DE102015011517B3

DE102015011517B3 - Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015011517B3
Application number: DE102015011517.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Allgayer; Paul Spannaus; Julia Franz; Philipp Knuth
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2016-09-08
Anticipated expiration: 2035-09-04
Also published as: CN106494172A; US20170066298A1; CN106494172B; US10239379B2

Abstract

Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage eines Fahrzeugs, wobei die Niveaulage über einen Abstand zwischen mindestens einem Rad des Fahrzeugs und eines Aufbaus des Fahrzeugs bestimmt wird und wobei der Abstand mittels eines von mindestens einem Fahrwerkssensor erfassten Signal ermittelt wird, wobei das von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfasste Signal mindestens Signalanteile, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen und Signalanteile, die einer Anregung durch eine von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, umfasst, und wobei die Signalanteile der Eigenbewegung des Fahrzeug mittels mindestens einer Filterfunktion aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal herausgefiltert werden und wobei mittels einer Differenz aus einem entsprechend gefilterten Signal ohne die der Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechenden Signalanteile und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs berechnet wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug und ein Steuergerät.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 und ein Steuergerät gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
Für eine Ansteuerung eines mechatronischen Systems zur Regelung eines Fahrwerks für ein Kraftfahrzeug, mit dem bspw. eine Luftfederung, eine aktive Wankstabilisierung und/oder eine Dämpferregelung umzusetzen ist, ist in der Regel eine tatsächliche Lage eines Aufbaus des Kraftfahrzeugs relativ zu dessen Reifen zu berücksichtigen, durch die die Lage bzw. ein Niveau, d. h. eine Niveaulage, des Kraftfahrzeugs beschrieben wird. Zur Bestimmung der Niveaulage eines Fahrzeugs wird je nach Ausgestaltung des mechatronischen Systems zur Regelung des Fahrwerks des Fahrzeugs mindestens ein Sensor, der in der Regel als Hochstandssensor, Niveausensor, Lagesensor und/oder Federwegsensor bezeichnet wird, verwendet.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 263 98 A1 wird ein Detektor für einen Zustand einer Fahrbahnoberfläche vorgestellt, bei dem ein aktuelles Fahrzeugniveau mittels einer über Raddrehzahlen berechneten Radbeschleunigung ermittelt wird.
Die deutsche Druckschrift DE 10 2008 058 152 A1 offenbart ein Verfahren zum Ermitteln eines Federwegs eines Fahrzeugs in Abhängigkeit einer aktuellen Raddrehzahl.
Ein Verfahren zum Berechnen eines Federwegs eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von durch einen elektromagnetischen Motor des Fahrzeugs erzeugten Kräften ist in der europäischen Druckschrift EP 2 279 088 B1 offenbart.
Die US-amerikanische Druckschrift US 2009/0319123 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem Schwingungen eines Rades eines Fahrzeugs mittels Filterfunktionen ermittelt werden.
Die gattungsbildende DE 40 03 766 A1 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage eines Fahrzeugs, wobei die Niveaulage über einen Abstand zwischen mindestens einem Rad des Fahrzeugs und eines Aufbaus des Fahrzeugs bestimmt wird, wobei der Abstand mittels eines von mindestens einem Fahrwerkssensor erfassten Signal ermittelt wird und wobei das von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfasste Signal mindestens Signalanteile, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen und Signalanteile, die einer Anregung durch eine von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, umfasst.
Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei die Niveaulage über einen Abstand zwischen mindestens einem Radträger des Fahrzeugs und eines Aufbaus des Fahrzeugs bestimmt wird und wobei der Abstand mittels eines von mindestens einem Fahrwerkssensor erfassten Signal ermittelt wird, wobei das von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfasste Signal mindestens Signalanteile, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen und Signalanteile, die einer Anregung durch eine von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, umfasst, und wobei die Signalanteile der Eigenbewegung des Fahrzeug mittels mindestens einer Filterfunktion aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal herausgefiltert werden und wobei mittels einer Differenz aus einem entsprechend gefilterten Signal ohne die der Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechenden Signalanteile und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs berechnet wird.
Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen.
Das vorgestellte Verfahren dient insbesondere zum Ermitteln einer aktuellen Niveaulage, d. h. eines Höhenstands, eines Fahrzeugs bei einer Fahrt auf insbesondere einer unebenen Strecke. Dabei ist vorgesehen, dass ein von einem Fahrwerkssensor, wie bspw. einem Federwegsensor, ermitteltes Signal, das sowohl eine Auswirkung der unebenen Strecke auf das Fahrzeug als auch eine Eigenbewegung des Fahrzeugs abbildet bzw. umfasst, derart gefiltert wird, dass lediglich die durch die Auswirkung der unebenen Straße bedingten Anteile in dem Signal zurückbleiben. Weiterhin ist vorgesehen, dass das gefilterte Signal verwendet wird, um eine Differenz zu einem entsprechenden Rohsignal, das von dem Fahrwerkssensor geliefert wird, zu berechnen und aus der berechneten Differenz auf die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs zu schließen.
Unter einer Niveaulage eines Fahrzeugs ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Höhe eines Fahrzeugaufbaus gegenüber einem Radträger eines jeweiligen Fahrzeugs zu verstehen.
Unter einer Eigenbewegung eines Fahrzeugs ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Bewegung eines Aufbaus eines jeweiligen Fahrzeugs gegenüber einem Chassis des Fahrzeugs zu verstehen, wobei die Bewegung in Reaktion auf von einer aktuell befahrenen Fahrbahn bedingten Anregung des Fahrwerks erfolgt.
Unter einer Filterfunktion ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine mathematische Funktion zum Verarbeiten von Signalen zu verstehen, die dazu geeignet ist, jeweilige Signale gemäß spezifischer Vorgaben zu transformieren und bspw. bestimmte Signalanteile eines jeweiligen Signals zu extrahieren.
Das vorgestellte Verfahren sieht insbesondere vor, dass aus Rohdaten des mindestens einen Fahrwerkssensors, bspw. für ein jeweiliges mechatronisches System zur Regelung bzw. zum Einstellen eines Fahrwerks eines jeweiligen Fahrzeugs, eine hierfür erforderliche Nutzinformation gewonnen wird. Bezüglich des mechatronischen Systems zur Regelung des Fahrwerks, in der Regel zum Einstellen einer Lage eines Aufbaus des Fahrzeugs, werden für eine Dämpferregelung Rohdaten einer Geschwindigkeit einer Radeinfederung verwendet. Zur Umsetzung einer Wankstabilisierung, einer Luftfederung oder einer aktiven Federfußpunktverstellung, d. h. einer sogenannten ”Active Body Control”, ist ferner eine absolute Position des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Zur Abstraktion und Extraktion jeweils benötigter Nutzinformationen aus jeweiligen von dem mindestens einen Fahrwerkssensor ermittelten Rohdaten wird im Rahmen einer digitalen Signalverarbeitung mindestens eine Filterung, bspw. eine Hochpass-, Tiefpass-, Bandpassfiterung und/oder eine adaptive Filterung, bspw. eine Wiener- oder Kalman-Filterung verwendet.
Mit dem vorgestellten Verfahren wird unter Nutzung mindestens eines Federwegsensors eine absolute Lage bzw. ein absolutes Niveau des Kraftfahrzeugs, üblicherweise des Aufbaus des Kraftfahrzeugs bestimmt, was auch unter sehr starker Anregung des Aufbaus und/oder des Fahrwerks des Fahrzeugs durch eine jeweilige zu befahrende Fahrbahn möglich ist. Bei Kenntnis der absoluten Lage bzw. des absoluten Niveaus ist vorgesehen, dass das System zur Regelung des Fahrwerks an die Lage bzw. das Niveau des Fahrwerks angepasst wird. Dabei kann das vorgestellte Verfahren bspw. zur Regelung eines als Luftfederfahrwerk ausgebildeten Fahrwerks zur Regelung einer Wankstabilisierung des Fahrwerks und/oder zum Einstellen bzw. Verstellen eines Federfußpunkts im Rahmen einer aktiven Kontrolle des Aufbaus verwendet werden.
Das vorgestellte Verfahren basiert insbesondere darauf, dass das Fahrzeugniveau, d. h. das aktuelle Niveau des Fahrzeugs, unabhängig von konkreten, bspw. kraftfahrzeugtypabhängigen Betriebsparametern des Fahrwerks bestimmt wird, so dass bspw. Informationen über eine Steifigkeit mindestens einer Feder und/oder einer Dämpferkonstanten mindestens eines Dämpfers als mindestens eine Komponente des Fahrwerks nicht erforderlich sind. Weiterhin sind Informationen über eine aktuelle Masse des Kraftfahrzeugs, die von dessen Beladung abhängig ist, ebenfalls nicht erforderlich. Entsprechend ist das vorgestellte Verfahren unabhängig von einem Typ bzw. Derivat eines jeweiligen Kraftfahrzeugs allgemeingültig aufgebaut und kann ohne intensiven Parametrierungsaufwand schnell und einfach in verschiedenen Fahrzeugen eingesetzt werden.
Somit ist eine signalbasierte und fahrzeugunabhängige Bestimmung des Fahrzeugniveaus eines Fahrzeugs unabhängig von einer Anregung jeweiliger Fahrwerkskomponenten durch eine aktuell befahrene Straße zu erreichen.
In Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens wird das Fahrzeugniveau eines Fahrzeugs, d. h. üblicherweise ein mittlerer Abstand zwischen Reifen bzw. einem Radträger des Fahrzeugs und dem Aufbau des Fahrzeugs unter Berücksichtigung von Rohsignalen mindestens eines Federweg- bzw. Niveausensors ermittelt. Dabei ist auch bei starker Anregung durch eine jeweilige Straße eine Ermittlung des Fahrzeugniveaus durch Filterung vorgesehen, obwohl einerseits ein Signalspektrum jeweiliger hierbei üblicherweise zu nutzender Rohsignale, aus denen das Fahrzeugniveau abzuleiten ist, und andererseits ein störendes Signalspektrum zumindest teilweise in einem sich überlappenden Frequenzspektrum bzw. Frequenzbereich angesiedelt sind. Unter Verwendung des vorgestellten Verfahrens ist es möglich, das Signalspektrum der Frequenz, durch die das Kraftfahrzeug bei seiner Fahrt über die jeweilige Straße angeregt wird, bspw. unter Berücksichtigung einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abzuschätzen, wobei zu berücksichtigen ist, dass eine Vertikalschwingung, mit der das Fahrzeug beim Befahren einer jeweiligen Straße angeregt wird, mit zunehmender Geschwindigkeit, mit der ein jeweiliges Hindernis überfahren wird, im Frequenzbereich zunimmt. Somit ist im Vergleich zu einer modellbasierten Beschreibung der Bewegung des Aufbaus des Fahrzeugs, bei dem zur Regelung bspw. eine Kalman-Filterung oder eine Zustandsraum-Filterung durchgeführt wird, für das vorgestellte Verfahren ein stark reduzierter bzw. kein Parametrierungsaufwand erforderlich. Außerdem kann auf eine Bedatung eines evtl. alternativ oder ergänzend zu berücksichtigenden Feder-Dämpfer-Massen-Ersatzmodells verzichtet werden, da bei einem derartigen Ersatzmodell bei einer veränderlichen Masse des Kraftfahrzeugs die Masse geschätzt werden muss.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Filterfunktion in Abhängigkeit eines Frequenzbereichs einer Bewegung mindestens einer Fahrwerkskomponente des Fahrzeugs gewählt wird.
Das vorgestellte Verfahren basiert auf der Annahme, dass Hebe- und Senkgeschwindigkeit eines jeweiligen Fahrwerksystems bekannt sind, so dass ein Systemfrequenzbereich einer Relativbewegung von Fahrzeugaufbau und Rad eines jeweiligen Fahrzeugs, hervorgerufen durch einen Eingriff eines aktiven Fahrwerksystems, als konstant angenommen werden können. Ein konstanter Frequenzbereich erlaubt eine Abschätzung von Filterkoeffizienten einer jeweiligen Filterfunktion beliebiger Ordnung mittels einer Koeffizientenbestimmungsmethode.
Das Bestimmen von Filterkoeffizienten mittels einer Koeffizientenbestimmungsmethode kann bspw. im Sinne einer Filterauslegung nach Butterworth, Chebysehv, Bessel oder jeder weiteren technisch geeigneten Filterfunktion erfolgen. Dabei erfordert die Filterauslegung als signifikante Größe eine sogenannte Knick- bzw. Eckfrequenz. Diese Eckfrequenz trennt im Frequenzbereich einen gedämpften von einem ungedämpften Signalanteil. Die Art der Koeffizienten bestimmt eine Trennschärfe und eine Ordnung eines jeweiligen Filters sowie einen Grad der Dämpfung an der Knickfrequenz. Bei einer Berechnung diskreter Signale auf einem digital rechnenden Steuergerät, müssen die Filterkoeffiezienten von einer analogen Filterauslegung in eine digitale Filterauslegung überführt werden. Somit gilt es bei der Bestimmung einer jeweiligen zu verwendenden Eckfrequenz eine Abtastraterate bzw. eine Rechenschrittweite eines jeweiligen Softwareteils, der eine jeweilige Filterfunktionen ausführt, zu berücksichtigen.
Eine gemäß dem vorgestellten Verfahren ermittelte Filterfunktion berechnet bzw. filtert ein jeweiliges Signal ohne Mittelwerte zu bilden. Dies bedeutet, eine gemäß dem vorgestellten Verfahren vorgesehene Filterfunktion berechnet bzw. filtert ein jeweiliges Signal mittelwertfrei, so dass eine fahrwerkssystemeigene Bewegung aus dem jeweiligen Signal entfernt wird. Durch Bildung einer Differenz aus einem derart gefilterten Signal, d. h. einem Signal aus dem die durch ein Aufschwingen eines Fahrwerkssystems eines jeweiligen Fahrzeugs bedingte Eigenbewegung des Fahrzeugs herausgerechnet bzw. herausgefiltert wurde, und einem entsprechenden Rohsignal, kann gemäß dem vorgestellten Verfahren direkt auf eine jeweilige absolute Fahrzeughöhe, d. h. auf ein aktuelles Fahrzeugniveau geschlossen werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die Filterfunktion derart gewählt wird, dass zusätzlich die Singalanteile, die langen Unebenheiten auf der aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal herausgefiltert werden.
Um lediglich aktuelle Einflüsse von Fahrbahnunebenheiten bei der Ermittlung des aktuellen Fahrzeugniveaus zu berücksichtigen, ist vorgesehen, dass globale, d. h. lange, Änderungen bzw. Unebenheiten, die sich über einen vergleichsweise langen Zeitraum auf das Fahrzeug auswirken, nicht berücksichtigt werden. Dazu kann bspw. ein Hochpassfilter verwendet werden, der nur schnelle Signaländerungen bzw. hohe Frequenzanteile bspw. schneller als 1 Hz berücksichtigt und alle langsameren Frequenzanteile verwirft.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als Signalanteile, die von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal herausgefiltert werden, Frequenzanteile gewählt werden, so dass ein jeweiliges gefiltertes Signal ohne die Verwendung einer Mittelungsfunktion berechnet wird.
Durch Verwendung eines frequenzbasierten Filters, der bestimmte Frequenzanteile zur Berechnung eines entsprechend gefilterten Signals verwendet und andere Frequenzanteile verwirft, können selektiv bestimmte Signalanteile, insbesondere, diejenigen, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen, aus einem jeweiligen Signal ausgeschlossen werden und verfälschende Mittelungsprozeduren, die über alle Signalanteile, eben gerade auch unerwünschte Signalanteile integrieren, vermieden werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die aus dem gefilterten Signal und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal gebildete Differenz mittels einer Glättungsfunktion geglättet wird, um eine Systemträgheit eines Fahrwerksystems des Fahrwerks zu berücksichtigen.
Um bspw. mechanische Dämpfungsversteller anzusteuern, ist ein Signal erforderlich, das einem Arbeitsbereich jeweiliger Dämpfungsversteller eines Fahrzeugs entspricht. Dies bedeutet, dass für eine Ansteuerung eines Dämpfungsverstellers, der bspw. höchstens zehn mal pro Sekunde ausgelenkt werden kann, ein Signal verwendet werden sollte, dass keine Signalteile umfasst, die schneller als 10 Hz sind. Entsprechend ist denkbar, dass ein gemäß dem vorgestellten Verfahren berechnetes Signal geglättet wird, so dass das Signal bspw. nur noch Signalanteile bis maximal 10 Hz umfasst, um jeweilige Dämpfungssteller ansteuern zu können.
In einer weitern möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass die mindestens eine Filterfunktion mittels mindestens eines von jeweiligen Filterkoeffizienten der mindestens einen Filterfunktion abhängigen Anpassungsfaktors derart angepasst wird, dass die entsprechend gebildete Differenz sich einem idealen Signal bestmöglich annähert.
Es ist denkbar, dass eine jeweilige zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens gewählte Filterfunktion an ihre Aufgabe, d. h. die Extraktion von Signalanteilen, die einer Eigenbewegung eines jeweiligen Fahrzeugs entsprechen, angepasst wird, um ein möglichst exaktes Ergebnis zu erzielen.
Dazu kann die Filterfunktion über Stellgrößen wie bspw. ein ”gain” angepasst werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens ist vorgesehen, dass als mindestens eine Filterfunktion mindestens eine Filterfunktion der folgenden Liste an Filterfunktionen gewählt wird: Butterworthfilter, Chebyshevfilter, adaptiver Filter, Wiener-Filter, Kalman-Filter, Bandpassfilter, Tiefpassfilter und Hochpassfilter sowie jede weitere technische geeignete mathematische Funktion zum Extrahieren von Signalanteilen aus einem Signal.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem Steuergerät, das zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage des Fahrzeugs konfiguriert ist, wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, die Niveaulage über einen Abstand zwischen mindestens einem Rad des Fahrzeugs und eines Aufbaus des Fahrzeugs zu bestimmen, wobei der Abstand mittels eines von einem von mindestens einem Fahrwerkssensor erfassten Signal zu ermitteln ist und wobei das von dem mindestens einen Fahrwerkssensor zu erfassende Signal mindestens Signalanteile, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen und Signalanteile, die einer Anregung durch eine von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, umfasst, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, die Signalanteile der Eigenbewegung des Fahrzeug mittels mindestens einer Filterfunktion aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor zu erfassenden Signal herauszufiltern und von einer Differenz aus einem entsprechend gefilterten Signal ohne die der Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechenden Signalanteile und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal auf die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs zu schließen und die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs mindestens einer Steuerungsfunktion einer Komponente des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
Das vorgestellte Fahrzeug dient insbesondere zur Durchführung des vorgestellten Verfahrens.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Fahrzeugs ist vorgesehen, dass das Steuergerät dazu konfiguriert ist, die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs einer Niveauregelung zum Abgleich mit einem vorgegebenen Sollwert zur Verfügung zu stellen, um mindestens eine einzustellende Hub- bzw. Senkgeschwindigkeit der Niveauregelung entsprechend zu wählen.
Insbesondere beim Fahren auf sehr unebenen Straßen, wie bspw. auf Kopfsteinpflaster ist eine schnelle und präzise Einstellung einer Niveauregelung erforderlich. Entsprechend ist vorgesehen, dass die Niveauregelung schnell und einfach von einem Steuergerät gemäß dem vorgestellten Verfahren mit einem aktuellen Wert des Fahrzeugniveaus versorgt wird.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Steuergerät zum Einbau in einem Fahrzeug, wobei das Steuergerät zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage des Fahrzeugs konfiguriert, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, die Niveaulage über einen Abstand zwischen mindestens einem Rad des Fahrzeugs und einem Aufbau des Fahrzeugs zu bestimmen, wobei der Abstand mittels eines von mindestens einem Fahrwerkssensor erfassten Signal zu ermitteln ist und wobei das von dem mindestens einen Fahrwerkssensor zu erfassende Signal mindestens Signalanteile, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen und Signalanteile, die einer Anregung durch eine von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, umfasst, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, die Signalanteile der Eigenbewegung des Fahrzeug mittels mindestens einer Filterfunktion aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor zu erfassenden Signal herauszufiltern und von einer Differenz aus einem entsprechend gefilterten Signal ohne die der Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechenden Signalanteile und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal auf die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs zu schließen und die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs mindestens einer Steuerungsfunktion einer Komponente des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
Das vorgestellte Steuergerät dient insbesondere zur Ausführung des vorgestellten Verfahrens sowie zum Betrieb des vorgestellten Fahrzeugs.
In einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Steuergeräts ist vorgesehen, dass die Komponente des Fahrzeugs ausgewählt ist aus der folgenden Liste an Komponenten: Luftfederfahrwerk, Wankstabilisierung und/oder Federfußpunktverstellsystem.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
1 zeigt einen schematischen Überblick über eine mögliche Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens.
2 zeigt ein von einem gemäß einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens vorgesehenen Fahrwerkssensor erfasstes Signal.
3 zeigt eine Signalverarbeitung gemäß einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens.
4 zeigt verschiedene Filterfunktionen gemäß verschiedener möglicher Ausgestaltungen des vorgestellten Verfahrens.
5 zeigt eine modellbasierte Umsetzung einer Filterfunktion gemäß einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens.
Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
In 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt. Das Fahrzeug 1 ist mit einem aktiven Aufbaufedersystem, d. h. einer sogenannten ”Active Body Control”, ausgerüstet. Um das aktive Aufbaufedersystem derart zu regulieren, dass das Fahrzeug 1 auf einem konstanten Fahrzeugniveau, d. h. einer konstanten Fahrzeughöhe h_Fzg, bei der ein Aufbau des Fahrzeugs 1 im Wesentlichen in einem gleichen Abstand zu jeweiligen Radträgern des Fahrzeugs 1 verbleibt, muss dem aktiven Aufbaufedersystem ein aktueller Wert des Abstands zwischen Aufbau und jeweiligen Radträgern, d. h. der Fahrzeughöhe h_Fzg, übermittelt werden, so dass das aktive Aufbaufedersystem den Abstand zwischen Aufbau und Radträgern aktiv regeln kann.
Diese absolute Fahrzeughöhe h_Fzg hat einen initialen Zustand und kann durch Fahrer- oder Regelsystemwunsch verändert werden. Dieses Fahrzeugniveau ist ideal als feste Größe interpretierbar und damit zeitlich konstant, wie es Gleichung (1) entnehmbar ist. h_Fzg = h_Fzg(t) = const. (1)
Die Fahrzeughöhe h_Fzg wird durch das aktive Aufbaufedersystem als Regelziel interpretiert und entspricht damit einer idealen Information über die tatsächliche Fahrzeughöhe h_Fzg.
Fährt das Fahrzeug 1 über eine unebene Fahrbahn, regt die Fahrbahn ein gekoppelte Feder-Dämpfer-Massen System des aktiven Aufbaufedersystems zu gekoppelten Schwingungen an, wodurch die aktuelle Fahrzeughöhe h_Fzg bzw. die Differenz zwischen Radhauskante und Reifenprofil als von außen sichtbare Größe der gemessenen Fahrzeughöhe schwankt. Zur Bestimmung der Fahrzeughöhe h_Fzg werden Federwegsensoren verwendet, die eine Differenzbewegung zwischen Radträger und Aufbau erfassen. Aus den Federwegsensoren des Fahrzeugs 1 kann somit auf die radeigene Niveaulage des Fahrzeugs 1, d. h. einem Abstand zwischen einem jeweiligen Rad und dem Fahrzeugaufbau geschlossen werden, wie durch Pfeile 3 und 5 angedeutet.
Weiterhin gibt ein Fahrbahnprofil, wie durch Pfeil 7 angedeutet, ein Frequenzspektrum für jeweilige Federwegsensoren vor, dass sich in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug 1 sich entlang der Fahrbahn bewegt, wie durch die Achse 9 angedeutet, und in Abhängigkeit von Wankbewegungen des Fahrzeugs 1, wie durch einen Raumwinkel φ und eine Horizontalachse 11 bzw. eine Vertikalachse 13 angedeutet, ändert.
2 zeigt ein Frequenzspektrum 15 eines von einem Federwegsensor des Fahrzeugs 1 erfassten Signals, das in einem Diagramm 17 dargestellt ist, das sich über eine Zeitachse in [s] auf der Abszisse 19 und eine Amplitudenachse in [mm] auf der Ordinate 21 aufspannt. Das Frequenzspektrum 15 stellt ein durch Fahrbahnunebenheiten stark gestörtes Signal des aktiven Aufbaufedersystem des Fahrzeugs 1 mit einer Niveauänderung von 20 mm zwischen 15 und 35 Sekunden dar, wie durch Bereiche 23 und 25 angedeutet.
In der in 2 dargestellten Situation wurde eine Fahrbahn mit sehr großen Profilsprüngen mit einer stadttauglichen Geschwindigkeit im Bereich um 50 km/h befahren. Dabei schwankte ein jeweiliges Rad zum Aufbau des Fahrzeugs 1 um ca. 80 Millimeter in absoluter Amplitude. Diese starke Bewegung ist im Bereich 25 von einem Hebe- und Senkvorgang von ca. 20 mm Länge, die von einer Luftfeder des aktiven Aufbaufedersystems des Fahrzeugs 1 im Bereich 23 zwischen 15 und 35 Sekunden vollzogen wird, überlagert. Da die Schwankungen des Rads in Abhängigkeit der Profilsprünge der Fahrbahn von den Hebe- und Senkvorgängen der Luftfeder des aktiven Aufbaufedersystems überlagert sind, ist eine Bestimmung der aktuellen Fahrzeughöhe h_Fzg über eine Mittelwertbildung nicht möglich.
Um die Fahrzeughöhe h_Fzg unabhängig von Bewegungen der Luftfeder des aktiven Aufbaufedersystems zu ermitteln, sieht das vorgestellte Verfahren vor, dass eine mittelwertfreie und geschwindigkeitsabhängige Fahrbahnanregung des aktiven Aufbaufedersystems durch einen Hochpassfilter niedriger Eckfrequenz ermittelt wird. Dazu ist vorgesehen, dass eine Differenz zwischen ungefilterten und gefilterten Signalen eines jeweiligen Federwegsensors des Fahrzeugs 1 gebildet wird, die sofort eine tatsächliche und absolute Fahrzeughöhe h_Fzg liefert. Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Hochpassfilter in Abhängigkeit von bekannten Eigenschaften des aktiven Aufbaufedersystem gewählt wird, so dass die durch die Bewegungen des aktiven Federaufbausystems verursachten Bewegungen effektiv durch den Hochpassfilter extrahiert und schließlich zur Berechnung der Differenz, die schließlich die Fahrzeughöhe h_Fzg angibt, verwendet werden können.
Zur Reduktion verbleibender Schwingungsanteile unter Berücksichtigung einer maximal zulässigen Signalverzögerung eines nachgeschalteten und signalverarbeitenden Regelsystems, kann ggf. eine glättende Tiefpassfilterung erfolgen, wie in 3 dargestellt. Hier wird ein von einem Federwegsensor 30 erfasstes Signal über einen Hochpassfilter gefiltert, wie voranstehend beschrieben und durch ein Diagramm 31 angedeutet. Um ein von dem Hochpassfilter erzeugtes Signal bspw. zu glätten und dadurch zur Zuführung weiterer Komponenten des Fahrzeugs 1 zu optimieren, wird das Signal einem Tiefpassfilter zugeführt, wie durch ein Diagramm 33 angedeutet. Der Tiefpassfilter gibt schließlich ein geglättetes Signal aus, dem eine aktuelle Fahrzeughöhe h_Fzg entnommen werden kann, wie durch Pfeil 35 angedeutet.
In 4 ist ein Ergebnis der Signalmanipulation bzw. -reduktion mittels verschiedener Hoch- und Tiefpassfilter in einem Diagramm 40 dargestellt, das sich auf der Abszisse 41 über eine Zeitachse in [s] und auf der Ordinate 43 über eine Amplitude in [mm] aufspannt. Je nach Filteraufbau der Hoch- und Tiefpassanteile kann eine Überschätzung oder Unterschätzung einer aus einem jeweiligen Signal resultierenden Signalamplitude beobachtet werden. Um eine ggf. auftretende Überschätzung oder Unterschätzung zu korrigieren, kann ein von jeweiligen Filterkoeffizienten abhängiger Anpassungsfaktor (Gain) vorgesehen werden, damit die absolute Fahrzeughöhe h_Fzg optimal und direkt ausgegeben werden kann.
In kommt eine Hochpass-Filterauslegung zweiter Ordnung zum Einsatz. Damit ist eine Amplitudendämpfung niederfrequenter Signalanteile mit 40 dB pro Dekade zu beobachten. Dies stellt in einem echtzeitfähigen Steuergeräte-berücksichtigenden Entwicklungsumfeld einen guten Kompromiss zwischen dynamischem Filterverhalten für eine schnelle Signalanpassung bei überschaubarem Rechenaufwand dar.
Einem idealen Verlauf 45 eines Fahrzeughöhensignals nähern sich Verläufe 46, 47 und 48 an. Der Verlauf 46 zeigt eine Filterung auf Grundlage eines Butterwoorthfilters ohne Amplitudenanpassung. Der Verlauf 47 zeigt eine Filterung auf Grundlage eines Butterwoorthfilters mit Amplitudenanpassung und einem Gain von 0.9. Der Verlauf 48 zeigt eine Filterung auf Grundlage eines Chebyshevfilters mit einem Gain von 0.9.
Eine charakteristische Filterimplementierung ist in dargestellt. Ein Schaltbild 50 zeigt eine modellbasierte Umsetzung eines Filters 2. Ordnung. Ein Filterverhalten, d. h. ein Verhalten als Hoch- oder Tiefpass wird durch jeweilige Koeffizienten vorgegeben.
Die Filterimplementierung zweiter Ordnung hat je drei Nenner als auch drei Zählerkoeffizienten einer Übertragungsfunktion. Entsprechend stellt 5 eine exemplarische Umsetzung einer Filterfunktion dar, bei der ein jeweiliger erster Nennerkoeffizient stets 1 ist, wie es für Butterworth-, Chebyshev-, Bessel- und andere Filterauslegungsmethoden charakteristisch ist. Somit stehen b2 und b3 für verbleibende Nenner- und a1, a2, a3 für Zählerkoeffizienten einer Gleichung (2) einer Übertragungsfunktion.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage eines Fahrzeugs, wobei die Niveaulage über einen Abstand zwischen mindestens einem Rad des Fahrzeugs und eines Aufbaus des Fahrzeugs bestimmt wird und wobei der Abstand mittels eines von mindestens einem Fahrwerkssensor erfassten Signal ermittelt wird, wobei das von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfasste Signal mindestens Signalanteile, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen und Signalanteile, die einer Anregung durch eine von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalanteile der Eigenbewegung des Fahrzeug mittels mindestens einer Filterfunktion aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal herausgefiltert werden und wobei mittels einer Differenz aus einem entsprechend gefilterten Signal ohne die der Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechenden Signalanteile und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Filterfunktion in Abhängigkeit eines Frequenzbereichs einer Bewegung mindestens einer Fahrwerkskomponente des Fahrzeugs gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Filterfunktion derart gewählt wird, dass zusätzlich die Singalanteile, die langen Unebenheiten auf der aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal herausgefiltert werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei als Signalanteile, die von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal herausgefiltert werden, Frequenzanteile gewählt werden, so dass ein jeweiliges gefiltertes Signal ohne die Verwendung einer Mittelungsfunktion berechnet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die aus dem gefilterten Signal und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal gebildete Differenz mittels einer Glättungsfunktion geglättet wird, um eine Systemträgheit eines Fahrwerksystems des Fahrwerks zu berücksichtigen.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Filterfunktion mittels mindestens eines von jeweiligen Filterkoeffizienten der mindestens einen Filterfunktion abhängigen Anpassungsfaktors derart angepasst wird, dass die entsprechend gebildete Differenz sich einem idealen Signal bestmöglich annähert.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei als mindestens eine Filterfunktion mindestens eine Filterfunktion der folgenden Liste an Filterfunktionen gewählt wird: Butterworthfilter, Chebyshevfilter, adaptiver Filter, Wiener-Filter, Kalman-Filter, Bandpassfilter, Tiefpassfilter, Hochpassfilter mit niedriger Eckfrequenz und Hochpassfilter.
Fahrzeug mit einem Steuergerät, das zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage des Fahrzeugs konfiguriert ist, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, die Niveaulage über einen Abstand zwischen mindestens einem Rad des Fahrzeugs und eines Aufbaus des Fahrzeugs zu bestimmen, wobei der Abstand mittels eines von mindestens einem Fahrwerkssensor erfassten Signal zu ermitteln ist und wobei das von dem mindestens einen Fahrwerkssensor zu erfassende Signal mindestens Signalanteile, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen und Signalanteile, die einer Anregung durch eine von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, die Signalanteile der Eigenbewegung des Fahrzeug mittels mindestens einer Filterfunktion aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor zu erfassenden Signal herauszufiltern und von einer Differenz aus einem entsprechend gefilterten Signal ohne die der Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechenden Signalanteile und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal auf die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs zu schließen und die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs für eine mindestens eine Steuerungsfunktion einer Komponente des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs einer Niveauregelung zum Abgleich mit einem vorgegebenen Sollwert zur Verfügung zu stellen, um mindestens eine einzustellende Hub- oder Senkgeschwindigkeit Niveauregelung entsprechend zu wählen.
Steuergerät zum Einbau in einem Fahrzeug, wobei das Steuergerät zum Bestimmen einer aktuellen Niveaulage des Fahrzeugs konfiguriert, und wobei das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, die Niveaulage über einen Abstand zwischen mindestens einem Rad des Fahrzeugs und eines Aufbaus des Fahrzeugs zu bestimmen, wobei der Abstand mittels eines von mindestens einem Fahrwerkssensor erfassten Signal zu ermitteln ist und wobei das von dem mindestens einen Fahrwerkssensor zu erfassende Signal mindestens Signalanteile, die einer Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechen und Signalanteile, die einer Anregung durch eine von dem Fahrzeug aktuell befahrenen Fahrbahn entsprechen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät weiterhin dazu konfiguriert ist, die Signalanteile der Eigenbewegung des Fahrzeug mittels mindestens einer Filterfunktion aus dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor zu erfassenden Signal herauszufiltern und von einer Differenz aus einem entsprechend gefilterten Signal ohne die der Eigenbewegung des Fahrzeugs entsprechenden Signalanteile und dem von dem mindestens einen Fahrwerkssensor erfassten Signal auf die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs zu schließen und die aktuelle Niveaulage des Fahrzeugs für eine mindestens eine Steuerungsfunktion einer Komponente des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
Steuergerät nach Anspruch 10, wobei die Komponente des Fahrzeugs ausgewählt ist aus der folgenden Liste an Komponenten: Luftfederfahrwerk, Wankstabilisierung und/oder Federfußpunktverstellsystem.