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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Höhenprofils einer von einem Fahrzeug überfahrenen Fahrbahn.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition, wobei aus Daten eines globalen Navigationssatellitensystems und/oder Daten einer digitalen Straßenkarte und/oder Odometriedaten des Fahrzeugs und/oder Umgebungsdaten des Fahrzeugs eine befahrene Straße und eine Fahrtrichtung ermittelt werden.
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Aus der
DE 10 2008 055 905 A1 ist ein Verfahren zur Beeinflussung eines Fahrwerkssystems eines Fahrzeugs durch Ermittlung von Fahrbahnunebenheiten mittels Beschleunigungssensoren an einem Fahrzeugaufbau und an Radträgern des Fahrzeugs bekannt. Ermittelte Fahrbahnunebenheiten werden aufgezeichnet, mittels einer Autokorrelationsfunktion periodisch wiederkehrende Fahrbahnunebenheiten werden ermittelt und daraufhin Einstellungen von Federn und Stoßdämpfern und Stabilisatoren verändert, um Beschleunigungen eines Fahrzeugaufbaus, welche von diesen periodisch wiederkehrenden Fahrbahnunebenheiten verursacht werden, entgegenzuwirken. Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
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Weiterhin sind aus der
DE 10 2009 033 219 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines einem Fahrzeug vorausliegenden Straßenprofils einer Fahrspur anhand von erfassten Bilddaten und erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten bekannt, wobei eine Schätzvorrichtung vorgesehen ist, der die erfassten Bilddaten und die erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten zugeführt werden. Anhand der erfassten Bilddaten und der erfassten Fahrzeugeigenbewegungsdaten wird ein Straßenhöhenprofil der dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrspur ermittelt.
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Die
DE 10 2012 010 553 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines aktiven Fahrwerks eines eine Fahrbahn befahrenden Kraftfahrzeugs, wobei mittels wenigstens eines an dem Kraftfahrzeug angebrachten Sensors ein Höhenprofil der vor dem Kraftfahrzeug liegenden Fahrbahn ermittelt wird. In einer mit dem Sensor verbundenen Steuereinrichtung werden aus dem Höhenprofil Ansteuersignale für wenigstens einen auf wenigstens ein Element des aktiven Fahrwerks wirkenden Aktuator erzeugt. In der Steuereinrichtung werden in aufeinanderfolgenden Zeitschritten die Ansteuersignale für den wenigstens einen Aktuator mittels eines inversen Berechnungsmodells aus Sollwerten einer Bewegung der Karosserie des Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung, einer Rotation der Karosserie des Kraftfahrzeugs um eine Längsachse des Kraftfahrzeugs und einer Rotation des Kraftfahrzeugs um eine Querachse des Kraftfahrzeugs und aus Sollwerten der Radbewegung ermittelt.
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Die
DE 10 2012 219 631 A1 beschreibt ein Verfahren zum Detektieren von zumindest einer Fahrbahnunebenheit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- – Einlesen von einer Mehrzahl von Datensätzen, wobei jeder Datensatz zumindest eine geografische Position und eine dieser geografischen Position zugeordnete Information über eine erfasste lokale Fahrbahnunebenheit aufweist; und
- – Erkennen der Fahrbahnunebenheit, wenn einer gleichen geografischen Position zugeordnete Informationen aus mehreren Datensätzen je eine lokal erfasste Fahrbahnunebenheit repräsentieren. Ferner wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
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Aus der
DE 10 2013 016 974 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung eines einem Fahrzeug vorausliegenden Straßenhöhenprofils anhand von aktuell unmittelbar vor einer Befahrung des Straßenhöhenprofils erfassten Bilddaten bekannt, wobei zusätzlich in einer Speichereinheit hinterlegte Informationen über das Straßenhöhenprofil zur Erfassung des vorausliegenden Straßenhöhenprofils verwendet werden. Weiterhin werden Verwendungen des mittels des Verfahrens erfassten, dem Fahrzeug vorausliegenden Straßenhöhenprofils zur Steuerung und Regelung von Funktionen eines Fahrwerks des Fahrzeugs und zur Bestimmung einer Fahrbahnqualität beschrieben. Außerdem wird hier ein Verfahren beschrieben das die ermittelten Profile über einen Matchingprozess zur Lokalisierung verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Bestimmung eines Höhenprofils einer von einem Fahrzeug überfahrenen Fahrbahn und ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition anzugeben.
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Hinsichtlich des Verfahrens zur Bestimmung eines Höhenprofils wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens zur Bestimmung einer Fahrzeugposition durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das Verfahren zur Bestimmung eines Höhenprofils einer von einem Fahrzeug überfahrenen Fahrbahn zeichnet sich erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte aus:
- a) Ermittlung einer Bewegung von Rädern des Fahrzeugs aus einer Karosseriebewegung und radbezogenen Einfederwegen von Fahrwerksfedern des Fahrzeugs;
- b) Ermittlung von zwischen der Karosserie des Fahrzeugs und den Rädern wirkenden Kräften aus Kenngrößen der Fahrwerksfedern, Kenngrößen von Fahrwerksdämpfern, auftretenden Reibungskräften der Fahrwerksfedern, Fahrwerksdämpfer und weiterer Fahrwerkbauteile und/oder Kenngrößen von Fahrwerksstabilisatoren;
- c) Ermittlung von Trägheitskräften der Räder anhand einer Karosseriebeschleunigung und einer Einfederbeschleunigung;
- d) Ermittlung einer Reifeneinfederung anhand der in Verfahrensschritt b) ermittelten wirkenden Kräfte und den in Verfahrensschritt c) ermittelten Trägheitskräften,
- e) Ermittlung einer Fahrbahnhöhe aus einer Radposition und der Reifeneinfederung, und
- f) Erzeugung des Höhenprofils durch Abtragen der Fahrbahnhöhe über eine Wegstrecke.
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Die Fahrbahnhöhe und das Höhenprofil werden dabei in besonders vorteilhafter Weise direkt ohne Verwendung eines Fahrzeugmodells aus Sensordaten von fahrzeugeigenen Sensoren, insbesondere Fahrwerkssensoren, Federwegsensoren und/oder Vertikalbeschleunigungssensoren, ermittelt. Somit können aufwändige Parameterschätzungen mittels numerischer Verfahren entfallen. Im vorliegenden Verfahren wird dagegen insbesondere ein Modell eines vertikalen Radfreiheitsgrads verwendet, mittels welchem direkt aus den Sensordaten die aktuelle Fahrbahnhöhe in einfacher Weise ermittelt werden kann, wobei im Gegensatz zu einer Erkennung einer Fahrbahnoberfläche mittels einer Kamera keine Abhängigkeit von Sichtverhältnissen besteht. Dabei ist die Ermittlung des Höhenprofils durch Überfahren der Fahrbahn mit Serienfahrzeugen im laufenden Verkehr einfach und zuverlässig möglich.
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Um das Höhenprofil zuverlässig lokal über der Wegstrecke zu ermitteln, sind herkömmliche Ansätze unter Verwendung von Raddrehzahlen und eines geschätzten Rollradius zu ungenau, da sich der Rollradius mit einem aktuellen Schlupf des Reifens ändert und so nur über lange Strecken gemittelt die richtige Weglänge berechnet wird. Mit dem vorliegenden Verfahren ist eine Ermittlung des Schlupfes und somit eine Berücksichtigung desselben möglich, so dass die zurückgelegte Wegstrecke sehr genau erfassbar ist. Dadurch ist eine sehr genaue Ermittlung der Fahrbahnhöhe und des Höhenprofils möglich, wobei insbesondere eine absolute Positionierung einzelner Fahrbahnunebenheiten im Zentimeterbereich realisierbar ist.
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Weiterhin werden im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren insbesondere sehr niederfrequente Geländeprofile, d. h. Höhenänderungen der gesamten Fahrbahn über eine lange Wegstrecke, nicht berücksichtigt, dagegen insbesondere kurzwellige Änderungen im Höhenprofil, die eine minimale Wegfrequenz von 1/111 1/m übersteigen bzw. eine Weglänge von weniger als 111 m haben. Die entspricht beispielsweise bei einer Fahrgeschwindigkeit von 120 km/h einer maximalen berücksichtigten Frequenz von 0.3 Hz. Insbesondere werden hierzu entsprechende niederfrequente Anteile der Bewegung der Karosserie bei der Berechnung des Höhenprofils herausgefiltert. Das entstehende Höhenprofil charakterisiert dabei eine Strecke im mittleren Maßstab stärker als ein absolutes Höhenprofil, da für eine Fahrwerksreaktion relevante Ereignisse wie Fugen viel deutlicher in Erscheinung treten und so die Strecke eindeutig charakterisieren, während sie in einem absoluten Höhenprofil kaum Bedeutung haben.
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In einer Weiterbildung wird das Höhenprofil in einer fahrzeugeigenen Speichereinheit und/oder einer globalen Speichereinheit gespeichert. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass ein Höhenprofil eines Streckenabschnitts bei einer weiteren Überfahrung des gleichen Streckenabschnitts bereits bekannt ist. Bei einer Verwendung des ermittelten Höhenprofils zu einer Steuerung eines verstellbaren Fahrwerks des Fahrzeugs können somit ein Fahrkomfort und eine Sicherheit bei der erneuten Überfahrung des Streckenabschnitts signifikant gesteigert werden. Weiterhin können die gespeicherten Daten in einem Vergleich mit Referenzdaten verwendet werden, um eine genaue Lokalisierung des Fahrzeugs auf einer Straße zu realisieren.
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Eine mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass die Karosseriebewegung anhand einer von mittels zumindest drei Vertikalbeschleunigungssensoren im Raum ermittelten Karosseriebeschleunigung ermittelt wird, wobei anhand der Karosseriebeschleunigung im Raum vertikale Beschleunigungen von oberhalb der Räder angeordneten karosseriefesten Punkten ermittelt werden. Aus den vertikalen Beschleunigungen der karosseriefesten Punkte werden unter Berücksichtigung in einem jeweils vorherigen Zeitpunkt ermittelter Höhen der karosseriefesten Punkte aktuelle relative Höhen der karosseriefesten Punkte ermittelt, wobei anhand der relativen Höhen der karosseriefesten Punkte und den radbezogenen Einfederwegen der Fahrwerksfedern relative Höhen der Räder ermittelt werden. Diese Ermittlung der relativen Höhen der Räder ist effektiv, schnell und sehr genau durchführbar, so dass das Höhenprofil mit besonders hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass anhand der radbezogenen Einfederwege Einfedergeschwindigkeiten der Fahrwerksfedern ermittelt werden, wobei anhand der Einfedergeschwindigkeiten und einer Dämpferkennlinie der Fahrwerksdämpfer und Übersetzungsverhältnissen radbezogen wirkender Kräfte auf die Fahrwerksdämpfer ermittelt werden. Insbesondere bei in ihrer Dämpfung verstellbaren Fahrwerksdämpfern kann zusätzlich ein aktueller Ventilstrom eines zur Einstellung der Dämpfung vorgesehenen Regelventils und/oder Bypassventils aus den abgelegten Dämpferkennlinien oder Dämpferkennfeldern ermittelt werden. Alternativ kann in einer Vorabberechnung aus den Dämpferkennfeldern das Regelventil und/oder Bypassventil identifiziert und so eine sehr genaue Abhängigkeit eines Ansteuerstroms ermittelt und eine sehr genaue Schätzung der wirkenden Dämpferkräfte oder Kräfte auf die Fahrwerksdämpfer erreicht werden.
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In einer Weiterbildung werden in besonders einfacher Weise die auftretenden Reibungskräfte der Fahrwerksfedern und Fahrwerksdämpfer anhand eines Modells aus den jeweiligen Einfedergeschwindigkeiten und in dem Modell hinterlegten Reibungsparametern ermittelt.
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Gemäß einer Ausgestaltung werden aus den jeweiligen Einfedergeschwindigkeiten Einfederbeschleunigungen ermittelt, wobei aus den Einfederbeschleunigungen und inertialen Beschleunigungen der karosseriefesten Punkte inertiale vertikale Radbeschleunigungen ermittelt werden. Somit können gemäß einer weiteren Ausgestaltung aus einem Produkt der jeweiligen vertikalen Radbeschleunigung und einer jeweiligen ungefederten Masse eines Rades in einfacher und sehr genauer Weise die Trägheitskräfte des jeweiligen Rades ermittelt werden. Liegen gemessene Radbeschleunigungen vor, können diese direkt zur Ermittlung der Trägheitskräfte benutzt werden.
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In einer möglichen Weiterbildung wird ein wechselseitiger Einfederweg von an einer Fahrwerksachse gegenüberliegenden Fahrwerksfedern aus einer Differenz der jeweiligen Einfederwege der Fahrwerksfedern ermittelt, wobei aus einem Produkt des wechselseitigen Einfederweges und einer wechselseitigen Steifigkeit der Fahrwerksfedern eine auf die zugehörigen Fahrwerksstabilisatoren wirkende Stabilisatorkraft ermittelt wird. Aufgrund der Verwendung des wechselseitigen Einfederweges ist es möglich, die Stabilisatorkräfte radbezogen zu ermitteln.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass aus einer Summe der wirkenden Kräfte auf die Fahrwerksdämpfer, der wirkenden Kräfte auf die Fahrwerksfedern, der Reibungskräfte der Fahrwerksfedern und Fahrwerksdämpfer und der Stabilisatorkräfte zwischen der Karosserie des Fahrzeugs und den Rädern sehr genau und in einfacher Weise wirkende äußere Kräfte ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass aus einer Summe einer jeweils zwischen der Karosserie des Fahrzeugs und einem Rad wirkenden äußeren Kraft und der Trägheitskraft des Rades eine auf einen Reifen des Rades wirkende Gesamtkraft ermittelt wird, wobei anhand der Gesamtkraft und einer Reifenvertikalsteifigkeit die Reifeneinfederung ermittelt wird. Eine derartige Ermittlung der Reifeneinfederung ist sehr genau und einfach durchführbar.
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In einer Weiterbildung wird aus einer Differenz der relativen Höhe eines Rades und der Reifeneinfederung an diesem Rad die Fahrbahnhöhe ermittelt. Somit ist es möglich, für jedes Rad des Fahrzeugs die Fahrbahnhöhe separat zu bestimmen, so dass der Höhenverlauf der Fahrbahn mit einer hohen Auflösung ermittelbar ist.
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In einem Verfahren zur Bestimmung einer Fahrzeugposition werden aus Daten eines globalen Navigationssatellitensystems und/oder Daten einer digitalen Straßenkarte und/oder Odometriedaten des Fahrzeugs und/oder Umgebungsdaten des Fahrzeugs eine befahrene Straße und eine Fahrtrichtung ermittelt und es wird eine Position des Fahrzeugs geschätzt.
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Erfindungsgemäß wird unter Berücksichtigung der befahrenen Straße, der Fahrtrichtung und der geschätzten Position des Fahrzeugs ein in einem Speicher hinterlegtes Referenzprofil einer Fahrbahn oder zumindest eines Fahrbahnabschnittes mit einem gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ermittelten Höhenprofil verglichen und bei Übereinstimmung des Referenzprofils und des Höhenprofils wird zumindest eine Längsposition des Fahrzeugs auf der Fahrbahn ermittelt.
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Hierdurch ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, eine Längslokalisierung des Fahrzeugs mit sehr hoher Genauigkeit und ohne kosten- und materialaufwändige Zusatz-Sensorik durchzuführen. Die hierzu erforderlichen Signale der Fahrwerksensoren, Federwegsensoren und/oder Vertikalbeschleunigungssensoren sind im Gegensatz zu Kamerabildern oder Radarbildern immer hochgenau verfügbar, so dass die Längslokalisierung zusätzlich auch robuster und zuverlässiger ist als aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen. Die Höhenprofile können dabei in einfacher Weise durch Überfahren der Fahrbahn mit Serienfahrzeugen während deren Betrieb im fließenden Verkehr ermittelt werden, wobei keine zusätzliche Sensorik, wie beispielsweise Laser zu Höhenmessung, Laserscanner und andere zusätzliche Sensorik zur Durchführung des Verfahrens erforderlich sind. Die Überfahrung kann dabei mit Richtgeschwindigkeit erfolgen.
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Aufgrund der hochgenauen Ermittlung der Längsposition des Fahrzeugs ist insbesondere ein sicherer und zuverlässiger Betrieb des Fahrzeugs bei einer teil- oder vollautonomen Fahrt unter Nutzung der Längsposition auf einer stützenden digitalen Karte möglich.
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In einer möglichen Weiterbildung des Verfahrens zur Bestimmung der Fahrzeugposition wird bei Unterschreitung eines vorgegebenen Maßes der Übereinstimmung die ermittelte Längsposition verworfen. Durch die Vorgabe eines solchen Mindestmaßes der Übereinstimmung wird eine hohe Qualität und Güte der ermittelten Längspositionen erreicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch ein Modell zur Ermittlung einer Fahrbahnhöhe,
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2 schematisch ein mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik ermitteltes Höhenprofil einer Fahrbahn und
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3 schematisch ein mittels eines möglichen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens ermitteltes Höhenprofil einer Fahrbahn.
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4 schematisch das erfindungsgemäßen Verfahren zur Lokalisierung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Modell zur Ermittlung einer Fahrbahnhöhe ss dargestellt, wobei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren anhand des Modells erläutert werden.
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Für einen teil- und vollautonomen Fahrbetrieb eines nicht gezeigten Fahrzeugs ist eine genaue Kenntnis einer absoluten Längsposition des Fahrzeugs auf einer zur Durchführung des teil- oder vollautonomen Fahrbetriebs verwendeten digitalen Karte erforderlich. Eine ausschließlich mittels eines globalen Navigationssatellitensystems durchgeführte Lokalisierung des Fahrzeugs ist für diese Zwecke zu ungenau und eine Lokalisierung des Fahrzeugs anhand optischer Daten, beispielsweise Bilddaten einer Kamera, ist in nachteiliger Weise von Sichtverhältnissen abhängig.
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Aus diesem Grund ist vorgesehen, die Fahrbahnhöhe ss und ein Höhenprofil H direkt aus Sensordaten von fahrzeugeigenen Sensoren, insbesondere Fahrwerkssensoren, Federwegsensoren und/oder Vertikalbeschleunigungssensoren, zu ermitteln.
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Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt a) eine Bewegung von Rädern 1 des Fahrzeugs aus einer Karosseriebewegung und radbezogenen Einfederwegen xf von Fahrwerksfedern des Fahrzeugs ermittelt.
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Hierbei wird anhand von mittels beispielsweise drei Vertikalbeschleunigungssensoren des Fahrzeugs und der Kenntnis von deren karosseriefesten Positionen eine Karosseriebeschleunigung einer Karosserie 2 des Fahrzeugs im Raum ermittelt. Aus dieser werden vertikale Beschleunigungen von karosseriefesten Punkten P oberhalb der Räder 1 berechnet. Hierbei werden bei bekannter Schrägstellung der Vertikalbeschleunigungssensoren mitgemessene Längs- und Querbeschleunigungen kompensiert. Anschließend wird ein aktueller Wankwinkel mit einem geeigneten Verfahren geschätzt. Mit dieser Kenntnis werden dann die kompensierten Beschleunigungssignale um einen über den Wankwinkel entstehenden g-Anteil korrigiert. Schließlich werden die berechneten tatsächlichen Vertikalbeschleunigungen im Fahrzeugkoordinatensystem über den Wankwinkel in Vertikalbeschleunigungen im Inertialsystem umgerechnet. Im dargestellten Modell ist dies für ein Rad 1 und einen karosseriefesten Punkt P dargestellt.
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Aus diesen vertikalen Beschleunigungen werden anschließend unter Verwendung von Zuständen eines vorhergehenden Zeitschritts vertikale Bewegungen dieser karosseriefesten Punkte P durch zweifache Integration ermittelt. Das heißt, unter Berücksichtigung in einem jeweils vorherigen Zeitpunkt ermittelter Höhen der karosseriefesten Punkte P werden aktuelle relative Höhen sk der karosseriefesten Punkte P ermittelt. Anhand einer geeigneten Tiefpassfilterung und Mittelung werden die ermittelten relativen Höhen sk der karosseriefesten Punkte P auch in Zwischenschritten auf einen vorgegebenen Höhenprofilbereich reduziert. Auch werden in dieser Filterung und Mittelung sehr langwellige Höhenänderungen der Fahrbahn eliminiert.
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Alternativ wird zur Ermittlung der Karosseriebewegung und der daraus ermittelten Bewegung der karosseriefesten Punkte P eine Inertialsensorik des Fahrzeugs verwendet. Auch ist es möglich, dass mittels einer Kamera erfasste Bilddaten zu Stützung und Plausibilisierung der Ergebnisse verwendet werden.
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Aus den Federwegsensoren ist ein radbezogener Einfederweg xf bekannt. Aus der Bewegung der karosseriefesten Punkte P oberhalb der Räder 1 wird anhand des Einfederweges xf die relative Höhe sr der Räder 1 gemäß sr = sk – xf (1) aus der Differenz der relativen Höhen sk der karosseriefesten Punkte P und des zugehörigen Einfederweges xf berechnet.
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Um von der Position der Räder 1 auf die Fahrbahnhöhe ss zu schließen wird weiterhin eine aktuelle Reifeneinfederung xr berechnet.
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Hierzu erfolgt zunächst in einem zweiten Verfahrensschritt b) eine Ermittlung von zwischen der Karosserie 2 des Fahrzeugs und den Rädern 1 wirkenden Kräften aus Kenngrößen der Fahrwerksfedern, Kenngrößen von Fahrwerksdämpfern, auftretenden Reibungskräften der Fahrwerksfedern und Fahrwerksdämpfer und/oder Kenngrößen von Fahrwerksstabilisatoren. Hierbei werden aus mittels der Federwegsensoren ermittelten radbezogenen Einfederwegen xf Einfedergeschwindigkeiten vf der Fahrwerksfedern und daraus aus einer hinterlegten Dämpferkennlinie D der Fahrwerksdämpfer und hinterlegten Übersetzungsverhältnissen id radbezogen wirkende Kräfte Fd auf die Fahrwerksdämpfer gemäß Fd = id·D(id·vf) (2) ermittelt. Ändert sich das Übersetzungsverhältnis id mit der Einfederung kann dieses als Kennlinie id(xf) berücksichtigt werden.
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Insbesondere bei in ihrer Dämpfung verstellbaren Fahrwerksdämpfern kann zusätzlich ein aktueller Ventilstrom eines zur Einstellung der Dämpfung vorgesehenen Regelventils und/oder Bypassventils aus den abgelegten Dämpferkennlinien oder Dämpferkennfeldern ermittelt werden. Alternativ kann in einer Vorabberechnung aus den Dämpferkennfeldern das Regelventil und/oder Bypassventil identifiziert und so eine sehr genaue Abhängigkeit eines Ansteuerstroms ermittelt und eine sehr genaue Schätzung der wirkenden Dämpferkräfte oder Kräfte auf die Fahrwerksdämpfer erreicht werden.
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Bei Ausbildung der Fahrwerksfedern als Stahlfedern wird die radbezogen wirkende Kraft Ff auf die jeweilige Fahrwerksfeder in einer möglichen Ausgestaltung aus dem Einfederweg xf und einer hinterlegten Einfederkennlinie C oder einer linearisierten Steifigkeit cg ermittelt: Ff = cg·xf (3) bzw. Ff = C(x) (4)
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Weiterhin wird ein wechselseitiger Einfederweg xf von an einer Fahrwerksachse gegenüberliegenden Fahrwerksfedern aus einer Differenz der jeweiligen Einfederwege xf der Fahrwerksfedern ermittelt, wobei gemäß Fs = cw·(xf – x ^f) (5) aus einem Produkt des wechselseitigen Einfederweges und einer wechselseitigen Steifigkeit cw der Fahrwerksfedern eine auf die zugehörigen Fahrwerksstabilisatoren wirkende Stabilisatorkraft Fs ermittelt wird.
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Bei Luftfedern werden über einfache Modellansätze ein thermisches Verhalten und ein Einfluss von adiabaten oder isothermen Zuständen mit berücksichtigt.
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Eine wirkende Reibungskraft Fr wird aus der ermittelten Einfedergeschwindigkeit vf mit einem geeigneten Modellansatz und hinterlegten Reibungsparametern ermittelt.
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Weiterhin wird gemäß Fa = FD + Ff + Fs + Fr (6) aus einer Summe der wirkenden Kräfte auf die Fahrwerksdämpfer FD, der auf die Fahrwerksfedern wirkenden Kräfte Ff, der Reibungskräfte Fr der Fahrwerksfedern und Fahrwerksdämpfer und der Stabilisatorkräfte Fs zwischen der Karosserie 2 des Fahrzeugs und den Rädern 1 wirkende äußere Kräfte Fa ermittelt.
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In einem dritten Verfahrensschritt c) erfolgt eine Ermittlung von Trägheitskräften Fi der Räder 1 anhand einer Karosseriebeschleunigung ak und einer Einfederbeschleunigung af.
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Hierbei werden aus den berechneten Einfedergeschwindigkeiten vf die Einfederbeschleunigungen af ermittelt. Diese ergeben zusammen mit den inertialen Beschleunigungen ak der karosseriefesten Punkte P oberhalb der Räder 1 inertiale vertikalen Radbeschleunigungen ar. Aus einem Produkt einer ungefederten Radmasse mr und der inertialen Beschleunigungen ar ergeben sich Fi = ar·mr (7) die Trägheitskräfte Fi des entsprechenden Rades 1.
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In einem vierten Verfahrensschritt d) wird eine Ermittlung der radbezogenen Reifeneinfederung xr anhand der im zweiten Verfahrensschritt b) ermittelten wirkenden Kräfte Fa und der im dritten Verfahrensschritt c) ermittelten Trägheitskräfte Fi durchgeführt.
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Hierbei wird aus den zwischen den Rädern 1 und der Karosserie 2 wirkenden äußeren Kräften Fa und der Trägheitskraft Fi des Rades 1 eine auf einen Reifen 3 wirkende Gesamtkraft Fg gemäß Fg = Fa + Fi (8) ermittelt. Daraus wird unter Verwendung einer hinterlegten Reifenvertikalsteifigkeit cz die Reifeneinfederung xr ermittelt. Bei Fahrzeugen mit einer Luftdrucksensorik ist eine Anpassung der verwendeten Reifenvertikalsteifigkeit cz über den Luftdruck möglich. Eine Ermittlung der Reifenvertikalsteifigkeit cz aus einer Frequenzanalyse der gemessenen Einfederwege xf ist ebenfalls möglich. In einem fünften Verfahrensschritt e) erfolgt eine Ermittlung der Fahrbahnhöhe ss aus Radpositionen und der jeweils zugehörigen radbezogenen Reifeneinfederung xr. Hierbei wird aus der bereits ermittelten relativen Höhe des Rades sr und der Reifeneinfederung xr die Fahrbahnhöhe ss zum aktuellen Zeitschritt gemäß ss = sr – xr (9) ermittelt, wobei diese um einen statischen Reifenradius r verschoben ist. Zur Erzeugung eines in 3 näher dargestellten ermittelten Höhenprofils H wird in einem sechsten Verfahrensschritt f) die Fahrbahnhöhe ss über einer Wegstrecke w abgetragen. Hierbei wird das Höhenprofil H bezüglich eines äquidistanten Weggitters interpoliert. Über eine geeignete Tiefpassfilterung in diesem Wegbereich ergibt sich das von sehr kurzwelligen Höhenänderungen bereinigte, um eine mittlere Höhe mit dem Wert Null schwankende Höhenprofil H. Durch die Filterung im Wegbereich ist das ermittelte Höhenprofil H unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit. Die Höhenprofile H von Rädern 1 einer Vorderachse und Hinterachse jeweils einer Seite werden insbesondere zur Korrektur und Mittelung benutzt. Anhand der Höhenprofile H aller vier Räder 1 wird eine mittlere Fahrbahnkontur berechnet. Dabei werden die einzelnen Profile geeignet zum Abgleich und zur gegenseitigen Plausibilisierung benutzt.
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Da das Höhenprofil H über der Wegstrecke w abgetragen wird, muss der zurückgelegte Weg mit hoher lokaler Genauigkeit ermittelt werden. Dazu wird bei der Berechnung der Fahrstrecke aus Raddrehzahlen ein geschätzter Schlupf der Reifen 3 berücksichtigt. Aus einem bekannten aktuellen Gesamtbremsmoment, einer Bremskraftverteilung und einem Rollradius wird eine Bremskraft und mit einer Schlupfsteifigkeit der Schlupf berechnet. Bei angetriebenen Achsen wird über Signale, welche ein Motormoment, eine Übersetzung und eine Antriebsmoment-Verteilung beschreiben, ein Antriebsmoment am Rad 1 berechnet und in der Schlupfberechnung berücksichtigt. Ist das Antriebsmoment am Rad 1 bekannt wird es direkt verwendet. Eine aus den Raddrehzahlen berechnete Geschwindigkeit wird mit diesem Schlupf korrigiert. Bei einer Integration der korrigierten Geschwindigkeit ergibt sich eine genauere als mit Standardverfahren ermittelte lokale Wegstrecke w. Damit sind Merkmale des Höhenprofils H mit höherer absoluter Genauigkeit über der Wegstrecke w positioniert. Somit kann in der beschriebenen Weise ein Höhenprofil H der Fahrbahn unabhängig von einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und einer Reifengröße über der Wegstrecke w ermittelt werden.
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Dabei kann das Verfahren online und offline angewendet werden. Unter der Onlineanwendung wird dabei eine Implementierung des Verfahrens in einem Steuergerät im Fahrzeug verstanden. Zu jedem Zeitschritt kann damit die aktuelle Fahrbahnhöhe ss aus den Daten der fahrzeugeigenen Sensoren und weiteren standardmäßig auf einem Datenbus verfügbaren Informationen sowie Zustandsgrößen des vorhergehenden Zeitschritts berechnet werden. Das Verfahren kann aber auch nachträglich auf aufgezeichnete Fahrzeugmessdaten angewandt werden, um zu einem späteren Zeitpunkt das überfahrene Höhenprofil H zu ermitteln.
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In 4 wird das Verfahren zur Lokalisierung dargestellt. Bei einer Verwendung des beschriebenen Verfahrens zur Lokalisierung des Fahrzeugs F auf Basis des ermittelten Höhenprofils H werden aus Daten eines globalen Navigationssatellitensystems zusammen mit Karteninformationen einer digitalen Straßenkarte eine befahrene Straße und eine Fahrtrichtung ermittelt.
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Anschließend wird die aktuelle Längsposition des Fahrzeugs F ermittelt. Wenn die letzte erfolgreiche Lokalisierung mit diesem Verfahren wenige hundert Meter entfernt ist, wird mit den Odometriedaten des Fahrzeugs F die neue aktuelle Längsposition geschätzt. Liegt noch keine erfolgreiche Lokalisierung vor, beispielsweise kurzzeitig nach Auffahrt auf eine erfasste Straße, erfolgt eines Groblokalisierung aus GPS-Koordinaten und Odometriedaten. Liegen im Fahrzeug F weitere Informationen zur Lage vor, beispielsweise aus Bilddaten einer Kamera ermittelte Positionsdaten, werden diese vorzugsweise mit berücksichtigt.
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Unter der Kenntnis der befahrenen Straße, der Fahrtrichtung und der aktuellen geschätzten Position werden von einen fahrzeugeigenen Speicher oder einem globalen Speicher, beispielsweise einem so genannten Backend-Server, fortlaufend oder in Intervallen gepuffert nach obigem Verfahren aus dem absoluten Fahrbahnprofil FB gewonnene, von den langwelligen Anteilen befreite Fahrbahnprofile RP als Referenzprofile aller zulässigen Fahrspuren eines vor dem Fahrzeug F befindlichen Streckenabschnitts heruntergeladen, so dass zu jedem Zeitpunkt für eine bereits befahrene Strecke die Referenzprofile RP lokal im Fahrzeug vorhanden sind. Das beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Höhenprofils H liefert fortlaufend für alle 4 Räder ein berechnetes Höhenprofil H, welches über eine festgelegte Streckenlänge gespeichert wird. Dabei wird die Fahrbahnhöhe ss über ein Streckenraster gespeichert, dessen Längsauflösung einer Auflösung des für die aktuell befahrene Straße verfügbaren Referenzprofils RP entspricht.
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Zu einem nächsten Lokalisierungszeitpunkt wird nun das zuletzt ermittelte Höhenprofil H einer definierten Länge mit einem Abschnitt P des vom Speicher geladenen Referenzprofils gematcht. Für die Wahl dieses Referenzabschnitts P wird die Position zum Lokalisierungszeitpunkt aus der Groblokalisierung benutzt und ein Abschnitt der entsprechend definierten Länge mit einer definierten Überlappung auf beiden Seiten gewählt.
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Nun wird für jede mögliche Positionierung des Abschnitts des ermittelten Höhenprofils H innerhalb des um die beidseitige Überlappung längeren Abschnitts vom Speicher eine Korrelation berechnet. Aus der Positionierung mit der höchsten Korrelation ergibt sich für jedes der aus den vier Rädern ermittelten Profile eine aktuelle Längsposition des Fahrzeugs F. Aus den vier lokal ermittelten, gegebenenfalls voneinander abweichenden Positionen, den jeweiligen Korrelationmaxima sowie den Korrelationsverläufen über die mögliche Positionierung und den Ergebnissen aus den vorhergehenden Lokalisierungsschritten wird mit geeigneten Abgleich- und Plausibilisierungsschritten eine zuverlässige Position ermittelt. Ist die erreichte Korrelation zu gering oder kann keine konsistente Position ermittelt werden, wird diese Positionierung verworfen und der nächste Lokalisierungszeitpunkt gesetzt.
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Wurde ein eindeutiges Matching mit maximaler Korrelation gefunden, ist die Lokalisierung in der Genauigkeit der Wegrasterung des Referenzprofils gelungen. Diese Lokalisierung wird als Ausgangspunkt für die fortlaufende Positionsermittlung bestehend aus einer Kombination von Daten eines globalen Navigationssatellitensystems und/oder Daten einer digitalen Straßenkarte und/oder Odometriedaten des Fahrzeugs F und/oder beispielsweise mittels Kamera, Radar, Lidar oder Ultraschall erfasster Umgebungsdaten des Fahrzeugs, insbesondere erfasster Landmarken, genutzt bis das nächste Matching erfolgreich durchgeführt wurde.
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Alternativ können auch andere Verfahren zur bestmöglichen Einpassung des berechneten Abschnitts in den hinterlegten Abschnitt verwendet werden.
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Liegen aus Kameradaten oder anderen Quellen Informationen über eine aktuell befahrene Spur vor, wird das Matching mit der entsprechenden Spur insbesondere anhand der im Speicher hinterlegten Daten durchgeführt. Liegt keine entsprechende Information vor, kann das Matching mit allen Spuren aus dem Speicher erfolgen und so mit der Längslokalisierung auch die befahrene Spur ermittelt werden.
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Das Verfahren kann in einer Ausgestaltung auch zur Erstellung von entsprechenden Höhenprofilkarten genutzt werden. In diesem Fall wird das wie oben bestimmte Höhenprofil H vom Fahrzeug vermessen und gespeichert. Die Speicherung kann sowohl im Fahrzeug als auch offboard, d. h. global beispielsweise in einem Backend-Server, erfolgen. Im Falle einer Offboard-Speicherung werden Verfahren der Datenaggregation genutzt, um aus einer Vielzahl von Höhenprofilen H für eine Fahrspur oder einen Streckenabschnitt ein Referenzprofil zu erzeugen, welches als Karte im obigen Sinne zur Verfügung steht.
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Das hier beschriebene Verfahren vergleicht die Höhenprofile H und Referenzprofile anhand kurzwelliger Unebenheiten, wie beispielsweise Fugen und Wellen. Damit ist eine Lokalisierungsgenauigkeit im Zentimeterbereich möglich.
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Hierbei wird im Gegensatz zu bekannten Verfahren, welche Höheninformation der Karosserie 2 verwenden, das Straßenprofil unter dem linken und dem rechten Rad 1 unabhängig benutzt und damit durch Mittelung insgesamt eine höhere Genauigkeit erreicht, da eine Höhe der Karosserie 2 fahrzeugabhängig ist. Insbesondere die durch Straßenanregungen hervorgerufene Fahrzeugbewegung ist stark vom Fahrzeug und bei gleichem Fahrzeug von einer Beladung, einer Federungsvariante, den Reifen 3 und weiteren Einflüssen abhängig. Daher streut die ermittelte Fahrzeughöhe stark über die Fahrzeuge und verringert so die Genauigkeit der möglichen Lokalisierung.
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Über den beschriebenen modellgestützten Ansatz der Straßenprofilgenerierung wird jeweils fahrzeugbezogen die Straßenhöhe ermittelt, die damit nicht vom Fahrzeug abhängt und so in Form des Höhenprofils H eine signifikant verbesserte Referenzgröße zur Lokalisierung liefert. 2 zeigt ein mittels eines Verfahrens nach dem Stand der Technik ermitteltes Höhenprofil H. Hierbei ergibt eine Schwelle auf einer ansonsten glatten Fahrbahn mit konstanter Steigung ein dem realen absoluten Verlauf entsprechendes Höhenprofil H.
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In 3 ist ein mittels eines möglichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Höhenprofils H ermitteltes Höhenprofil H dargestellt. Dieses ist von einer langwelligen Steigung befreit, wobei auf dem Höhenprofil H die charakteristische Schwelle ein eindeutiges Merkmal darstellt. Somit sind die so ermittelten Profile sehr gut für ein Matching von Höhenprofilen H mit hoher Genauigkeit geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008055905 A1 [0003]
- DE 102009033219 A1 [0004]
- DE 102012010553 A1 [0005]
- DE 102012219631 A1 [0006]
- DE 102013016974 A1 [0007]