DE102004053236B4

DE102004053236B4 - Method for determining a longitudinal acceleration of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102004053236B4
Application number: DE200410053236
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Brauner; Ludger Dr. Dragon; Jens Dr. Kalkkuhl; Hans-Dieter Dipl.-Ing. Multhaupt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: DE102004053236A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung α_x eines Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn mit Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten charakterisierender Größen,
dadurch gekennzeichnet,
dass aus den erfassten das Fahrverhalten charakterisierenden Größen die Federbeinkräfte F_FB, eine Nickwinkelbeschleunigung φ .. und eine Hubbeschleunigung z .._A abgeleitet werden und aus welchen mittels einer Bewegungsgleichung FFB, z ..A, φ ..⇒ αx die Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeugs bestimmt wird.Method for determining a longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting variables characterizing the driving behavior,
characterized,
that the spring characteristic forces F _FB , a pitch angular acceleration φ .. and a stroke acceleration z .. _{A are} derived from the detected variables characterizing the driving behavior and from which by means of an equation of motion F FB , z .. A , φ ..⇒ α x the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung α_x eines Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn mit Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten charakterisierender Größen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for determining a longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting variables characterizing the driving behavior according to the preamble of patent claim 1.

In der Praxis wird die Längsbeschleunigung α_x eines Kraftfahrzeugs aus verschiedenen Größen ermittelt, welche sensortechnisch im Kraftfahrzeug erfasst werden. Als Größen zur Bestimmung der Längsbeschleunigung α_x werden insbesondere eine Raddrehzahl, ein Radschlupf, ein Antriebsmoment und/oder ein Bremsdruck berücksichtigt. Die so bestimmte Längsbeschleunigung α_x kann einen großen Fehler aufweisen, welcher beispielsweise durch einen großen Radschlupf oder durch große Steigungen und Gefälle einer Fahrbahn verursacht werden können.In practice, the longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle is determined from various variables which are detected by sensors in the motor vehicle. As variables for determining the longitudinal acceleration α _x , in particular a wheel speed, a wheel slip, a drive torque and / or a brake pressure are taken into account. The thus determined longitudinal acceleration α _x can have a large error, which can be caused for example by a large wheel slip or by large inclines and slopes of a roadway.

Aus der DE 40 25 309 C2 ist ein aktives Aufhängesystem für Fahrzeuge mit einer Aufhängung zwischen dem Fahrzeugaufbau und den einzelnen Rädern bekannt. Es sind vorgesehen, Vertikalbeschleunigungs-Sensoren zur Ermittlung von Vertikalbeschleunigungen in vorderen und hinteren Bereichen des Fahr zeugaufbaus, ein Längsbeschleunigungssensor zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung α_x des Fahrzeugaufbaus, ein Querbeschleunigungssensor zur Ermittlung einer Querbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus und eine Steuereinheit, welche aus den Sensorsignalen Steuersignale zur Ansteuerung von Komponenten des Aufhängesystems ermittelt. Aus der ermittelten Vertikalbeschleunigung werden Nickwinkelwerte φ, insbesondere eine Nickwinkelgeschwindigkeit und eine Nickwinkelbeschleunigung φ .., abgeleitet, welche die durch die Winkelbewegungen des Fahrzeugaufbaus hervorgerufenen Stellungsänderungen repräsentieren. Die Steuereinheit generiert die Steuersignale auf der Basis der Nickwinkelwerte φ in Verbindung mit der Längsbeschleunigung.From the DE 40 25 309 C2 An active suspension system for vehicles with a suspension between the vehicle body and the individual wheels is known. There are provided vertical acceleration sensors for determining vertical accelerations in the front and rear areas of the vehicle body structure, a longitudinal acceleration sensor for determining a longitudinal acceleration α _{x of} the vehicle body, a lateral acceleration sensor for determining a lateral acceleration of the vehicle body and a control unit which controls signals from the sensor signals to control determined by components of the suspension system. From the determined vertical acceleration, pitch angle values φ, in particular a pitch angle speed and a pitch angular acceleration φ .., are derived, which represent the position changes caused by the angular movements of the vehicle body. The control unit generates the control signals on the basis of the pitch angle values φ in conjunction with the longitudinal acceleration.

In der DE 42 26 749 C2 wird ein Verfahren zur Bestimmung das Fahrverhalten charakterisierender Größen beschrieben. Einer Recheneinrichtung werden Signale zugeführt, welche gemessene Größen der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Längsbeschleunigung α_x, der Querbeschleunigung und der Gierwinkelgeschwindigkeit repräsentieren. Aus diesen gemessenen Größen wird wenigstens eine weitere Größe abgeleitet. Die Ableitung der weiteren Größe erfolgt unter Verwendung der gemessenen Größen und von Zustandsgleichungen. Als abgeleitete Größe wird beispielsweise ein Schwimmwinkel ausgegeben.In the DE 42 26 749 C2 For example, a method for determining variables characterizing the driving behavior is described. A computing device is supplied with signals which represent measured variables of the vehicle longitudinal speed, the longitudinal acceleration α _x , the lateral acceleration and the yaw angular velocity. From these measured quantities, at least one further variable is derived. The derivation of the further variable is carried out using the measured quantities and equations of state. As derived variable, for example, a slip angle is output.

Außerdem ist aus der DE 42 17 710 A1 ein Verfahren zur Erkennung einer winterglatten Fahrbahn bekannt, welches eine kontinuierliche Erkennung einer winterglatten Fahrbahn ermöglicht. Hierzu werden, ausgehend von einem ermittelten Fahrbahnzustand, die aktuell vorliegende Fahrsituation identifiziert, dann aus den fahrzustandbildenden Messwerten relevante Kenngrößen der Reifeneigenschaften hergeleitet, gleichzeitig beispielsweise aus einer Tabelle dieser Fahrsituation zugeordnete Grenzwerte ermittelt und schließlich die Grenzwerte mit den Kenngrößen verglichen. Ist die Grenzwertbedingung erfüllt so wird auf winterglatte Fahrbahn geschlossen. Hierbei wird berücksichtigt, dass ein Längsbeschleunigungssignal durch eine Komponente den Erdbeschleunigung verfälscht wird, bedingt durch den Nickwinkel des Fahrzeugaufbaus.Moreover, from the DE 42 17 710 A1 a method for detecting a winter slippery roadway is known, which allows continuous detection of a winter slippery road surface. For this purpose, based on a determined road condition, the currently present driving situation is identified, then derived from the driving state-forming measurements relevant characteristics of the tire properties, for example, determined from a table of this driving situation associated limits and finally the limits compared with the parameters. If the limit condition is fulfilled, then it is closed on a winter-smooth road. In this case, it is considered that a longitudinal acceleration signal is corrupted by a component of the acceleration due to the pitch angle of the vehicle body.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung α_x eines Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn mit Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten charakterisierender Größen anzugeben, welches mit einem nur geringem Aufwand eine gegenüber dem Stand der Technik zuverlässigere Ermittlung der Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeuges gewährleistet.The invention is based on the object of specifying a method for determining a longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting variables characterizing the driving behavior, which with a little effort a more reliable compared to the prior art determination of the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle ensured.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung α_x eines Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn mit Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten charakterisierender Größen mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.The stated object is achieved by a method for determining a longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting variables characterizing the driving behavior with the features of patent claim 1.

Erfindungsgemäß werden aus den erfassten das Fahrverhalten charakterisierenden Größen die Federbeinkräfte F_FB, eine Nickwinkelbeschleunigung φ .. und eine Hubbeschleunigung z .._A abgeleitet, aus welchen mittels einer Bewegungsgleichung FFB,z ..A,φ .. ⇒ αx die Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Bei dem Verfahren zur Ermittlung der Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeuges parallel zu einer Fahrbahn werden Sensoren zur Erfassung von das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs charakterisierender Größen verwendet. Hierbei wird der Sach verhalt vorteilhaft ausgenutzt, dass die Längsbeschleunigung α_x ein Nickmoment am Kraftfahrzeug verursacht. Das Verfahren zur Ermittlung der Längsbeschleunigung α_x weist eine hohe Messgenauigkeit auf. Ein zusätzlicher Längsbeschleunigungssensor zur Messung der Längsbeschleunigung α_x, welcher mit erhöhten Kosten verbunden ist, wird nicht benötigt.According to the invention, the spring characteristic forces F _FB , a pitch angular acceleration φ .. and a stroke acceleration z .. _{A are} derived from the detected variables characterizing the driving behavior, from which values by means of an equation of motion F FB , z .. A , φ .. ⇒ α x the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle is determined. In the method for determining the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle parallel to a roadway, sensors are used to detect variables characterizing the driving behavior of the motor vehicle. In this case, the facts are advantageously utilized that the longitudinal acceleration α _x causes a pitching moment on the motor vehicle. The method for determining the longitudinal acceleration α _x has a high accuracy of measurement. An additional longitudinal acceleration sensor for measuring the longitudinal acceleration α _x , which is associated with increased costs, is not needed.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird aus Federwegmessungen an den Federbeinen eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs der Nickwinkel φ und ein Hub z_A ermittelt, wobei der Hub z_A eine Vertikalbewegung eines Kraftfahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs beschreibt. Aus einer Vertikalbeschleunigungsmessung wird die Nickwinkelbeschleunigung φ .. bestimmt, wobei zusätzlich aus der Vertikalbeschleunigungsmessung eine Hubbeschleunigung z .._A abgeleitet wird. Unter Zuhilfenahme einer Bewegungsgleichung eines Hub-Nickmodells für eine Bewegung des Kraftfahrzeugs kann mit den ermittelten Größen und weiterer Größen die Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeugs berech net werden. Eine Bestimmung der Längsbeschleunigung α_x aus solchen das Fahrverhalten charakterisierenden Größen, beispielsweise einem Radschlupf, welche mit einem erheblichen Messfehler behaftet sind, entfällt.In one embodiment of the invention, the pitch angle φ and a stroke z _{A is} determined from spring travel measurements on the struts of a chassis of the motor vehicle, wherein the stroke z _{A describes} a vertical movement of a motor vehicle body of the motor vehicle. From a vertical acceleration measurement, the pitch angle acceleration φ .. is determined, wherein additionally from the vertical acceleration measurement, a stroke acceleration z .. _{A is} derived. With the aid of an equation of motion of a hub pitch model for a movement of the motor vehicle, the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle can be calculated using the determined variables and other variables. A determination of the longitudinal acceleration α _x from such variables characterizing the driving behavior, for example a wheel slip, which are associated with a considerable measuring error, is eliminated.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention are the dependent claims remove.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der Figur näher erläutert, wobei die Figur eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung α_x eines Kraftfahrzeugs in einem Ausschnitt in einer schematischen Darstellung zeigt.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment in the figure, wherein the figure shows a device for performing a method for determining a longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle in a section in a schematic representation.

Eine Vorrichtung 1 zur Ermittlung einer Längsbeschleunigung α_x eines Kraftfahrzeugs parallel zu einer Fahrbahn umfasst gemäß der Figur Sensoren 2 zur Erfassung der Federwege z_fi an Federbeinen eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs und wenigstens einen weiteren Sensor 3 zur Erfassung einer Vertikalbeschleunigung α_zi des Kraftfahrzeugs senkrecht zu der Fahrbahn. Die Vorrichtung 1 kann Bestandteil eines aktiven Fahrwerks des Kraftfahrzeugs sein. Die Federwege z_fi und die Vertikalbeschleunigung α_zi sind das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs charakterisierende Größen, welche mit einer hohen Genauigkeit gemessen werden können.A device 1 for determining a longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle parallel to a roadway comprises according to the figure sensors 2 for detecting the spring travel z _fi to spring struts of a chassis of the motor vehicle and at least one further sensor 3 for detecting a vertical acceleration α _{zi of} the motor vehicle perpendicular to the roadway. The device 1 may be part of an active chassis of the motor vehicle. The spring travel z _fi and the vertical acceleration α _zi are the driving characteristics of the motor vehicle characterizing quantities, which can be measured with high accuracy.

Bei einem Verfahren zur Ermittlung der Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeuges wird aus den mit den Sensoren 2, 3 erfassten das Fahrverhalten charakterisierenden Größen ein Nickwinkel φ und eine Nickwinkelbeschleunigung φ .. zur Ermittlung der Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeugs mittels einer Auswerteeinrichtung 4 abgeleitet. Der Nickwinkel φ beschreibt die Neigung des Kraftfahrzeugs gegenüber einer Querachse des Kraftfahrzeugs.In a method for determining the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle is from the with the sensors 2 . 3 detected the driving characteristics characterizing a pitch angle φ and a pitch angle acceleration φ .. to determine the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle by means of an evaluation device 4 derived. The pitch angle φ describes the inclination of the motor vehicle relative to a transverse axis of the motor vehicle.

Der Nickwinkel φ und ein Hub z_A werden in diesem Ausführungsbeispiel aus den Federwegmessung der Federwege z_fi mit den Sensoren 2 bestimmt, wobei der Hub z_A eine Vertikalbewegung eines Kraftfahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs beschreibt: zfi ⇒ zA, φ. The pitch angle φ and a stroke z _A in this embodiment of the spring travel measurement of the spring travel z _fi with the sensors 2 determined, wherein the stroke z _{A describes} a vertical movement of a motor vehicle body of the motor vehicle: z fi ⇒ z A , φ.

Die Nickwinkelbeschleunigung φ .. und eine Hubbeschleunigung z .._A werden aus der Vertikalbeschleunigungsmessung der Vertikalbeschleunigung α_zi mit dem Sensor 3 abgeleitet: αzi ⇒ z ..A, φ .. The pitch angular acceleration φ .. and a stroke acceleration z .. _A become from the vertical acceleration measurement of the vertical acceleration α _zi with the sensor 3 derived: α zi ⇒ z .. A , φ ..

Aus den Drehmomentbilanzen für die Räder des Kraftfahrzeugs, wobei die Drehmomentbilanzen jeweils ein Bremsmoment M_bi, ein Antriebsmoment M_ai und einen Trägheitsanteil J_Rω ._i umfassen, wird eine auf das jeweilige Rad wirkende Umfangskraft F_xi bestimmt: JRω .i = Mai – Mbi + rdynFxi,mit

J_R:: Massenträgheitsmoment.

From the torque balances for the wheels of the motor vehicle, wherein the torque balances each have a braking torque M _bi , a drive torque M _ai and an inertia component J _R ω. _i , a circumferential force F _xi acting on the respective wheel is determined: J R ω. i = M ai - M bi + r dyn F xi . With

J _R :: Inertia.

Anschließend werden aus den ermittelten Umfangskräften F_xi, dem Nickwinkel φ und dem Hub z_A mittels eines Hub-Nickmodells für das Kraftfahrzeug die auf die auf die Feder beine des Fahrwerks einwirkenden Federbeinkräfte F_FB bestimmt und in Vektorform dargestellt: ZA, φ, Fxi ⇒ FFB mit

wobei

H:: eine bekannte Geometriematrix,
A₁, A₂:: die bekannten Matrizen der Federsteifigkeit und Dämpfungskonstanten,
ε_ν, ε_h:: die bekannten Stützwinkel, welche beim Antrieb und bei der Abbremsung unterschiedlich, sind.

Subsequently, from the determined circumferential forces F _xi , the pitch angle φ and the stroke z _A by means of a Hub-Nickmodells for the motor vehicle on the forces acting on the spring legs of the suspension strut forces F _FB determined and represented in vector form: Z A , φ, F xi ⇒ F FB With

in which

H:: a known geometry matrix,
A ₁ , A ₂ :: the known matrices of spring stiffness and damping constants,
ε _ν , ∈ _h :: the known support angle, which are different when driving and braking.

Mittels einer Bewegungsgleichung

mit

T*T G:: bekannte Geometriematrix,
h_n:: bekannter Abstand zwischen Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs und Nickpol,

wird aus den hergeleiteten Federbeinkräften F_FB, der Nickwinkelbeschleunigung φ .. und der Hubbeschleunigung z .._A die Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeugs bestimmt: FFB, z ..A, φ .. ⇒ αx By means of an equation of motion

With

T * TG:: known geometry matrix,
_n h:: known distance between the center of gravity of the motor vehicle and Nickpol,

is determined from the derived strut forces F _FB , the pitch angle acceleration φ .. and the Hubbeschleunigung z .. _A the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle: F FB , z .. A , φ .. ⇒ α x

Es können verschiedene Hub-Nickmodelle für die Berechnung der Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeugs in Anwendung gebracht werden.Various Hub-Nick models for the calculation of the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle can be applied.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Längsbeschleunigung α_x des Kraftfahrzeugs weist eine hohe Genauigkeit bezüglich des ermittelbaren Wertes für die Längsbeschleunigung α_x auf, da die im Verfahren verwendeten Größen, welche das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs charakterisieren, nur geringen Messfehlern unterliegen. Es ergibt sich ein Mehrwert aus einer im Regelfall bereits serienmäßig im Kraftfahrzeug eingesetzten Sensorik zur Erfassung der das Fahrverhalten charakterisierenden Größen ohne zusätzlichen Hardwareaufwand.The inventive method for determining the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle has a high accuracy with respect to the determinable value for the longitudinal acceleration α _x , since the variables used in the method, which characterize the driving behavior of the motor vehicle, are subject to only minor measurement errors. This results in an added value from a sensor system, which as a rule is already used as standard in the motor vehicle, for detecting the variables characterizing the driving behavior without additional hardware expenditure.

Claims

Method for determining a longitudinal acceleration α _x a motor vehicle parallel to a roadway with sensors for detecting the driving behavior characterizing sizes, characterized in that from the acquired driving behavior variables characterizing the strut forces F _FB, a pitch angular acceleration φ .. and z is a lift acceleration .. _{A are} derived and from which by means of an equation of motion F FB , z .. A , φ ..⇒ α x the longitudinal acceleration α _{x of} the motor vehicle is determined.

Method according to claim 1, characterized in that that the pitch angle φ out Spring travel measurements on the struts of a chassis of the motor vehicle is determined.

A method according to claim 2, characterized in that from the Federwegmessungen a stroke z _{A is} determined, which describes a vertical movement of a motor vehicle body of the motor vehicle.

Method according to claim 1, characterized in that that the pitch angular acceleration φ .. from a vertical acceleration measurement is determined.

A method according to claim 4, characterized in that from the vertical acceleration measurement, the Hubbeschleunigung z .. _{A is} derived.

A method according to claim 1, characterized in that from the torque balances for the wheels of the motor vehicle, each having a braking torque M _bi , a drive torque M _ai and an inertia component J _R ω. _i , a circumferential force F _xi acting on the respective wheel is determined.

A method according to claim 6, characterized in that from the circumferential forces F _xi , the pitch angle φ and the stroke z _A by means of a Hub-Nickmodells for the motor vehicle, the strut forces F _{FB are} determined.

Method according to claim 1, characterized in that that the pitch angle φ means Angle of rotation sensors to the axle of a chassis of the motor vehicle is determined.

Device for carrying out the method for determining a longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the device has at least one sensor ( 2 ) for detecting a spring travel z _fi and at least one further sensor ( 3 ) for detecting a vertical acceleration α _zi .

Device according to claim 9, characterized in that the device ( 1 ) Is part of an active chassis of the motor vehicle.

Device for carrying out the method for determining a longitudinal acceleration α _{x of} a motor vehicle according to claim 9, characterized in that the device ( 1 ) Is part of a vehicle with automatic headlamp leveling, in which the rotation angle sensors on the axles also provide the information for headlamp leveling.