监控被布置在轮式车辆中的测量装置的方法和设备的制作方法

专利名称：监控被布置在轮式车辆中的测量装置的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监控被布置在轮式车辆中的测量装置的方法和设备。
例如具有加速度传感器和转速传感器的测量装置为现代轮式车辆(公路汽车、越野轮式车辆和其它无轨(spurungebunden)轮式车辆)的电子系统提供输入量。这种电子系统例如是防抱死制动系统(ABS)、电子稳定程序(ESP)、导航系统、自适应巡航控制(ACC，AdaptiveCruise Control)、防止车辆侧翻的保护系统(roll-over-protection)、用于稳定客车和载重汽车中以及拖车中的摇摆(Wankbewegung)的系统、用于控制安全气囊的控制系统、下坡防滑(Hill-Holder)系统、前灯方向控制装置(Light-Angle-Control)、助力转向系统、用于控制车辆的弹性装置(Federung)和/或减震装置的控制系统、用于控制车辆传动杆中的传动的系统、电动机控制系统、用于显示动力燃料和其它液体的液位的显示系统、用于检测车辆的载荷状态和/或错误的轮胎压力的系统、门锁系统、防盗系统、用于控制车辆的空气动力学特性的系统、事故数据存储系统和用于在越野车辆的倾斜角很大时显示和/或报警的识别系统和/或报警系统。本发明尤其是涉及一种所述测量装置与上述系统中的至少一种系统的组合或与所述系统的任意一种组合的组合。
特别的加速度传感器为所述系统提供重要的信息。在很多情况下，必需车辆的事实的(实际的)纵向加速度和/或横向加速度。相反，加速度传感器根据车辆的方位来测量由于地心引力而失真的被测量。
DE 196 03 430 A1说明了一种用于在汽车中利用由传感器所提供的数据和利用处理这些传感器数据的分析电路来确定轴负荷的电路设备。在所述电路设备的实施例中，在要在控制计算机中完成的程序的范围中，加速度信号被校正了地心引力分量。在此，应用由地形陡度传感器所测量的地形陡度。
从DE 198 44 913 A1中公知了一种用于监控被布置在车辆中的横向加速度传感器的装置，利用所述横向加速度传感器检测第一横向加速度量。借助确定装置直接根据利用相应的检测装置所检测的车轮速度量来确定第二横向加速度量。在监控装置中，为了监控横向加速度传感器而执行已滤波的横向加速度量与第二横向加速度量的比较。
在本说明书中，失真了地心引力的加速度量被称为有效的加速度量。在车辆的静止状态下，所述加速度传感器仅仅测量地心引力的作用。实际的加速度因而不存在于所测量的量中。可是，在倾斜的(在纵向上和/或在横向上倾斜的)公路上行驶时，必需的实际的加速度不是直接被测量。因而，可使用加速度传感器的输出上的有误差的被测量。当正好在倾斜的公路上可能出现安全危急的行驶状况时，这是更不利的，在所述安全危急的行驶状况下，要供给实际加速度的系统必须可靠地工作。被布置在车身(Fahrzeugaufbau)中的加速度传感器提供类似的有误差的被测量，所述车身在行驶期间例如在车辆的加速阶段期间相对于底盘倾斜(侧摆运动和/或车辆纵向上的前后俯仰振动(Nickbewegung))。五度的摇摆角已经导致车辆横向加速度中的近似1m/s2的误差。
本发明所基于的任务在于，给出开头所述类型的设备和方法，利用所述设备可以提供车辆运动的可靠的被测量。
下面建议用于监控被布置在轮式车辆中的测量装置的设备，所述设备具有-测量装置，其中该测量装置被构造来测量轮式车辆的三个分别相互垂直指向的线性加速度并且测量三个转速(即分别围绕轮式车辆的一个轴的旋转运动或者旋转运动分量的转速)，其中这三个轴分别相互垂直分布，-方位确定装置，所述方位确定装置被构造来根据这三个转速确定轮式车辆在车辆外部的坐标系中的方位，以及-监控装置，所述监控装置被构造来在应用方位确定装置的输出量的情况下和在应用比较量的情况下执行对所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的监控。
此外，建议以下的用于监控被布置在轮式车辆中的测量装置的方法，其中所述测量装置被构造来测量轮式车辆的三个分别相互垂直指向的线性加速度和三个转速(即分别围绕轮式车辆的一个轴的旋转运动或旋转运动分量的转速)并且其中所述三个轴分别相互垂直分布
-根据这三个转速确定轮式车辆在车辆外部的坐标系中的方位的至少一个分量，以及-在应用方位的至少一个分量的情况下和在应用比较量的情况下，执行对所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的监控。
根据本发明，监控测量装置，所述测量装置测量三个不冗余的转速并且测量三个不冗余的线性加速度。所述测量装置例如可以针对每个被测量具有一个独立的传感器。可是也存在一些传感器，这些传感器同时测量所述被测量中的两个被测量。在任何情况下，所述测量装置提供对于提供可靠的被测量必要的被测量。通过确定车辆的方位，所述方位的确定尤其是通过所述的方位确定装置根据三个转速来执行，有效的加速度值可被换算成实际的加速度值。
此外，在应用方位确定装置的输出量的情况下和在应用比较量的情况下进行对所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的监控。换言之所确定的方位的至少一个分量与比较量一起被用于监控线性加速度中的至少一个线性加速度，所述方位根据所述转速来确定。如果在进行监控时确定，线性加速度例如由于传感器误差是不可靠的，则可以采取适当的措施。例如，可以决定，所测量的线性加速度是否还适于转发给所述系统/或者是否可应用比较量。尤其是，通知必需线性加速度作为输入量的系统所述线性加速度可能是有误差的，或者所述系统可以至少暂时被断开。
尤其是，根据本发明的组合允许不仅确定在车辆纵向上的倾斜而且确定在车辆横向上的倾斜并且由此所确定的信息被用于监控和/或用于确定实际的线性加速度。
尤其是，轮式车辆的行驶速度被确定并且在考虑该行驶速度的情况下确定比较量。关于轮式车辆的至少一个车轮的转速、尤其是车辆的非驱动车轮的转速特别好地适于此。基于车轮旋转运动的信息在强烈倾斜的公路或地基的情况下也允许可靠地确定行驶速度。可是，行驶速度可以可替换地或者附加地以其它方式来确定。
所述测量装置尤其是针对用于确定至少一个转速或者一个线性加速度的每个传感器具有(例如ASIC中的)控制器，所述控制器控制模拟和/或数字形式的测量信号的输出。此外，所述控制器可以由此执行传感器的信号的第一检查，即所述控制器通过将测试信号传输到所述传感器来引起产生传感器信号，分析所述传感器信号并且通过分析该传感器信号来检查。
此外，建议一种计算装置，所述计算装置尤其是与测量装置一起被布置在共同的结构单元(bautechnische Einheit)中。所述计算装置为测量装置整理传感器的信号(尤其是在第一滤波过程中对信号进行滤波)并且执行信号的似然检验。在进行似然检验时，例如将被测量对时间求导。然后，所述被测量和/或其导数可以与极限值进行比较，其中所述极限值尤其是可以取决于车辆的行驶状况。此外，前面所说明的控制器可以监控计算装置，和相反该计算装置可以监控前面所说明的控制器。此外，前面所说明的还会详细研究的测量装置的监控尤其是由计算装置来执行。在此，信号可由多个装置应用，这些装置不是测量装置的部分。尤其是，以这样的方式确定针对所有由测量装置所测量的转速和线性加速度的参考值并且这些参考值被用于监控测量值。此后也还将详细研究。优选地，这样被监控的测量值被用于计算其它量的输入量，例如用于计算如车辆车轮相对于车身的最大距离或回弹行程、轴负荷和/或车轮负荷的量。所述计算装置在这样的情况下具有一接口，通过所述接口将其它量的所计算的值传输给其它装置和/或系统。
此外，可替换或者除了监控至少一个线性加速度以外，还可以监控由测量装置所测量的转速中的至少一个转速。相应的参考值或者比较值例如可以根据由测量装置所测量的加速度值和至少一个附加的量来确定，其中附加量不是根据测量装置的测量值来确定的。
例如可以-根据由测量装置所测量的横向加速度来确定由测量装置所测量的偏航速度的参考值，以及相反，即根据由测量装置所测量的偏航速度的参考值来确定由测量装置所测量的横向加速度。在此，应用至少一个可转向的车轮的至少转向轮角或者转向角；-根据由测量装置所测量的横向加速度来确定由测量装置所测量的偏航速度的参考值，以及相反，即根据由测量装置所测量的偏航速度的参考值来确定由测量装置所测量的横向加速度。在此，应用车辆纵向上的至少行驶速度；-在应用可转向的车轮的转向轮角或者转向角的情况下和在应用车辆的纵向上的行驶速度的情况下来确定由测量装置所测量的偏航速度的参考值；-根据纵向加速度来确定纵向加速度(车辆纵向上的加速度)的参考值，其中应用校正项，所述校正项在应用偏航速度的情况下被算出；-根据车辆车轮的至少一个转速来确定偏航速度的参考值。在此，至少一个可转向的车轮的转向轮角或者转向角可选地被应用；-根据横向加速度在附加地应用车辆纵向速度和偏航速度的情况下来确定摇摆速度的参考值；-根据纵向加速度在附加地应用车辆纵向速度和偏航速度的情况下来确定俯仰速度的参考值；-根据横向加速度在应用车辆模型的情况下计算出摇摆速度的参考值，所述车辆模型近似地说明车身和底盘的相对运动；-根据纵向加速度在应用车辆模型的情况下计算出俯仰速度的参考值，所述车辆模型近似地说明车身和底盘的相对运动；和/或-在应用车辆车轮上的液位传感器的信号的情况下来确定垂直加速度、摇摆速度和俯仰速度的参考值。
在所建议的设备的相应的扩展方案中，所述设备具有用于确定轮式车辆的行驶速度的行驶速度确定装置，该行驶速度确定装置与所述监控装置相连接，其中所述监控装置被构造来在应用行驶速度的情况下确定比较量。尤其是，所述行驶速度确定装置被构造来在应用表征轮式车辆的车轮的转速的量的情况下确定行驶速度。行驶速度确定装置也可以与用于确定轮式车辆的至少一个可转向的车轮的转向角的转向角确定装置相连接，其中所述行驶速度确定装置被构造来在应用转向角的情况下确定行驶速度。此外，所述行驶速度确定装置可以与所述测量装置相连接并且这样来构造，使得行驶速度在应用三个转速中的至少一个转速的情况下被确定。
优选地，所述测量装置具有用于测量这三个线性加速度的加速度传感器和用于测量这三个转速的转速传感器，其中这些加速度传感器和这些转速传感器是预制造的、被构造用于装入轮式车辆中的设备技术单元的部分。所述单元是IMU(惯性测量单元(Inertial MeasurementUnit))的特定实施形式。
此外，优选的是，这三个线性加速度可由测量装置作为三个相互线性无关的被测量来测量。优选地，分别由加速度传感器所检测的加速度或加速度分量的方向构成三维直角坐标系的轴。尤其是，可以这样构造所述测量装置，使得至少被用于测量这三个线性加速度的传感器提供不冗余的被测量。
相应地，针对三个轴的对准来优选，围绕这三个轴实施旋转运动，所述测量装置测量这些旋转运动的转速。换言之这样构造所述测量装置，使得这三个轴分别成对地相互垂直分布。
尤其是，在应用方位的情况下和在应用比较加速度的情况下可以执行对至少一个所测量的线性加速度的监控。在此，比较加速度不用应用由所述测量装置所测量的、要监控的线性加速度来确定。可是也可能的是，将要监控的线性加速度换算成其它的量并且与相应的比较量相比较。
尤其是，所述比较量可以在应用车身和底盘的相对位置的情况下来确定，所述测量装置被固定或者要固定在所述车身上。车身和底盘的相对位置例如利用所谓的液位传感器来测量，这些液位传感器测量关于在车轮方面进行固定的参考点的车身的暂时液位。所述液位与有弹性地悬置车身时的瞬时的回弹行程相对应。
所述方位确定装置尤其是通过带有三个方程式的方程组的积分来确定车辆的方位。还会对此详细研究。所述方位确定也可通过四元方程来实现(例如参见WO 01/57474 A1)。针对积分，仅仅可以确定相对于参考位置的位置的改变。因此建议，方位确定装置检测轮式车辆的静止状态并且在静止状态中在应用由测量装置所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的情况下确定尤其是未来确定方位的值。在此可能的是，在应用所测量的车辆横向上和纵向上的有效加速度的情况下绝对地确定摇摆角和俯仰角并且因此确定相对于地的坐标系的位置。偏航角(围绕垂直线的角度)在车辆静止状态下例如被置为零。
此外，作为替换方案或者附加的可能性建议，检测轮式车辆在平坦的地基上的直线行驶并且在该行驶状况下在应用由测量装置所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的情况下确定尤其是未来确定方位的值。换言之在平坦的地基上直线行驶时也能够平衡摇摆角和俯仰角。
此外，作为附加的可能性建议，尤其是在其中车辆可被识别为稳定滚动(即自由摇摆和/或俯仰运动)的行驶状况中，根据至少一个所测量的加速度分量来确定值，以便由此在短的时间间隔(例如数十分之一秒至数秒、例如2秒长)中执行平衡根据转速信号的摇摆角确定或俯仰角确定。尤其是，当车辆超过较长的时间间隔没有处于静止状态或者没有在平坦的地基上直线行驶时，才可以利用所述可能性。
现在根据实施例详细说明本发明。在此，参考所附示意图并且说明优选的实施形式。附图中的相同的参考符号表示相同的、功能相同的或者等效的单元或者装置。附图的这些单个图

图1示出用于监控被布置在轮式车辆中的测量装置的设备，图2示出比较量装置的例子，所述比较量装置根据本发明的优选实施形式可以是图1所示的设备的部分，图3示出针对图2中所示的比较量装置与用于将信息提供给所述比较量装置的传感器或者装置的组合的根据本发明的优选实施形式的例子，图4示出针对图1中所示的方位确定装置与其它装置的组合的根据本发明的优选实施形式的例子，以便在某些行驶状况下确定用于定位车辆的输出值，图5示出针对图1中所示的监控装置与其它与此相连接的装置的改进方案的根据本发明的优选实施形式的例子，图6示出用于说明尺寸和角度的公路汽车的图示，以及图7示出图1中所示测量装置的改进方案的例子。
图1中所示的设备具有测量装置1、滤波装置5、方位确定装置7、比较量装置8和监控装置9。所述测量装置1再度具有加速度测量装置3和转速测量装置4。所述测量装置1尤其是预制造的结构单元，其中用于测量加速度和转速的相应的测量传感器相互相对位置固定地被布置在所述单元中。不同于图1中所示的那样，所述结构单元还可以具有在本说明书中所述的装置和单元，尤其是具有滤波装置5、方位确定装置7和/或监控装置9。该结构单元优选地被确定来被固定在汽车的重心上或者被固定在该重心附近，其中力求汽车中的一定的对准。
尤其是，所述加速度测量装置3具有三个线性加速度传感器31、32、33(图7)，这样布置这三个线性加速度传感器，使得这些加速度传感器之一分别测量笛卡儿坐标系的轴的方向上的车辆的加速度或者加速度分量，其中x轴指向车辆纵向向前的方向，y轴指向垂直纵轴的方向而z轴(在水平对准的车辆中)垂直指向向上。这样的坐标系示意性地在图6中示出。该图示出具有两个可转向的前轮21、22和两个不可转向的后轮23、24的公路汽车20。前轮在所示的状态中向左偏转并且相对x轴具有(左前轮21的)转向角δL或(右前轮22的)转向角δR。前轮21、22具有间距sF，后轮23、24相互具有间距sR。rR表示后轮23、24的半径。在纵向上大约在车身25的中间布置所述测量装置1。所述测量装置1在纵向上具有与前轮21、22的轴的间距1F和与后轮23、24的轴的间距1R。
本发明不限于前轮转向的轮式车辆。更确切地说，例如附加地后轮也是可转向的。
继续参考图1，所述加速度测量装置3通过滤波装置5与所述监控装置9相连接。所述转速测量装置4通过滤波装置5与方位确定装置7相连接，所述方位确定装置7再度与监控装置9相连接。此外，所述比较量装置8与监控装置9相连接。
图1中所示的滤波装置5代表其它滤波装置，这些滤波装置附加地设置在图1至图5中所示的设备中或者在变形的设备中。由滤波装置所执行的测量信号的滤波和/或由此所导出的信号尤其是用于消除可能存在的噪声和消除测量信号的高频振荡，例如由于车身的振动引起的高频振荡。所述滤波装置尤其是可以具有至少一个低通滤波器和/或至少一个带通滤波器。
在由加速度测量装置3的加速度测量传感器所测量的加速度信号和由转速测量装置4的转速测量传感器所测量的转速信号被传输到监控装置9或被传输到方位确定装置7之前，图1中所示的滤波装置5对该加速度信号和该转速信号进行滤波。在应用通过比较量装置8的输出6所接收到的比较量的情况下，所述监控装置9执行对加速度测量装置3的三个所测量的加速度量中的至少一个加速度量的监控。在此，所述监控装置9如在实施例上详细说明的那样应用至少两个角度(车辆的摇摆角和俯仰角)，这两个角度(除偏航角之外)是车辆在地面固定的坐标系中的方位的量度。
如图2所示，所述比较量装置8可以具有行驶速度确定装置11，所述行驶速度确定装置11与信息装置15以及与监控装置9相连接。行驶速度确定装置11从信息装置15接收到如可转向的车轮的至少一个转向角和车轮转速的信息、尤其是车辆的非驱动车轮的至少一个转向角和车轮转速的信息。所述行驶速度确定装置11由此计算出瞬时的行驶速度并且通过输出6将相应的信号传送给所述监控装置9。可是，从信息装置15被传输到行驶速度确定装置11的信息也可以是其它类型并且例如可以代替车轮转速包括关于以其它方式所确定的车辆的行驶速度的信息。如果除了车轮转速和转向角之外可以使用关于传动力矩和/或制动力矩(和/或等效量、例如制动力)的信息，则可以执行滑动校正(Schlupfkorrektur)。以车轮转速为基础所确定的行驶速度在这种情况下也可在车辆出现车轮与地基之间的滑动时被应用。
图3示出与图2的情况相对应的设备，其中，所述信息装置15通过转速确定装置17以及通过转向角确定装置18来构造，转速确定装置17用于确定车辆的至少一个车轮的转速，而转向角确定装置18用于确定至少一个可转向车轮的转向角。此外，所述行驶速度确定装置11通过滤波装置5与转速测量装置4相连接并且从该滤波装置5接收关于三个转速中的至少一个转速(尤其是偏航率(Gierrate))的信息并且在应用至少一个转速的情况下来计算出行驶速度。
根据图4的设备用于确定在方位确定装置7中确定车辆方位的起始值。所述加速度测量装置3和转速测量装置4通过滤波装置5与方位确定装置7相连接。此外，所述方位确定装置7与行驶速度确定装置11和信息装置15相连接。
如果方位确定装置7确定行驶速度为零，则该方位确定装置7(如根据例子还将详细说明的那样)确定车辆的方位并且由此确定用于未来计算出车辆行驶期间的方位的起始值。可替换地或者附加地，图4中所示的、用于确定起始值的设备可以在以恒定的行驶速度在平坦的地基上直线行驶期间被采用。
图5示出监控装置9的可能的结构。据此，所述监控装置9具有加速度确定装置13、与该加速度确定装置13相连接的方位校正装置14和比较装置12，所述比较装置12同样与方位校正装置14相连接。所述加速度确定装置13与行驶速度确定装置11相连接。所述方位校正装置14与方位确定装置7相连接。所述比较装置12通过滤波装置5与所述加速度测量装置3相连接。
在图5中所示的设备的某一实施形式中，所述加速度确定装置13通过滤波装置15与转速测量装置4相连接，以便在计算纵向和横向的车辆加速度时可以使用所测量的偏航率。可是也可能的是，以其它方式确定偏航率并在计算加速度时应用该偏航率，例如所述偏航率可根据纵向的车辆速度和转向角来确定。
可替换图5中所示的结构，例如所述比较装置12和方位校正装置14相互交换。
在工作时，所述监控装置9从行驶速度确定装置11中接收到行驶速度值，由此在加速度确定装置13中在不应用加速度测量装置3或者(必要时除了偏航率以外)转速测量装置4的情况下计算加速度值并且将所确测定的加速度值传输到方位校正装置14。在那，所确定的车辆的实际加速度值被换算为有效的加速度值，其中至少应用由方位确定装置7所确定的车辆方位的分量。然后，在所述比较装置12中，如此所确定的有效加速度的参考值与由加速度测量装置3所测量的值相比较。
尤其是当车辆超过较长的时间间隔没有进入静止状态时和车辆在所述时间间隔中没有在平坦的地基上直线行驶时，在短的时间间隔、例如1至3秒长(在该时间间隔中识别车辆稳定地(也就是尤其是在车轮的良好静摩擦时)滚动)的时间间隔中以下列方式进行车辆方位确定的平衡由加速度确定装置13所确定的加速度值被减去加速度测量装置3的通过滤波装置5所滤波的测量值。为了平衡车辆方位，如此处理所述差，如在本车辆的情况下的加速度测量装置3的由滤波装置5所滤波的测量值的那样。
现在详细说明用于监控的具体实施例。
为了确定车辆方位，根据被滤波的、由转速测量装置所测量的转速计算出车辆的瞬时的方位，更准确地说通过确定摇摆角(围绕x轴的旋转运动的角度)、俯仰角(围绕y轴的旋转运动的角度)和偏航角(围绕z轴的旋转运动的角度)。尤其是，摇摆角、俯仰角和偏航角是根据德国工业标准(DIN)70000所定义的角度。
这些角度尤其是通过以下方程组的积分来确定
其中是摇摆角，θ是俯仰角，ψ是偏航角并且ω是围绕以各个量的下标来说明的车辆本身的坐标系的坐标轴的所测量的转速。
可替换地，这些角度例如可以根据四元方程的上述方法从多于三个的差分等式中来确定。
为了平衡角度值，首先可选地执行稠度检验，在所述稠度检验中检验，三个所测量的线性加速度的平方和是否在万有引力常数g的平方左右的所定义的带宽中。对于实践足以设置g＝9.81m/s2并且预定最大偏差的容差阈值。所述容差阈值尤其是取决于加速度传感器的信号的质量。在此，在通过滤波装置5滤波之后也可以再次应用所滤波的加速度信号。如果没有通过稠度测试，则在测量加速度值时推断出误差并且可以采取相应的措施(例如阻断将至少一个所测量的加速度值用作输入量的系统)。可是，首先也仅仅标记误差并且重复稠度测试。
在成功进行稠度测试之后或者当没有执行稠度测试时，所述摇摆角和俯仰角根据下面的关系式来计算θ＝arcsin(<ax>/g)＝arctan(<ay/az>)其中<...>表示时间间隔上的时间上的平均值，在所述时间间隔期间车辆静止，并且其中ax、ay、az是车辆自身的坐标系的x轴、y轴或z轴方向上的、由测量装置所测量的有效加速度值。所述偏航角例如通过接通汽车的点火装置在工作中断之后被置为零。该偏航角在车辆静止期间保持不变。
所述车辆静止状态例如可以通过以下标准之一或者通过两个下列标准的组合来确定-车辆的车轮的所有所测量的转速是零。
-以不同于通过分析车轮转速的方式所确定的车辆速度是零。
附加地，可以确定以下标准-在所有被驱动的车轮上，所采用的传动力矩为零。
-用于制动车辆行驶运动的车辆制动器是激活的。
优选地，引入同时用于确定车辆静止状态的所有这些标准。
此外，在车辆行驶期间检查，车辆是否以恒定的速度在平坦的地基上直线行驶。行驶状况通过检验下列标准来识别-车辆的所有可转向车轮的转向角是零。可替换地，于是例如可以检验转向轮角是否为零。
-所有三个由转速测量装置所测量的转速是零。
-由加速度测量装置所测量的横向加速度(y轴)的值不变。
如果满足这些标准，则摇摆角和俯仰角根据前面所说明的关系式重新计算。
在车辆静止时和/或在以恒定的速度在平坦的公路上直线行驶时所确定的摇摆角和俯仰角的值被用作在积分具有三个方程式的上面所说明的方程组的起始值。因此，能说明关于地面固定的坐标系的摇摆角和俯仰角。这允许将所测量的有效加速度值换算成实际的加速度值和/或如还将详细说明的那样执行针对所测量的值的监控的相应换算。
现在说明，如何根据车辆的行驶速度(纵向和垂直于纵向，即车辆本身的坐标系的行驶速度的x分量和y分量)能确定所测量的横向加速度和所测量的纵向加速度的参考值。
对此，存在不同的可能性，这些可能性可取决于车辆的特性和取决于其它前提条件单个或组合地被利用。
如果不驱动车辆的前轮，优选地根据以下用于确定车辆纵向速度(下标x)的关系式和用于确定车辆横向速度(下标y)的关系式来引出前轮的车轮转速vx=12rF(nFLcosδL+nFRcosδR)]]>vy=12rF(nFLsinδL+nFRsinδR)-ωzlf]]>其中v是车辆速度在x方向或y方向上的相应分量，rF是前轮的半径，n是相应的车轮转速(其中第一下标F表示“前轮”，第二下标L表示“左”而第二下标R表示“右”)，δ是相应车轮的转向角(其中下标L表示“左”而下标R表示“右”)，1F是根据图6所说明的、车辆前轴的x方向上的测量装置的间距而ωz是底盘的偏航率。底盘的偏航率例如可以从以下关系式中计算ωz=rFsF(nFLcosδL-nFRcosδR)]]>其中sF是根据图6所说明的两个前轮的间距。可选地，将如此所计算的偏航率的值与由转速测量装置所计算的偏航率的值进行比较。如果这两个量之间的偏差超过极限值，则决定，车轮转速可以至少部分地不用于计算行驶速度。对此的原因例如是车轮与地基之间的过大的滑动。如果没有用于确定行驶速度的其它可能性可供使用，则所测量的加速度值的监控被中断。可是，可替换中断地来执行滑动校正，以致可以应用校正过的行驶速度。
如果存在防抱死制动系统(ABS)或者其它系统，则监控同样可以被中断，该防抱死制动系统(ABS)或者其它系统可以检测至少一个车轮与地基的附着现象。如果这种系统报告缺少附着或者至少短时间地中断附着的可能性，则从车轮转速中所获得的信息在实施形式中不被用于进行监控。相应地，也可适于以下在不被驱动的后轮的情况下确定行驶速度的可能性。可是，如果使用用于确定行驶速度的其它信息，则可以继续监控。例如，从关于车轮传动力矩和制动力矩的信息中可以确定行驶速度的值。
如果不驱动车辆的后轮，则应用用于确定行驶速度的下列关系式vx=12rR(nRL+nRR)]]>vy＝ωzlR其中rR是根据图6所说明的后轮的半径，n是相应的车轮转速(其中第一下标R表示“后轮”，第二下标L表示“左”而第二下标R表示“右”)并且其中1R是根据图6所说明的车辆后轮的纵向上的测量装置1的间距。所述测量装置被布置在车辆的重心上。针对底盘的偏航率，根据下面的关系式计算值ωx=rRsR(nRL-nRR)]]>此外，可以正如在上面所说明的、用于确定行驶速度的处理方式那样来处理。
可选地，尤其是当可使用关于前轮的传动力矩和制动力矩的信息时，还优选地进行根据行驶速度上的单轨模型(Ein-Spur-Modell)的偏斜校正(Schraeglaufkorrektur)。此外，对于偏斜校正必需偏航加速度，该偏航加速度通过构成由转速测量装置所测量的偏航率的在时间上的导数来确定。在构成导数时，可以进行其它滤波。
在另一种确定车辆速度的可能性中，没有应用关于车轮的转速的信息，而是根据以下关系式计算车辆横向速度vy＝vxtanδ-ωzlF其中δ是平均转向角(尤其是左前轮和右前轮的转向角的算术平均值)而ωz是由转速测量装置所测量的偏航率的值。对于所述关系式，使用来自另一个信息源的纵向(x方向)上的行驶速度vx。
从车辆的纵向速度和横向速度中现在根据下面的关系式计算车辆的实际的纵向加速度和实际的横向加速度ax=v·x-ωzvy]]>ay=v·y-ωzvx]]>在此， 和 是x方向或y方向上的行驶速度的一阶时间导数。在构成该时间导数时，执行其他滤波。对于在该关系式中出现的底盘的偏航率，尤其是应用转速测量装置的所滤波的测量信号。
根据这样确定的实际的纵向加速度和实际的横向加速度，借助瞬时的摇摆角和瞬时的俯仰角根据以下的关系式计算有效的纵向加速度的参考值ax(R)和有效横向加速度的参考值ay(R)。
ax(R)=ax-gsinθ]]> 紧接着，将该比较值与由加速度测量装置所测量的纵向加速度和横向加速度(x方向上和y方向上)的被滤波的信号进行比较。如果比较值与两个方向中的至少一个方向上的测量值之间的差的数额超过预定的极限值，则采取措施。尤其是，提高误差计数器的值。在此，所述值被提高的所述数额可选地取决于车辆的倾斜(摇摆角和/或俯仰角)以及取决于纵向速度和/或其它量。如果在预定长度的时间间隔上没有出现误差(即如果没有超过预定的极限值)，则误差计数器的值被降低预定的数额。在此，误差计数器的值不小于零。例如，如果误差计数器的值达到或者超过预定的极限值，则误差的存在被确定。尤其是，所述极限值可以取决于某些行驶状况和/或表征行驶状况的量。
为了监控在z方向上由加速度测量装置所测量的加速度，建议下面的行为方式在应用车辆底盘与车身之间的车辆自身坐标系的z方向上的至少一个相对位置的情况下，执行测量值或由此所导出的量与比较量的比较。优选地，测量相对位置，尤其是利用至少一个液位传感器来测量相对位置。
在具体的实施形式中，对此应用车辆的所有四个车轮的液位(参看上面)。
首先，量zM根据下面的方程式来计算zM=12[p(hFL+hFR)+(1-p)(hRL+hRR)]]]>其中(第一)量zM表示液位h的加权平均值(其中如在车轮转速中的双下标应被理解)和其中p是特别针对相应的车辆或者车辆类型所选择的参数。现在，所述量两次根据时间求微分并且可选地在此被滤波。此外，可选地，第二量aM根据以下关系式来计算aM=-Ω2zM-Γz·M]]>其中Ω2和Γ是特别针对车辆或者车辆类型所选择的参数。第一量zM的二阶导数和第二量aM与下面的比较量相比较，所述比较量根据由测量装置所测量的(车辆自身的坐标系的)z方向上的加速度来计算 其中az(R)是实际的加速度，相反所测量的加速度az是有效的加速度。
此外，存在以下可能性，即在x方向和y方向上所测量的加速度被用于监控在z方向上由加速度测量装置所测量的加速度。在忽略车辆速度向量的z分量时适用以下关系(az-vyωx+vxωy)2=g2-(ax-v·x+vyωz)2-(ay-v·y-vxωz)2]]>其中ax、ay、az是所测量的有效加速度并且ωx、ωy、ωz表示摇摆率、俯仰率或偏航率。在上面的关系中进行研究的车辆纵向速度以上面所说明的方式来确定。车辆横向速度vy例如可如上面所说明的那样来确定。尤其是，可以应用关于非驱动车轮的转速的信息。可替换地或者附加地，所述车辆横向速度可以同样已经说明的方式来确定，其中例如除车辆纵向速度以外还可应用平均转向角和由转速测量装置所测量的偏航率的值。
尤其是，在比较时定义时间间隔和极限值。如果所计算的有效加速度az的数额比极限值大并且如果不仅第一量zM的二阶时间导数的数额而且第二量aM的数额大于极限值，则推断出误差(例如将误差计数器的值提高一)。
根据其他方面，可以从测量装置的测量值中确定车辆的行驶速度。尤其是，当车辆的所有车轮被驱动时和/或当根据非驱动车轮的转速在某些行驶状况中不能可靠地确定行驶速度(例如在打滑的车辆中)时，所述处理方式才是有利的。这样的状况例如可以由此被识别，即出现在一方面是对于纵向加速度与横向加速度的传感器的特别所滤波的信号和另一方面是上述参考值之间的大偏差。
x方向上的行驶速度分量vx和y方向上的行驶速度分量vy接着可以通过下面的方程组的积分来确定v·x=ax+ωzvy]]>v·y=ay+ωzvx]]>在此，x方向上或y方向上的加速度ax或ay和偏航率ωz尤其是由测量装置所测量的量。行驶速度的数额因此可以从行驶速度分量中被计算出。行驶速度的符号也可被确定，因为关于符号的信息从所测量的量中已知。
尤其是，这些确定行驶速度的处理方式可暂时被使用。在这种情况下，积分优选地在一时刻开始，在该时刻行驶状况还允许以其它方式、例如基于车轮转速确定行驶速度。所述行驶速度接着可被用作积分的起始值。
可替换地，车辆速度和车辆方位可以通过自适应卡尔曼滤波器仿真地被确定，车辆速度向量的x分量和y分量以及摇摆角和俯仰角进入该卡尔曼滤波器。附加地，加速度的三个分量、尤其是四个车轮转速和转向角(例如转向轮角)作为被测量进入卡尔曼滤波器。尤其是，进行车轮转速的持久评估，所述持久评估被用于影响滤波器的反馈系数。
权利要求
1.用于监控被布置在轮式车辆(20)中的测量装置(1)的设备，所述设备具有-测量装置(1)，其中所述测量装置(1)被构造来测量轮式车辆(20)的三个分别相互垂直指向的线性加速度和分别围绕轮式车辆(20)的一个轴的旋转运动或旋转运动分量的三个转速，其中这三个轴分别相互垂直分布，-方位确定装置(7)，所述方位确定装置(7)被构造来根据所述三个转速确定轮式车辆(20)在车辆外部的坐标系中的方位，以及-监控装置(9)，所述监控装置(9)被构造来在应用方位确定装置(7)的输出量的情况下和在应用比较量的情况下执行对至少一个所测量的线性加速度的监控。
2.根据权利要求1所述的设备，具有用于确定轮式车辆(20)的行驶速度的行驶速度确定装置(11)，所述行驶速度确定装置(11)与所述监控装置(9)相连接，其中所述监控装置(9)被构造来在应用行驶速度的情况下确定所述比较量。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述行驶速度确定装置(11)被构造来在应用表征所述轮式车辆(20)的车轮的转速的量的情况下确定所述行驶速度。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中所述行驶速度确定装置(11)与用于确定轮式车辆(20)的至少一个可转向车轮(21，22)的转向角的转向角确定装置(15)相连接，并且其中所述行驶速度确定装置(11)被构造来在应用所述转向角的情况下确定所述行驶速度。
5.根据权利要求2至4之一所述的设备，其中所述行驶速度确定装置(11)与所述测量装置(1)相连接并且被构造来在应用所述三个转速中的至少一个转速的情况下确定所述行驶速度。
6.根据权利要求1至5之一所述的设备，其中所述测量装置(1)具有用于测量所述三个线形加速度的加速度传感器(31，32，33)和用于测量所述三个转速的转速传感器(41，42，43)，并且其中所述加速度传感器(31，32，33)和所述转速传感器是预先制造的、被构造用于安装到所述轮式车辆(20)中的设备技术单元(1)的部分。
7.根据权利要求1至6之一所述的设备，其中，这样构造所述测量装置(1)，使得所述三个线性加速度作为三个相互线性无关的被测量是可测量的。
8.根据权利要求1至7之一所述的设备，其中这样构造所述测量装置(1)，使得所述三个轴分别成对地相互垂直分布。
9.根据权利要求1至8之一所述的设备，其中所述监控装置(9)被构造来在应用所述方位的情况下和在应用比较加速度的情况下执行所述监控，并且所述监控装置(9)被构造来在不应用由所述测量装置(1)所测量的、要监控的线性加速度的情况下确定所述比较加速度。
10.根据权利要求1至9之一所述的设备，其中所述监控装置(9)被构造来在应用车身(25)和底盘(21，22，23，24)的相对位置的情况下确定所述比较量，在所述车身(25)上固定或者要固定所述测量装置(1)。
11.根据权利要求1至10之一所述的设备，其中，所述方位确定装置(7)被构造来检测所述轮式车辆(20)的静止状态，并且在静止状态中在应用由所述测量装置(1)所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的情况下确定尤其是未来确定所述方位的值。
12.根据权利要求1至11之一所述的设备，其中所述方位确定装置(7)被构造来检测所述轮式车辆(20)在平坦的地基上的直线行驶并且在该行驶状况中在应用由所述测量装置(1)所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的情况下确定尤其是未来确定所述方位的值。
13.用于监控被布置在轮式车辆(20)中的测量装置(1)的方法，其中所述测量装置(1)被构造来测量轮式车辆(20)的三个分别相互垂直指向的线性加速度和分别围绕轮式车辆(20)的一个轴的旋转运动或旋转运动分量的三个转速，其中这三个轴分别相互垂直分布，并且其中-根据三个转速确定轮式车辆(20)在车辆外部的坐标系中的方位的至少多个分量，以及-在应用所述方位的至少所述分量的情况下并且在应用比较量的情况下，执行对所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的监控。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述轮式车辆(20)的行驶速度被确定并且其中在考虑该行驶速度的情况下确定所述比较量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述行驶速度在应用表征所述轮式车辆(20)的车轮转速的量的情况下被确定。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述行驶速度在应用所述轮式车辆(20)的至少一个可转向的车轮(21，22)的转向角的情况下被确定。
17.根据权利要求14至16之一所述的方法，其中所述行驶速度在应用所述三个由所述测量装置所测量的转速中的至少一个转速的情况下被确定。
18.根据权利要求13至17之一所述的方法，其中所述三个线性加速度作为三个相互线性无关的被测量来测量。
19.根据权利要求13至18之一所述的方法，其中所述三个转速作为分别围绕三个分别成对地相互垂直分布的轴中的一个轴的转速来测量。
20.根据权利要求13至19之一所述的方法，其中在进行所述监控时，所述方位的所述分量中的至少一个分量和比较加速度被应用，并且其中所述比较加速度在不应用要监控的线性加速度的情况下被确定。
21.根据权利要求13至20之一所述的方法，其中所述比较量在应用车身(25)和底盘(21，22，23，24)的相对位置的情况下被确定，所述测量装置(1)被固定或者要被固定在该车身(25)上。
22.根据权利要求13至21之一所述的方法，其中为了确定所述方位，检测所述轮式车辆(20)的静止状态，并在该静止状态中在应所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的情况下确定尤其是未来确定所述方位的值。
23.根据权利要求13至22之一所述的方法，其中为了确定所述方位，检测所述轮式车辆(20)在平坦的地基上的直线行驶，以及在行驶状况中在应用所测量的线性加速度中的至少一个线性加速度的情况下确定尤其是未来确定所述方位的值。
全文摘要
本发明涉及监控被布置在轮式车辆中的测量装置(1)，其中所述测量装置(1)被构造来(在单元3中)测量轮式车辆的三个分别相互垂直的线性加速度和(在单元4中)测量分别围绕轮式车辆的一个轴的旋转运动或旋转运动分量的三个转速，其中这三个轴分别相互垂直分布，并且其中(在单元7中)根据所述三个转速确定轮式车辆在车辆外部的坐标系中的方位的至少多个分量，以及在应用所述方位的至少多个分量的情况下和在应用(来自单元8的)比较量的情况下(在单元9中)执行对至少一个所测量的线性加速度的监控。
文档编号B60W50/02GK1894126SQ200480037020
公开日2007年1月10日 申请日期2004年10月28日 优先权日2003年12月12日
发明者J·费德勒, A·迈尔, T·施维格尔, M·施特拉特斯特芬 申请人:西门子公司