DE102010037942A1

DE102010037942A1 - GPS-basierende Nickerfassung für ein integriertes Stabilitätssteuersystem

Info

Publication number: DE102010037942A1
Application number: DE102010037942A
Authority: DE
Inventors: Jianbo Livonia Lu; Dimitar Petrov Novi Filev; Kwaku O. Commerce Prakah-Asante
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2011-04-14
Also published as: US20110087398A1; CN202106962U; US9403415B2

Abstract

System und Verfahren zum Ermitteln eines Fahrzeugglobalnickwinkels und einer Fahrzeugglobalnickrate, verwendend Globalgeschwindigkeiten, die von einem Einzelantenne-Global-Positionier-System (GPS)-Empfänger (15) gemessen werden, zusammen mit Sensor-Fusionsalgorithmen, einsetzend Sensorsignale und andere berechnete Signale. Dieser ermittelte oder berechnete Fahrzeugkörpernickwinkel kann die Rolle eines Nickratensensors in einem integrierten Stabilitätssteuersystem übernehmen. Nämlich, es erreicht eine verbesserte Fahrzeugzustandsermittlung, ohne dass ein Nickratensensor erforderlich wäre.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional Anmeldung mit der Nummer 61/250,790, die am 12. Oktober 2009 eingereicht wurde, mit dem Titel GPS-Geschwindigkeit-Unterstützte-Fahrzeugzustand-Ermittlung, deren gesamter Inhalt via Bezugnahme in diese Offenbarung mit aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft integrierende Stabilitätssteuerfunktionen und insbesondere das Erfassen einer Nickrate und eines Nickwinkels zum Ermitteln von Fahrzeugzuständen in einem integrierten Stabilitätssteuersystem.
Hintergrund
Ein Ziel eines Fahrzeugstabilitätssteuersystems ist es, Gierbewegungen, Wankbewegungen und Seitendriftbewegungen eines Kraftfahrzeugs während aller Antriebszustände, auf allen Straßenoberflächen und innerhalb eines vollen Bereichs von Antriebsdrehzahlen bzw. Antriebsgeschwindigkeiten zu stabilisieren. Ein System, das ein solches Ziel erreichen kann, wird integriertes Stabilitätssteuersystem (ISC) genannt.
Existierende Stabilitätssteuersysteme wurden anfänglich dazu entwickelt, um unerwünschte Fahrzeuggierbewegung abzuschwächen und sind bekannt als elektronische Stabilitätssteuerungssysteme (ESC oder ESP). Verbesserungen bei ESC-Systemen gingen dahingehend weiter, dass Wank- und Seitendrift-Richtungsstabilisation mit einbezogen wurde, welche Systeme als Wank-Stabilitätssteuersysteme (RSC) bekannt sind. Das Wank-Stabilitätssteuersystem (RSC) erreicht Wank- und Seitendrift-Stabilisierungen für ein Fahrzeug, das auf Straßenoberflächen gefahren wird, welche hohe Reibniveaus haben, wodurch Überschläge auf der Straße möglich sind.
Stabilitätssteuersysteme, wie z. B. RSC-Systeme, sind üblicherweise mit einer Bewegungssensorgruppe oder einem Bewegungssensorsatz ausgestattet, welche/welcher aufweist einen Wankratensensor, einen Gierratensensor, einen Längsbeschleunigungsmesser und einen Seitenbeschleunigungsmesser (Lateralbeschleunigungsmesser). RSC-Systeme verwenden einen Wankratensensor und Steueralgorithmen zusätzlich zu den Standard-ESC-Systemen, um die Fahrzeug(fahr)zustandermittlung zu verbessern, wodurch die Steuerleistungen und Steuereigenschaften verfeinert werden. Verfeinerte Steuerleistung ergibt sich hauptsächlich dadurch, dass das hinzukommende Wankerfassen zu einem genaueren Erfassen des absoluten Fahrzeugwankwinkels führt, sodass seitliches Driften, auch als Seitenschlupf bekannt, von einem sich an Bord befindlichen Seitenbeschleunigungsmesser erfasst werden kann. Seitenschlupf kann detektiert werden sobald die von der momentanen Bewegung induzierte Seitenbeschleunigung ein vorbestimmtes Niveau der Unsicherheit überschreitet, das in Verbindung mit dem Seitenbeschleunigungssensor steht, wie z. B. dann, wenn ein Signal-Zu-Unsicherheit-Verhältnis (SUR) für die Seitenbeschleunigung groß ist. Die Seitenbeschleunigungserfassungsunsicherheiten können resultieren von Sensorrauschen, Sensornulldurchlaufdrift, der Sensor-Skalier-Faktor-Nichtlinearität, der Sensor-Achs-Durchlauf-Sensibilität, etc., sowie durch jede nicht gemessene Straßen(quer)neigungs-Unsicherheit. Ähnliche Erfassungsunsicherheiten können auch bei den anderen Sensorelementen vorliegen.
Jedoch kann ein instabiler Zustand auch auftreten für ein Fahrereignis mit niedrigem Erfassungssignal-Zu-Unsicherheits-Verhältnis. Beim Fahren auf z. B. einer verschneiten und/oder vereisten Oberfläche ist das Kurvenfahren-Beschleunigungsniveau des Fahrzeugs üblicherweise klein, wobei das Fahrzeug aber dennoch eine sehr starke Drift/-Seitenschlupf-Bewegung erfahren kann. In diesem Falle ist die tatsächliche Kurvenfahrbeschleunigung sehr nahe am Beschleunigungsmesser-Erfassungsunsicherheitsniveau, d. h., das Erfassungssignal-Zu-Unsicherheits-Verhältnis ist nahe 1. Die seitliche Instabilität kann ermittelt werden aus einem Seitenschlupfwinkel, der aus der Längsgeschwindigkeit und der Seitengeschwindigkeit des Fahrzeugkörpers berechnet wird, welche ermittelt werden aus den ersten Integralen der Beschleunigungen zusammen mit den zweifachen Integralen der Winkelraten. Wenn das Erfassungssignal-Zu-Unsicherheits-Verhältnis nahe 1 ist, dann könnte das Integral der Erfassungsunsicherheit diese Ermittlung dominieren. Daher ist es wichtig, Erfassungsunsicherheiten zu beseitigen und das Erfassungs-Signal-Zu-Unsicherheitsverhältnis zu verstärken. Ein Weg, um dies zu tun, ist das Erhöhen der Erfassungsfähigkeiten, um den Straßeneinfluss von der Erfassungsunsicherheit zu differenzieren bzw. zu unterscheiden. Z. B. kann ein Vertikalbeschleunigungsmesser und/oder ein Nickratensensor zu dem bei der Wankstabilitätssteuerung verwendeten Sensorsatz hinzugefügt werden, um die Erfassungsunsicherheiten auf Grund des Straßeneinflusses zu beseitigen.
Während es einerseits höchst wünschenswert ist, die Erfassungsfähigkeit bzw. die Erfassungsleistung zu verbessern und die Erfassungsunsicherheiten für Fahrzeugzustände mit geringer Signal-Zu-Unsicherheit zu beseitigen, besteht auch der Bedarf, einen kosteneffizienteren Ansatz zu entwickeln im Vergleich zum Hinzufügen von kostenintensiven Sensoren.
Erläuterung der Erfindung
Die Erfindung verwendet GPS-Informationen, die von einem sich an Bord befindlichen und für Nichtstabilitätssteuerzwecke, wie z. B. Navigation und Anschlussfähigkeit, verwendeten GPS-System erhältlich sind, um eine Sensorfusion/Sensorkooperation mit Fahrzeugbewegungssensoren zu erzielen, um eine verbesserte Fahrzeug(fahr)zustand-Ermittlung zu erzielen. Im Besonderen stellt die Erfindung ein System und ein Verfahren zum Erfassen des globalen (absoluten) Fahrzeugnickwinkels oder der Straßen(längs)neigung bereit, wobei globale Geschwindigkeiten, die von einem Einzelantenne-Global-Positionier-System(GPS)-Empfänger gemessen werden, zusammen mit Sensorfusionsalgorithmen, die andere Sensorsignale und andere berechnete Signale einbringen, verwendet werden. Dieser derart ermittelte oder berechnete Nickwinkel des Fahrzeugkörpers kann die Rolle bzw. den Einsatz eines Nickratensensors in einem integrierten Stabilitätssteuersystem einnehmen. D. h., es wird eine verbesserte Fahrzeug(fahr)zustand-Ermittlung erzielt, ohne dass ein Nickratensensor hierfür erforderlich wäre.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Nick-Erfassungssystem bereitgestellt, das von einem integrierten Stabilitätssteuersystem eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, wobei eine Nickberechnung aus globalen Fahrzeuggeschwindigkeiten ermittelt wird, die von einem GPS-Empfänger erhalten sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein integriertes Stabilitätssteuersystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches einen GPS-Empfänger hat, der 3D(dreidimensionale)-Fahrzeuggeschwindigkeitsmessungen durchführen kann, wobei das System eine Nickberechnung bereitstellt/vornimmt, die für den Fahrzeugnickwinkel und die Fahrzeugnickrate stehen/bezeichnend sind, wobei es diese unter Verwendung der von den GPS-Empfänger bereit gestellten Fahrzeuggeschwindigkeitsmessungen ermittelt.
Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung werden bei einem Kraftfahrzeug, das einen GPS-Empfänger und wenigstens ein Stabilitätssteuersystem aufweist, 3-dimensionale, globale Fahrzeuggeschwindigkeitsmessungen von dem GPS-Empfänger erhalten und ein Nickwinkel und/oder eine Nickrate des Fahrzeugs hieraus ermittelt.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm von elektronisch gesteuerten Systemen, die bei einem Kraftfahrzeug vorliegen.
2 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem integrierten Stabilitätssteuersystem gemäß der Erfindung.
3 zeigt ein Blockdiagramm eines integrierten Stabilitätssteuersystems gemäß der Erfindung.
4 zeigt ein Blockdiagramm einer GPS-Vorrichtung und von Bewegungssensoren, die mit einer Bremssteuereinheit verbunden sind.
5 zeigt einen Graphen, welcher GPS-Geschwindigkeit-Basierte Nickermittlungen im Vergleich zu Sensor-Basierter Nick-Information für das normale Fahren auf einer Bergstraße zeigt.
6 zeigt einen Graphen, welcher GPS-Geschwindigkeit-Basierte Nickermittlungen im Vergleich zu Sensor-Basierter Nick-Information für aggressives Fahren auf einer vereisten Straße zeigt.
7A, 7B und 7C zeigen eine Serie von Graphen für Testresultate aus der Ermittlung der Seitengeschwindigkeit gemäß der Erfindung.
8 zeigt einen Vergleich einer Seitenschlupfermittlung gemäß der Erfindung mit jener gemäß einer Simulation.
9 zeigt einen Vergleich einer Wankwinkelermittlung gemäß der Erfindung mit jener gemäß einer Simulation.
Elemente und Verfahrensschritte in den Figuren sind aus Vereinfachungsgründen und Klarheitsgründen dargestellt und sind nicht notwendigerweise gemäß irgendeiner speziellen Sequenz angegeben. Z. B. sind Verfahrensschritte, die aufeinanderfolgend oder in einer unterschiedlichen Reichenfolge durchgeführt werden können, in den Figuren dargestellt, um das Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung zu erleichtern.
Obwohl zahlreiche Aspekte der Erfindung mit Bezug auf eine bestimmte dargestellte Ausführungsform beschrieben werden, ist die Erfindung nicht auf derartige Ausführungsformen eingeschränkt, und es können zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Abwandlungen vorgesehen sein, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Schutzbereich abzuweichen. In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen dazu verwendet, um gleiche Komponenten zu bezeichnen.
In 1 ist ein Blockdiagramm eines Geschlossene-Schleife-Steuersystems 100 für ein Fahrzeug dargestellt, welches sowohl durch Fahrer-Steuerung als auch durch zahlreiche elektronische Steuerungen beeinflusst ist. Die Fahrer-Steuerung durch den Fahrer 110 wird durch die Drossel/Drosselklappe 122, die Bremse 124 und das Lenkrad 126 eingebracht. Der Fahrer erhält Steuerungsgefühl, wie z. B. Gaspedal(druck)gefühl, Bremspedal(druck)gefühl und Lenkradsteuer(kraft)gefühl durch die Sensormechanismen 123, 125, 127 (z. B., Drosselklappe, (Gas-)Pedal, Lenkrad) und erhält Bewegungsgefühl durch die Antwort des Fahrzeugs (nicht gezeigt), das von dem Fahrer gefühlt/gespürt wird. Die Fahrersteuerbefehle werden entweder elektronisch oder mechanisch an die zahlreichen Aktuatoren gesendet, wie z. B. an Leistungsstrangaktuatoren 142, Bremsenaktuatoren 144 und Lenkungsaktuatoren 146, sodass die zugehörigen Aktuatoren auf die Steuerbefehle des Fahrers reagieren können, um das Fahrzeug entsprechend zu bewegen.
Elektronische Steuerungen werden eingebracht durch Berechnen von Steuerbefehlen in einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 130 und durch digitales Senden von Steuerbefehlen an die Leistungsstrangaktuatoren 142, die Bremsenaktuatoren 144, die Lenkungsaktuatoren 146 und Aufhängungsaktuatoren 148. Jeder der Aktuatoren 142–148 hat seine eigenen Sensorelemente 143, 145, 174 und 149, die den Systemzustand des jeweiligen, zugehörigen Aktuators erfassen bzw. messen. Das Fahrzeug 150 und die Fahrzeugumgebung 160 haben auch Sensoren 159, die der ECU (elektronische Steuereinheit) 130 Eingabeinformationen zuführen, die für die Zustandsermittlung verwendet werden. Die ECU 130 weist Steuerlogiken 131 auf, welche unten den Typen von Untersystemen gruppiert sind, wie z. B. einer Leistungsstrangsteuervorrichtung, einer Lenkungssteuervorrichtung, einer Bremssteuervorrichtung und einer Aufhängungssteuervorrichtung. Diese Steuervorrichtungen können auch übergreifende Funktionen haben, was bedeutet, dass einige Steuervorrichtungen gleichzeitig unterschiedliche Steueraufgaben übernehmen oder miteinander interagierend sind. Steuerlogiken 131 erhalten Zustandsermittlungsinformationen von Systemzuständen, welche in den folgenden Einheiten berechnet werden: einer Betriebszustandsermittlungsvorrichtung (OSE) 132, einer Umgebungszustandsermittlungsvorrichtung (ESE) 133, einer Fahrerverhaltensermittlungsvorrichtung (DBE) 134, einer Untersystem-Wechselerfassungsvorrichtung (SCD) 135 und einer Fahrzeugzustandsermittlungsvorrichtung (VSE) 136.
Tritt eine Situation auf, bei welcher sowohl die Fahrersteuerung als auch die elektronischen Steuerungen gleichzeitig die Übertragung von Steuerbefehlen an den gleichen Satz von Aktuatoren veranlassen bzw. befehlen, werden jegliche letztliche Steuerbefehle dadurch erzielt, das die angeforderten/befohlenen (Steuer-)Befehle addiert und entsprechende Kombinationsbefehle an die Aktuatoren gesendet bzw. übermittelt werden. Ein derartiges Fahrer-in-der-Schleifegesteuertes Fahrzeug, welches unter dem Einfluss sowohl von Fahrer-Steuerung als auch von elektronischen Steuerungen ist, kann dazu verwendet werden, um Fahrzeugsystemmerkmale zu charakterisieren, wie z. B: Fahrdynamiken und Sicherheit.
Für stabilitätsbezogende Funktionen, wie z. B. für die integrierte Stabilitätssteuerung, die hier diskutiert wird, und insbesondere für die elektronische Stabilitätssteuerung, für die Wankstabilitätssteuerung und deren Verbesserungen, spielt die Fahrzeug(fahr)zustandsermittlungsvorrichtung 136 eine wichtige Rolle. Fahrzeugfahrdynamiken und Fahrzeugstabilität können präzise gesteuert werden auf das Erfassen von, und zwar das individuelle Erfassen oder das Erfassen in zahlreichen Kombinationen, der Gier-Instabilität, der Wank-Instabilität und der Seiten(Drift)-Instabilität. Da die Fahrersteuerungen und die elektronischen Steuerungen koexistieren, ist es sehr wichtig für die elektronischen Steuerungen, die notwendigen, aber auf Anforderung geforderten, Steueraktionen präzise zu liefern. Andernfalls kann falsche positive oder ineffektive elektronische Steuerleistung für die Zielmerkmale ein Fahrerunbehagen verursachen.
Mit Bezug auf 2 ist ein Kraftfahrzeug in Form eines Automobils 10 mit einem integrierten Stabilitätssteuersystem gemäß der Erfindung dargestellt, inklusive der zahlreichen Kräfte und Momente, die während eines dynamischen Manövers des Fahrzeuges daran angreifen. Das Fahrzeug 10 hat ein vorderes rechtes (FR) und ein vorderes linkes (FL) Rad (mit jeweils zugehörigem Reifen) 12A und 12B und ein hinteres rechtes (RR) Rad (Reifen) 13A und ein hinteres linkes (RL) Rad (Reifen) 13B. Das Fahrzeug 10 kann ferner eine Anzahl/Mehrzahl von unterschiedlichen Typen von vorderen Lenkungssystemen 14a und hinteren Lenkungssystemen 14b aufweisen, wobei z. B. jedes von den vorderen und hinteren Rädern mit einem jeweiligen steuerbaren Aktuator versehen sein kann, wobei die vorderen und die hinteren Räder ein System vom herkömmlichen Typ haben können, bei dem beide Vorderräder zusammen gesteuert werden, und bei dem beide Hinterräder zusammen gesteuert werden, und kann ein System aufweisen mit herkömmlichen Front-Lenkungssteuern und einem unabhängig steuerbaren Hinterrad(lenk)steuern für jedes der Räder, oder umgekehrt. Im Allgemeinen kann das Fahrzeug ein Gewicht haben, repräsentiert als Mg im Schwerpunkt des Fahrzeugs, wobei g = 9.8 m/s², wobei M die Gesamtmasse des Fahrzeugs ist. Eine Einzelantenne-GPS-Einheit 15 ist an dem Fahrzeugkörper anmontiert gezeigt und ist in Verbindung mit einem Fahrzeug-CAN-Bus, der nicht dargestellt ist. Die GPS-Einheit 15 kann auch in andere Untersysteme eingebaut sein, wie z. B. in ein sich an Bord befindliches Navigationssystem, ein Fahrzeug-Anschlussfähigkeitssystem oder auch in ein Mobiltelefon oder Handy, welches z. B. über „Bluetooth”-Technologie mit dem sich an Bord befindlichen Kommunikationssystem in Verbindung ist.
Wie oben erläutert kann das System gemäß der Erfindung mit Fahrzeugsystemmerkmalen verwendet werden, einschließlich der Verwendung von zahlreichen Steuerungen, wie z. B. eines aktiven/halbaktiven Aufhängungssystems, eines Überschlagschutz- oder Überrollbügel-Systems, eines gesteuerten Bremssystems, eines Leistungsstrang Steuersystems, eines Antriebsstrangsteuersystems (z. B., eines Allradantrieb- oder Vierradantrieb-Systems), eines Terrain-Management-Systems, eines Fahrer-Unterstützungs- und Beratungssystems, oder von Airbags, oder anderer Sicherheitssysteme, die auf das Erfassen von drohenden oder unvermeidbaren Zusammenstößen oder auf das Erfassen eines Zusammenstoßes mit einem anderen Objekt entfaltet oder aktiviert werden.
Ein Erfassungssystem oder Sensorsystem 16 ist mit einem Steuersystem 18 verbunden. Das Sensorsystem 16 hat eine zentrale Sensorgruppe, welche zumindest vier Sensoreinheiten enthält, welche die Bewegungen von wenigstens vier Freiheitsgraden (DOF) des Fahrzeugkörpers messen bzw. erfassen. Das Sensorsystem 16 kann zahlreiche Hardware-Konfigurationen aufweisen, einschließlich jener, die in ESC- und RSC-Systemen verwendet werden. Im Falle eines RSC-Systems enthält das Sensorsystem z. B. eine zentrale Sensorgruppe mit einem Längsbeschleunigungsmesser, einem Seitenbeschleunigungsmesser, einem Wankratensensor und einem Gierratensensor. Das RSC-System hat ferner einen Lenkwinkelsensor, vier Raddrehzahlsensoren und einen Hauptzylinderdrucksensor. Das Sensorsystem 16 kann auch für andere Ermittlungen/Bestimmungen verwendet werden, wie z. B. Rad-Abheb-Erfassung, Straßenprofilermittlung und Aktuatorversagen-Erfassung. Die Raddrehzahlsensoren 20 sind an jeder Ecke des Fahrzeugs angebracht und generieren Signale entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit von dem jeweiligen Rad. Die Bewegungssensorgruppe im Sensorsystem 16 kann fest (feststehend) am Fahrzeugkörper angebracht sein, wobei ihre Richtungsposition in Ausrichtung mit den Richtungen x, y und z, wie in 2 gezeigt, ist. Wie zu verstehen ist, wird das Koordinatensystem von b1, b2 und b3 Körperkoordinatensystem 22 genannt, dessen Ursprung irgendwo im Fahrzeugkörper fixiert ist, wobei die b1-Achse zu der nach vorne weisenden x-Achse korrespondierend ist, die b2-Achse zu der y-Achse korrespondierend ist, die seitlich aus der Fahrerseite (nach links) zeigt, und die b3-Achse zu der z-Achse korrespondiert, die nach oben weist. Die Winkelraten des Fahrzeugkörpers sind um ihre jeweiligen Achsen als ω_x für die Wankrate, ω_y für die Nickrate und ω_z für die Gierrate angegeben.
Mit Bezug auf 3 ist ein integriertes Stabilitätssteuersystem 18 im weiteren Detail dargestellt, aufweisend eine Steuervorrichtung 26, welche ein Untersatz der in 1 gezeigten Steuerlogiken 130 mit unterschiedlicher Aufteilung ist, verwendet zum Empfangen von Informationen von einer Anzahl/Mehrzahl von Sensoren, welche einen Gierratensensor 28, einen Geschwindigkeitssensor 20, einen Seitenbeschleunigungssensor 32, einen Vertikalbeschleunigungssenor 33, einen Wankwinkelratensensor 34, einen Lenkradwinkel(Steuerradwinkel)-Sensor 35, einen Längsbeschleunigungssensor 36, eine Nicksensoreinheit 37, einen Lenkwinkel(der Räder oder des Aktuators)-Positionssensor 38, einen Aufhängungslastsensor 40 und einen Aufhängungspositionssensor 42 aufweisen können. Es ist zu bemerken, dass zahlreiche Kombinationen und Unterkombinationen von Sensoren verwendet werden können. Anstelle des Verwendens eines Nickratensensors, wie er üblicherweise vorgesehen ist, ist jedoch eine Nicksensoreinheit 37 als Software-Modul ausgebildet, welches die Nickwinkelinformation und die Nickrateninformation von (anhand) einer GPS-Einheit 15 ermittelt. Der Geschwindigkeitssensor 20 kann auch durch eine Software-Einheit durch Berechnungen durch Empfangen von Informationen von der GPS-Einheit 15 ersetzt werden. Das Integrieren (Miteinander-Verbinden/Miteinander-Koppeln) von zur Verfügung stehenden GPS-Informationen mit den Sensoren, die in dem integrierten Stabilitätssteuersystem verwendet werden, verbessert die Fahrzeug(fahr)zustandsermittlung durch Ersetzen von Hardwaresensoren durch Softwaresensoren und resultiert in Kostenersparnissen.
Das integrierte Stabilitätssteuersystem 18 umfasst die Wank-Stabilitätssteuerfunktion, die Gier-Stabilitätssteuerfunktion und die Seiten-Stabilitätssteuerfunktion und ihre Kombinationen. Es weist auch Ausgleichsentscheidungs- und Prioritätsentscheidungs-Einheiten auf, welche die zahlreichen Steuerfunktionen koordinieren, in einem Falle, in welchem mehr als eine Steuerfunktion eine Betätigung der gleichen Aktuatoren anfordert.
Obwohl die Bewegungssensoreinheit 20, 28–42 an irgendeinem Ort im Fahrzeugkörper oder am Fahrzeugkörper angebracht sein kann, sind einige Sensoren physikalisch zusammen gruppiert, um eine zentrale Bewegungssensorgruppe zu bilden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die zentrale Bewegungssensorgruppe im oder am Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs bzw. des Fahrzeugs angeordnet sein. Es ist zu verstehen, dass die zentrale Sensorgruppe auch außerhalb des Schwerpunkts zu diesem versetzt angeordnet sein kann und via Software auf diesen bezogen sein kann.
Die Steuervorrichtung 26 kann ein CAN-Kommunikationssystem 50 aufweisen, welches dazu verwendet wird, um die Signale von den mehreren Sensoren, wie z. B. den Sensoren 20 und 28 bis 42 zu empfangen. Das CAN-Kommunikationssystem 50 stellt der Fahrzeugzustandsermittlungsvorrichtung (VSE) 135, der Betriebszustandsermittlungseinheit 132 (USE), der Fahrerabsichtsermittlungseinheit (DIE) 51, der Wankstabilitätssteuereinheit (RSC) 52, der Gierstabilitätssteuereinheit (YSC) 53, der Seitenstabilitätssteuereinheit (LSC) 54, der Kurvensteuervorrichtung (CC) 55 und der Drehmomentverteilungssteuervorrichtung (TDC) 56 Signale bereit. Alle diese Einheiten können z. B. miteinander kommunizieren und können z. B. berechnete Variablen gemeinsam verwenden, und zwar durch das CAN-Kommunikationssystem 50 oder durch interne Kommunikationskanäle.
Die Ausgänge von den VSE 135, OSE 132, DIE 51, RSC 52, YSC 53, LSC 54, CC 55 und TDC 53 kommunizieren alle mit einer integrierten Stabilitätssteuerbefehlseinheit 57, wo die individuellen Steuerbefehlsanforderungen mit einer Priorität versehen werden, koordiniert werden und einer Entscheidung unterworfen werfen, basierend auf den gegenwärtigen Fahrbedingungen. Z. B. kann die RSC-Betätigung verursachen, dass das Fahrzeug untersteuert, um zu verhindern, dass ein Straßenüberschlag erfolgt. Ein derartiges RSC induziertes Untersteuern kann die YSC dazu veranlassen, eine Untersteuerungsreduziersteuerung durchzuführen, wenn die YSC und die RSC nicht an der ISC Befehlseinheit 57 koordiniert werden.
Die Ausgabe von der ISC-Steuerbefehlseinheit 57 wird dazu verwendet, um anzutreiben bzw. anzusteuern: eine Lenkungssteuervorrichtung 41, welche eine Betätigungsanforderung an den Lenkungsaktuator 146 sendet, eine Leistungsstrangsteuervorrichtung 42, welche eine Betätigungsanforderung an den Leistungsstrangaktuator 142 sendet, eine Sicherheits- und Fahrerunterstützungssteuervorrichtung 43, welche eine Betätigungsanforderung an einen Airbag 71, an eine adaptive Fahrsteuerung 72, an eine Frontkollisionswarnvorrichtung 73, an eine Fahrspurverlass-Warnvorrichtung 74 und an ein Kollisionsentschärfungssystem 75 sendet, eine Aufhängungssteuervorrichtung 44, eine Bremssteuervorrichtung 45, welche eine Betätigungsanforderung an eine vordere rechte Bremse 62a, eine vordere linke Bremse 62b, eine hintere linke Bremse 62c, eine hintere rechte Bremse 62d, eine Antiverriegelungsbremse 64, ein elektronisches Stabilitätssteuersystem 66 und eine Traktionssteuerung 68 sendet.
Der Fahrzeugzustand, der in der VSE 135 ermittelt bzw. berechnet wird, kann enthalten: die Wank-und-Nick-Orientierung des Fahrzeugkörpers, die Straßenquerneigung und die Straßenlängsneigung, die Fahrzeug-Fahrgeschwindigkeit, den Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugkörpers, den Wankwinkel zwischen der Achse und der Straßenfläche, die Gierabweichung zwischen dem tatsächlichen Fahrzeug-Gieren und dem vom Fahrer beabsichtigten Gieren. Diverse Variablen, die in der VSE 135 berechnet werden, sind das Ergebnis der direkten Anwendung der GPS-Informationen, die mit den anderen Sensorinformationen zusammen verwendet werden.
Basierend auf den Eingaben von den Sensoren, auf den Ausgaben von den zahlreichen Steuereinheiten 52, 53, 54, 55 und 56, und auf den Ausgaben von den zahlreichen Zustandsermittlungseinheiten 132, 133, 134, 135, 136 und 51, kann die Steuervorrichtung 26 andere Vorrichtungen neben der Lenkungssteuervorrichtung 41, der Leistungsstrangsteuervorrichtung 41, dem Sicherheits-/Fahrerunterstützungssystem 43, der Aufhängungssteuervorrichtung 44, der Bremssteuervorrichtung 45, steuern. Beispielsweise kann auf dieser Basis auch von der Steuervorrichtung 26 ein Getriebesystem oder ein (Rad-)Antriebsstrangsystem gesteuert werden. Abhängig von der gewünschten Empfindlichkeit des Systems und von anderen Faktoren, müssen nicht alle Sensoren 20, 28–42 in der kommerziellen Ausführungsform verwendet bzw. angewendet werden.
Die GPS-Einheit 15 zielt typischerweise auf Anwendungen ab, wie z. B. auf die Navigation und eine Notfallbenachrichtigung, wie z. B. e-911, welche nicht im Zusammenhang mit Fahrzeug-Stabilitätssteuerfunktionen stehen. (End-)Benutzer klassifizierte GPS-Empfänger (d. h. Geräte auf Standard-Endverbraucherniveau) für die Navigation und für e-911 Funktionen sind in der Lage, drei globale Geschwindigkeitsmessungen und Höhenmessungen mit einem Genauigkeitsgrad bereitzustellen, der besser ist, als die Positionsgenauigkeit, die auf Basis der Verwendung einer Doppler-Geschwindigkeit in der GPS-Einheit erreicht wird. Eine derartige Geschwindigkeitsgenauigkeit erlaubt die Verwendung von GPS, um die Erfassungsfähigkeit von Trägheitssensoren zu verbessern. Daher ist es wünschenswert, die GPS-Geschwindigkeiten zu verwenden, um die Fahrzeugzustandsermittlung zu unterstützen, und insbesondere, um die Nickrate ohne die Verwendung eines Fahrzeugnickratensensors zu ermitteln bzw. zu bestimmen.
Es werden die folgenden Kinematiken (kinematischen Beziehungen) herangezogen, die die Sensorsignale von einer zentralen Sensorgruppe aus vier Sensoreinheiten, umfassend Wankrate ω_x, Gierrate ω_z, Längsbeschleunigung a_x und Seitenbeschleunigung a_y, charakterisieren: θ ._x = ω_x + ω_zθ_y v ._x = a_x + ω_zv_y + gθ_y v ._y = a_y – ω_zv_x – gθ_x (1) wobei, θ_x der Wankwinkel ist, θ_y der Nickwinkel ist, v_x die Längsgeschwindigkeit ist, v_y die Seitengeschwindigkeit ist. Falls die Längsgeschwindigkeit v_x von anderen Einrichtungen/Mitteln bestimmt/berechnet werden kann (z. B. von Raddrehzahl-Sensorsignalen), dann kann theoretisch der Gleichungssatz (1) dazu verwendet werden, um die drei unbekannten θ_x, θ_y und v_y zu ermitteln.
Wenn jedoch die Sensor-Abweichung in Betracht gezogen wird als b_x für a_x, b_y für a_y,
für ω_x, und
für ω_z, dann lautet der Gleichungssatz (1) wie folgt:
In diesem Falle sind drei zusätzliche unabhängige Unbekannte im Gleichungssatz (2) eingeführt. Die kontinuierliche Berechnung von θ_x, θ_y und v_y, verwendend die im Gleichungssatz (2) ausgedrückten Dynamiken, in Echtzeit würde bedeuten, dass zusätzliche Informationen erforderlich sind, um die Unbekannten von den Sensorabweichungen zu unterscheiden. Von den vier Sensorabweichungen können b_y,
und
durch Langzeitmitteln (b_y) und durch Nullen während eines Stopps
beseitigt werden. Jedoch kann die Sensorabweichung b_x nicht so einfach beseitigt werden.
Daher bleibt der Gleichungssatz (2) mit vier unbekannten übrig, wenn die Sensorabweichungen b_y,
und
entsprechend gelernt werden: θ .x = ω_x + ω_zθ_y v ._x = a_x + ω_zv_y + gθ_y – b_x v ._y = a_y – ω_zv_x – gθ_x (3)
Wenn die Nickrate zu dem Gleichungssatz (3) hinzugefügt wird, dann führt der Gleichungssatz (3) zu vier Unbekannten mit vier Gleichungen. Um die Nickrate einzubeziehen, erfordert dieses Verfahren üblicherweise die Hinzufügung eines Nickratensensors zu der Sensorgruppe. Gemäß der Erfindung jedoch werden existierende GPS-Informationen dazu verwendet, um die erfoderlichen zusätzlichen Informationen für den Gleichungssatz (3) bereitzustellen, um die vier Unbekannten der vier Gleichungen zu lösen.
4 zeigt ein Netzwerk 200 unter den Bewegungssensoren 20 und 28–42, einem GPS System 15 und einer Brems-ECU 204. Der Nickwinkel eines Fahrzeugs, das mit einem Einzelantenne-GPS(-System) ausgestattet ist, kann aus der folgenden Gleichung berechnet werden
wobei, V_Osten, V_Norden, und V_abwärts die globalen Geschwindigkeiten in Ost-, Nord- und Abwärtsrichtung in einer lokalen Ebenen-Tangente zur Erdoberfläche sind. Die Nickrate für den gegebenen Nickwinkel kann berechnet werden aus ω GPS / y = θ . GPS / y + ω_zθ_x (5)
Die oben genannte Berechnung wurde verifiziert durch Verwendung von Fahrzeug-Testdaten. 5 zeigt einen Vergleich 500 von zahlreichen Berechnungen des Nickwinkels unter Verwendung von Fahrzeug-Testdaten für ein Fahrzeug, das mit dem ISC System ausgestattet ist, bei normalem Fahren auf einer Bergstraße. Die einem Rauschen unterliegende Zeitspur 502 ist eine Nickwinkelermittlung anhand des Längsbeschleunigungsmessers gemäß der folgenden Gleichung
Die Zeitspur 504 zeigt den Nickwinkel, der in einem System der Instrumentenklasse, genannt RT3K, berechnet wurde, welcher als der wahre Bodenzustand herangezogen kann. Die Zeitspur 506 zeigt den Nickwinkel, wie er unter Verwendung eines Sechs-Freiheitsgrad-IMU-Sensorsatzes, welcher einen Nickratensensor umfasst, berechnet wurde. Die Zeitspur 508 zeigt den Nickwinkel, der unter Verwendung von GPS-Geschwindigkeiten gemäß der Erfindung berechnet wurde. Es ist aus dem Vergleich ersichtlich, dass der Nickwinkel, wie er durch die Kurve 508 ausgedrückt ist, dem Nickwinkel des Instrumentenklasse-Systems in diskreten Zeitzuständen (Zeitabständen) (jede Sekunde) mit einem Maximalfehler von etwa 3 Grad folgt. Es ist ferner ersichtlich, dass der kontinuierlich berechnete Nickwinkel, IMU mit einem Nickratensensor verwendend, der Zeitspur des wahren Bodenzustands für etwa 38 Sekunden folgt, bis er von dem wahren Bodenzustand 506 mit einem Maximalfehler von über fünf Grad abweicht. Ein derartiger Fehler könnte potenziell verursacht sein auf Grund eines Sensorversatzdriftens. Es ist zu bemerken, dass für einen gegebenen Nickwinkel, der Nickrate aus der Gleichung (5) berechnet werden kann.
6 zeigt einen Vergleich 600 von einigen Berechnungen von Nickwinkeln, verwendend Fahrzeugtestdaten während eines aggressiven Fahrmanövers. Die Zeitspur 602 wird berechnet basierend auf der Gleichung (6), welche von der Bodenwirklichkeit (dem wahren Bodenzustand) abweicht, wie er durch die Zeitspur 604 dargestellt ist. Der GPS basierte Nickwinkel ist als die Zeitspur 606 gezeigt, und der IMU basierte Nickwinkel ist als die Zeitspur 608 gezeigt. Sowohl der GPS- als auch der IMU-basierte Nickwinkel folgen der Bodenwirklichkeit-Zeitspur 604 ziemlich gut. Es ist zu bemerken, dass für einen gegebenen Nickwinkel, die Nickrate aus der Gleichung (5) berechnet werden kann.
Gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung können die GPS-Geschwindigkeit basierten Nickinformationen in der Fahrzeug(fahr)zustandsermittlung zum Ermitteln der Seitengeschwindigkeit des Fahrzeugs und des Seitenschlupfwinkels des Fahrzeugs verwendet werden, das ist die Steuervariable, die für das LSC verwendet wird.
Gemäß der Erfindung wird ein Kaiman-Filter dazu verwendet, um die Seitengeschwindigkeit zu ermitteln, verwendend die GPS-Geschwindigkeit basierten Nickinformationen. Zwischenvariablen definierend ergibt sich Θ_x wie folgt:
Die Zwischenvariablen imitieren Bedingungsvariablen, wenn das Fahrzeug in einem seitlichen stabilen Zustand ist (nämlich v_y ≈ 0), sodass der Fahrzeugwankwinkel θ_x und der Fahrzeugnickwinkel θ_y wie folgt ausgedrückt werden können:
Die beiden Gleichungen des Gleichungssatzes (8) in die erste Gleichung des Gleichungssatzes (6) eingesetzt, führt zu v .._y – ω 2 / zv_y = g(Θ ._x – ω_x – ω_zΘ_y) (9)
Nimmt man an, dass ein Sensorversatz sowohl beim Längsbeschleunigungsmesser als auch beim Seitenbeschleunigungsmesser vorliegt, kann eine realistischere Gleichung von (9) ausgedrückt werden als: v .._y – ω 2 / zv_y = g(Θ ._x – ω_x – ω_zΘ_y) – b_ax + b_ay (10)
Um einen Kalman-Filter zur Ermittlung von v_y aus der obigen Gleichung zu verwenden, können der GPS-Geschwindigkeit basierte Nickwinkel oder der Geglättete-GPS-Geschwindigkeit-Basierte-Nickwinkel verwendet werden, um eine Messung von z zu konstruieren:
Diese Messung z verwendend kann ein Kalman-Filter für die Gleichung (10) wie folgt vorgesehen werden:
wobei x = [v_yv ._yb_ay – b_ax]^T ist und wobei die GPS-unterstütze Messung wie folgt ist z¹ = (Θ_y – tanθ GSP / y)g = ω_zv_y + n¹ = H¹x + n¹ (12) wobei H¹ = [1 0 0].
Während seitenstabilen Fahrzeugbetrieben, wie z. B. Geradeausfahren, langsame Fahrgeschwindigkeit, geringe Fahrzeug-Gierrate, geringe Fahrereingabe und dergleichen, kann ein Modell basierender Seitenschlupfwinkel wie folgt erzielt werden: z² = v_x(c₁a_y – c₂ω ._z + c₃ω_z) = v_y + n² = H²x + n² (13) wobei n¹ und n² Messrauschen von den GPS- und Bewegungssensorsignalen sind.
Ein Schritt-für-Schritt-Update kann zu jedem Zeitpunkt vor und nach einem GPS-Abtastpunkt (GPS-Erfassungspunkt) konstruiert werden. An einem Schritt vor dem GPS-Abtastpunkt: x ^_k(–) = Φ_k-1x ^_k-1(–) + Λ_k-1u_k P_k(–) = Φ_k-1P_k-1(–)Φ T / k-1 + Q_k-1 (14) wobei Φ_k-1 = (I – A_k-1ΔT)^–1 und Λ_k-1 = (I – A_k-1ΔT)^–1BΔT, wobei
A(•) und B sind in der Gleichung (10) definiert, ΔT ist die Abtastzeit(spanne). Die Kovarianz-Matrix Q_k-1 wird als eine konstante Matrix gewählt. P_k(–) ist die Zustands-Kovarianz-Matrix. x ^_k(–) ist der Zustandsvektor. Am GPS-Abtastpunkt: x ^_k(–) = x ^_k(–) + K_k(z_k – H 1 / kx ^_k) P_k(+) = (I – K_kH 1 / k)P_k(–) K_k = P_k(–)H 1T / k[H 1 / kP_k(–)H 1T / k + R 1 / k]^–1 (15)
Einen Schritt nach dem GPS-Abtastpunkt: x ^_k+1(–) = Φ_kx ^_k(+) + Λ_ku_k+1 P_k+1(–) = Φ_kP_k(–)Φ T / k + Q_k (16)
Nach zwei Schritten nach dem GPS-Abtastpunkt: x ^_k+2(–) = Φ_k+1x ^_k+1(–) + Λ_k+1u_k+2 P_k+2(–) = Φ_k+1P_k+1(–)Φ T / k+1 + Q_k+1 (17)
Wenn das Fahrzeug in seitenstabilen Zuständen ist, dann wird der folgende Update durchgeführt: x ^_k(–) = x ^_k-1(–) + K_k(z 2 / k – H 2 / kx ^_k) P_k(+) = (I – K_kH 2 / k)P_k(–) K_k = P_k(–)H 2T / k[H 2 / kP_k(–)H 2T / k + R 2 / k]^–1 (18)
Die Seitengeschwindigkeit kann aus der obigen Zustandsabschätzung x berechnet werden
wobei der zugehörige Nickwinkel θ_y, die Nickrate ω_y und der Wankwinkel θ_x aus den folgenden Gleichungen berechenbar sind
Die 7A, 7B und 7C zeigen die Zeitspur 700 der Variablen, die mittels des vorgenannten Kalman-Filters berechnet wurden. Der Graph 702, der in 7A gezeigt ist, ist ein Vergleich von zahlreichen Seitengeschwindigkeitsberechnungen, umfassend die Berechnung basierend auf der vorgenannten Methode, welcher zeigt: die Sprünge auf Grund des Updates an den GPS-Datenpunkten, die Seitengeschwindigkeitsreferenz von einem Instrumentenklasse-Gerät (wie z. B. einem RT3K) als die Bodenwirklichkeit, die reine Integration unter Verwendung der IMU-Sensorsignale, welche einen divergenten Trend zeigen, beginnend zum Zeitpunkt t = 5 Sekunden, und das letztlich geglättete Signal durch Passieren der GPS-basierten und Kalmangefilterten Berechnung durch einen Niedrigpass-Filter. Der Graph 704, der in 7B gezeigt ist, ist die Ableitung der Seitengeschwindigkeit, die berechnet wurde von der Kalman gefilterten Seitengeschwindigkeit, die durch die erfindungsgemäße Methode berechnet wurde, der Bodenwirklichkeit-Messung von den Instrumentenklasse-Geräten, der Berechnung von dem IMU-Sensorsatz mit reiner Integrationsmethode.
Der Graph 706, der in 7C gezeigt ist, ist die aktualisierte Verbundsensorabweichung bei der vorgenannten Kalman-Filtermethode.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wird die GPS-Geschwindigkeit, die mit 1 Hz abgetastet wird, als Ausgabe dazu verwendet, um mit der Körper-Längsbeschleunigung und der Körper-Vertikalbeschleunigung, welche bei einer Frequenz von 100 Hz abgetastet (abgefragt) zu werden, verbunden zu werden bzw. rechnerisch zusammengefasst zu werden, um die globale (absolute) vertikale und horizontale Geschwindigkeit zu erzielen.
Die kompensierten Globalgeschwindigkeiten werden dann verwendet, um den Nickwinkel des Fahrzeugkörpers zu ermitteln. Der derartige Nickwinkel wird dann in die letzte Gleichung von (3) eingesetzt, um die Seitengeschwindigkeitsermittlung zu erzielen, die in der Seitenschlupfwinkelberechnung verwendet wird. Es ist zu bemerken, dass die Fahrzeugkörpernicklage im Zusammenhang mit der Straßenlängsneigung steht, falls das von der Fahrzeugaufhängung verursachte Nicken bestimmt werden kann, was in der Tat möglich ist und beschrieben ist in den US-Patenten mit der Nr. 6,55,6,908 und der Nr. 6,684, 140 , deren Inhalt hier via Bezugnahme mit aufgenommen wird.
Die Neigung der Straße in Längsrichtung, in welche das Fahrzeug fährt, wird hier als die Straßenlängsneigung bezeichnet. Die Straßenlängsneigung kann in zwei Formen ausgedrückt werden, entweder als die tatsächliche Neigung der Straße oder als der Winkel den die Straße gegenüber dem Horizont hat. Die Umrechnung zwischen den beiden ist eine Sache einfacher Trigonometrie. Die Bestimmung des Winkels kann erreicht werden, durch Verwendung eines Verhältnisses der globalen (absoluten) vertikalen und globalen (absoluten) horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugs wie gemäß Gleichung (10).
Wie oben erläutert, ist die Fahrzeugnickalge oder die Straßenlängsneigung, die in Gleichung (10) berechnet wird, durch die GPS-Abtastrate (für ein Verbraucherklassen-GPS beträgt die Abtastfrequenz 1 Hz) limitiert, welche wesentlich kleiner ist als die Abtastrate, die in einem Bremssteuerungsmodul verwendet wird, welche üblicherweise 100 Hz ist. D. h., pro 100 Abtastpunkte, die in der Bremssteuerung berechnet werden, wird ein GPS-Abtastpunkt erhalten. Eine Kalman-Filter-Einstellung wird verwendet, um die Vertikalgeschwindigkeit und die Längsgeschwindigkeit zu bestimmen. Um die Globalgeschwindigkeiten mit den fahrzeugkörperfixierten Beschleunigungen in Bezug zu setzen, werden der Fahrzeugkörperwankwinkel und der Fahrzeugkörpernickwinkel verwendet, die im vorausgehenden Abtastpunkt berechnet wurden, um die momentane (fahrzeug)körperfixierte Längsbeschleunigung und die momentane (fahrzeug)körperfixierte Vertikalbeschleunigung auf A_abwärts für die Globalbeschleunigung in die Abwärtsrichtung und auf A_H in die globale horizontale Richtung zu rotieren. Das Kalman-Filterschema kann wie folgt zusammengefasst werden:
wobei η_x und η_z Messrauschen bezeichnen, w_x und w_z Prozessrauschen bezeichnen, abwärts V ^_abwärts und V ^_H die Abwärtsgeschwindigkeit und die Horizontalgeschwindigkeit
repräsentieren, welche von den GPS-Informationen erzielt werden können, b ^_ax und b ^_az Abweichungsermittlungen bezeichnen. Die Fahrzeugnickwinkelberechnung oder die Straßenlängsneigungswinkelbestimmung ist der Arkustangens der beiden Geschwindigkeitsermittlungen wie folgt:
und die Nickrate kann entsprechend Gleichung (5) berechnet werden
Es ist zu bemerken, dass der Unterschied zwischen dem Ansatz, verwendend die Gleichung (10), und dem Ansatz, verwendend die Gleichung (21), darin besteht, dass in dem erstgenannten Ansatz die körperfixierte Seitengeschwindigkeit zusammen mit dem GPS-Nickwinkel aktualisiert wird, wohingegen in dem letztgenannten Ansatz die GPS-Neigung unabhängig vom Update der körperfixierten Seitengeschwindigkeit aktualisiert wird.
Simulationsdaten wurden erzeugt, um die Seitenschlupfermittlung unter Verwendung der GPS-unterstützten Nicklageberechnung, verwendend die Gleichung (2), zu vergleichen. 8 zeigt den Seitenschlupfwinkel, wie er gemäß der Erfindung bestimmt wurde, im Vergleich zu einem simulierten Seitenschlupfwinkel. 9 zeigt entsprechende Ergebnisse (Ergebnisvergleiche) für den Wankwinkel.
Obwohl das Verfahren der Erfindung dafür verwendet werden kann, um die fahrzeugkörperfixierte Seitengeschwindigkeit oder den Seitenschlupfwinkel direkt zu berechnen, kann es auch einen geglätteten GPS-Geschwindigkeit-basierten-Nickwinkel einem gegenwärtigen RSC-Steuermodul zuführen, um die existierende Seitengeschwindigkeitsberechnung voll auszunutzen.
In der vorausgehenden Beschreibung wurde die Erfindung mit Bezug auf spezifische exemplarische Ausführungsformen erläutert. Jedoch sind hiervon zahlreiche Modifikationen und Abänderungen möglich, ohne von dem in den angehängten Ansprüchen definierten Schutzumfang abzuweichen. Die Beschreibung und die Zeichnung sind nur illustrativ und nicht einschränkend, und davon abweichende Abwandlungen sind gemäß dem durch die Ansprüche definierten Schutzumfang immer noch im Rahmen der Erfindung.
Z. B. können die Schritte, die in einem Verfahrens- oder Prozessanspruch genannt sind, in irgendeiner Reihenfolge durchgeführt werden und sind nicht auf die in den Ansprüchen spezifizierte Reihenfolge eingeschränkt. Die Gleichungen können mit einem Filter implementiert sein, um Effekte von Signalrauschen weiter zu minimieren. Zusätzlich können Komponenten und/oder Elemente, die in irgendeinem Vorrichtungsanspruch genannt sind, in einer Vielfalt von Abwandlungen zusammengebaut oder anders operativ konfiguriert sein, und sind demgemäß nicht auf die in den Beispielen spezifizierte Konfiguration eingeschränkt.
Es wurden oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der speziellen Ausführungsbeispiele Vorteile, Nutzen und andere Vorzüge erläutert. Jedoch müssen gemäß der Erfindung nicht immer alle diese Vorzüge Vorteile gemeinsam erfüllt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6556908 [0064]
US 6684140 [0064]

Claims

Nickerfassungssystem mit Nickberechnung, die von einem integrierten Stabilitätssteuersystem eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, wobei das System aufweist: einen GPS-Empfänger (15) zum Ermitteln von globalen Fahrzeuggeschwindigkeiten in drei Dimensionen und eine Nicklageberechnungseinrichtung, die eingerichtet ist, um eine Nicklageberechnung aus den globalen Fahrzeuggeschwindigkeiten durchzuführen und diese als Nicklageeingabedaten dem integrierten Stabilitätssteuersystem zuzuführen.
Nickerfassungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Nicklageeingabedaten einen Nickwinkel und eine Nickrate aufweisen.
Nickerfassungssystem gemäß Anspruch 2, ferner aufweisend: einen Wankstabilitätssteuerbewegungssensorsatz mit einem Seitenbeschleunigungssensor, einem Längsbeschleunigungssensor, einem Gierratesensor und einem Wankratesensor, eine GPS-Geschwindigkeitsermittlungsvorrichtung, welche eine GPS-Geschwindigkeit mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz ermittelt und diese mit dem Wankstabilitätssteuerbewegungssensorsatz integriert, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Fahrzeugkörperseitenschlupfwinkels, basierend auf der GPS-Geschwindigkeitsabtastung integral mit dem Wankstabilitätssteuerbewegungssensorsatz.
Nickerfassungssystem gemäß Anspruch 2, ferner ausweisend: einen Wankstabilitätssteuerbewegungssensorsatz mit einem Seitenbeschleunigungssensor, einem Längsbeschleunigungssensor, einem Gier Ratensensor und einem Wankratensensor, einer Vorrichtung, von der eine GPS-Geschwindigkeit mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz ermittelt wird und diese GPS-Geschwindigkeit mit dem RSC-Bewegungssensorsatz integriert wird, eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Fahrzeugkörperwankwinkels bezüglich Meerniveau basierend auf der GPS-Geschwindigkeitsabtastung integral mit dem Wankstabilitätssteuerbewegungssensorsatz.
Nickerfassungssystem gemäß Anspruch 2, ferner aufweisend: einen Kalman-Filter zum Bestimmen einer Seitengeschwindigkeit, einer Seitengeschwindigkeitsableitung, einer Seitenbeschleunigungsabweichung und einer Längsbeschleunigungsabweichung.
Nickerfassungssystem gemäß Anspruch 2, ferner aufweisend: eine Vorrichtung zum Berechnen des Nickwinkels, eine Vorrichtung zum Berechnen der Nickrate, eine Vorrichtung zum Berechnen des Wankwinkels, und eine Vorrichtung zum Berechnen der Seitengeschwindigkeit, wobei die Nickwinkelberechnung, die Nickratenberechnung, die Wankwinkelberechnung und Seitengeschwindigkeitsberechnung jeweils eine Abtastrate haben, die schneller ist als die Abtastrate für das GPS.
Nickerfassungssystem gemäß Anspruch 2, welches derart eingerichtet ist, dass die globalen Fahrzeuggeschwindigkeiten bei einer vorbestimmten Abtastrate erfasst werden, ein Fahrzeugkörper-Vertikalbeschleunigungswert erfasst wird, ein Fahrzeugkörper-Längsbeschleunigungswert erfasst wird, kompensierte globale Fahrzeuggeschwindigkeiten bestimmt werden basierend auf einer Kombination der globalen Fahrzeuggeschwindigkeiten, des Fahrzeugkörper-Vertikalbeschleunigungswerts und des Fahrzeugkörper-Längsbeschleunigungswerts, und ein Nickwinkel bestimmt wird aus den kompensierten globalen Fahrzeuggeschwindigkeiten und der GPS-Globalfahrzeuggeschwindigkeit.
Nickerfassungssystem gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend einen Kalman-Filter zum Bestimmen des Fahrzeugkörper-Vertikalbeschleunigungswerts und des Fahrzeugkörper-Längsbeschleunigungswerts bei einer Abtastrate, welche schneller ist als die vorbestimmte Abtastrate.
Nickerfassungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die globalen Fahrzeuggeschwindigkeiten ferner aufweisen: eine globale Vertikalgeschwindigkeit und eine globale Horizontalgeschwindigkeit, und wobei der Nickwinkel bestimmt wird aus dem Verhältnis der globalen Vertikalgeschwindigkeit und der globalen Horizontalgeschwindigkeit.
Integriertes Stabilitätssteuersystem für ein Kraftfahrzeug mit einem GPS-Empfänger, der in der Lage ist, dreidimensionale Fahrzeuggeschwindigkeitsmessungen vorzunehmen, wobei das integrierte Stabilitätssteuersystem aufweist: einen einzigen Wankratensensor zum Erfassen eines Wankratensignals, welches die Wankrate des Kraftfahrzeugs angibt, eine Vorrichtung zum Durchführen einer Nickberechnung, die den Fahrzeugnickwinkel und die Fahrzeugnickrate angibt, wobei die Nickberechnung durchgeführt wird unter Verwendung von wenigstens der dreidimensionalen Fahrzeuggeschwindigkeitsmessungen, die von dem GPS-Empfänger (15) erhalten wurden, und eine Steuervorrichtung, die wenigstens das Wankratensignal und das Nickwinkelsignal für die integrierte Stabilitätssteuerung verwendet.
Integriertes Stabilitätssteuersystem gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Seitengeschwindigkeitssignals, berechnet unter Verwendung des Nickwinkelsignals, wobei das Seitengeschwindigkeitssignal als Eingabedaten in die Steuervorrichtung eingegeben wird.
Integriertes Stabilitätssteuersystem gemäß Anspruch 10, ferner aufweisend eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Seitenschlupfwinkelsignals, das unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels bestimmt wird und in die Steuervorrichtung eingegeben wird.
Integriertes Stabilitätssteuersystem gemäß Anspruch 10, wobei eine Nickberechnung, die einen Nickwinkel angibt, ferner aufweist einen Nickwinkel, berechnet unter Verwendung der dreidimensionalen Fahrzeuggeschwindigkeitsmessungen, die kompensiert werden zum Verwenden von körperfixierten Fahrzeugbeschleunigungen.
Verfahren zum Ermitteln einer Nickberechnung eines Kraftfahrzeugs mit einem GPS-Empfänger (15) und wenigstens einem Stabilitätssteuersystem, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Erzielen von dreidimensionalen globalen Fahrzeuggeschwindigkeitsmessungen von dem GPS-Empfänger (15), Ermitteln eines Nickwinkels des Fahrzeugs unter Verwendung der dreidimensionalen globalen Fahrzeuggeschwindigkeitsmessungen, Eingeben des bestimmten Nickwinkels in das Stabilitätssteuersystem.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Schritt des Eingebens ferner aufweist: Eingeben des ermittelten Nickwinkels in ein integriertes Stabilitätssteuersystem und ferner aufweisend den Schritt des Steuerns einer Wankstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Schritt des Eingebens ferner aufweist: Eingeben des ermittelten Nickwinkels in ein integriertes Stabilitätssteuersystem und ferner aufweisend den Schritt des Steuerns einer Gierstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Schritt des Eingebens ferner aufweist: Eingeben des ermittelten Nickwinkels in ein integriertes Stabilitätssteuersystem, und ferner aufweisend den Schritt des Steuerns einer Seitenstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels.
Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend die Schritte: Ermitteln einer Seitengeschwindigkeit unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels, Eingeben der ermittelten Seitengeschwindigkeit in das integrierte Stabilitätssteuersystem, und Steuern der Wankstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung von wenigstens der ermittelten Seitengeschwindigkeit.
Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend die Schritte: Ermitteln einer Seitengeschwindigkeit unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels, Eingeben der ermittelten Seitengeschwindigkeit in das integrierte Stabilitätssteuersystem, und Steuern der Gierstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung von wenigstens der bestimmten Seitengeschwindigkeit.
Verfahren gemäß Anspruch 14 ferner aufweisend die Schritte: Ermitteln einer Seitengeschwindigkeit unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels, Eingeben der ermittelten Seitengeschwindigkeit in das Steuersystem, und Steuern der Seitenstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung von zumindest der ermittelten Seitengeschwindigkeit.
Verfahren gemäß Anspruch 14 ferner aufweisend die Schritte: Ermitteln eines Fahrzeugseitenschlupfwinkels unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels, Eingeben des ermittelten Fahrzeugseitenschlupfwinkels in das Steuersystem, Steuern der Wankstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung von wenigstens dem ermittelten Fahrzeugseitenschlupfwinkel.
Verfahren gemäß Anspruch 14 ferner aufweisend die Schritte: Ermitteln eines Fahrzeugseitenschlupfwinkels unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels, Eingeben des ermittelten Fahrzeugseitenschlupfwinkels in das Steuersystem, und Steuern der Gierstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung von wenigstens dem bestimmten Fahrzeugseitenschlupfwinkel.
Verfahren gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend die Schritte: Ermitteln eines Fahrzeugseitenschlupfwinkels unter Verwendung des ermittelten Nickwinkels, Eingeben des ermittelten Fahrzeugseitenschlupfwinkels in das Steuersystem, und Steuern der Seitenstabilität des Fahrzeugs unter Verwendung von zumindest dem ermittelten Fahrzeugseitenschlupfwinkel.