DE4133238C2

DE4133238C2 - System zur Erlangung eines die Fahrbahnoberfläche repräsentierenden Signals

Info

Publication number: DE4133238C2
Application number: DE19914133238
Authority: DE
Inventors: Elmar Mueller; Stefan Otterbein; Dieter Kunz; Rainer Kallenbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-10-05
Filing date: 1991-10-05
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2011-10-06
Also published as: DE4133238A1; JPH05201230A; FR2683776A1

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen System werden Informationen über die Fahrbahnqualität erhalten, um diese in einer Vielzahl von elektronischen Stell- und Regelsystemen für straßengebundene Kraftfahrzeuge (Personenwagen, Krafträder, Lastwagen usw.) zu berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für fahrdynamische Regel-, Steuer- und Überwachungssysteme, wie Systeme zur Blockieränderung beim Bremsen (ABS), Systeme zur Antriebsschlupregelung (ASR), Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung, Systeme zur Lenkungsregelung oder adaptive, semiaktive, teilaktive oder vollaktive Fahrwerke. Die Erfindung beschreibt eine Möglichkeit, ein Signal zu ermitteln, daß wenigstens näherungsweise den Verlauf des Fahrbahnprofils in Echtzeit wiedergibt. Hierzu werden Signale erfaßt, die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem Rad repräsentieren. DOLLAR A Ausgehend von diesen Signalen werden erfindungsgemäß weitere Signale gebildet, die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche oder dem jeweils darauf abrollenden Rad in Echtzeit wiedergeben. Das erfindungsgemäße System kann auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs angewandt werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein System zur Erlangung eines die Fahrbahn oberfläche repräsentierenden Signals, insbesondere zur Verwendung bei fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssystemen bei Personen- und Nutzkraftwagen.

Es ist bekannt, zur Optimierung der fahrdynamischen Eigenschaften eines Kraftfahrzeugs fahrdynamische Regel-, Steuer- und/oder Über wachungssysteme einzusetzen. Diese fahrdynamischen Regel-, Steu er- und/oder Überwachungssysteme können in zwei Gruppen eingeordnet werden: die vertikaldynamischen und die horizontaldynamischen Fahr zeugregelsysteme.

Unter vertikaldynamischen Fahrzeugregelsystemen lassen sich die Fahrwerkregelungssysteme zusammenfassen. Bei diesen Fahrwerkrege lungssystemen können beispielsweise Veränderungen der Dämpfungspara meter für Skyhookdämpfung, passive Dämpfung und/oder frequenzselek tiver Dämpfung eines semiaktiven oder teilaktiven Fahrwerkregelungs systems derart getätigt werden, daß ein hinsichtlich Komfort und Fahrsicherheit für den jeweiligen Fahrbahntyp möglichst günstiges Fahrzeugverhalten erzielt wird. Solche Fahrwerkregelungssysteme sind beispielsweise aus der WO 90/14 240 A1, aus der DE 37 38 284 A1 und aus der DE 39 18 735 A1 bekannt.

Horizontaldynamische Fahrzeugregelsysteme können unterteilt werden in Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung, Systeme zur Lenkungsrege lung, insbesondere zur Hinterachslenkung, Systeme zur Blockierver hinderung beim Bremsen (ABS) und Systeme zur Antriebsschlupfregelung (ASR). Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung überwachen die Fahr zeugstabilität bei Fahrmanövern, beispielsweise bei Ausweichmanövern und Annäherung an den Fahrzeuggrenzbereich. In diesen, im allge meinen für die Fahrsicherheit kristischen Fahrsituationen, wird der Fahrer gewarnt oder sogar in das Antriebssystem eingegriffen. Bei den Systemen zur Lenkungsregelung, insbesondere bei Lenksystemen bei denen neben der Vorderachse auch die Hinterachse lenkbar ausgelegt ist, wird die Fahrzeugstabilität, beispielsweise bei Ausweichmanö vern, durch gezielte Lenkeingriffe im Sinne einer Steuerung oder Regelung erhöht.

Insbesondere im Zusammenhang mit den oben erwähnten horizontaldyna mischen Fahrzeugregelsystemen sind die von den Reifen übertragenen Längs- und Seitenkräfte von großer Bedeutung. Bei "schlechter" Fahr bahnqualität, das heißt beispielsweise bei hohen Unebenheitsamplitu den im Bereich der vertikaldynamischen Radeigenfrequenzen, vermin dern die damit einhergehenden dynamischen Radlastvariationen die übertragbaren Längs- und Seitenkräfte des Rades. Als Radlastvari ation bzw. Radlastschwankung bezeichnet man die Abweichung der Rad last (Normalkraft zwischen Reifen und Fahrbahn) von ihrem statischen Wert.

In dem Aufsatz von W. Klinkner ("adaptives Dämpfungs-System ADS zur fahrbahn- und fahrzustandsabhängigen Steuerung von Dämpfern einer Fahrzeugfederung", VDI Bericht Nr. 778, Düsseldorf, 1989) werden bei einem vertikaldynamischen Fahrzeugregelsystem Dämpfereinstellungen eines adaptiven Fahrwerks in Abhängigkeit von statischen Kenngrößen, welche den Charakter der Fahrbahn beschreiben, angepaßt. Hierzu wer den die Signale eines Aufbau- und eines Radbeschleunigungssensors verwendet. In dem Aufsatz wird eine frequenzmäßig getrennte Aufbe reitung der erfaßten Fahrbahnunebenheiten in verschiedenen Frequenz bereichen vorgeschlagen, wofür mehrere parallelgeschaltete Filter eingesetzt werden. Nachteilig an einem solchen System ist der hohe Aufwand zu einen hinsichtlich der Sensorik und zum anderen hinsicht lich der Filter.

Der Aufsatz von D. Konik ("Berechnung unbekannter Eingangssignale aus Meßsignalen am Beispiel der Unebenheitsermittelung", at-Automati sierungstechnik 39 (1991) 6 Seiten 205-210) beschäftigt sich mit der Berechnung unbekannter Eingangssignale aus den Meßsignalen eines Systems. Dabei wird das Straßenprofil mit Hilfe von Signalen, die die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus repräsentieren, und Signalen, die den Relativweg zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern re präsentieren, anhand des Entwurfs eines inversen Systems berechnet.

Verfahren zur Messung des Abstands des Fahrzeugs zur Fahrbahn und die Ermittlung des Fahrbahnprofils mit speziellen Sensoren (Ultra schall, Radar, Mikrowelle usw.) sind bekannt.

Weiterhin sei hinsichtlich statistischer Methoden auf die Literaturstellen im folgenden Text verwiesen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zur Erlangung eines den Verlauf der Fahrbahnoberfläche repräsentierenden Signals zu entwerfen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäßen System werden Informationen über die Fahr bahnqualität erhalten, um diese in einer Vielzahl von elektronischen Stell- und Regelsystemen für straßengebundene Kraftfahrzeuge (Per sonenwagen, Krafträder, Lastwagen usw.) zu berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für fahrdynamische Regel-, Steuer- und Überwa chungssysteme, wie Systeme zur Blockierveränderung beim Bremsen (ABS), Systeme zur Antriebsschlupfregelung (ASR), Systeme zur Fahr stabilitätsüberwachung, Systeme zur Lenkungsregelung oder adaptive, semiaktive, teilaktive oder vollaktive Fahrwerke.

Die Erfindung be schreibt eine Möglichkeit, ein Signal zu ermitteln, das wenigstens näherungsweise den Verlauf des Fahrbahnprofils in Echtzeit wieder gibt. Hierzu werden Signale erfaßt, die die Relativbewegungen zwi schen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem Rad repräsentieren. Ausgehend von diesen Signalen werden erfindungsgemäß weitere Signale gebildet, die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche unter dem jeweils darauf abrollenden Rad in Echtzeit wiedergeben. Das erfindungsgemäße System kann auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs angewandt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist es vorgesehen, die Zeitsignale, die das Fahrbahnprofil in Echt zeit wiedergeben (hohe Datenmenge), zu reduzieren. Zur Reduktion dieser hohen Datenmenge werden Kenngrößen ermittelt, die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche bzw. die Qualität der Fahrbahnoberfläche charakterisieren (Datenreduktion).

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sy stems besteht darin, die Anzahl der Kenngrößen, die, wie oben be schrieben, als Ergebnisse der Datenreduktion ermittelt werden, in einem weiteren Schritt nochmals zu reduzieren. Dies geschieht er findungsgemäß durch Klassifizierungen dieser Kenngrößen.

Bei dem erfindungsgemäßen System werden also Daten ermittelt, die den Verlauf des Fahrbahnprofils in Echtzeit wiedergeben und/oder Kenngrößen für den Verlauf der Fahrbahnoberfläche liefern und/oder klassifizierte Kenngrößen angeben. Diese Informationen über den Ver lauf der Fahrbahnoberfläche werden nun erfindungsgemäß den fahrdyna mischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssystemen zugeführt. Diese Systeme können dann dem Verlauf der Fahrbahnoberfläche ange paßt werden, indem die erfindungsgemäß gewonnenen Informationen der art berücksichtigt werden, daß die Reglerparameter, beispielsweise Koeffizienten und/oder Schwellwerte, Reglersollwerte und/oder Teile des Regelalgorithmus der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssysteme dem Fahrbahnverlauf angepaßt werden.

Es muß je doch betont werden, daß die erfindungsgemäß erlangten Informationen über die Fahrbahnqualität nicht dazu verwendet werden können, den Straßenzustand (trocken, naß, vereist usw.) festzustellen, sondern lediglich das Fahrbahnprofil bzw. dessen Eigenschaften beschreiben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In diesem Ausführungsbeispiel soll anhand des Blockschaltbilds der Fig. 1 das erfindungsgemäße System aufgezeigt werden.

In der Fig. 1 sind mit der Position 100 Sensormittel bezeichnet. Die Positionen 101, 102 und 103 stellen erste, zweite und dritte Mittel zur Signalbearbeitung dar. Ihnen werden Signale von den fünften Mitteln zugeführt, die mit der Position 105 markiert sind. Mit der Position 104 sind fahrdynamische Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssysteme zu sehen.

In einem ersten Schritt werden in den Sensormitteln 100 erste Si gnale erfaßt, die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem Rad repräsentieren. Diese ersten Signale können beispielsweise aufbereitete Signale von Sensoren sein, die den Ein federweg und/oder die Einfedergeschwindigkeit zwischen Fahrzeugauf bau und wenigstens einem Rad messen. Werden die Einfederwege gemes sen, so liegen ausgangsseitig der Sensormittel 100 die ersten Si gnale Xari(t) an. Werden in den Sensormitteln 100 die Einfederge schwindigkeiten gemessen, so liegen ausgangsseitig die ersten Si gnale Xari'(t) an. Hierbei beschreibt der Index i die Zugehörigkeit der Signale zu der i-ten Radeinheit. Ergänzend oder ersatzweise für die oben beschriebenen ersten Signale Xari(t) bzw. Xari'(t) können auch vierte Signale erfaßt werden, die die Bewegungen wenigstens einer Achse des Fahrzeugs, beispielsweise die Achsbeschleunigung, repräsentieren.

Das Übertragungsverhalten der ersten Mittel 101 soll im folgenden anhand der Fig. 2 beschrieben werden. Die Positionen 201, 202, 203, 204, 205 und 206 in der Fig. 2 zeigen ein Zweikörpermodell für eine Radeinheit. Das Rad ist in Kontakt mit der Fahrbahn 204. Hierbei ist die Reifensteifigkeit als Feder 205 mit der Federkonstanten Cr modellhaft beschrieben. Die Kombination der Feder 206 und des bezüg lich seiner Dämpfungseigenschaft regelbaren Dämpfers 203 steht also hier für das zu steuernde bzw. regelnde Federungs- und/oder Dämp fungssystem einer Radeinheit. In diesem Ausführungsbeispiel soll der Dämpfer 203 als regelbar angenommen werden, während die Eigenschaf ten der Feder 206 durch einen konstanten Wert C beschrieben wird. Mit Xa bzw. Xr ist die Verschiebung des Fahrzeugaufbaus 201 bzw. die Verschiebung des Rades bezeichnet, und zwar die Verschiebung aus der Gleichgewichtslage bei Stillstand des Fahrzeugs (im unbeladenen Zu stand). Mit Xe werden die Bodenunebenheiten beschrieben. Die Masse des Fahrzeugaufbaus ist mit Ma und die des Rades mit Mr bezeichnet. Der Meßwertaufnehmer 207 detektiert die Einfederbewegungen der Rad einheit. Die Ausgangssignale des Meßwertaufnehmers 207 werden ge gebenfalls aufbereitet und liegen ausgangsseitig der Sensormittel 100 (Fig. 1) als erste Signale Xari(t) bzw. Xari'(t) an.

Der vertikaldynamische Bewegungszustand einer Radeinheit eines rea len Fahrzeugs wird durch das in der Fig. 2 dargestellte Zweikörper modell gut approximiert. Mit den in der Fig. 2 angegebenen Koordi naten und Fahrzeugparametern erhält man als theoretischen Zusammen hang zwischen dem Verlauf der Fahrbahnoberfläche Xe(t) und den mit einem geeigneten Sensor 207 zwischen der Radeinheit und dem Fahr zeugaufbau gemessenen Abstand die formelmäßige Beziehung im Laplacebereich

mit der Laplace-Variablen s, wobei Mar = Ma + Mr die Summe der anteili gen Fahrzeugaufbaumasse und der Masse des Rades ist und Xari der relative Einfederweg Xa-Xr an der i-ten Radeinheit ist. Zur prak tischen Realisierung des erfindungsgemäßen Fahrwerkregelungsystems ist die Beziehung (4) nicht günstig verwendbar, da die erforderliche zweimalige Integration des Einfederwegsignals nicht stabil in einem Steuergerät realisierbar ist. Eine geeignete Approximation der Gleichung (4) ist jedoch

wobei die Größen e, w und delta Filterparameter sind, die beispiels weise an die auszuwertenden Einfederbewegungssignale angepaßt werden und die eine stabile Integration gewährleisten.

Die Beziehung (5) beschreibt ein zeitkontinuierliches, stabiles Fil ter vierter Ordnung. Zur Implementierung in einem digitalen Steuer gerät kann dieses Filter mit bekannten Verfahren diskretisiert wer den. In diesem Falle weist die erste Einrichtung 101 das in der For mel (5) beschriebene Übertragungsverhalten auf, wobei die Erfassung des Einfederwegs oder des entmittelten Einfederwegs durch die ersten Sensormittel 100 getätigt wird.

Über die hier beschriebene Darstellung hinaus ist es möglich, durch Anwendung von Ordnungsreduktionsverfahren die hier beschriebene Fil teranordnung vierter Ordnung (n = 4) zu reduzieren, indem beispiels weise ein Ansatz

im Sinne kleinster Fehlerquadrate so angepaßt wird, daß die Bezie hung (4) bzw. die Beziehung (5) in einem betrachteten Frequenzband optimal approximiert wird. Hierdurch läßt sich der im Steuergerät erforderliche Rechenaufwand weiter reduzieren.

Sofern im betrachteten Fahrzeug statt der Einfederwegsignale Xari Einfederweggeschwindigkeitssignale Xari' zur Verfügung stehen, läßt sich die oben beschriebene Vorgehensweise gleichermaßen verwenden. In diesem Fall tritt an die Stelle von Beziehung (4) die Beziehung

und anstelle von (6) die Beziehung

Die geschilderte Vorgehensweise kann auf eines oder mehrere Räder (i = 1, 2, 24666) des betrachteten Fahrzeugs angewandt werden. So können beispielsweise nur die Einfederwegsignale der beiden Vorderräder be rücksichtigt werden, da die den Hinterrädern zugeordneten Fahrbahn profile näherungsweise denjenigen der Vorderräder mit einer Zeit differenz T entsprechen, welche sich aus dem Achsabstand L und der Fahrgeschwindigkeit V gemäß T = L/V ergibt.

Den ersten Mitteln 101 werden die in den oben beschriebenen Formeln benötigten Parameter von den fünften Mitteln 105 zugeführt, soweit sie nicht als konstante Parameter in den ersten Mitteln 101 gespei chert sind. Insbesondere die Größen e, w und delta, die beispiels weise an die auszuwertenden Einfederbewegungssignale angepaßt wer den, werden durch die fünften Mittel 105 entsprechend gewählt.

Ausgangsseitig der ersten Mittel 101 liegen die zweiten Signale Si(t) an, die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche Xe unter dem je weils darauf abrollenden Rad repräsentieren. Diese zweiten Signale Si(t) können nun direkt den fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssystemen 104 zugeführt werden, da die zweiten Signale den gesamten Informationsgehalt über den Verlauf der Fahrbahnober fläche beinhalten. In diesem Ausführungsbeispiel werden, wie im folgenden beschrieben wird, Reduktionen der Datenmenge der zweiten Signale vorgenommen. Hierdurch gelangt man, je nach Ausführung des erfindungsgemäßen Systems, zu mehr oder weniger detaillierten Informationen über den aktuellen Verlauf der Fahrbahnoberfläche.

In einem ersten Schritt zur Datenreduktion werden die zweiten Signa le Si(t) den zweiten Mitteln 102 zugeführt. Ausgehend von den zwei ten Signalen Si(t) oder auch ausgehend von Signalen anderer Sensor konfigurationen (z. B. aus vertikalen Achsbeschleunigungssignalen) werden in den zweiten Mitteln 102 eine oder mehrere die Fahrbahn ge eignete beschreibende Kenngrößen Ki(t) ermittelt. Dies bedeutet, daß aus den Zeitsignalen, beispielsweise den zweiten Signalen Si(t), (hohe Datenmenge) wenige Kenngrößen ermittelt werden, die den Ver lauf der Fahrbahnoberfläche bzw. die Fahrbahnoberflächenqualität charakterisieren (Datenreduktion). Ausgangsseitig der zweiten Mittel 102 liegen die dritten Signale Ki(t) an. Kennzeichnend für die zweiten Mittel 102 ist also die Reduktion des Informationsgehalts der zweiten Signale Si(t).

Zur Erlangung der Kenngrößen Ki(t) (zweite Signale) können im einzelnen verschiedene Vorgehensweisen verwendet werden, die im folgenden vorgestellt werden sollen. Diese Vorgehensweisen können einzeln oder in Kombination zur Bildung der Kenngrößen Ki(t) ver wendet werden.

1. (RMS-)Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der den Verlauf der Fahrbahnoberfläche beschreibenden zweiten Signale Si(t).
Ausgehend von den zweiten Signalen Si(t) werden statistische Kennwerte wie RMS-(Root Mean Squares) Effektivwerte, gleitende RMS- Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der zweiten Signale Si(t) ermittelt. Zur Effektivwertbildung können die Betragswerte der genannten Signale jeweils analog oder digital gebildet werden (Gleichrichtung). Durch anschließende Tiefpaßfilterung erhält man einen Schätzwert für den Effektivwert. Werden die berücksichtig ten Signale zusätzlich bzw. anstelle der Betragsbildung quadriert, dann tiefpaßgefiltert und anschließend die Wurzel ermittelt, so erhält man geschätzte RMS- Effektivwerte.
Zur Spitzenwertbildung wird über einen festgelegten Zeitraum, das heißt über ein wählbares Zeitintervall, die maximal aufgetretene Signalamplitude der betrachteten Größen (zweite Signale Si(t)) betrachtet. Das wählbare Zeitintervall ist dabei im Sinne eines gleitenden Zeitfensters stets dem realen Zeitverlauf nachzuführen.
2. Zählverfahren zur Häufigkeitsermittlung innerhalb vorgegebener Signalamplitudenklassen und wählbarer Zeitintervalle.
In diesem Fall wird eine diskrete Amplitudenverteilung der zwei ten Signale Si(t) durch eine Einteilung in Amplitudenklassen vor genommen. Danach wird die Auftrittshäufigkeit entsprechender Amplitudenwerte innerhalb eines festgelegten Zeitraums (wählbares Zeitintervall) ermittelt. Der betrachtete Zeitraum ist dabei im Sinne eines gleitenden Zeitfensters stets dem realen Zeitverlauf nachzuführen. Anstelle der tatsächlichen (vorzeichenbehafteten) Amplitudenwerte können ersatzweise auch die Beträge der Amplitu den verwendet werden.
Aus der diskreten Amplitudenverteilung können im Sinne einer wei teren Datenreduktion auf einfache Weise statistische Kennwerte wie Mittelwert, Streuung sowie höhere statistische Momente er mittelt werden. Im Sinne einer weiteren Datenreduktion ist es insbesondere auch möglich, vorgegebene Funktionen des gegebenen Ansatztyps an die Form der Amplitudenverteilung, beispielsweise im Sinne kleinster Fehlerquadrate, anzupassen. Die so ermittelten Parameter dieser Funktion können zur Klassifizierung verwendet werden. Beispielhaft sei hier die Anpassung einer Gaußverteilung angeführt wobei aus den Parametern der Gaußverteilung der Mittel wert und die Streuung folgt. Ein weiteres Beispiel ist die Anpas sung einer Polynomfunktion. Hierbei sind als Parameter die Poly nomkoeffizienten oder Nullstellen des Polynoms als Kenngrößen zu verwenden.
3. Frequenzanalyse
In diesem Fall wird eine spektrale Verteilung der Signalamplitu den der zweiten Signale Si(t) in Abhängigkeit von der Freuquenz durch Anwendung von bekannten Algorithmen zur Frequenzanalyse (z. B. FFT, Brigham, E. O.: The Fast Fourier Transform., Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey, 1974)) inner halb eines festgelegten Zeitraums (wählbares Zeitintervall) er mittelt. Der betrachtete Zeitraum ist dabei im Sinne eines glei tenden Zeitfensters stets dem realen Zeitverlauf nachzuführen.
Aus der so erhaltenen, frequenzdiskreten Spektralverteilung kön nen im Sinne einer weiteren Datenreduktion auf einfache Weise statistische Kennwerte wie Mittelwert, Streuung und Effektivwert der zweiten Signale Si(t) ermittelt werden. Im Sinne einer weiteren Datenreduktion ist es insbesondere auch möglich, vorge gebene Funktionen eines gegebenen Ansatztyps an die Form der Spektralverteilung beispielsweise im Sinne kleinster Fehlerqua drate anzupassen und die so ermittelten Parameter dieser Funktion zur Klassifizierung zu verwenden. So kann beispielsweise eine ge brochen rationale Funktion angepaßt werden, wobei als Parameter zur Klassifizierung die Polynomkoeffizienten oder die Pole bzw. Nullstellen der gebrochenen rationalen Funktion gewählt werden können.
4. Parameteridentifikationsverfahren
In diesem Fall wird aus den zweiten Signalen Si(t) ein verein fachtes dynamisches Modell, beispielsweise in Form einer Diffe renzengleichung, Differentialgleichung oder einer Übertragungs funktion, eines sogenannten Formfilters, identifiziert, welches die tatsächlich vorliegenden zweiten Signale Si(t) auf einen oder mehrere, hypothetische weiße Erzeugerprozesse Wi(t) zurückführt (Bos, G. E. P., Jenkiens, G. M.: Time Series Analysis-Forecasting and control, Holden-Day, San Francisco, 1976). Zur Identifikation solcher Modelle sind zahlreiche Parameteridentifikationsverfahren bekannt (Eykhoff, P.: System Identification, Parameter and State Estimation, Wiley and Sons, London, 1974). Beispielsweise sind hierzu Least-Square-Schätzungsmethoden, Maximum Likelihood-Schät zungsmethoden, Korrelationsverfahren oder FFT-basierte Verfahren in der Literatur beschrieben (Eykhoff, P.: System Identifi cation, Parameter and State Estimation, Wiley and Sons, London, 1974 und Astrom, K. J.: Maximum Likelihood and Prediction Error Methods, Automatica (16) 1980, pp. 551-574 und Bendat, J. S., Piersol, A. G.: Engineering Application of Correlation and Spectral Analysis, Wiley and Sons, London, 1980).
Als Parameter zur Fahrbahnklassifikation können in diesem Fall die Intensitäten der weißen Erzeugerprozesse Wi(t) sowie die Koeffizienten des identifizierten Formfilters (dynamisches Mo dell) betrachtet werden.

Durch die Bearbeitung der zweiten Signale Si(t) in den zweiten Mit teln 102 gelangt man unter Verwendung der oben beschriebenen Vor gehensweisen zu Parametern bzw. Kenngrößen Ki(t), die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche charakterisieren. Die oben beschriebenen Vor gehensweisen können einzeln oder in Kombination zur Ermittlung der Kenngrößen angewendet werden. Die Wahl der Zeitintervalle in den oben beschriebenen Vorgehensweisen können entweder fest gewählt sein oder abhängig von Größen gewählt werden, die den Fahrzustand beein flussen und/oder repräsentieren. Diese Zeitintervalle sowie weitere Parameter zur Durchführung der oben beschriebenen Vorgehensweisen werden den zweiten Mitteln 102 durch die fünften Mittel 105 zuge führt. Hierbei ist insbesondere die Wahl der Zeitintervalle zu er wähnen, die abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und/oder von dem Verlauf der Fahrbahnoberfläche selbst getätigt wird.

Ausgangsseitig der zweiten Mittel 102 liegen die dritten Signale Ki(t) an, die die nach einer oder mehrerer der oben beschriebenen Vorgehensweisen ermittelten Kenngrößen repräsentieren. Ausgehend von diesen dritten Signalen Si(t) wird in den dritten Mitteln 103 eine weitere Datenreduktion durchgeführt. Dies geschieht vorzugsweise durch eine Klassifikation der dritten Signale Ki(t). Dies kann da durch erfolgen, indem die dritten Signale Ki(t) bzw. die ermittelten Kennwerte der Fahrbahnoberfläche mit einem oder mehreren unter schiedlichen Schwellwerten verglichen werden. Die Klassifikation kann als logisches Ergebnis oder Zahlenwert in Abhängigkeit vom Er gebnis des Vergleichs ausgedrückt werden. Bei mehreren Merkmalen ist es sinnvoll, im Sinne einer "Clusterbildung" die Erfüllung der verschiedenen zugehörigen Schwellwerte mit zusätzlichen logischen Ver knüpfungen (UND-, ODER, EXCLOSIV-ODER) oder Kombinationen daraus zu verbinden und nur bei Erfüllung der so verknüpften bzw. kombinierten Merkmale ein Klassifikationsergebnis zuzuordnen.

In den dritten Mitteln 103 erfolgt also zur Datenreduktion eine Klassifizierung der dritten Signale Ki(t) derart, daß die dritten Signale Ki(t) mit Schwellen verglichen werden, wobei die Schwellen fest gewählt sind oder abhängig von Größen gewählt werden, die den Fahrzustand beeinflussen und/oder repräsentieren. Ausgangsseitig der dritten Mittel 103 liegen als Klassifikationsergebnisse die klassi fizierten dritten Signale Kli(t) an.

Diese klassifizierten dritten Signale Kli(t) werden den fahrdyna mischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssystemen 104 zugeführt. Im Rahmen der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungs systemen 104 werden die klassifizierten dritten Signale Kli(t) der art berücksichtigt, daß die Reglerparameter, beispielsweise die Koeffizienten und/oder Schwellwerte, Reglersollwerte und/oder Teile des Regelalgorithmus der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssysteme in Abhängigkeit von den klassifizierten dritten Signalen Kli(t) verändert werden.

Eine derartige Anpassung der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und Überwachungssysteme 104 an den Verlauf der Fahrbahnoberfläche kann auch unter Umgehung der dritten Mittel 103 durch die dritten Signale Ki(t) erfolgen. In beiden Fällen bedeutet dies, daß das jeweilige fahrdynamische System in gewisser Weise an die Fahrbahnbeschaffen heit angepaßt wird.

Als Beispiele für die fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Über wachungssysteme 104 sind folgende Systeme zu nennen. Hierbei können auch Kombinationen der nachstehend beschriebenen Systeme Anwendung finden.

I. Vertikaldynamische Fahrzeugregelsysteme

1. Fahrwerkregelsysteme:
Veränderung der Federungs- und/oder Dämpfungsparameter beispiels weise im Rahmen einer Skyhookdämpfung, Passivdämpfung, frequenz selektiver Dämpfung eines semiaktiven oder teilaktiven Fahrwerk regelsystems derart, daß ein hinsichtlich Komfort- und Fahr sicherheit für den jeweiligen Fahrbahntyp möglichst günstiges Fahrzeugverhalten erzielt wird.

II. Horizontaldynamische Fahrzeugregelsysteme

1. Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung:
Es sind Systeme bekannt, die die Fahrzeugstabilität, beispiels weise bei Ausweichmanövern, überwachen und bei Annäherung an den Fahrzeuggrenzbereich den Fahrer warnen oder sogar selbstständig in das Antriebssystem eingreifen.
2. Lenkungsregelungssysteme, insbesondere Systeme zur Hinterachslen kung:
Es sind Lenksysteme bekannt, die die Fahrzeugstabilität, bei spielsweise bei Ausweichmanövern, durch gezielte Lenkeingriffe im Sinne einer Steuerung oder Regelung erhöhen. Hierbei sind insbe sondere Lenksysteme zu nennen, bei denen zusätzlich zur Vorder achse auch die Räder der Hinterachse lenkbar ausgelegt sind.
3. Systeme zur Blockierverhinderung beim Bremsen (ABS) sind aus dem Stand der Technik bekannt.
4. Systeme zur Antriebsschlupfregelung (ASR) sind ebenso aus dem Stand der Technik bekannt.

Im Zusammenhang mit den horizontaldynamischen Fahrzeugregelsystemen sind die vom Reifen übertragbaren Längs- und Seitenkräfte von großer Bedeutung. Bei "schlechter" Fahrbahnqualität, beispielsweise bei ho hen Unebenheitsamplituden im Bereich der vertikaldynamischen Radei genfrequenzen, vermindern die damit einhergehenden dynamischen Rad lastvariationen die übertargbaren Längs- und Seitenkräfte des Rades. Ein Vorgehen im Sinne des beschriebenen erfindungsgemäßen Systems stellt sicher, daß durch geeignete Anpassungsmaßnahmen das Verhalten der horizontaldynamischen Fahrzeugsysteme geeignet an die Fahrbahn verhältnisse angepaßt werden. Bei vertikaldynamischen Fahrzeugregel systemen kann beispielsweise abhängig von der Beschaffenheit der Fahrbahn das Fahrwerkregelsystem derart beeinflußt werden, daß bei fahrunkritischen Situationen eine möglichst komfortable Abstimmung gewählt wird, während infahrkritischen Situationen und bei gleich zeitig vorliegenden schlechten Fahrbahneigenschaften eine möglichst sichere, beispielsweise harte, Fahrwerkabstimmung zu realisieren ist.

Claims

1. System zur Erlangung eines die Fahrbahnoberfläche reprä sentierenden Signals, insbesondere zur Verwendung bei fahr dynamische Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssystemen bei Personen- und Nutzkraftwagen, wobei

- Einfederungs-Größen [Xari(t) bzw. Xari'(t)] erfasst wer den, die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugauf bau und wenigstens einem Rad repräsentieren, und
- ausgehend ausschließlich von den Einfederungs-Größen [Xari(t) bzw. Xari'(t)] mittels eines inversen Fahrzeugmo dells (erste Mittel 101) Signale [Si(t)] berechnet werden, die den Verlauf der Fahrbahnoberfläche unter dem jeweils darauf abrollen den Rad repräsentieren, wobei die Übertragungsfunktion des inversen Modells die Vertikaldynamik einer Radeinheit des Fahrzeugs beschreibt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Mittel (102) vorgesehen sind, die ausgehend von den Signalen [Si(t)] weitere Signale [Ki(t)] bilden, die geeig nete Kenngrössen für den Verlauf der Fahrbahnoberfläche re präsentieren.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dritte Mittel (103) zur Klassifizierung der weiteren Signale [Ki(t)] vorgesehen sind.

4. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssysteme (104) an den Verlauf der Fahrbahnoberfläche angepasst werden, indem die weiteren Signale [Ki(t)] und/oder die klassifizierten weiteren Signale [Kli(t)] derart berücksichtigt werden, dass die Reglerparameter, beispielsweise Koeffizienten und/oder Schwellwerte, Reglersollwerte und/oder Teile des Regelalgo rithmus der fahrdynamischen Regel-, Steuer- und/oder Überwa chungssysteme in Abhängigkeit von den weiteren Signalen [Ki(t)] und/oder den klassifizierten weiteren Signalen [Kli(t)] verändert werden.

5. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass als fahrdynamische Regel-, Steuer- und/oder Überwachungssysteme (104)

- vertikaldynamische Fahrzeugregelsysteme, wie Fahrwerkre gelsysteme, und/oder
- horizontaldynamische Fahrzeugregelsysteme, wie Systeme zur Fahrstabilitätsüberwachung, zur Lenkungsregelung, insbe sondere zur Hinterachslenkungsregelung, zur Blockierver hinderung beim Bremsen und/oder zur Antriebsschlupfrege lung vorhanden sind.

6. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass in den zweiten Mitteln (102) eine Reduktion des Informationsgehalts der Signale [Si(t)] stattfindet.

7. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass in den dritten Mitteln (103) die Klassifizierung der weiteren Signale [Ki(t)] der art erfolgt, dass die weiteren Signale [Ki(t)] mit einer oder mehreren Schwellen verglichen werden und abhängig von den Vergleichen die klassifizierten weiteren Signale [Kli(t)] gebildet werden, wobei die Schwellen fest gewählt sind oder abhängig von Größen gewählt werden, die den Fahr zustand beeinflussen und/oder repräsentieren.

8. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion des Informa tionsgehaltes der Signale [Si(t)] in den zweiten Mitteln (102)

- Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der Signale [Si(t)] in wählbaren Zeitintervallen ermittelt werden und/oder
- Zählverfahren zur Häufigkeitsermittelung innerhalb vorge gebener Signalamplitudenklassen und wählbarer Zeitinter valle vorgenommen werden und/oder
- die spektrale Verteilung der Signalamplituden der Signale [Si(t)] in Abhängigkeit von der Frequenz innerhalb wähl barer Zeitintervalle ermittelt wird, wobei die Zeitinter valle im Sinne eines gleitenden Zeitfensters dem realen Zeitverlauf nachgeführt werden, und aus dieser spektralen Verteilung statistische Kennwerte, wie Mittelwert, Streu ung und Effektivwert der Signale [Si(t)] ermittelt werden und/oder
- Parameteridentifikationsverfahren verwendet werden, wobei die Zeitintervalle fest gewählt sind oder abhängig von Größen gewählt werden, die den Fahrzustand beeinflussen und/oder repräsentieren.

9. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend oder ersatzweise für die Einfederungs-Größen [Xari(t) bzw. Xari'(t)] Signale erfasst werden, die die Bewegungen wenigstens einer Achse des Fahrzeugs, beispielsweise die Achsbeschleunigung, reprä sentieren.

10. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsverhalten des inversen Fahrzeugmodells (erste Mittel 101) die Vertikaldynamik einer Radeinheit eines Fahrzeugs beschreibt, wobei sich beispielsweise das Übertragungs verhalten der ersten Mittel (101) im Laplace Bereich, wobei s die gebräuchliche Laplace Variable ist, mit
angeben läßt, wenn als Eingangssignale des inversen Fahrzeugmodells (erste Mittel 101) die Einfederungs-Größen [Xari(t)] anliegen, die den Einfederweg repräsentieren, oder mit
angeben läßt, wenn als Eingangssignale die Einfederungs-Größen [Xari'(t)] anliegen, die die Einfedergeschwindigkeit repräsentieren.