DE10327590A1

DE10327590A1 - Verfahren und Apparat zum Kompensieren von Abweichungen eines Sensorsystems zum Einsatz in einem Fahrzeugdynamiksteuersystem

Info

Publication number: DE10327590A1
Application number: DE10327590A
Authority: DE
Inventors: Jianbo Livonia Lu; Todd Allen Dearborn Brown
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2004-01-15
Also published as: GB0312581D0; US20030236604A1; GB2391329B; GB2391329A; US6782315B2

Abstract

Verfahren und Apparat zum Kompensieren von Abweichungen eines Sensorsystems zum Einsatz in einem Fahrzeugdynamiksteuersystem, wobei das Steuersystem (18) für ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Kraftfahrzeugkarosserie ein Sensorsystem (16) mit Gehäuse (52) aufweist, welches innerhalb der Fahrzeugkarosserie orientiert ist. Innerhalb des Gehäuses (52) sind positioniert: ein Wandwinkelgeschwindigkeitssensor (31), ein Gierwinkelgeschwindigkeitssensor (30), ein Nickwinkelgeschwindigkeitssensor (32), ein Lateralbeschleunigungssensor (27), ein Longitudinalbeschleunigungssensor (28) und ein Vertikalbeschleunigungssensor (29). Das Fahrzeug (10) hat auch ein Sicherheitssystem (38). Die Steuereinheit (26) bestimmt einen Wankabweichungswinkel, einen Nickabweichungswinkel und einen Gierabweichungswinkel als eine Funktion der Sensorausgabegrößen der Wankgeschwindigkeit, der Nichtgeschwindigkeit, der Giergeschwindigkeit, der Lateralbeschleunigung, der Longitudinalbeschleunigung und der Vertikalbeschleunigung. Die Bewegungsvariablen des Fahrzeugs entlang des fahrzeugkarosseriefesten Koordinatenkreuzes, einschließlich der Wankgeschwindigkeit, der Nickgeschwindigkeit, der Giergeschwindigkeit, der Lateralbeschleunigung, der Longitudinalbeschleunigung und der Vertikalbeschleunigung, werden dann kompensiert, basierend auf den detektierten Sensorabweichungen und den Sensorausgabegrößen der Wankgeschwindigkeit, der Nickgeschwindigkeit, der Giergeschwindigkeit, der Lateralbeschleunigung, der ...

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen Steuerapparat zum Steuern eines Systems eines Kraftfahrzeugs als Antwort auf ein erfasstes Dynamikverhalten und insbesondere ein Verfahren und einen Apparat zum Kompensieren des Systems im Hinblick auf eine Abweichung in den Sensoren des Systems.

Dynamiksteuersysteme für Kraftfahrzeuge sind in jüngerer Zeit auf unterschiedliche Produkte angeboten worden. Dynamiksteuersysteme steuern typischerweise die Fahrzeuggier durch Steuern des Bremseinsatzes an unterschiedlichen Rädern des Fahrzeugs. Gierstabilitätssteuersysteme vergleichen typischerweise die gewünschte Richtung des Fahrzeuges, welche auf dem Lenkradwinkel basiert, mit der Fahrtrichtung. Durch Regulieren des Bremsbetrages an jeder Fahrzeugecke kann die gewünschte Fahrtrichtung beibehalten werden. Typischerweise adressieren die Dynamiksteuersysteme kein Fahrzeugwanken. Insbesondere für hohe Fahrzeugprofile wäre es wünschenswert, die Fahrzeugüberrollcharakteristik zu steuern, um die Fahrzeugposition bezüglich der Straße beizubehalten. Das heißt, es ist wünschenswert, einen Kontakt eines jeden der vier Fahrzeugreifen auf der Straße beizubehalten.

In einer Fahrzeugwankstabilitätssteuerung ist es erwünscht, die Lage des Fahrzeugs so zu ändern, dass seine Bewegung entlang der Wankrichtung daran gehindert wird, eine vorbestimmte Grenze zu erreichen (Überrollgrenze) mittels der Betätigung der verfügbaren Aktivsysteme wie zum Beispiel steuerbares Bremssystem, Lenksystem und Aufhängungssystem. Obgleich die Fahrzeuglage gut definiert ist, ist eine direkte Messung üblicherweise unmöglich.

In den oben beschriebenen Fahrzeugdynamiksteuersystemen, das heißt Gier- und/oder Wankstabilitätssteuerung, sind die Fahrzeugbewegungszustände durch elektronisch gesteuerte Aktuatoren gesteuert. Die Fahrzeugbewegungszustände sind gewöhnlich definiert, in dem das karosseriefeste Koordinatenkreuz, sogenanntes Karosseriekoordinatenkreuz, verwendet wird. Die drei Achsen des Karosseriekoordinatenkreuzes sind definiert als x, y und z, wobei die x-Achse entlang der Longitudinalvorwärtsrichtung des Fahrzeugs ist, die y-Achse entlang der Fahrzeuglateralrichtung zur Fahrerseite ist, und die z-Achse entlang der vertikalen Richtung des Fahrzeugs ist.

Um die Fahrzeugsbewegungszustände, welche entlang der Karosserieachsen (x, y, z) definiert sind, zu messen oder zu schätzen, werden Bewegungssensoren verwendet. Zum Beispiel weisen viele Systeme einen integrierten Sechssensormodulsatz auf, welcher drei Gyrowinkelgeschwindigkeitssensoren und drei Linearbeschleunigungssensoren hat, welche in ein einzelnes Modul integriert sind. Die drei Gyrogeschwindigkeitssensoren sind vorgesehen, die Winkelgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs über die Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs (Wankgeschwindigkeit, mit ω_x bezeichnet), die Winkelgeschwindigkeit über die Lateralachse des Kraftfahrzeugs (Nickgeschwindigkeit, mit ω_Y bezeichnet) und die Winkelgeschwindigkeit über die Vertikalachse des Kraftfahrzeugs (Giergeschwindigkeit, mit ω_Z bezeichnet) zu messen. Die drei Beschleunigungssensoren sind vorgesehen, um die Beschleunigungen entlang der Longitudinalrichtung des Kraftfahrzeugs (bezeichnet mit a_x), entlang der Lateralrichtung des Kraftfahrzeugs (bezeichnet mit a_y) und entlang der Vertikalrichtung des Kraftfahrzeugs (bezeichnet mit a_z) zu messen.

Die sechs Sensorausgabegrößen geben nicht unbedingt die realen Kraftfahrzeugbewegungszustände wieder, welche entlang der Kraftfahrzeugkarosserieachsen definiert sind. Dies passiert, wenn die Sensorrichtungen des Sensorsystems nicht mit den Kraftfahrzeugkarosserieachsen (x, y, z) übereinstimmen. Dies kann aufgrund von Sensormontierfehlern während des Einsetzens des Sensorsystems während der Herstellung vorkommen.

Andere potenzielle Fehlerquellen für die oben erwähnten Sensorsysteme existieren, einschließlich der vibrationsinduzierten Sensorfehler, beschrieben in WO 01/11318, konstanter Vorspannung, und der thermischen Drift, beschrieben in US-Patentschrift 5527003. Obgleich diese Sensorfehler kompensiert werden können durch Durchschnittsbildung und durch Lernen der Sensorvorspannung, erfordern die Sensorabweichungen, unterschiedlich behandelt zu werden. Weil die Abweichungen Sensorfehler generieren, welche proportional zu den Größenordnungen der aktuellen Signale sind, ist der Sensorfehler sehr dynamisch, im Gegensatz zu den Fehlern, welche durch thermische Drift und konstante Vorspannung verursacht sind.

Eine teilweise Sensorabweichung ist untersucht worden für Inertialnavigationssysteme in US 5789671 und US 6081230 , für einen vorwärtsblickenden Kraftfahrzeugsensor in US 5964822 , und für einen Kraftfahrzeugabstandssensor in US 6026353 . Jedoch beschreibt keine Druckschrift eine Kompensation für ein Sensorsystem, welches verwendet wird für ein Dynamiksteuersystem wie zum Beispiel ein Gierstabilitätssteuersystem oder ein Wankstabilitätssteuersystem.

Es ist daher wünschenswert, den Betrag von Fehlern in den Sensorausgabegrößen aufgrund von Sensorabweichungen zu detektieren und die unterschiedlichen Messungen zu kompensieren.

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf die Wankabweichung Δθ_x, Nickabweichung Δθ_y und Gierabweichung Δθ_z, und'das Kompensieren der Sensorausgabegrößen, wobei diese detektierten Abweichungswinkel Δθ_x, Δθ_y und Δθ_z verwendet werden. In dieser Offenbarung wird beschrieben, wie, basierend auf den Sensorausgabegrößen und den berechenbaren Fahrzeugbewegungszuständen, die Sensorabweichungen Δθ_x, Δθ_y und Δθ_Z durch mehrere Sätze von Beziehungen zwischen den Sensormessungen und den Fahrzeugzustandsvariablen detektiert werden.

Nach einem Aspekt der Erfindung weist ein Steuersystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Kraftfahrzeugkarosserie auf:
Ein Sensorsystem mit einem Gehäuse, welches innerhalb der Fahrzeugkarosserie orientiert ist, einen Wankwinkelgeschwindigkeitssensor, welcher innerhalb des Gehäuses positioniert ist, welcher ein Wankgeschwindigkeitssignal korrespondierend zur Wankwinkelbewegung des Sensorgehäuses erzeugt, einen Gierwinkelgeschwindigkeitssensor, welcher innerhalb des Gehäuses positioniert ist, welcher ein Giergeschwindigkeitssignal korrespondierend zu einer Gierbewegung des Sensorgehäuses erzeugt, einen Nickwinkelgeschwindigkeitssensor, welcher innerhalb des Gehäuses positioniert ist, welcher ein Nickgeschwindigkeitssignal korrespondierend zu einer Nickbewegung des Sensorgehäuses erzeugt, einen Lateralbeschleunigungssensor, welcher innerhalb des Gehäuses positioniert ist, welcher ein Lateralbeschleunigungssignal korrespondierend zu einer Lateralbeschleunigung des Sensorgehäuses erzeugt, einen Longitudinalbeschleunigungssensor, welcher innerhalb des Gehäuses positioniert ist, welcher ein Longitudinalbeschleunigungssignal korrespondierend zur Longitudinalbeschleunigung des Sensorgehäuses erzeugt, und einen Vertikalbeschleunigungssensor, welcher innerhalb des Gehäuses positioniert ist, welcher ein Vertikalbeschleunigungssinnal korrespondierend zur Vertikalbeschleunigung des Sensorgehäuses erzeugt. Das Kraftfahrzeug hat auch ein Sicherheitssystem wie zum Beispiel einen Airbag, ein Aktivbremssystem und ein Aktivlenksystem oder ein Aktivaufhängungssystem. Eine Steuereinheit ist gekoppelt mit dem Wankwinkelgeschwindigkeitssensor, dem Gierwinkelgeschwindigkeitssensor, dem Nickwinkelgeschwindigkeitssensor, dem Lateralbeschleunigungssensor, dem Longitudinalbeschleunigungssensor und dem Vertikalbeschleunigungssensor. Die Steuereinheit bestimmt einen Wankabweichungswinkel, einen Nickabweichungswinkel und einen Gierabweichungswinkel als eine Funktion der Sensorausgabegrößen der Wankgeschwindigkeit, der Nickgeschwindigkeit, der Giergeschwindigkeit, der Lateralbeschleunigung, der Longitudinalbeschleunigung und der Vertikalbeschleunigung. Die Steuereinheit erzeugt ein Steuersignal zum Steuern des Sicherheitssystems als Antwort auf den Wankabweichungswinkel, den Nickabweichungswinkel und den Gierabweichungswinkel und die anderen berechneten und gemessenen Variablen.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugdynamiksteuersystems auf: Bestimmen eines Wankabweichungswinkels, Bestimmen eines Nickabweichungswinkels, Bestimmen eines Gierabweichungswinkels, Bestimmen der Longitudinalbeschleunigung entlang der fahrzeugkarosseriefesten x-Achse durch Projizieren der Longitudinal-, Lateral- und Vertikalbeschleunigungssensor-Ausgabegrößen entlang der fahrzeugkarosseriefesten x-Achse als Antwort auf den Wankabweichungswinkel, den Nickabweichungswinkel und den Gierabweichungswinkel; Bestimmen der Lateralbeschleunigung entlang der fahrzeugkarosseriefesten y-Achse durch Projizieren der Longitudinal-, Lateral- und Vertikalbeschleunigungssensor-Ausgabegrößen entlang der fahrzeugkarosseriefesten y-Achse als Antwort auf den Wankabweichungswinkel, den Nickabweichungswinkel und den Gierabweichungswinkel; Bestimmen der Vertikalbeschleunigung entlang der fahrzeugkarosseriefesten z-Achse durch Projizieren der Longitudinal-, Lateral- und Vertikalbeschleunigungssensor-Ausgabegrößen entlang der fahrzeugkarosseriefesten z-Achse als Antwort auf den Wankabweichungswinkel, den Nickabweichungswinkel und den Gierabweichungswinkel; Bestimmen der Wankgeschwindigkeit entlang der fahrzeugkarosseriefesten x-Achse durch Projizieren der Wankgeschwindigkeits-, Ninkgeschwindigkeits- und Giergeschwindigkeitssensor-Ausgabegrößen entlang der fahrzeugkarosseriefesten x-Achse als Antwort auf den Wankabweichungswinkel, den Nickabweichungswinkel und den Gierabweichungswinkel; Bestimmen der Nickgeschwindigkeit entlang der fahrzeugkarosseriefesten y-Achse durch Projizieren der Wankgeschwindigkeits-, Nickgeschwindigkeitsund Giergeschwindigkeitssensor-Ausgabegrößen entlang der fahrzeugkarosseriefesten y-Achse als Antwort auf den Wankabweichungswinkel, den Nickabweichungswinkel und den Gierabweichungswinkel; Bestimmen der Giergeschwindigkeit entlang der fahrzeugkarosseriefesten z-Achse durch Projizieren der Wankgeschwindigkeits-, Nickgeschwindigkeitsund Giergeschwindigkeitssensor-Ausgabegrößen entlang der fahrzeugkarosseriefesten z-Achse als Antwort auf den Wankabweichungswinkel, den Nickabweichungswinkel und den Gierabweichungswinkel; und Aktivieren eines Sicherheitssystems als eine Funktion der kompensierten Longitudinalbeschleunigung, Lateralbeschleunigung, Vertikalbeschleunigung, Wankgeschwindigkeit, Nickgeschwindigkeit und Giergeschwindigkeit zusammen mit den anderen berechneten und gemessenen Signalen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit variablen Vektoren und Koordinatenkreuzen gemäß der Erfindung,
2 ein Blockdiagramm eines Stabilitätssystems gemäß der Erfindung,
3 eine schematische Ansicht eines Sensorsystems gemäß der Erfindung,
4 eine schematische Ansicht von abweichenden Sensorachsen,
5 eine schematische Ansicht von abweichenden Sensorachsen entlang der Wankrichtung,
6 eine schematische Ansicht von abweichenden Sensorachsen entlang der Nickrichtung,
7 eine schematische Ansicht von abweichenden Sensorachsen entlang der Gierrichtung,
8 ein Bestimmungsflussdiagramm gemäß der Erfindung.
In den folgenden Figuren sind die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Komponenten zu identifizieren. Die Erfindung wird vorzugsweise in Verbindung mit einem Dynamiksteuersystem für ein Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel ein Gierstabilitätssteuersystem oder ein Wankstabilitätssteuersystem verwendet. Jedoch kann die Erfindung auch mit dem Entfalten oder der Antriebserfassung anderer Sicherheitsvorrichtungen wie zum Beispiel Airbags verwendet werden.
Mit Bezug auf die 1 und 2 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einer erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung mit daran angreifenden unterschiedlichen Kräften und Momenten illustriert. Das Fahrzeug 10 hat ein rechtes Vorderrad 12a und ein linkes Vorderrad 12b und ein rechtes Hinterrad 13a und ein linkes Hinterrad 13b. Das Fahrzeug 10 kann auch eine Anzahl unterschiedlicher Arten von vorderen Lenksystemen 14a und hinteren Lenksystemen 14b haben, wobei jedes Vorder- und Hinterrad mit einem jeweiligen regelbaren Aktuator konfiguriert ist, die Vorder- und Hinterräder ein konventionelles System haben, in welchem beide Vorderräder zusammen gesteuert und beide Hinterräder zusammen gesteuert werden, ein System mit konventioneller vorderer Lenkung und unabhängig steuerbarer hinterer Lenkung für jedes der Räder oder umgekehrt. Allgemein hat das Fahrzeug ein Gewicht, welches mit Mg im Schwerpunkt des Fahrzeugs repräsentiert ist wobei g = 9,8 m/s² und M die Gesamtmasse des Fahrzeugs ist.
Wie oben erwähnt kann das System auch mit Aktiv-/Semiaktiv-Aufhängungssystemen, Drehstabstabilisatoren oder anderen Sicherheitsvorrichtungen verwendet werden, welche nach dem Abtasten von vorbestimmten dynamischen Zuständen des Kraftfahrzeuges entfaltet oder aktiviert werden.
Das Erfassungssystem 16 ist an ein Steuersystem 18 gekoppelt. Wie in 2 schematisch gezeigt, verwendet das Erfassungssystem 16 vorzugsweise einen Sechssensorsatz, einschließlich drei Axialbeschleunigungssensoren, aufweisend einen Lateralbeschleunigungssensor 27, einen Longitudinalbeschleunigungssensor 28 und einen Vertikalbeschleunigungssensor 29, und drei Axialrotationsgeschwindigkeitsdetektoren, aufweisend einen Giergeschwindigkeitssensor 30, einen Wankgeschwindigkeitssensor 31 und einen Nickgeschwindigkeitssensor 32. Andere Sensoren wie zum Beispiel ein Lenkwinkelsensor 33 und Lenkwinkelpositionssensor 34 können auch vorgesehen sein. Die unterschiedlichen Sensoren werden unten weiter beschrieben. Die Radgeschwindigkeitssensoren 20 sind an jeder Ecke des Fahrzeugs montiert, und der Rest der Sensoren des Erfassungssystems 16 ist vorzugsweise direkt im Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie montiert, entlang der Richtungen x, y und z, wie in 1 gezeigt. Wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, wird das Koordinatenkreuz aus b1, b2 und b3 als ein Karosseriekoordinatenkreuz 22 bezeichnet, dessen Ursprung sich im Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie befindet, mit der b1-Achse korrespondierend zur nach vorwärts gerichteten x-Achse, b2-Achse korrespondierend zur von der Fahrtrichtung zur Seite weisenden y-Achse (nach links), und die b3-Achse korrespondierend zur nach oben weisenden z-Achse. Die Winkelgeschwindigkeiten der Fahrzeugkarosserie sind an ihren jeweiligen Achsen mit ω_x für die Wankgeschwindigkeit, ω_y für die Nickgeschwindigkeit und ω_z für die Giergeschwindigkeit bezeichnet.
Der Longitudinalbeschleunigungssensor (28) ist mit seiner Erfassungsrichtung entlang der b1-Achse montiert, und seine Ausgabegröße ist mit a_x bezeichnet. Der Lateralbeschleunigungssensor (27) ist mit seiner Erfassungsrichtung entlang der b2-Achse montiert, und seine Ausgabegröße ist mit a_y bezeichnet. Der Vertikalbeschleunigungssensor (29) ist mit seiner Erfassungsrichtung entlang der b3-Achse montiert, und seine Ausgabegröße ist mit a_z bezeichnet. Selbstverständlich können geringe Abweichungen auftreten, wie unten beschrieben, so dass die Sensoren daran gehindert sind, mit den Achsen perfekt ausgerichtet zu sein.
Eine Steuereinheit 26 wird verwendet zum Empfangen von Informationen von dem Geschwindigkeitssensor 20, den Beschleunigungssensoren 27–29, den Winkelgeschwindigkeitssensoren 30–32, dem Lenkwinkelsensor 33 und dem Lenkwinkelpositionssensor 34. In Abhängigkeit von der gewünschten Sensitivität des Systems und unterschiedlichen anderen Faktoren brauchen nicht alle Sensoren 27–34 in einer kommerziellen Ausführungsform verwendet werden.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Sensoren im Fahrzeugschwerpunkt angeordnet. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die Sensoren auch außerhalb des Schwerpunktes angeordnet und deren Signale äquivalent dazu umgewandelt werden können.
Basierend auf Eingaben von den Sensoren kann die Steuereinheit 26 eine Sicherheitsvorrichtung 38 steuern. Die Sicherheitsvorrichtung 38 kann aufweisen: Einen Airbag 40, ein Aktivbremssystem 41, ein Aktivfrontlenksystem 42, ein Aktivhecklenksystem 43, ein Aktivaufhängungssystem 44, und ein Aktivdrehstabstabilisatorsystem 45 oder Kombinationen dieser Systeme. Jedes der Systeme 40–45 kann seine eigene Steuereinheit zur jeweiligen Aktivierung haben. Zum Beispiel werden in einem Zahnstangenlenkungssystem die zwei daran gekoppelten Räder simultan gesteuert. Basierend auf den Eingabegrößen von den Sensoren bestimmt die Steuereinheit 26 ein Gierzustand und/oder ein Wankzustand des Fahrzeugs und steuert eine oder mehrere der Sicherheitsvorrichtungen 38.
Der Geschwindigkeitssensor 20 kann einer aus einer Vielzahl von Geschwindigkeitssensoren sein, welche dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. Zum Beispiel kann ein geeigneter Geschwindigkeitssensor einen Sensor an jedem Rad aufweisen, von welchem der Durchschnittswert von der Steuereinheit 26 ermittelt wird. Vorzugsweise wandelt die Steuereinheit die Radgeschwindigkeiten in die Geschwindigkeit des Fahrzeugs um. Giergeschwindigkeit, Lenkwinkel, Radgeschwindigkeit und möglicherweise eine Schlupfwinkelschätzung an jedem Rad können auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Schwerpunkt rückumgewandelt werden. Unterschiedliche andere Algorithmen sind einem Durchschnittsfachmann bekannt. Wenn zum Beispiel die Geschwindigkeit bestimmt wird, während um eine Kurve beschleunigt oder abgebremst wird, kann die niedrigste oder höchste Radgeschwindigkeit wegen ihres Fehlers nicht verwendet werden. Zusätzlich kann ein Transmissionssensor verwendet werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen. Mit Bezug auf 3 ist ein Erfassungssystem 16 gezeigt, mit einem Giergeschwindigkeitssensor 30, Wankgeschwindigkeitssensor 31 und Nickgeschwindigkeitssensor 32, zusammen mit Lateralbeschleunigungssensor 27, einem Longitudinalbeschleunigungssensor 28, und Vertikalbeschleunigungssensor 29, welche innerhalb eines Gehäuses 52 montiert sind.
Weil das Gehäuse 52 und die darin angeordneten Sensoren in einer besonders kontrollierten Umgebung hergestellt werden können, wird angenommen, das jeder der Sensoren orthogonal entlang der Sensorachsen (x_s, y_s, z_s) ausgerichtet ist, wobei x_s die Sensorsystemlongitudinalrichtung ist, für welche der Longitudinalbeschleunigungssensor 28 verwendet wird, um die Longitudinalbeschleunigung a_Xθ zu messen, und der Wankgeschwindigkeitssensor 31 verwendet wird, um die Wankwinkelgeschwindigkeit ω_xs zu messen; y_s die Lateralrichtung des Erfassungssystems 16 ist, für welches der Lateralbeschleunigungssensor 27 verwendet wird, um die Lateralbeschleunigung a_Y _s zu messen, und der Nickgeschwindigkeitssensor 32 verwendet wird, um die Nickwinkelgeschwindigkeit ω_ys zu messen; z_s die Vertikalrichtung des Erfassungssystems 16 ist, für welche der Vertikalbeschleunigungssensor 29 verwendet wird, um die Vertikalbeschleunigung a_xs zu messen, und der Giergeschwindigkeitssensor 30 verwendet wird, um die Giergeschwindigkeit ω_zs zu messen.
Mit Bezug auf 4 ist ein Montierfehler zwischen den Sensorsystemachsen (x_s, y_s, z_s) und den fahrzeugkarosseriefesten Achsen (x, y, z) illustriert.
Mit Bezug auf die 5, 6 und 7 kann der Montierfehler charakterisiert werden durch die Eulerwinkel zwischen den (x, y, z) -Achsen und (x_s, y_s, z_s) -Achsen. Jene Eulerwinkel werden jeweils bezeichnet als die Wankrichtungssensorabweichung Δθ_x, die Nickrichtungssensorabweichung Δθ_y und die Gierrichtungssensorabweichung Δθ_z. 5 illustriert eine Wankabweichung, 6 illustriert eine Nickabweichung und 7 illustriert eine Gierabweichung.
Die Wankrichtungssensorabweichung (Winkel) Δθ_x, welche die Rotationsposition zwischen den fahrzeugkarosseriefesten Achsen (x, y, z) und den sensorsystemfesten Achsen (x_s, y_s, z_s) ist, kann durch Rotieren der (x, y, z)-Achsen entlang ihrer x-Achse mit einem Winkel ΔΘ_x erzielt werden. Die Fahrzeugbewegungsvariablen a_y und ω_z, welche entlang der Fahrzeugkarosserieachsen definiert sind, können auf die Sensormessungen durch eine solche Wankabweichung wie folgt bezogen werden:
Es ist zu bemerken, dass entlang der Fahrzeuglateralachse y die Fahrzeuglateralbeschleunigung auch auf die Fahrzeugkarosseriekoordinatenkreuzvariablen wie folgt bezogen werden kann:
wobei v_x die Fahrzeuggeschwindigkeit (gemessen entlang der fahrzeugkarosseriefesten x-Achse) ist, welche basierend auf dem Radgeschwindigkeitssensor wie oben beschrieben geschätzt werden kann, g = 9,8 m/s² und θ_x der Globalwankwinkel des Fahrzeugs ist. ω_z ist die Giergeschwindigkeit der Karosserie gemessen entlang der fahrzeugkarosseriefesten z-Achse. v_y ist die Karosserielateralgeschwindigkeit, gemessen entlang der fahrzeugkarosseriefesten y-Achse. Aufgrund der Abweichung ist der Globalwankwinkel des Sensorsystems gleich dem Fahrzeugwankwinkel (der Wankwinkel des fahrzeugkarosseriefesten Koordinatenkreuzes mit Bezug auf die Straßenoberfläche) plus der Abweichung Δθ_x.
Eine ähnliche Beziehung gilt für die Sensorausgabegröße a_ys entlang der Sensorlateralachse y_s mit Bezug auf die anderen Sensorausgabegrößen und dem Globalwankwinkel des Sensorsystems, welcher θ_x + Δθ_x ist. Es ist zu beachten, dass, weil die Sensorkoordinatenkreuze und das Fahrzeugkarosseriekoordinatenkreuz die gleiche x-Achse haben, die Wankabweichung Δθ_X die Fahrzeuggeschwindigkeit v_x nicht ändern würde, somit
Bei konstanten Fahrzuständen sind sowohl v . _y = 0 (gemessen entlang der fahrzeugkarosseriefesten y-Achse) und v . _ys = 0 (gemessen entlang der Sensorsystemkoordinatenkreuz-festen y-Achse), wodurch
mit v_x als Fahrzeugfahrgeschwindigkeit, welche basierend auf dem Radgeschwindigkeitssensor und den anderen berechneten Variablen geschätzt werden kann. Basierend auf Gleichung (1) und Gleichung (4) kann der Wanksensorabweichungswinkel wie folgt berechnet werden:
Ein Vorteil von Gleichung (5) ist, dass es nicht erforderlich ist, die Straßenzustände zu berücksichtigen. Der andere Vorteil ist, dass es nicht erforderlich ist, die berechnete Variable des Globalwankwinkels des Fahrzeuges zu erlangen, und nur die Sensorausgabegrößen einschließlich Giergeschwindigkeitssensorausgabegröße, Nickgeschwindigkeitssensorausgabegröße und Fahrzeuglongitudinalgeschwindigkeit werden verwendet.
Es ist zu beachten, dass bei dynamischen Fahrzuständen, v . _y ≠⁣ 0, v . _ys≠⁣ 0, die aktuelle Sensorabweichung genau berechnet werden muss als
wobei sich der Fehlerterm berechnet zu
Weil die Sensorabweichung üblicherweise konstant oder sehr langsam mit der Zeit variierend ist, ist die tiefpassgefilterte Version der obigen Dynamikcharakterisierung nützlicher. Lasse LPF{•} einen solchen Tiefpassfilter mit einer geeignet gewählten Grenzfrequenz sein und berücksichtige:
Daher
Somit kann die aktuelle Wanksensorabweichung exakt berechnet werden, indem der mit Gleichung (5) beschriebene Wert über einen Tiefpassfilter geschickt wird.
Nun wird der Nicksensorabweisungswinkel Δθ_y berücksichtigt, welcher die Rotationsposition zwischen den zwei fahrzeugkarosseriefesten Achsen (x, y, z) und den sensorsystemfesten Achsen (x_s, y_s, z_s) ist, und welcher durch Rotieren der (x, y, z)-Achsen entlang ihrer y-Achse mit Δθ_y, erlangt werden kann. Die fahrzeugkarosseriefesten Variablen der Giergeschwindigkeit können auf die Sensorausgabegrößen der Giergeschwindigkeit und Wankgeschwindigkeit durch die Nickabweichung Δθ_y wie folgt bezogen werden:
Es ist zu beachten, das die Sensorsystem-y-Achse in der gleichen Richtung der fahrzeugkarosseriefesten y-Achse ist, wodurch die Sensorausgabegröße der Lateralbeschleunigung beschrieben werden kann mit:
und indem Gleichung (8) in die obige Gleichung (9) eingesetzt wird, ergibt sich
Bei einem konstanten Fahrzustand ergibt sich daher mit Gleichung (10) die folgende Nickabweichungsberechnung aus den Sensorausgabegrößen der Lateralbeschleunigung, Wankgeschwindigkeit und Giergeschwindigkeit zusammen mit dem berechneten Fahrzeugkarosserieglobalwankwinkel und der berechneten Fahrzeuglongitudinalgeschwindigkeit
Bei dynamischem Fahrzustand muss die aktuelle Sensornickabweichung wie folgt berechnet werden:
wobei der Fehlerterm wie folgt berechnet werden kann zu
Weil die Sensorabweichung üblicherweise konstant oder sehr langsam mit der Zeit variierend ist, ist die tiefpassgefilterte Version der obigen Dynamikcharakterisierung nützlicher. Lasse LPF{•} einen solchen Tiefpassfilter mit geeignet gewählter Grenzfrequenz sein und berücksichtige
Daher
Somit kann die aktuelle Nicksensorabweichung exakt berechnet werden, indem die mit Gleichung (11) beschriebene Größe durch einen Tiefpassfilter geschickt wird.
Der Gierrichtungssensorabweichungswinkel Δθ_z, welcher die Rotationsposition zwischen den fahrzeugkarosseriefesten Achsen (x, y, z) und den sensorsystemfesten Achsen (x_s, y_s, z_s) ist, kann durch Drehen der (x, y, z) -Achsen entlang ihrer z-Achse mit Δθ_z erlangt werden. Die Fahrzeugbewegungsvariable a_y, welche entlang der fahrzeugkarosseriefesten y-Achse definiert ist, kann auf die Sensorausgabegröße der Longitudinalbeschleunigung und die Sensorausgabegröße der Lateralbeschleunigung durch die Gierabweichung Δθ_z wie folgt bezogen werden:
und diese karosseriefeste Variable a_Y kann auch formuliert werden als
Bei konstantem Fahrzustand kann aus Gleichung (14) und (15) die Gierabweichung von den Sensorausgabegrößen der Lateralbeschleunigung und Vertikalbeschleunigung, der Giergeschwindigkeit zusammen mit dem berechneten Fahrzeugglobalwankwinkel und der Fahrzeuglongitudinalgeschwindigkeit berechnet werden zu:
Bei dynamischem Fahrzustand kann die aktuelle Gierabweichung wie folgt berechnet werden zu:
wobei der Fehlerterm berechnet werden kann zu:
Weil die Sensorabweichung üblicherweise konstant oder sehr langsam mit der Zeit variierend ist, ist die tiefpassgefilterte Version der obigen Dynamikcharakterisierung nützlicher. Lasse LPF{•} einen solchen Tiefpassfilter mit geeignet gewählter Grenzfrequenz sein, wobei berücksichtigt wird:
Daher
Somit kann die aktuelle Giersensorabweichung exakt berechnet werden, indem der mit Gleichung (16) berechnete Wert durch einen Tiefpass geschickt wird.
Für das Sensorsystem ist sein Globalwankwinkel mit θ_xs definiert und sein Nickwinkel mit θ_ys definiert. Diese Terme können auch berechnet werden basierend auf der Summe des Fahrzeugglobalwankwinkels θ_x und der berechneten Sensorwankabweichung Δθ_x, und der Summe aus dem Nickwinkel θ_y und der Sensornickabweichung Δθ_y, das heißt:
Für diese Eulerwinkel gilt:
Wird berücksichtigt, dass die Sensorabweichungen konstant sind, dann gilt:
Somit kann das Folgende berechnet werden zu:
Basierend auf der oben berechneten Sensorabweichung können die Fahrzeugbewegungswinkelgeschwindigkeiten und Fahrzeugbewegungsbeschleunigungen, welche entlang der Fahrzeugkarosserieachsen definiert sind, wie von den sechs Sensoren gemessen, von den Sensorausgabegrößen kompensiert werden. Die kompensierten Signale werden somit verwendet, um ein Sicherheitssystem oder mehrere Sicherheitssysteme zu steuern.
Mit Bezug auf 8 wird nun ein Verfahren zum Steuern eines Sicherheitssystems illustriert. In Schritt 70 werden unterschiedliche Sensoren gelesen. Die unterschiedlichen Sensoren können die in 2 gezeigten Sensoren aufweisen.
In Schritt 72 wird der Wankabweichungswinkel bestimmt. In Schritt 74 wird der Nickabweichungswinkel bestimmt. In Schritt 76 wird der Gierabweichungswinkel bestimmt. Wenn jeder der Abweichungswinkel bestimmt ist, werden in Schritt 78 die unterschiedlichen Sensorablesungen um die Abweichungen korrigiert. Jeder der drei Beschleunigungssensoren und der Winkelgeschwindigkeitssensoren wird im Hinblick auf Wankabweichungswinkel, Nickabweichungswinkel und Gierabweichungswinkel in Schritt 78 kompensiert. Spezieller gesagt können die drei Beschleunigungen, welche entlang des fahrzeugkarosseriefesten Koordinatenkreuzes gemessen werden, durch Kompensieren der Sensorausgabegrößen der korrespondierenden drei Beschleunigungen (gemessen entlang der Sensorsystemkoordinatenkreuz-festen Achsen) wie folgt erzielt werden:
Die drei Winkelgeschwindigkeiten, gemessen entlang des fahrzeugkarosseriefesten Koordinatenkreuzes, können durch Kompensieren der Sensorausgabegrößen der korrespondierenden drei Winkelgeschwindigkeitssignale (gemessen entlang der Sensorsystemkoordinatenkreuz-festen Achsen) wie folgt erzielt werden:
Zusätzlich kann jede der Sensorablesungen im Hinblick auf Vorspannung und Rauschen in Schritt 80 korrigiert werden, wobei ein Sensorvorspannungskompensationsfaktor und/oder ein Rauschvorspannungskompensationsfaktor verwendet wird. Jeder dieser Faktoren kann, basierend auf dem Typ des verwendeten Sensors und dessen Betriebscharakteristik, experimentell bestimmt werden. Der Vorspannungskompensationsfaktor kann auch über die Zeit bestimmt werden.
Als Antwort auf die kompensierten Winkelgeschwindigkeitssignale und die kompensierten Beschleunigungssignale werden die unterschiedlichen Sicherheitssysteme des Fahrzeugs in Schritt 82 gesteuert.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugdynamiksteuersystems (18), aufweisend: Bestimmen eines Wankabweichungswinkels, Bestimmen eines Nickabweichungswinkels, Bestimmen eines Gierabweichungswinkels, und Aktivieren eines Sicherheitssystems (38) als eine Funktion des Wankabweichungswinkels, des Nickabweichungswinkels und des Gierabweichungswinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Messen einer Wankgeschwindigkeit, Messen einer Giergeschwindigkeit, Messen einer Nickgeschwindigkeit und Generieren einer korrigierten Wankgeschwindigkeit, einer korrigierten Giergeschwindigkeit und einer korrigierten Nickgeschwindigkeit als eine Funktion des Wankabweichungswinkels, des Nickabweichungswinkels und des Gierabweichungswinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Messen einer Lateralbeschleunigung, einer Longitudinalbeschleunigung, und einer Vertikalbeschleunigung, und Erzeugen einer korrigierten Lateralbeschleunigung, einer korrigierten Longitudinalbeschleunigung und einer korrigierten Vertikalbeschleunigung als eine Funktion des Wankabweichungswinkels, des Nickabweichungswinkels und des Gierabweichungswinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Bestimmen eines Globalwankwinkels als eine Funktion des Wankabweichungswinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Bestimmen eines Globalnickwinkels als eine Funktion des Nickabweichungswinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Bestimmen eines Globalgierwinkels als eine Funktion des Gierabweichungswinkels.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen eines Wankabweichungswinkels aufweist: Bestimmen eines Wankabweichungswinkels als eine Funktion der Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor (30), einer Nickgeschwindigkeit von einem Nickgeschwindigkeitssensor (32), und mindestens einer Beschleunigung von einem Beschleunigungssensor, einem Nickwinkel oder einem Wankwinkel.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen eines Nickabweichungswinkels aufweist: Bestimmen eines Nickabweichungswinkels als eine Funktion einer Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor (30), einer Wankgeschwindigkeit von einem Wankgeschwindigkeitssensor (31), und mindestens einer Lateralbeschleunigung von einem Lateralbeschleunigungssensor (27), einem Wankwinkel oder einem Nickwinkel.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen eines Gierabweichungswinkels aufweist: Bestimmen eines Gierabweichungswinkels als eine Funktion einer Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor (30), einer Lateralbeschleunigung von einem Lateralbeschleunigungssensor (27) und einer Longitudinalbeschleunigung von einem Longitudinalbeschleunigungssensor (28).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen eines Wankabweichungswinkels aufweist: Messen einer Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor (30), einer Vertikalbeschleunigung von einem Vertikalbeschleunigungssensor (29), einer Nickgeschwindigkeit von einem Nickgeschwindigkeitssensor (32) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit von einem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor (20) gemäß der Gleichung
und Tiefpassfiltern von Δθ_x.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen eines Wankabweichungswinkels aufweist: Messen einer Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor (30), Messen einer Nickgeschwindigkeit von einem Nickgeschwindigkeitssensor (32), Berechnen eines Wankwinkels und Berechnen eines Nickwinkels gemäß der folgenden Gleichung:
und Tiefpassfiltern Δθ_x.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen eines Nickabweichungswinkels aufweist: Messen einer Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor (30), Messen einer Wankgeschwindigkeit von einem Wankgeschwindigkeitssensor (31), Messen einer Fahrzeuggeschwindigkeit von einem Fahrzeug-Geschwindigkeitssensor (20), Messen einer Lateralbeschleunigung von einem Lateralbeschleunigungssensor (27), und Berechnen eines Wankwinkels gemäß der folgenden Gleichung:
und Tiefpassfiltern von Δθ_y.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen eines Nickabweichungswinkels aufweist: Messen einer Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor (30), Messen einer Wankgeschwindigkeit von einem Wankgeschwindigkeitssensor (31), und Berechnen eines Wankwinkels und Berechnen eines Nickwinkels, gemäß der folgenden Gleichung:
und Tiefpassfiltern von Δθ_y.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Bestimmen eines Gierabweichungswinkels aufweist: Messen einer Giergeschwindigkeit von einem Giergeschwindigkeitssensor (30), Messen einer Lateralbeschleunigung von einem Lateralbeschleunigungssensor (27), Messen einer Longitudinalbeschleunigung von einem Longitudinalbeschleunigungssensor (28), und Berechnen eines Wankwinkels, gemäß der folgenden Gleichung
und Tiefpassfiltern von Δθ_z.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugdynamiksteuersystems, aufweisend: Bestimmen eines Wankabweichungswinkels, Bestimmen eines Globalwankwinkels als eine Funktion der Wankwinkelabweichung, Bestimmen eines Nickabweichungswinkels, Bestimmen eines Globalnickwinkels als eine Funktion der Nickwinkelabweichung, Bestimmen eines Gierabweichungswinkels, Bestimmen eines Globalgierwinkels als eine Funktion der Gierwinkelabweichung, und Aktivieren eines Sicherheitssystems als Antwort auf den Globalwankwinkel, den Globalnickwinkel, und den Globalgierwinkel.
Steuersystem (18) für ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Kraftfahrzeugkarosserie, aufweisend: Ein Sensorsystem (16) mit einem Gehäuse (52), welches innerhalb der Fahrzeugkarosserie orientiert ist, einen Wankwinkelgeschwindigkeitssensor (31), welcher innerhalb des Gehäuses (52) positioniert ist, welcher ein Wankgeschwindigkeitssignal korrespondierend zur Wankwinkelbewegung des Sensorgehäuses (52) erzeugt, einen Gierwinkelgeschwindigkeitssensor (30), welcher innerhalb des Gehäuses (52) positioniert ist, welcher ein Giergeschwindigkeitssignal korrespondierend zu einer Gierbewegung des Sensorgehäuses (52) erzeugt, einen Nickwinkelgeschwindigkeitssensor (32), welcher innerhalb des Gehäuses (52) positioniert ist, welcher ein Nickgeschwindigkeitssignal korrespondierend zu einer Nickbewegung des Sensorgehäuses (52) erzeugt, einen Lateralbeschleunigungssensor (27), welcher innerhalb des Gehäuses (52) positioniert ist, welcher ein Lateralbeschleunigungssignal korrespondierend zu einer Lateralbeschleunigung des Sensorgehäuses (52) erzeugt, einen Longitudinalbeschleunigungssensor (28), welcher innerhalb des Gehäuses (52) positioniert ist, welcher ein Longitudinalbeschleunigungssignal korrespondierend zur Longitudinalbeschleunigung des Sensorgehäuses (52) erzeugt, einen Vertikalbeschleunigungssensor (29), welcher innerhalb des Gehäuses (52) positioniert ist, welcher ein Vertikalbeschleunigungssignal korrespondierend zur Vertikalbeschleunigung des Sensorgehäuses (52) erzeugt, einen Radgeschwindigkeitssensor (20), welcher ein Radgeschwindigkeitssignal korrespondierend zu einer Radgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) erzeugt, ein Sicherheitssystem (38), und eine Steuereinheit (26), welche gekoppelt ist zu dem Wankwinkelgeschwindigkeitssensor (31), dem Gierwinkelgeschwindigkeitssensor (30), dem Nickwinkelgeschwindigkeitssensor (32), dem Lateralbeschleunigungssensor (27), dem Longitudinalbeschleunigungssensor (28), dem Vertikalbeschleunigungssensor (29) und dem Radgeschwindigkeitssensor (20), wobei die Steuereinheit einen Wankabweichungswinkel bestimmt, einen Nickabweichungswinkel bestimmt, einen Gierabweichungswinkel bestimmt, als eine Funktion der Wankgeschwindigkeit, der Nickgeschwindigkeit, der Giergeschwindigkeit, der Lateralbeschleunigung, der Longitudinalbeschleunigung und der Vertikalbeschleunigung, wobei die Steuereinheit (26) ein Steuersignal zum Steuern des Sicherheitssystems (38) erzeugt als Antwort auf den Wankabweichungswinkel, den Nickabweichungswinkel und den Gierabweichungswinkel.
System nach Anspruch 16, wobei die Steuereinheit (26) erzeugt: Ein korrigiertes Wankgeschwindigkeitssignal, ein korrigiertes Giergeschwindigkeitssignal und ein korrigiertes Nickgeschwindigkeitssignal als eine Funktion des Wankabweichungswinkels, des Nickabweichungswinkels und des Gierabweichungswinkels, wobei die Steuereinheit (26) das Steuersignal als eine Funktion des korrigierten Wankgeschwindigkeitssignals, des korrigierten Giergeschwindigkeitssignals und eines korrigierten Nickgeschwindigkeitssignals erzeugt.
System nach Anspruch 16, wobei die Steuereinheit (26) erzeugt: eine korrigierte Lateralbeschleunigung, eine korrigierte Longitudinalbeschleunigung und eine korrigierte Vertikalbeschleunigung als eine Funktion des Wankabweichungswinkels, des Nickabweichungswinkels und des Gierabweichungswinkels, wobei die Steuereinheit (26) das Steuersignal erzeugt als eine Funktion der korrigierten Lateralbeschleunigung, der korrigierten Longitudinalbeschleunigung und der korrigierten Vertikalbeschleunigung.