change between a vehicle stopping and re-driving operation may also be determined based on the change of the vehicle tilt angle between the two states.
  • the method according to the invention can be executed by a computer program, which has program code means and is stored on a computer-readable data carrier, on a computer.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle on an inclined road surface, the vehicle having a pitch angle.
  • 2 shows a schematic representation of a vehicle on a flat road surface, wherein the vehicle has a pitch angle.
  • 3 illustrates a schematic diagram of two exemplary characteristics of a pitch angle as a function of the longitudinal acceleration, and
  • FIGS. 4 and 5 illustrate a flowchart of a method according to a first and second preferred embodiment.
  • the vehicle 10 shown in FIGS. 1 and 2 has a vehicle-fixed coordinate system. It is a three-dimensional coordinate system with an x'-axis, a y'-axis and a z'-axis.
  • the vehicle-fixed coordinate system is fixedly connected to the vehicle body or the body of the vehicle 0.
  • the x'-axis is representative of the axis in the longitudinal direction of the vehicle 10
  • the y'-axis representative of the transverse axis of the vehicle 10
  • the z'-axis representative of the vertical axis of the vehicle 10.
  • the origin of the coordinate system is in the center of gravity 18 of the vehicle 10 is arranged.
  • a world coordinate system E is set so that an x-axis is representative of a horizontal axis, that a y-axis is representative of a horizontal axis in the image plane, and that a z-axis is representative of a vertical axis ,
  • the vehicle 10 preferably has four wheels. However, the vehicle 10 may also have more or fewer wheels.
  • the vehicle behavior about the center of gravity 18 is assumed to be a movement of a rigid body in three-dimensional space, then the vehicle behavior can be defined as a movement with six degrees of freedom.
  • a linear movement along the x'-axis corresponds to a longitudinal movement of the vehicle 0
  • a linear movement along the y'-axis corresponds to a transverse movement of the vehicle 10
  • a rotational movement about the y'-axis of a pitching motion of the vehicle 10 and a rotational movement about the z'-axis of a yawing motion of the vehicle 10.
  • the vehicle 10 is shown on an inclined road surface 14, which has a roadway slope ⁇ with respect to the horizontal axis of the world coordinate system E.
  • x ' the longitudinal axis of the vehicle 10 is shown with inclined or deflected body (eg due to loading and / or positive / negative vehicle acceleration).
  • the dotted axis represents the horizontal or x-axis of the world coordinate system E.
  • the angle included between the x'-axis and the road surface 14 is the pitch angle a.
  • the angle (a + ⁇ ) included between the x'-axis and the x-axis is the angle of inclination of the vehicle 10 to the horizontal.
  • the pitch angle ⁇ represents a rotation angle of the vehicle 10 about the y 'axis (see vehicle-fixed coordinate system in Fig. 1, where the y'-axis points into the image plane.)
  • a vehicle speed v represents the speed of the vehicle 10 along the road surface 14.
  • a pitch rate is representative of a rotation of the vehicle 10 about the vehicle transverse axis (corresponding to the y 'axis). The pitch rate is determined by a pitch rate sensor attached to the vehicle (not shown). Nodding of the vehicle 10 at the pitch rate is caused, for example, by changing a longitudinal acceleration of the vehicle 10.
  • the vehicle 10 is shown on a flat road surface 14, ie, the road surface 14 corresponds to the horizontal axis of the world coordinate system E.
  • FIG. 3 shows a schematic diagram 30 of two exemplary characteristic curves of the pitch angle ⁇ of the vehicle 10 as a function of the longitudinal acceleration ax of the vehicle 10.
  • the dashed line corresponds to a characteristic of an empty or unloaded vehicle 10.
  • the dotted line corresponds to an exemplary characteristic of the vehicle 10 in the loaded state.
  • the diagram 30 exemplarily illustrates a difference of the pitch angle ⁇ , for example, due to a change in the load of the vehicle 10.
  • the characteristic of the loaded vehicle 10 for the condition that no longitudinal acceleration ax is present already has a significantly greater pitch angle ⁇ than that unloaded vehicle 10.
  • the characteristic curve could be linearized, ie represent a linear dependency.
  • An example equation might look like this:
  • the pitch angle ⁇ and nwO is the pitch angle offset.
  • the parameter k corresponds to the pitch stiffness of the vehicle.
  • step 40 first, a longitudinal and vertical acceleration measurement of the vehicle is measured using two acceleration sensors mounted on the vehicle.
  • a speed change vector is then determined in step.
  • the pitch angle then results in step 42 Taking over the angle of the velocity change vector or, alternatively, by integrating and / or filtering the velocity change vector and evaluating the orientation of the resulting velocity vector.
  • the at least one model parameter of the tilting model is adjusted in step 44.
  • the tilt model represents a function of the tilt angle based on the at least one model parameter as a function of the driving state variable (for example, longitudinal acceleration) measured in step 60.
  • Step 46 corresponds to determining the pitch state of the vehicle using the tilt model based on the longitudinal acceleration measurement.
  • This method from the perspective of the vehicle coordinate system ( ⁇ ', ⁇ ', ⁇ ') can be summarized as follows: From measurements of the acceleration of the vehicle 10 (eg, initially not moving vehicle, then approaching vehicle), which direction the speed change measured in Vehicle coordinate system ( ⁇ ', ⁇ ', ⁇ ') has. From this, the pitch angle ⁇ can be determined directly, as an angle between this direction and the X'-axis of the vehicle coordinate system ( ⁇ ', ⁇ ', Z ').
  • the measured acceleration vector points in the direction of the vertical z-axis. This measured acceleration derives exclusively from the gravitational acceleration.
  • At least one longitudinal acceleration is added as a result of driving off to the acceleration due to gravity. In addition, this may change the tilting state of the vehicle 10.
  • the resulting acceleration is measured.
  • the speed change vector dv / dt of the vehicle 10 which is aligned substantially parallel to the road surface 14
  • the resulting acceleration vector measured in the vehicle coordinate system has to be adjusted by the acceleration due to gravity.
  • the orientation of the velocity vector v in the vehicle coordinate system corresponds to the pitch angle a.
  • the orientation and the value can also be determined while driving, for example by observing the vehicle movement over a certain period of time.
  • FIG. 5 there is shown a flowchart of a method according to a second preferred embodiment. This corresponds to a representation in the earthbound coordinate system E.
  • a first value of a driving state variable namely a longitudinal acceleration measured value of the vehicle 10 is first measured using an acceleration sensor which is mounted on the vehicle 10.
  • a pitch angle ⁇ is now determined in step 52.
  • the pitch angle is defined as the angle relative to the road surface.
  • a vehicle inclination angle is determined based on the difference between the longitudinal acceleration measured value and the time derivative of the vehicle speed.
  • the angle of the road surface to the horizontal is determined based on a change in altitude over at least one traveled travel section.
  • the pitch angle is determined as the difference between the vehicle inclination angle and the angle of the road surface to the horizontal.
  • the at least one model parameter of the tilting model is adjusted.
  • the tilt model provides one based on the at least one model parameter Function of the tilt angle as a function of the Fahrschreibsdorf measured in step 50 (eg, longitudinal acceleration).
  • the tilting model for example, a linear dependence of the pitch angle to the longitudinal acceleration of the vehicle correspond (see equation above).
  • value pairs of pitch angle and longitudinal acceleration are permanently determined and used for the adjustment of the tilting model.
  • Step 56 corresponds to determining the pitch state of the vehicle using the tilt model based on the longitudinal acceleration measurement value.
  • the pitch angle can be calculated at any time and, if necessary, also control a headlight range.
  • the accuracy of the specific pitch state increases with increasing travel time due to more value pairs entered.
  • FIG. 6 there is shown a flowchart of a method according to a third preferred embodiment. This corresponds to a representation in the earthbound coordinate system E.
  • a longitudinal and vertical acceleration measurement of the vehicle is first measured using two acceleration sensors mounted on the vehicle. Further, a rotational speed measurement of the vehicle is measured by a yaw rate sensor attached to the vehicle. Based on the longitudinal and vertical acceleration measurements and the rotational speed measurement, a pitch angle is now determined in step 62.
  • a vehicle inclination angle is determined based on an integration of the at least one rotational speed measured value.
  • the angle of the road surface to the horizontal is determined based on the vector sum of the components of the vector determined from the longitudinal acceleration measurement value and the vector obtained from the vertical acceleration measurement value, and based on the vectorial difference of the vector sum and a gravitational acceleration vector.
  • the pitch angle is determined as the difference between the vehicle inclination angle and the angle of the road surface to the horizontal.
  • the at least one model parameter of the tilting model is adjusted in step 64.
  • the tilt model represents a function of the tilt angle based on the at least one model parameter as a function of the driving state variable measured in step 60 (eg longitudinal acceleration).
  • Step 66 corresponds to determining the pitch state of the vehicle using the tilt model based on the longitudinal acceleration measurement.
  • the second preferred embodiment and the third preferred embodiment may also be used in addition. While the quality of the determined tilting state in the first embodiment increases with increasing travel time, the second preferred embodiment delivers a high quality of the determined tilting state already at the start of the journey. Advantageously, a coupling of the two embodiments takes place in the vehicle.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Kippzustandes eines Fahrzeugs bezogen auf eine Fahrbahnoberfläche basierend auf einem mindestens einen Modellparameter umfassenden Kippmodell. Das Verfahren umfasst das Messen eines ersten Wertes einer Fahrzustandsgröße anhand einer Inertialsensorik, die an dem Fahrzeug angebracht ist. Ferner umfasst es das Ermitteln eines relativ zur Fahrbahnoberfläche definierten Kippwinkels des Fahrzeugs basierend auf dem ersten Messwert und das Abgleichen des mindestens einen Modellparameters des Kippmodells basierend auf dem ermittelten Kippwinkel und dem ersten Messwert. Das Kippmodell stellt eine auf dem mindestens einen Modellparameter basierende Funktion des Kippwinkels in Abhängigkeit des ersten Wertes der gemessenen Fahrzustandsgröße dar. Schließlich umfasst das Verfahren das Bestimmen des Kippzustandes des Fahrzeugs mittels des Kippmodells basierend auf dem ersten Messwert der Fahrzustandsgröße und/oder einem zweiten anhand der Inertialsensorik gemessenen Messwert der Fahrzustandsgröße.

Description

VERFAHREN ZUM BESTIMMEN EINES KIPPZUSTANDES EINES FAHRZEUGS UND COMPUTERPROGRAMM
GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der technischen Sen- sorik und dabei auf das Erfassen des Fahrzeugzustandes eines Fahrzeugs, insbesondere auf ein Verfahren zum Bestimmen eines Kippzustandes eines Fahrzeugs bezogen auf eine Fahrbahnoberfläche basierend auf einem mindestens einen Modellparameter umfassenden Kippmodell sowie ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte des Verfahrens auf einem Computer auszuführen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es sind allgemein Systeme bekannt, die insbesondere in Kraftfahrzeugen geeignet sind, um den Fahrzustand eines Fahrzeugs möglichst genau zu ermitteln. Derartige Systeme bestehen unter anderem aus Sensoren zur Ermittlung von Bewegungs- und Fahrzustandsgrößen. Je mehr dieser Bewegungs- und Fahrzustandsgrößen bekannt sind, desto besser und zuverlässiger kann grundsätzlich der Fahrzustand des Fahrzeugs ermittelt werden und desto effektiver und sicherer kann einem ungewünschten Verhalten des Fahrzeugs mit Hilfe von Regelfunktionen entgegengesteuert werden. Für verschiedene Regelfunktionen bei Kraftfahrzeugen, wie z.B. bei aktiven Fahrwerken, bei einer Luftfederung, oder bei einer Leuchtweitenregulierung wird der Kippzustand des Fahrzeugs, insbesondere der Fahrzeugnickwinkel, benötigt. Dabei ist eine Leuchtweitenregulierung eines Fahrzeugscheinwerfers insbesondere bei Xenon-Licht und LED-Licht gesetzlich vorgeschrieben. Der Fahrzeugnickwinkel ist der Winkel zwischen der Fahrzeuglängsachse und der Fahrbahn. Nickbewegungen des Fahrzeugs können beispielsweise bei starkem Beschleunigen oder Bremsen entstehen. Eine weitere Ursache für Nickbewegungen sind Fahrbahnunebenheiten. Auch die Beladung des Fahrzeugs hat Einfluss auf das Nickverhalten, wie auch die Art der Radaufhängung. Durch Beladung des Fahrzeugs ändern sich insbesondere dessen Schwerpunktlage und die Radlasten.
Darüber hinaus kann der Kippzustand eines Fahrzeugs auch durch den Wankwinkel beschrieben werden. Der Wankwinkel ist der Winkel zwischen der Fahrzeugquerachse und der Fahrbahn. Eine Ursache für Wankbewegungen ist beispielsweise das Fahren durch eine horizontale Kurve, bei der sich die Fahrzeugkarosserie zur Seite neigt. Dabei können die Räder des Fahrzeugs auf der Kurvenaußenseite ein- und auf der Kurveninnenseite ausfedern.
Es ist aus der DE 102 24 522 A1 bekannt, für ein Kraftfahrzeug eine Niveauregelanlage zu verwenden, die darauf basiert, dass Höhensensoren den Abstand zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Fahrzeugachsen, den Radaufhängungen oder den Rädern ermitteln, wobei ein Steuergerät aus den Höhensignalen der Höhensensoren einen Nickwinkel des Fahrzeugaufbaus gegenüber der Fahrbahn bzw. den Fahrzeugachsen, den Radaufhängungen oder den Rädern ermittelt.
Ferner ist aus der EP 1 818 213 A2 ein System zur Leuchtweitenregulierung bekannt, das den Einfluss des Fahrzeugnickwinkels auf die Leuchtweite eines Fahrzeugscheinwerfers minimiert. Beispielsweise ist hier ein System beschrieben, das den statischen Nickwinkel der Karosserie (z.B. aufgrund von Beladung) ausgleicht oder ein dynamisches System, das auch auf kurzzeitige Nickwinkeländerungen (z.B. aufgrund von Brems- oder Beschleunigungsvorgängen) reagiert. Solche Systeme basieren auf in der Fahrzeuglängsrichtung versetzt angeordnete Höhenstandsensoren, die gewöhnlich an den Achsen des Fahrzeugs verbaut sind und die jeweils die Höhe der Fahrzeugkarosserie über der Fahrbahn messen. Über die Differenz der beiden Höhenstandsignale wird der Nickwinkel der Fahrzeugkarosserie gegenüber der Fahrbahn ermittelt. Basierend auf dem gemessenen Nickwinkel wird daraufhin die Scheinwerfereinstellung vorgenommen.
Es ist durch EP 2 303 663 A1 auch bekannt, Inertialsensoren in einem Fahrzeug zu verbauen, um den Fahrzustand des Fahrzeugs zu erfassen. Neben Beschleunigungssensoren werden auch Drehratensensoren verwendet. Letztere messen die Winkelgeschwindigkeit entlang einer Drehachse. Es ist nun bekannt, einen Drehratensensor so in das Fahrzeug einzubauen, dass er die Drehbewegungen des Fahrzeugs um seine Querachse, also die Nickrate erfasst. Der Drehratensensor misst dabei die Nickbewe- gungen der Karosserie gegenüber dem Horizont verursacht durch die Straßenkrümmung oder durch Nickbewegungen der gefederten Fahrzeugkarosserie ausgelöst durch Fahrbahnunebenheiten sowie Brems- und Beschleunigungsvorgänge.
Aus der WO 2012/045556 A1 ist bekannt, die Neigung eines Fahrzeuges in Fahrtrich- tung aus den Ausgangssignalen eines vorhandenen Drehraten- und Beschleunigungssensors zu bestimmen.
Die Druckschrift DE 102008 040684 A1 betrifft ein Verfahren zur Neigungsbestimmung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug seinen Rädern zugeordnete Radsensoren aufweist. Darüber hinaus ist eine Inertialsensorik zur Bestim- mung von Beschleunigung und/oder Drehrate der Karosserie des Kraftfahrzeugs vorgesehen, welche zusammen mit aus von den Radsensoren gemessenen Werten als Basis für das Bestimmen einer Neigung der Karosserie in Bezug zu einem mit den Rädern des Kraftfahrzeugs in Kontakt stehenden Untergrund dient.
Der Fahrzeugzustand kann grundsätzlich auch auf Basis von Modellen, wie Fahrwerk- modelle, Reifenmodelle usw. bestimmt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestimmen eines Kippzustandes eines Fahrzeugs bezogen auf eine Fahrbahnoberfläche zur Verfügung zu stellen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Nach einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Kippzustandes eines Fahrzeugs bezogen auf eine Fahrbahnoberfläche basierend auf einem mindestens einen Modellparameter umfassenden Kippmodell gemäß Anspruch 1 bereit. Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten beispielhaften Figuren beschrieben, in denen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf einer geneigten Fahrbahnoberfläche zeigt, wobei das Fahrzeug einen Nickwinkel aufweist;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf einer ebenen Fahrbahnoberfläche zeigt, wobei das Fahrzeug einen Nickwinkel aufweist;
Figur 3 ein schematisches Diagramm zweier beispielhafter Kennlinien eines Nickwinkels in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung darstellt;
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels darstellt;
Figur 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß eines zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiels darstellt; und
Figur 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Fig. 1 veranschaulicht ein Fahrzeug auf einer geneigten Fahrbahnoberfläche und den Nickwinkel des Fahrzeugs. Vor einer detaillierten Beschreibung der Fig. 1 sowie der weiteren Fig. 2 bis 6 folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsbeispielen und deren Vorteile.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Kippzustandes eines Fahrzeugs ist in erster Linie für die Anwendung einer Fahrzeugleuchtweitenregulierung gedacht. Ferner kann es auch für die Anwendung einer Fahrzeugstabilisierung dienen. Die Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Bestimmen eines Kippzustandes eines Fahrzeugs bezogen auf eine Fahrbahnoberfläche. Grundsätzlich betrifft das er- findungsgemäße Verfahren Fahrzeuge, die sich zu Land fortbewegen können, wie beispielsweise Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft das Verfahren einspurige (z.B. ein Motorrad) und/oder zweispurige Kraftfahrzeuge (z.B. ein Personenkraftwagen (PKW)). Bei der Fahrbahnoberfläche kann es sich um die Oberfläche einer Straße handeln, mit der das Fahrzeug, insbesondere die Räder des Fahrzeugs, in Kontakt stehen.
Einem Fahrzeug lassen sich eine Vielzahl an Freiheitsgraden der Translation und Freiheitsgraden der Rotation um die Koordinatenachsen zuordnen. Dabei wird die Bewegungsrichtung in Längsrichtung des Fahrzeugs unter anderem durch Bremsen und Beschleunigen des Fahrzeugs beeinflusst. Eine Rotation des Fahrzeugs um die Achse in Querrichtung wird üblicherweise als ein Nicken bezeichnet. Dagegen spielt die Achse des Fahrzeugs in Querrichtung beispielsweise bei einer Kurvenfahrt eine zentrale Rolle. Eine Rotation des Fahrzeugs um die Achse in Längsrichtung wird üblicherweise als Wanken bezeichnet. Darüber hinaus lassen sich auch Bewegungen des Fahrzeugs in vertikaler Richtung feststellen. Das Bestimmen des erfindungsgemäßen Kippzustandes eines Fahrzeugs kann das Bestimmen der Rotation des Fahrzeugs um die Koordinatenachsen in Längs- und Querrichtung umfassen. Dabei entspricht die Rotation des Fahrzeugs einem Drehwinkel des Fahrzeugs um die jeweilige Fahrzeugachse.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einem mindestens einen Modellparameter umfassenden Kippmodell. Allgemein kann ein Modell dazu dienen, eine Fahrzu- Standsgröße als Funktion eines zeitlichen Verlaufs von mindestens einer weiteren Fahr- zustandsgröße zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Kippmodell dient dazu, den Kippzustand des Fahrzeugs in Abhängigkeit einer Fahrzustandsgröße möglichst genau zu bestimmen. Hierfür ist es notwendig, dass der mindestens eine Modellparameter bekannt ist. Das Kippmodell kann auch eine Vielzahl von Modellparameter umfassen, die in das Modell mit eingehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der mindestens eine Modellparameter beispielsweise eine Nicksteife eine Wanksteife einen Nickwinkeloffset, einen Maximalwert des Nickens bzw. des Einfederns oder auch verschiedene Dämpfungskennwerte umfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Messen eines ersten Wertes einer Fahrzustandsgröße anhand einer Inertialsensorik, die an dem Fahrzeug angebracht ist. Eine Inertialsensorik umfasst mindestens einen Inertialsensor, wobei ein derartiger Sensor beispielsweise zur Messung einer Beschleunigung und/oder einer Drehrate in mindestens einer Raumrichtung dient. Die Inertialsensorik kann über eine Auswerteschaltung verfügen, die direkt die Beschleunigung und/oder die Drehrate der Karosserie des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellt. Die Inertialsensorik ermöglicht eine äußerst genaue Messung von Beschleunigungs- und/oder Drehratenwerten. Die Inertialsensorik kann teilweise bereits seitens des Herstellers an Bord eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, da diese auch für andere Einsatzzwecke benötigt wird. In diesem Fall entfällt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Notwendigkeit, weitere Sensoren (z.B. Höhen- standsensoren an den Radachsen) an dem Fahrzeug vorzusehen. Die Inertialsensorik kann beispielsweise an einem Fahrgestell eines Fahrzeugs angebracht sein. Demnach findet eine Messung der Beschleunigung und/oder Drehrate im fahrzeuggebundenen dreidimensionalen Koordinatensystem statt. Im Übrigen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf andere Koordinatensysteme übertragen. Anstatt im fahrzeuggebundenen Koordinatensystem (siehe Fig. 4) zu arbeiten kann das Verfahren auch auf ein erdgebundenes Koordinatensystem (siehe Fig. 5 und Fig. 6) übertragen werden.
Die Einbaulage eines Sensors weist im Allgemeinen Toleranzen auf, die beispielsweise zur Verfälschung des Ergebnisses der Messung führen können. Dies könnte mittels einer Überprüfung am Ende des Fertigungsprozesses des Fahrzeuges korrigiert werden. Beispielsweise könnte eine Messung des Beschleunigungswertes (z.B. Beschleuni- gung um Querachse des Fahrzeugs) bei leerem Fahrzeug auf einer ebenen Fläche durchgeführt werden, um Fehlwinkel abzugleichen bzw. das Messsystem zu trainieren. Alternativ kann sich das Messsystem selbst„anlernen". Dies basiert darauf, dass das Fahrzeug am Bandende der Fertigung zunächst in einem unbeladenen Zustand bewegt wird, bis es von einem Händler an einen Kunden übergeben wird. Bis zu diesem Zeit- punkt der Übergabe ist der Beladungszustand des Fahrzeugs bekannt, und zwar "un- beladen". Diese Zeit des unbeladenen Zustande kann dazu dienen, dass das Messsystem die Orientierung der Sensorik im Fahrzeug erlernen kann. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass die Lichter am Bandende für das unbeladene Fahrzeug eingestellt worden sind und dieser Zustand des Fahrzeugs dann als Referenzwinkel für die Leuchtweitenregulierung dient.
In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff Sensor im funktionellen Sinne verstanden, d.h. als eine Messeinheit, die eine Bewegungsgröße, d.h. beispielsweise eine Drehrate oder eine Beschleunigung entlang einer Richtung im Raum messen kann. Bei der Fahrzustandsgröße kann es sich um eine Vielzahl von Messgrößen handeln, von denen hier nur beispielhaft die Drehgeschwindigkeiten bzw. Drehraten des Fahrzeugs um verschiedene Achsen im Raum, die Beschleunigung, der Lenkwinkel, die Radgeschwindigkeiten, das Antriebsmoment oder der Bremsdruck genannt werden. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein relativ zur Fahrbahnoberfläche definierter Kippwinkel des Fahrzeugs basierend auf dem ersten Messwert ermittelt.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Fahrzeug eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse auf und der Kippwinkel ist der Nickwinkel, wobei der Nickwinkel einem Drehwinkel des Fahrzeugs um die Fahrzeugquerachse entspricht. Auslöser für Nickbewegungen des Fahrzeugs können beispielsweise Fahrbahnunebenheiten sowie Brems- und Beschleunigungsmanöver sein. Diese Faktoren können somit dazu führen, dass das Fahrzeug einen Nickwinkel aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Fahrzeug eine Fahrzeuglängs- achse und eine Fahrzeugquerachse auf und der Kippwinkel ist der Wankwinkel, wobei der Wankwinkel einem Drehwinkel des Fahrzeugs um die Fahrzeuglängsachse entspricht. So kann beispielsweise die bei einer Kurvenfahrt auftretende Fliehkraft nach außen ein Auslöser für Wankbewegungen des Fahrzeugs sein und damit möglicherweise zu einem Wankwinkel führen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst außerdem das Abgleichen des mindestens einen Modellparameters des Kippmodells basierend auf dem ermittelten Kippwinkel und dem ersten Messwert. Das Abgleichen des mindestens einen Modellparameters kann beispielsweise während der Fahrt des Fahrzeugs geschehen. Dies ermöglicht eine Anpassung des Kippmodells während der Fahrt. Insbesondere können Modellparameter, die sich während der Fahrt des Fahrzeugs ändern, beispielsweise durch eine Änderung der Beladung oder durch Fahrten mit Anhänger, an eine veränderte Kippeigenschaft des Fahrzeugs während der Fahrt angepasst werden. In manchen Ausführungsbeispielen kann bei einer Vielzahl von Modellparametern nur ein Teil der Modellparameter während der Fahrt abgeglichen werden, während der andere Teil der Modellparameter fest programmiert ist.
Das genannte erfindungsgemäße Abgleichen des mindestens einen Modellparameters des Kippmodells kann beispielsweise als Basis einer möglichst genauen Steuerung einer Leuchtweitenregulierung eines Fahrzeugs dienen. Dies ist der Fall, wenn das Kippmodell gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Nickmodell ist. Das Kippmodell kann mindestens eine Gleichung umfassen, die den mindestens einen Modellparameter enthält. In die mindestens eine Gleichung des Kippmodells kann eine Vielzahl von Wertepaaren bestehend aus einer Fahrzustandsgröße (z.B. Längsbeschleunigung) und einem bestimmten Kippwinkel (z.B. Nickwinkel) in die mindestens eine Gleichung des Kippmodells eingesetzt werden und dann der mindestens eine Modellparameter ermittelt werden. In einem Ausführungsbeispiel basiert das Bestimmen des mindestens einen unbe- kannten Modellparameters auf einer mathematischen Methode, wie z.B. einer least- square Methode oder einer Kaimanfilter Methode.
Erfindungsgemäß stellt das Kippmodell eine auf dem mindestens einen Modellparameter basierende Funktion des Kippwinkels in Abhängigkeit der gemessenen Fahrzustandsgröße dar. Eine derartige Funktion kann beispielsweise eine lineare Abhängigkeit des Kippwinkels zur gemessenen Fahrzustandsgröße darstellen. Beispielsweise kann es sich um eine lineare Abhängigkeit des Nickwinkels nw zur Fahrzeuglängsbeschleunigung ax handeln, was durch folgende Gleichung beispielhaft ausgedrückt ist:
1
nw = nwO + (—) * ax
k
Mit nwO ist der Nickwinkeloffset gemeint. Der Nickwinkeloffset entspricht dem Nickwin- kel wenn die Längsbeschleunigung ax = 0 ist. Der Parameter k entspricht der Nicksteife des Fahrzeugs.
Ferner können nichtlineare Kennlinien oder auch die Berücksichtigung einer Dämpfung mit in das Kippmodell eingehen.
Es können verschiedene Fahrzustandsgrößen, d.h. Messgrößen wie z.B. eine Gierrate, eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung, eine Vertikalbeschleunigung, ein Lenkwinkel, ein Antriebsmoment und/oder ein Bremsmoment mit in das Kippmodell eingehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst schließlich auch das Bestimmen des Kippzustandes des Fahrzeugs mittels des Kippmodells basierend auf dem ersten Messwert der Fahrzustandsgröße und/oder einem zweiten anhand der Inertialsensorik gemessenen Messwert der Fahrzustandsgröße. Der Kippzustand des Fahrzeugs kann in manchen Ausführungsbeispielen der mittels dem Kippmodell bestimmte Nickwinkel sein.
In manchen Ausführungsbeispielen ist das Fahrzeug mit einer Leuchtweiten- und/oder Leuchtrichtungsregulierung des mindestens einen Fahrzeugscheinwerfers ausgestattet. In manchen Ausführungsbeispielen wird basierend auf dem bestimmten Kippzustand des Fahrzeugs die Leuchtweiten- und/oder Leuchtrichtungsregulierung gesteuert. D.h. die Winkeleinstellung des Leuchtmittels wird in Abhängigkeit des Kippzustandes des Fahrzeugs eingestellt. Dies wird insbesondere bei einem Frontscheinwerfer des Fahrzeugs durchgeführt. Die Winkeleinstellung kann grundsätzlich um alle Achsen des Kraftfahrzeugs erfolgen.
In manchen Ausführungsbeispielen entspricht die Fahrzustandsgröße einer Längsbeschleunigung entlang der Fahrzeuglängsachse und die Inertialsensorik weist einen Beschleunigungssensor zum Messen der Längsbeschleunigung auf. In manchen Ausfüh- rungsbeispielen entspricht der erste Wert der Fahrzustandsgröße einem ersten Längs- beschleunigungsmesswert, wobei basierend auf dem ersten Messwert der Nickwinkel ermittelt wird. Das Ermitteln des Nickwinkels umfasst dabei zum einen das Bestimmen eines Geschwindigkeitsänderungsvektors basierend auf dervektoriellen Differenz eines ersten Vektors und einem Erdbeschleunigungsvektor, wobei der erste Vektor auf dem Längsbeschleunigungsmesswert basiert, und zum anderen das Bestimmen des Nickwinkels durch Übernahme des Winkels des Geschwindigkeitsänderungsvektors oder, alternativ, durch Aufintegration und/oder Filterung des Geschwindigkeitsänderungsvek- tors und Auswertung der Orientierung des daraus resultierenden Geschwindigkeitsvektors. In manchen Ausführungsbeispielen weist die Inertialsensorik zusätzlich einen Beschleunigungssensor zum Messen einerweiteren Fahrzustandsgröße, nämlich der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs entlang einer Fahrzeughochachse, auf. Ferner ist zusätzlich das Messen eines Wertes der Vertikalbeschleunigung anhand des Beschleunigungssensors umfasst. Dabei umfasst das Ermitteln des Nickwinkels das Bestimmen eines Geschwindigkeitsänderungsvektors basierend auf der vektoriellen Differenz eines ersten Vektors und einem Erdbeschleunigungsvektor, wobei der erste Vektor auf dem Längsbeschleunigungsmesswert basiert, und wobei der erste Vektor zusätzlich auf dem Vertikalbeschleunigungsmesswert basiert derart, dass der erste Vektor eine Vektorsumme des aus dem Längsbeschleunigungsmesswert ermittelten Vektors und des aus dem Vertikalbeschleunigungsmesswert ermittelten Vektors bildet.
In manchen Ausführungsbeispielen weist das Fahrzeug eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse auf und der Kippwinkel ist der Nickwinkel. Das Ermitteln des Nickwinkels umfasst dabei das Bestimmen eines Fahrzeugneigungswinkels zwischen der Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs und einer Horizontalen basierend auf dem ersten Längsbeschleunigungsmesswert, das Bestimmen eines Winkels der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen, und schließlich das Bestimmen des Nickwinkels als Differenz zwischen dem Fahrzeugneigungswinkel und dem Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen. Diese Vorgehensweise zum Bestimmen des Nickwinkels funktioniert auch in Beschleunigungs- und Bremsphasen des Fahrzeugs. Somit kann der Nickwinkel insbesondere auch bei auftretenden verschiedenen Beschleunigungen des Fahrzeugs bestimmt werden. Die sich daraus ergebenden Wertepaare aus Längsbeschleu- nigung und entsprechendem Nickwinkel dienen in einem nächsten Schritt dem Abgleich des Kippmodells. Mit einem derart abgeglichenen Kippmodell kann zu jedem Zeitpunkt der Kippzustand des Fahrzeugs - in diesem Fall der Nickwinkel - bestimmt bzw. berechnet werden, um beispielsweise eine Leuchtweitenregulierung zu steuern.
In manchen Ausführungsbeispielen entspricht die Fahrzustandsgröße einer Längsbe- schleunigung entlang der Fahrzeuglängsachse und die Inertialsensorik weist einen Beschleunigungssensor zum Messen eines Längsbeschleunigungsmesswertes auf. In manchen Ausführungsbeispielen entspricht der erste Wert der Fahrzustandsgröße einem ersten Längsbeschleunigungsmesswert, wobei basierend auf dem ersten Messwert der Nickwinkel ermittelt wird. Ferner umfasst in manchen Ausführungsbeispielen das Bestimmen eines Fahrzeugneigungswinkels zwischen der Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs und einer Horizontalen basierend auf dem ersten Längsbeschleunigungsmesswert, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen wird und der Fahrzeugneigungswinkel basierend auf der Differenz des ersten Längsbeschleunigungs- messwerts und der zeitlichen Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird. In linearisierter Form für kleine Winkel dargestellt, kann der Fahrzeugneigungswinkel γ beispielsweise mit Hilfe folgender Gleichung bestimmt werden: Dabei entspricht ax der Längsbeschleunigung und ^ der zeitlichen Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit v.
In manchen Ausführungsbeispielen wird die Fahrzeuggeschwindigkeit entweder auf Basis von Radsensoren, von satellitengestützten Messungen oder von Radar- oder Vi- deosensorik gemessen. Ein Radsensor kann beispielsweise ein Raddrehzahlsensor o- der ein Radgeschwindigkeitssensor sein. Satellitengestützte Messungen, d.h. Messungen eines Satelliten gestützten Positionierungssystems (z.B. GPS, Glonass und Galileo) bestimmen ein Positions- oder Geschwindigkeitssignal, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit direkt als Signal von dem globalen Positionierungssystem bereitgestellt wird oder sich aus der Ableitung der Position ergibt. Es können auch nur einzelne Komponenten der Geschwindigkeit genutzt werden. Das satellitengestützte Geschwindigkeitssignal basiert dabei in der Regel auf der Auswertung des Dopplereffekts.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Bestimmen eines Winkels der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen, dass der Winkel basierend auf einer Höhenänderung über mindestens einen zurückgelegten Fahrabschnitt ermittelt wird, wobei die Höhenänderung über den mindestens einen zurückgelegten Fahrabschnitt basierend auf einer Luftdruckmessung, einer satellitengestützten Messung, einem Funknetz und/oder einer Kartendatenbank bestimmt wird. Der für die Luftdruckmessung benötigte barometrische Luftdruck kann beispielsweise von einem Eingangssignal der Motorsteuerung zur Ver- fügung gestellt werden. Bei der Kartendatenbank kann es sich um das standardisierte Format für Kartendatenbanken in Navigationssystemen (NDS) handeln. Es ist auch denkbar, die Höhenänderung über den mindestens einen zurückgelegten Fahrabschnitt unter Verwendung mehrerer Methoden aus Luftdruckmessung, satellitengestützter Messung, Funknetz und/oder Kartendatenbank zu bestimmen, um mögliche Fehler der verwendeten Sensoren zu erkennen.
Das Bestimmen des Winkels der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen kann auch direkt aus einem Geschwindigkeitsvektor bestimmt werden, der von einer satellitengestützten Messung bereitgestellt wird. Der Winkel kann hierbei über eine gewisse Zeit gefiltert werden. In manchen Ausführungsbeispielen entspricht die Fahrzustandsgröße einer Längsbeschleunigung entlang der Fahrzeuglängsachse und die Inertialsensorik weist einen Be- schleunigungssensor zum Messen eines Längsbeschleunigungsmesswertes auf. Ferner weist die Inertialsensorik zusätzlich zum Beschleunigungssensor einen Drehratensensor zum Messen einer weiteren Fahrzustandsgröße, nämlich der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs um die Fahrzeugquerachse (auch Nickrate genannt), auf. Das Mes- sen anhand einer Inertialsensorik umfasst dabei das Messen eines ersten Wertes einer Fahrzustandsgröße, die einem ersten Längsbeschleunigungsmesswert entspricht und zusätzlich das Messen mindestens eines Wertes der Drehgeschwindigkeit anhand des Drehratensensors. Das Bestimmen des Fahrzeugneigungswinkels basiert dabei auf einer Integration des mindestens einen Drehgeschwindigkeitsmesswerts. Das Bestim- men des Winkels der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen basiert dabei auf der vekto- riellen Differenz des aus dem Längsbeschleunigungsmesswert ermittelten Vektors und eines Erdbeschleunigungsvektors. Die verbleibende Beschleunigungskomponente entspricht dem Geschwindigkeitsgradienten, der durchschnittlich parallel zur Fahrbahnoberfläche liegt. In manchen Ausführungsbeispielen weist die Inertialsensorik zusätzlich zum Beschleunigungssensor einen Drehratensensor zum Messen einerweiteren Fahrzustandsgröße, nämlich der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs um die Fahrzeugquerachse, und zusätzlich einen Beschleunigungssensor zum Messen einerweiteren Fahrzustandsgröße, nämlich der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs entlang einer Fahrzeughochachse, auf. Dabei umfasst das Messen eines ersten Wertes einer Fahrzustandsgröße anhand einer Inertialsensorik zusätzlich das Messen mindestens eines Wertes der Drehgeschwindigkeit anhand des Drehratensensors sowie das Messen eines Wertes der Vertikalbeschleunigung anhand des Beschleunigungssensors. Das Bestimmen des Fahrzeugneigungswinkels basiert dabei auf einer Integration des mindestens einen Drehge- schwindigkeitsmesswerts. Das Bestimmen des Winkels der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen basiert dabei auf der Vektorsumme der Komponenten des aus dem Längsbeschleunigungsmesswert ermittelten Vektors und des aus dem Vertikalbeschleuni- gungsmesswert ermittelten Vektors, und auf der vektoriellen Differenz aus der Vektorsumme und einem Erdbeschleunigungsvektor. Vorteilhafterweise steht gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Kippzustand des Fahrzeugs bereits beim ersten Anfahren des Fahrzeugs zur Verfügung.
Die Inertialsensorik kann beispielsweise auch sechs Sensoren für die Bestimmung von Beschleunigungen und Drehraten für jeweils alle drei Raumrichtungen aufweisen. Die Sensorik kann dann drei Drehratensensoren entlang der Hauptachsen des Fahrzeugs sowie drei Beschleunigungssensoren umfassen. Die Drehratensensoren sind so angeordnet, dass sie die Komponenten des Vektors der momentanen Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeuges bezüglich drei Richtungen messen. Die Beschleunigungssensoren sind so angeordnet, dass sie die Komponenten des Beschleunigungsvektors eines fahrzeugfesten Punktes in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs und vertikal zur Aufstandsfläche des Fahrzeugs messen. Grundsätzlich ist es mit Hilfe einer Inertialsenso- rik möglich, Beschleunigung und/oder Drehrate in mindestens einer Raumrichtung zu bestimmen. Das Bestimmen von Beschleunigungen und Drehraten in jeweils drei Raumrichtungen ermöglicht eine hohe Genauigkeit in der Bestimmung des Fahrzeugzustandes in verschiedensten Fahrsituationen (z.B. Kurvenfahrt mit Seitenneigung des Fahrzeugs).
In manchen Ausführungsbeispielen wird während der Fahrt des Fahrzeuges laufend ein erster Wert einer Fahrzustandsgröße gemessen, ein Kippwinkel des Fahrzeugs basie- rend auf dem ersten Messwert ermittelt und basierend auf dem ermittelten Kippwinkel und dem ersten Messwert der mindestens eine Modellparameter des Kippmodells abgeglichen. In manchen Ausführungsbeispielen werden im Zuge des Ermitteins des Kippwinkels Änderungen des Kippverhaltens des Fahrzeugs aufgrund einer Änderung der Gewichtsverteilung des Fahrzeugs, wie beispielsweise durch eine Abnahme der Spritmenge im Tank des Fahrzeugs, erfasst. Dies bewirkt beim Abgleichen des Kippmodells eine Änderung des mindestens einen Modellparameters des Kippmodells während der Fahrt des Fahrzeugs. Eine Änderung des Kippverhaltens des Fahrzeugs ist auch aufgrund von auftretenden Schwankungen der Windgeschwindigkeit während der Fahrt des Fahrzeugs denkbar. In manchen Ausführungsbeispielen weist das Fahrzeug eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse auf und der Kippwinkel ist der Nickwinkel. In manchen Ausführungsbeispielen wird beim Stoppen des Fahrzeugs der Nickwinkel, der Fahrzeugneigungswinkel und/oder der Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen gespeichert und beim darauffolgenden Losfahren der Fahrzeugneigungswinkel bestimmt. Da- rauf basierend wird dann der Kippzustand des Fahrzeugs ermittelt. Wird das Fahrzeug beispielsweise auf einer abschüssigen Straße abgestellt, ist zu diesem Zeitpunkt der Neigungswinkel des Fahrzeugs und der Nickwinkel des Fahrzeugs bekannt. Daraus lässt sich unmittelbar der Neigungswinkel der Fahrbahnoberfläche ermitteln, welcher innerhalb des Messsystems abgespeichert wird. Sobald das Fahrzeug erneut losfährt wird zunächst der aktuelle Neigungswinkel des Fahrzeugs bestimmt. Aus der Kombination des Fahrzeugneigungswinkels mit dem abgespeicherten Fahrbahnneigungswinkel (vorausgesetzt die Fahrbahnneigung hat sich nicht geändert) wird unmittelbar der aktu- eile Nickwinkel bestimmt. Dieser kann sich beispielsweise aufgrund einer geänderten Beladung des Fahrzeuges verändert haben. Eine Nickwinkeländerung zwischen einem Vorgang des Fahrzeugstoppens und wieder -losfahrens kann beispielsweise auch auf Basis der Änderung des Fahrzeugneigungswinkels zwischen den zwei Zuständen bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch ein Computerprogramm, das Programmcodemittel aufweist und auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist, auf einem Computer ausgeführt werden.
Zurückkommend zu den Figuren zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf einer geneigten Fahrbahnoberfläche, wobei das Fahrzeug einen Nick- winkel aufweist. Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs auf einer ebenen Fahrbahnoberfläche, wobei das Fahrzeug einen Nickwinkel aufweist. Fig. 3 veranschaulicht ein schematisches Diagramm zweier beispielhafter Kennlinien eines Nickwinkels in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung und die Fig. 4 und Fig. 5 veranschaulichen ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß eines ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Das in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Fahrzeug 10 weist ein fahrzeugfestes Koordinatensystem auf. Es ist ein dreidimensionales Koordinatensystem mit einer x'-Achse, einer y'-Achse und einer z'-Achse. Das fahrzeugfeste Koordinatensystem ist fest mit dem Fahrzeugaufbau bzw. der Karosserie des Fahrzeugs 0 verbunden. So ist die x'- Achse repräsentativ für die Achse in Längsrichtung des Fahrzeugs 10, die y'-Achse repräsentativ für die Querachse des Fahrzeugs 10 und die z'-Achse repräsentativ für die Hochachse des Fahrzeugs 10. Der Ursprung des Koordinatensystems ist im Schwerpunkt 18 des Fahrzeugs 10 angeordnet.
Zudem ist ein Weltkoordinatensystem bzw. Erdkoordinatensystem E so vorgegeben, dass eine x-Achse repräsentativ ist für eine horizontale Achse, dass eine y-Achse repräsentativ ist für eine horizontale Achse in die Bildebene hinein und dass eine z-Achse repräsentativ ist für eine vertikale Achse. Das Fahrzeug 10 weist vorzugsweise vier Räder auf. Das Fahrzeug 10 kann jedoch auch mehr oder weniger Räder aufweisen.
Wenn das Fahrzeugverhalten um den Schwerpunkt 18 als Bewegung eines starren Körpers im dreidimensionalen Raum angenommen wird, dann kann das Fahrzeugver- halten als eine Bewegung mit sechs Freiheitsgraden definiert werden. Eine lineare Bewegung entlang der x'-Achse entspricht einer Längsbewegung des Fahrzeugs 0, eine lineare Bewegung entlang der y'-Achse entspricht einer Querbewegung des Fahrzeugs 10 und eine lineare Bewegung entlang der z'-Achse entspricht einer vertikalen Bewegung des Fahrzeugs 10. Entsprechend entspricht eine Drehbewegung um die x'-Achse einer Roll- und Wankbewegung des Fahrzeugs 10, eine Drehbewegung um die y'- Achse einer Nickbewegung des Fahrzeugs 10 und eine Drehbewegung um die z'-Achse einer Gierbewegung des Fahrzeugs 10.
In Fig. 1 ist das Fahrzeug 10 auf einer geneigten Fahrbahnoberfläche 14 dargestellt, die gegenüber der horizontalen Achse des Weltkoordinatensystems E eine Fahrbahn- Steigung ß aufweist. Mit x' ist die Längsachse des Fahrzeugs 10 mit geneigter bzw. ausgelenkter Karosserie (z.B. aufgrund von Beladung und/oder positiver/negativer Fahrzeugbeschleunigung) dargestellt. Die gepunktete Achse stellt die Horizontale bzw. die x-Achse des Weltkoordinatensystems E dar. Der zwischen der x'-Achse und der Fahrbahnoberfläche 14 eingeschlossene Winkel ist der Nickwinkel a. Der zwischen der x'-Achse und der x-Achse eingeschlossene Winkel (a + ß) ist der Neigungswinkel des Fahrzeugs 10 zur Horizontalen. Der Nickwinkel α stellt einen Drehwinkel des Fahrzeugs 10 um die y'-Achse (siehe fahrzeugfestes Koordinatensystem in Fig. 1 ; dort zeigt die y'- Achse in die Bildebene hinein) dar. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit v repräsentiert die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 entlang der Fahrbahnoberfläche 14. Eine Nickrate ist repräsentativ für eine Drehung des Fahrzeugs 10 um die Fahrzeugquerachse (entspricht y'-Achse). Die Nickrate wird durch einen Nickratensensor ermittelt, der an dem Fahrzeug angebracht ist (nicht gezeigt). Ein Nicken des Fahrzeugs 10 mit der Nickrate wird beispielsweise durch Änderung einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 10 hervorgerufen. In Fig. 2 ist das Fahrzeug 10 auf einer ebenen Fahrbahnoberfläche 14 dargestellt, d.h. die Fahrbahnoberfläche 14 entspricht der horizontalen Achse des Weltkoordinatensystems E. Mit x' ist die Längsachse des Fahrzeugs 10 mit geneigter bzw. ausgelenkter Karosserie (z.B. aufgrund von Beladung und/oder positiver/negativer Fahrzeugbeschleunigung) dargestellt. Der zwischen der x'-Achse und der Fahrbahnoberfläche 14 eingeschlossene Winkel α ist der Nickwinkel a. Eine Längsbeschleunigung ax repräsentiert eine Beschleunigung des Fahrzeugs 10 in Längsrichtung. In Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm 30 zweier beispielhafter Kennlinien des Nickwinkels α des Fahrzeugs 10 in Abhängigkeit der Längsbeschleunigung ax des Fahrzeugs 10 dargestellt. Die gestrichelte Linie entspricht einer Kennlinie eines leeren bzw. nichtbeladenen Fahrzeugs 10. Die gepunktete Linie entspricht dagegen einer beispielhaften Kennlinie des Fahrzeugs 10 in beladenem Zustand. Das Diagramm 30 veran- schaulicht exemplarisch einen Unterschied des Nickwinkels α beispielsweise aufgrund einer Änderung der Beladung des Fahrzeugs 10. So weist die Kennlinie des beladenen Fahrzeugs 10 für den Zustand, dass keine Längsbeschleunigung ax vorhanden ist, bereits einen deutlich größeren Nickwinkel α auf als das nichtbeladene Fahrzeug 10. In einer vereinfachten Form könnte die Kennlinie linearisiert werden, d.h. eine lineare Ab- hängigkeit darstellen. Eine beispielhafte Gleichung könnte wie folgt aussehen:
1
a = nwO + (-) * ax
K wobei der Nickwinkel α und nwO der Nickwinkeloffset ist. Der Nickwinkeloffset entspricht dem Nickwinkel α wenn die Längsbeschleunigung ax = 0 ist. Der Parameter k entspricht der Nicksteife des Fahrzeugs. Zurückkehrend zu Fig. 4 ist dort ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels gezeigt. Dieses entspricht einer Darstellung im fahrzeuggebundenen Koordinatensystem (χ', y', z').
Im Schritt 40 wird zunächst ein Längs- und Vertikalbeschleunigungsmesswert des Fahrzeugs anhand zweier Beschleunigungssensoren, die an dem Fahrzeug angebracht sind, gemessen.
Basierend auf der Vektorsumme der Komponenten des aus dem Längsbeschleuni- gungsmesswert ermittelten Vektors und des aus dem Vertikalbeschleunigungsmess- wert ermittelten Vektors, und basierend auf der vektoriellen Differenz aus der Vektorsumme und einem Erdbeschleunigungsvektor, wird nun in Schritt 42 ein Geschwindig- keitsänderungsvektor bestimmt. Der Nickwinkel ergibt sich in Schritt 42 dann durch Übernahme des Winkels des Geschwindigkeitsänderungsvektors oder, alternativ, durch Aufintegration und/oder Filterung des Geschwindigkeitsänderungsvektors und Auswertung der Orientierung des daraus resultierenden Geschwindigkeitsvektors.
Basierend auf dem ermittelten Nickwinkel und dem Längsbeschleunigungsmesswert wird in Schritt 44 der mindestens eine Modellparameter des Kippmodells abgeglichen. Das Kippmodell stellt eine auf dem mindestens einen Modellparameter basierende Funktion des Kippwinkels in Abhängigkeit der in Schritt 60 gemessenen Fahrzu- standsgröße (z.B. Längsbeschleunigung) dar.
Schritt 46 entspricht dem Bestimmen des Nickzustandes des Fahrzeugs mittels des Kippmodells basierend auf dem Längsbeschleunigungsmesswert.
Dieses Verfahren aus der Perspektive des Fahrzeugkoordinatensystems (Χ', Υ', Ζ') lässt sich wie folgt zusammenfassen: Aus Messungen der Beschleunigung des Fahrzeugs 10 (z.B. zunächst nicht bewegtes Fahrzeug, dann anfahrendes Fahrzeug) ergibt sich, welche Richtung die Geschwindigkeitsänderung gemessen im Fahrzeugkoordina- tensystem (Χ', Υ', Ζ') aufweist. Daraus lässt sich direkt der Nickwinkel α ermitteln, als Winkel zwischen dieser Richtung und der X'-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems (Χ', Υ', Z').
Wenn beispielsweise das Fahrzeug 10 auf einer Ebene steht, dann zeigt der gemessene Beschleunigungsvektor in Richtung der vertikalen z-Achse. Diese gemessene Be- schleunigung rührt ausschließlich von der Erdbeschleunigung her.
Beim Losfahren des Fahrzeuges 10 kommt infolge des Losfahrens zu der Erdbeschleunigung zumindest eine Längsbeschleunigung hinzu. Außerdem kann sich dadurch der Kippzustand des Fahrzeugs 10 ändern. Im Fahrzeugkoordinatensystem (Χ', Υ', Ζ') wird die resultierende Beschleunigung gemessen. Um hieraus den Geschwindigkeitsänderungsvektor dv/dt des Fahrzeugs 10 ermitteln zu können, der im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnoberfläche 14 ausgerichtet ist, muss zunächst der im Fahrzeugkoordinatensystem gemessene resultierende Beschleunigungsvektor um den Erdbeschleunigungsvektor bereinigt werden.
Dieser liegt aufgrund des Kippens nicht mehr vertikal (z-Achse). Deshalb müssen hierzu dessen Komponenten entlang der Achsen des Fahrzeugkoordinatensystems (Χ', Υ', Ζ') ermittelt werden. Dazu wird wiederum die Neigung des Fahrzeugs 0 benötigt. Diese ist aufgrund der Integration der gemessenen Drehraten bekannt. Daraus ergibt sich der bereinigte Geschwindigkeitsänderungsvektor dv/dt, dessen Lage wiederum im Fahrzeugkoordinatensystem (Χ', Υ', Ζ') gegenüber der X'-Achse dem Nickwinkel α ent- spricht.
Anstatt die Orientierung des Geschwindigkeitsänderungsvektors dv/dt auszuwerten ist es auch möglich, den Nickwinkel α durch Aufintegration bzw. Filterung des Geschwin- digkeitsänderungsvektors dv/dt zu bestimmen. So entspricht die Orientierung des Geschwindigkeitsvektors v im Fahrzeugkoordinatensystem gerade dem Nickwinkel a. Der Erdbeschleunigungsvektor, d.h. die Orientierung und der Wert, lässt sich auch während der Fahrt bestimmen, beispielsweise durch Beobachtung der Fahrzeugbewegung über einen gewissen Zeitraum.
Zurückkehrend zu Fig. 5 ist dort ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels gezeigt. Dieses entspricht einer Darstellung im erdgebundenen Koordinatensystem E.
Im Schritt 50 wird zunächst ein erster Wert einer Fahrzustandsgröße nämlich ein Längs- beschleunigungsmesswert des Fahrzeugs 10 anhand eines Beschleunigungssensors, der an dem Fahrzeug 10 angebracht ist, gemessen.
Basierend auf dem Längsbeschleunigungsmesswert wird nun in Schritt 52 ein Nickwin- kel α ermittelt. Der Nickwinkel ist definiert als der Winkel relativ zur Fahrbahnoberfläche. Dabei wird zunächst ein Fahrzeugneigungswinkel basierend auf der Differenz des Längsbeschleunigungsmesswertes und der zeitlichen Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Ferner wird der Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen basierend auf einer Höhenänderung über mindestens einen zurückgelegten Fahr- abschnitt bestimmt. Schließlich wird der Nickwinkel als Differenz zwischen dem Fahrzeugneigungswinkel und dem Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen bestimmt.
Basierend auf dem ermittelten Nickwinkel und dem Längsbeschleunigungsmesswert wird in Schritt 54 der mindestens eine Modellparameter des Kippmodells abgeglichen. Das Kippmodell stellt eine auf dem mindestens einen Modellparameter basierende Funktion des Kippwinkels in Abhängigkeit der in Schritt 50 gemessenen Fahrzu- standsgröße (z.B. Längsbeschleunigung) dar. Das Kippmodell kann beispielsweise einer linearen Abhängigkeit des Nickwinkels zur Längsbeschleunigung des Fahrzeugs entsprechen (siehe obige Gleichung). Während der Fahrt des Fahrzeuges werden dau- erhaft Wertepaare aus Nickwinkel und Längsbeschleunigung bestimmt und für das Abgleichen des Kippmodells verwendet.
Schritt 56 entspricht dem Bestimmen des Nickzustandes des Fahrzeugs mittels des Kippmodells basierend auf dem Längsbeschleunigungsmesswert. Mit einem abgeglichenen Kippmodell kann zu jedem Zeitpunkt beispielsweise der Nickwinkel berechnet werden und bei Bedarf auch eine Leuchtweitenregulierung steuern. Dabei erhöht sich die Genauigkeit des bestimmten Nickzustandes mit zunehmender Fahrtdauer aufgrund mehr eingegangener Wertepaare.
Zurückkehrend zu Fig. 6 ist dort ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels zeigt. Dieses entspricht einer Darstellung im erdgebundenen Koordinatensystem E.
Im Schritt 60 wird zunächst ein Längs- und Vertikalbeschleunigungsmesswert des Fahrzeugs anhand zweier Beschleunigungssensoren, die an dem Fahrzeug angebracht sind, gemessen. Ferner wird ein Drehgeschwindigkeitsmesswert des Fahrzeugs anhand eines Drehratensensors, der an dem Fahrzeug angebracht ist, gemessen. Basierend auf den Längs- und Vertikalbeschleunigungsmesswerten und dem Drehgeschwindigkeitsmesswert wird nun in Schritt 62 ein Nickwinkel ermittelt. Dabei wird zunächst ein Fahrzeugneigungswinkel basierend auf einer Integration des mindestens einen Drehgeschwindigkeitsmesswertes bestimmt. Ferner wird der Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen basierend auf der Vektorsumme der Komponenten des aus dem Längsbeschleunigungsmesswert ermittelten Vektors und des aus dem Vertikalbe- schleunigungsmesswert ermittelten Vektors, und basierend auf der vektoriellen Differenz aus der Vektorsumme und einem Erdbeschleunigungsvektor, bestimmt. Schließlich wird der Nickwinkel als Differenz zwischen dem Fahrzeugneigungswinkel und dem Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen bestimmt.
Basierend auf dem ermittelten Nickwinkel und dem Längsbeschleunigungsmesswert wird in Schritt 64 der mindestens eine Modellparameter des Kippmodells abgeglichen. Das Kippmodell stellt eine auf dem mindestens einen Modellparameter basierende Funktion des Kippwinkels in Abhängigkeit der in Schritt 60 gemessenen Fahrzu- standsgröße (z.B. Längsbeschleunigung) dar.
Schritt 66 entspricht dem Bestimmen des Nickzustandes des Fahrzeugs mittels des Kippmodells basierend auf dem Längsbeschleunigungsmesswert.
Das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel und das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel können auch ergänzend verwendet werden. Während die Qualität des ermittelten Kippzustandes beim ersten Ausführungsbeispiel mit zunehmender Fahrtdauer zunimmt, liefert das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel bereits bei Fahrtbeginn eine hohe Qualität des ermittelten Kippzustands. Vorteilhafterweise findet im Fahrzeug eine Kopplung der beiden Ausführungsbeispiele statt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum Bestimmen eines Kippzustandes eines Fahrzeugs bezogen auf eine Fahrbahnoberfläche basierend auf einem mindestens einen Modellparameter umfassenden Kippmodell, wobei das Verfahren umfasst:
a) Messen eines ersten Wertes einer Fahrzustandsgröße anhand einer Iner- tialsensorik, die an dem Fahrzeug angebracht ist;
b) Ermitteln eines relativ zur Fahrbahnoberfläche definierten Kippwinkels des Fahrzeugs basierend auf dem ersten Messwert;
c) Abgleichen des mindestens einen Modellparameters des Kippmodells basierend auf dem ermittelten Kippwinkel und dem ersten Messwert, wobei das Kippmodell eine auf dem mindestens einen Modellparameter basierende Funktion des Kippwinkels in Abhängigkeit der in Schritt a) gemessenen Fahrzustandsgröße darstellt; und
d) Bestimmen des Kippzustandes des Fahrzeugs mittels des Kippmodells basierend auf dem ersten Messwert der Fahrzustandsgröße und/oder einem zweiten anhand der Inertialsensorik gemessenen Messwert der Fahrzustandsgröße.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Fahrzeug eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse aufweist, und
wobei der Kippwinkel der Nickwinkel ist, der einem Drehwinkel des Fahrzeugs um die Fahrzeugquerachse entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Fahrzeug eine Fahrzeuglängsachse und eine Fahrzeugquerachse aufweist, und
wobei der Kippwinkel der Wankwinkel ist, der einem Drehwinkel des Fahrzeugs um die Fahrzeuglängsachse entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Fahrzustandsgröße einer Längsbeschleunigung entlang der Fahrzeuglängsachse entspricht, und die Inertialsensorik einen Beschleunigungssensor zum Messen eines Längsbeschleunigungswertes aufweist,
wobei in Schritt a) der erste Wert einem ersten Längsbeschleunigungsmesswert entspricht, und wobei in Schritt b) das Ermitteln des Nickwinkels umfasst:
i) Bestimmen eines Geschwindigkeitsänderungsvektors basierend auf der vektoriellen Differenz eines ersten Vektors und einem Erdbeschleunigungsvektor, wobei der erste Vektor auf dem Längsbeschleunigungsmesswert basiert, und
ii) Bestimmen des Nickwinkels
- durch Übernahme des Winkels des Geschwindigkeitsänderungsvektors o- der
- durch Aufintegration und/oder Filterung des Geschwindigkeitsänderungs- vektors und Auswertung der Orientierung des daraus resultierenden Geschwindigkeitsvektors.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Inertialsensorik zusätzlich einen Beschleunigungssensor zum Messen einer weiteren Fahrzustandsgröße, nämlich der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs entlang einer Fahrzeughochachse, aufweist, und
wobei in Schritt a) zusätzlich das Messen eines Wertes der Vertikalbeschleunigung anhand des Beschleunigungssensors umfasst ist; und
wobei in Schritt i) der erste Vektor zusätzlich auf dem Vertikalbeschleunigungs- messwert basiert derart, dass der erste Vektor eine Vektorsumme des aus dem Längsbeschleunigungsmesswert ermittelten Vektors und des aus dem Vertikalbe- schleunigungsmesswert ermittelten Vektors bildet.
6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei in Schritt b) das Ermitteln des Nickwinkels umfasst:
i) Bestimmen eines Fahrzeugneigungswinkels zwischen der Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs und einer Horizontalen basierend auf dem ersten Messwert;
ii) Bestimmen eines Winkels der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen; und
iii) Bestimmen des Nickwinkels als Differenz zwischen dem Fahrzeugneigungswinkel und dem Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Fahrzustandsgröße einer Längsbeschleunigung entlang der Fahrzeuglängsachse entspricht, und die Inertialsensorik einen Beschleunigungssensor zum Messen eines Längsbeschleunigungswertes aufweist,
wobei in Schritt a) der erste Wert einem ersten Längsbeschleunigungsmesswert entspricht, und
wobei in Schritt i) eine Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen wird und der Fahrzeugneigungswinkel basierend auf der Differenz des ersten Längsbeschleuni- gungsmesswertes und der zeitlichen Ableitung der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit entweder auf Basis von Radsensoren, von satellitengestützten Positionierungssystemen oder von Radar- oder Videosensorik gemessen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem in Schritt ii) der Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen basierend auf einer Höhenänderung über mindestens einen zurückgelegten Fahrabschnitt ermittelt wird, wobei die Höhenänderung über den mindestens einen zurückgelegten Fahrabschnitt basierend auf einer Luftdruckmessung, einer satellitengestützten Messung, einem Funknetz und/oder einer Kartendatenbank bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Fahrzustandsgröße einer Längsbeschleunigung entlang der Fahrzeuglängsachse entspricht, und die Inertialsensorik einen Beschleunigungssensor zum Messen eines Längsbeschleunigungswertes und einen Drehratensensor zum Messen einerweiteren Fahrzustandsgröße, nämlich der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs um die Fahrzeugquerachse, aufweist, und
wobei in Schritt a) der erste Wert einem ersten Längsbeschleunigungsmesswert entspricht und zusätzlich das Messen mindestens eines Wertes der Drehgeschwindigkeit anhand des Drehratensensors umfasst ist;
wobei in Schritt i) der Fahrzeugneigungswinkel basierend auf einer Integration des mindestens einen Drehgeschwindigkeitsmesswerts bestimmt wird, und
wobei in Schritt ii) der Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen basierend auf der vektoriellen Differenz eines ersten Vektors und einem Erdbeschleunigungsvektor bestimmt wird, wobei der erste Vektor auf dem Längsbeschleuni- gungsmesswert basiert.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Inertialsensorik zusätzlich einen Beschleunigungssensor zum Messen einer weiteren Fahrzustandsgröße, nämlich der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs entlang einer Fahrzeughochachse, aufweist, und
wobei in Schritt a) zusätzlich das Messen eines Wertes der Vertikalbeschleunigung anhand des Beschleunigungssensors umfasst ist; und
wobei in Schritt ii) der erste Vektor zusätzlich auf dem Vertikalbeschleunigungs- messwert basiert derart, dass der erste Vektor eine Vektorsumme des aus dem Längsbeschleunigungsmesswert ermittelten Vektors und des aus dem Vertikalbe- schleunigungsmesswert ermittelten Vektors bildet.
12. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der mindestens eine Modellparameter eine Nicksteife, eine Wanksteife und/oder einen Nickwinkeloffset umfassen kann, und bei dem der erste Messwert und/oder der zweite Messwert eine Nickrate, eine Rollrate, eine Gierrate, eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung, eine Vertikalbeschleunigung, einen Lenkwinkel, einen Antriebsmoment und/oder einen Bremsmoment umfassen kann.
13. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Bestimmen unbekannter Modellparameter in Schritt d) auf einer least-square oder Kaimanfilter Methode basiert.
14. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Fahrzeug mit einer Leuchtweiten- und/oder Leuchtrichtungsregulierung des mindestens einen Fahrzeugscheinwerfers ausgestattet ist; und
wobei basierend auf dem in Schritt d) bestimmten Kippzustand des Fahrzeugs die Leuchtweiten- und/oder Leuchtrichtungsregulierung gesteuert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die Schritte a), b) und c) laufend während der Fahrt des Fahrzeugs durchgeführt werden, wodurch Änderungen des Kippverhaltens des Fahrzeugs aufgrund einer Änderung der Gewichtsverteilung des Fahrzeugs erfasst werden.
16. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem beim Stoppen des Fahrzeugs der Nickwinkel, der Fahrzeugneigungswinkel und/oder der Winkel der Fahrbahnoberfläche zur Horizontalen gespeichert werden und beim darauffolgenden Losfahren der Fahrzeugneigungswinkel bestimmt wird und darauf basierend der Kippzustand des Fahrzeugs ermittelt wird.
17. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 16 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
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