陆上汽车的当前横摆角及当前侧滑角的测定
阅读：276发布：2020-05-12
专利汇可以提供陆上汽车的当前横摆角及当前侧滑角的测定专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于确定陆上 汽车 的当前横摆 角 和当前 侧滑角 的方法以及一种用于实施该方法的装置。在此，首先借助于行驶状态传感装置、驶偏 传感器 以及 定位 系统来求出侧滑角特性参数。如果所述侧滑角特性参数低于极限值，那就将所述当前的横摆角调整到当前的、借助于所述 位置 测定系统求出的速度矢量角。如果所述侧滑角特性参数超过规定的极限值，那就借助于驶偏传感器的传感器数值通过连续的数值积分来求出当前的横摆角，并且作为在横摆角和速度矢量角之间的差算出所述侧滑角。本发明允许即使在车内没有额外的传感装置如第二定位系统或路面识别系统的情况下可靠地并且以足够的 精度 求出所述侧滑角，如果所述侧滑角在数秒范围内具有大的数值。与此同时，在长的时间间隔内可靠地确定汽车的横摆角并且在短的时间间隔内对在积分过程中出现的数值偏差进行调整。，下面是陆上汽车的当前横摆角及当前侧滑角的测定专利的具体信息内容。
1.用于借助于行驶状态传感装置(FZS)、驶偏传感器(GRS) 以及定位系统(PBS)来测定陆上汽车(LF)的当前横摆角(ψ)以 及当前侧滑角(β)的方法，具有以下方法步骤：
-借助于由汽车内部的行驶状态传感装置(FZS)和/或驶偏传感 器(GRS)提供的传感器数值来求出陆上汽车(LF)的至少一个侧滑 角特性参数(Kβ)；
-求出当前的速度矢量角(γ)，该速度矢量角(γ)作为在用 所述定位系统(PBS)的数值求出的陆上汽车(LF)速度矢量(VG) 和固定在地上的轴线(XE)之间的角度来求出；
-将所述至少一个侧滑角特性参数(Kβ)与至少一个规定的特性 参数极限值(Gβ)进行比较；其中
-在低于所述特性参数极限值(Gβ)时
-将当前横摆角(ψ)调整到当前的速度矢量角(γ)，并
且
-借助于由汽车内部的行驶状态传感装置(FZS)和/或所述 驶偏传感器(GRS)提供的传感器数值来求出当前的侧滑角 (β)；
-在超过所述特性参数极限值(Gβ)时
-借助于由所述驶偏传感器(GRS)在先前调整到速度矢量 角(γ)的基础上通过连续的数值积分提供的传感器数值来 求出当前横摆角(ψ)，并且
-作为在如此求出的陆上汽车横摆角(ψ)和当前的速度矢 量角(γ)之间的差来求出所述侧滑角(β)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法步骤在规定 的或者变化的时间间隔(ZI)内重复。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，不仅规定了静态 的特性参数极限值(Gβ)而且规定了动态的、表征侧滑角(β)增加 的特性参数极限值(Gβ)。
4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，借助于 所述行驶状态传感装置(FZS)分别求出至少一个数值用于确定至少一 个车轮转速和/或汽车横向加速度和/或汽车纵向加速度。
5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，借助于 所述行驶状态传感装置(FZS)分别求出至少一个数值用于确定陆上汽 车的至少一个车轮的驱动力矩和/或制动力矩。
6.按权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，借助于 一种算法从那些用所述行驶状态传感装置(FZS)求出的数值中求出用 于横向滑移和/或纵向滑移以及用于至少作用于一个车轮的横向力或者 说纵向力的特性参数作为所述至少一个侧滑角特性参数的计算基础。
7.按权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于，借助于 一种滤波算法尤其借助于卡尔曼滤波器为所述行驶状态传感装置 (FZS)的至少一个加速度信号进行偏移量校正(0.1)。
8.按权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，从附加 的环境信息中获取的数据用于对至少一个加速度信号进行偏移量校 正。
9.用于计算陆上汽车的行驶动力学数据的装置，其设置用于采集 和处理行驶状态传感装置(FZS)、驶偏传感器(GRS)以及定位系统 (PBS)的数据，并且装备有计算单元，该计算单元具有用于按照按前 述权利要求中任一项所述的方法来确定所述陆上汽车(LF)的当前横 摆角(ψ)和当前侧滑角(β)的功能单元。
技术领域
本发明涉及用于对陆上汽车的当前横摆角和当前侧滑角进行测定 的一种方法和一种装置。
背景技术
所述横摆角ψ定义为在固定在地上的坐标系中在汽车的纵轴线和 平行于地面的轴线之间的夹角。
所述侧滑角β是在与汽车固定地相连接的点(一般是汽车的重 心)的速度矢量和汽车的纵轴线之间的角度。纵向倾角和横向倾角通 过汽车的俯仰角θ和摆振角来理解。而摆振角、俯仰角及横摆角则 按照DIN 70000来定义。
通过所述横摆角来理解的汽车当前水平定向可以在汽车导航时用 于快速行程确定，但在这方面首先作为辅助参数在测定侧滑角时十分 重要。所述侧滑角说明了相对于运动方向的汽车定向并且可以这么说 是用于衡量汽车侧滑的一个尺度。如果汽车出现侧滑，那么汽车通常 离开其稳定的行驶状态并且进入危险情况，而所述危险情况则可能对 汽车驾驶员提出过分要求。
因而，通过对所述横摆角及侧滑角的尽可能精确的了解可以很快 地识别这样的危险情况，这又能够借助于可电致动的、比如驱动系、 制动系统、转向系、弹性/减震系统等系统的执行器来快速地以电子调 节的方式干涉行驶状况，并且由此能够使汽车自动稳定。这在极限状 况及危险状况中大大有助于行驶安全性。
汽车的横摆角通常在存在驶偏传感器的情况下通过驶偏信号的积 分来确定。今天这样的驶偏传感器(陀螺仪)可以用汽车适用的性能 以较低的成本来制造，并且在汽车上早就可以拥有电子稳定程序、ESP 或者导航系统。
在测定所述横摆角时的问题经常因比如驶偏信号的依赖于温度的 数值偏差(偏移量)而产生，所述驶偏信号的数值偏差则导致在对驶 偏角进行积分时出现一个至少线性地随时间增长的误差。除此以外， 偏移量的依赖于时间的偏移以及因路面倾角引起的结果的歪曲额外地 导致积分误差的增加。计算的横摆角与实际横摆角之间的偏差因此持 续增加。这会导致对当前行驶状况进行误解释并且在最严重的情况下 甚至导致对汽车控制系统的误干预。
作为替代方案，所述横摆角可以通过对在配有防抱死-制动系 统、ABS的汽车中始终存在的车轮转速传感器的分析以及对可能存在 的转向角传感器或转向盘转角传感器的分析来获取。这种方法的主要 问题是车轮滑移尤其是横向滑移，轮胎性能尤其是动态车轮半径必须 是已知的，并且在这里也因积分偏移量而出现不断增加的误差。
就象在文件US 5983161和US 62757773中所公开的一样，为确定 横摆角也可以利用卫星辅助定位系统(如GPS)。然而为此要么需要 至少两根布置在汽车上相应不同的尽可能彼此远离的点上的天线。在 汽车上使用两根或更多根GPS天线的情况下，汽车在路面上的定位可 以从天线在固定在地上的系统中的相对位置中求得。在这种情况下， 定位的绝对精度受到限制并且除此以外这样的解决方案出于成本原因 也不太实用。
另一种方案在于，人们将汽车速度矢量的由GPS接收器提供的与 固定在地上的轴线之间的角度近似地等同于所述横摆角。但这在侧滑 角变得越来越大时也就是刚好在危险情况下就不再可以实现。
侧滑角的测定通常通过那些作用于单个车轮的力尤其是侧向力来 进行。利用通常在今天的中档车中存在的汽车状态传感装置，仅仅可 以不太精确地确定所述侧向力，并且这种方法仅仅在所述侧滑角很小 (＜1-2°)时才可应用。在侧滑角大时，为测定侧滑角通常要使用汽 车的横向加速度、偏转比率和速度。在这种情况下，有必要通过两个 大数字的通常很小的差进行积分。横向加速度传感器和驶偏传感器的 数值偏差(偏移量)以及因路面的横向倾斜角引起的横向加速度值的 歪曲在这种情况下会导致大的误差。除此以外，存在的传感器噪声还 额外地在求出侧滑角时导致积分误差增加。
在申请文件US 2002/0198655 A1中提出，将卫星辅助定位系统用 于侧滑角测定。所述侧滑角作为在汽车速度矢量的方向和汽车纵轴线 的定向也就是横摆角的定向之间的差来求出。然而这种方法只有在可 以以足够的精确度确定汽车的横摆角时才能使用。此外，在仅仅存在 一根GPS天线并且没有额外的环境传感装置时就必须为此动用积分方 法，而如早已讨论的一样积分过程会导致数值偏差。
最后，在公开文献DE 10327695 A1中提出，通过轮距识别系统来 确定所述侧滑角。为此所需要的传感装置开销很大并且因此仅仅安装 在少数汽车中。
在所描述的解决方案中存在这样的缺点，即在求出所述横摆角和 侧滑角时没有持续保证所必需的精度。因额外的必需的传感器系统的 使用，可供使用的系统十分昂贵并且由此不适合于在众多处于低档价 格类别中的汽车中使用。
所述侧滑角β是在与汽车固定地相连接的点(一般是汽车的重 心)的速度矢量和汽车的纵轴线之间的角度。纵向倾角和横向倾角通 过汽车的俯仰角θ和摆振角来理解。而摆振角、俯仰角及横摆角则 按照DIN 70000来定义。
通过所述横摆角来理解的汽车当前水平定向可以在汽车导航时用 于快速行程确定，但在这方面首先作为辅助参数在测定侧滑角时十分 重要。所述侧滑角说明了相对于运动方向的汽车定向并且可以这么说 是用于衡量汽车侧滑的一个尺度。如果汽车出现侧滑，那么汽车通常 离开其稳定的行驶状态并且进入危险情况，而所述危险情况则可能对 汽车驾驶员提出过分要求。
因而，通过对所述横摆角及侧滑角的尽可能精确的了解可以很快 地识别这样的危险情况，这又能够借助于可电致动的、比如驱动系、 制动系统、转向系、弹性/减震系统等系统的执行器来快速地以电子调 节的方式干涉行驶状况，并且由此能够使汽车自动稳定。这在极限状 况及危险状况中大大有助于行驶安全性。
汽车的横摆角通常在存在驶偏传感器的情况下通过驶偏信号的积 分来确定。今天这样的驶偏传感器(陀螺仪)可以用汽车适用的性能 以较低的成本来制造，并且在汽车上早就可以拥有电子稳定程序、ESP 或者导航系统。
在测定所述横摆角时的问题经常因比如驶偏信号的依赖于温度的 数值偏差(偏移量)而产生，所述驶偏信号的数值偏差则导致在对驶 偏角进行积分时出现一个至少线性地随时间增长的误差。除此以外， 偏移量的依赖于时间的偏移以及因路面倾角引起的结果的歪曲额外地 导致积分误差的增加。计算的横摆角与实际横摆角之间的偏差因此持 续增加。这会导致对当前行驶状况进行误解释并且在最严重的情况下 甚至导致对汽车控制系统的误干预。
作为替代方案，所述横摆角可以通过对在配有防抱死-制动系 统、ABS的汽车中始终存在的车轮转速传感器的分析以及对可能存在 的转向角传感器或转向盘转角传感器的分析来获取。这种方法的主要 问题是车轮滑移尤其是横向滑移，轮胎性能尤其是动态车轮半径必须 是已知的，并且在这里也因积分偏移量而出现不断增加的误差。
就象在文件US 5983161和US 62757773中所公开的一样，为确定 横摆角也可以利用卫星辅助定位系统(如GPS)。然而为此要么需要 至少两根布置在汽车上相应不同的尽可能彼此远离的点上的天线。在 汽车上使用两根或更多根GPS天线的情况下，汽车在路面上的定位可 以从天线在固定在地上的系统中的相对位置中求得。在这种情况下， 定位的绝对精度受到限制并且除此以外这样的解决方案出于成本原因 也不太实用。
另一种方案在于，人们将汽车速度矢量的由GPS接收器提供的与 固定在地上的轴线之间的角度近似地等同于所述横摆角。但这在侧滑 角变得越来越大时也就是刚好在危险情况下就不再可以实现。
侧滑角的测定通常通过那些作用于单个车轮的力尤其是侧向力来 进行。利用通常在今天的中档车中存在的汽车状态传感装置，仅仅可 以不太精确地确定所述侧向力，并且这种方法仅仅在所述侧滑角很小 (＜1-2°)时才可应用。在侧滑角大时，为测定侧滑角通常要使用汽 车的横向加速度、偏转比率和速度。在这种情况下，有必要通过两个 大数字的通常很小的差进行积分。横向加速度传感器和驶偏传感器的 数值偏差(偏移量)以及因路面的横向倾斜角引起的横向加速度值的 歪曲在这种情况下会导致大的误差。除此以外，存在的传感器噪声还 额外地在求出侧滑角时导致积分误差增加。
在申请文件US 2002/0198655 A1中提出，将卫星辅助定位系统用 于侧滑角测定。所述侧滑角作为在汽车速度矢量的方向和汽车纵轴线 的定向也就是横摆角的定向之间的差来求出。然而这种方法只有在可 以以足够的精确度确定汽车的横摆角时才能使用。此外，在仅仅存在 一根GPS天线并且没有额外的环境传感装置时就必须为此动用积分方 法，而如早已讨论的一样积分过程会导致数值偏差。
最后，在公开文献DE 10327695 A1中提出，通过轮距识别系统来 确定所述侧滑角。为此所需要的传感装置开销很大并且因此仅仅安装 在少数汽车中。
在所描述的解决方案中存在这样的缺点，即在求出所述横摆角和 侧滑角时没有持续保证所必需的精度。因额外的必需的传感器系统的 使用，可供使用的系统十分昂贵并且由此不适合于在众多处于低档价 格类别中的汽车中使用。
发明内容
因此，本发明的任务是说明一种方法和一种装置，它们同样能够 在侧滑角小时精确确定横摆角并且也足够准确地确定大的侧滑角。另 一项任务在于，用成本低廉的系统在本来就布置在汽车中的传感器的 基础上来测定横摆角和侧滑角。由此应该最终提高行车安全性并且对 广泛的使用者来说都可买得起。
该任务通过一种具有按权利要求1所述特征的方法以及通过一种 具有按权利要求9所述特征的装置得到解决。优选的、可以单个地或 者彼此组合地使用的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
按本发明的用于测定陆上汽车当前横摆角和当前侧滑角的方法利 用了行驶状态传感装置、驶偏传感器以及定位系统，它们存在于陆上 汽车中。所述定位系统不仅可以是卫星发射机辅助定位系统，而且也 可以是用陆地上的发射机工作的定位系统，或者也可以是由这两种方 案组合得到的定位系统。
在利用由这些系统提供的数据的情况下，首先借助于由汽车内部 的行驶状态传感装置和/或驶偏传感器提供的传感器数值来求出陆上汽 车的至少一个侧滑角特性参数。
此外，求出当前的速度矢量角，该速度矢量角作为在用所述定位 系统的数值求出的陆上汽车速度矢量与固定在地上的轴线之间的角度 来求出。
将至少一个求出的侧滑角特性参数与至少一个规定的特性参数极 限值进行比较。
如果所述侧滑角特性参数低于特性参数极限值，那就将当前横摆 角调整到当前的速度矢量角，其中借助于由汽车内部的行驶状态传感 装置和/或所述驶偏传感器提供的传感器数值来求出当前的侧滑角。在 此，只要所述侧滑角与陆上汽车车身的另一个点有关就将该侧滑角换 算到汽车的重心。
如果所述侧滑角特性参数超过所述特性参数极限值，那就借助于 由所述驶偏传感器在先前调整到速度矢量角的基础上通过连续的数值 积分提供的传感器数值来求出当前横摆角，并且作为在如此求出的陆 上汽车横摆角和当前的速度矢量角之间的差来求出所述侧滑角。
按本发明的用于计算陆上汽车的行驶动力学数据的装置设置用于 采集和处理布置在汽车内的行驶状态传感装置、驶偏传感器以及定位 系统的数据并且装备有计算单元，该计算单元则具有用于按照所描述 的方法来测定陆上汽车的当前横摆角和当前侧滑角的功能单元。
本发明允许即使在车内没有额外的传感装置如第二定位系统或路 面识别系统的情况下可靠地并且以足够的精度求出所述侧滑角，如果 所述侧滑角在几秒范围内具有大的数值。与此同时，在长时间间隔内 可靠地确定汽车的横摆角，并且在短的时间间隔内对在积分过程中出 现的数值偏差进行调整。除此以外，可以用所述方法对惯性传感器尤 其是驶偏传感器的功能效率进行监控。
以有利的方式在规定的时间间隔(ZI)内或者比如在根据当前行 驶状况变化的时间间隔(ZI)内重复在求出当前横摆角及侧滑角的过 程中的各个步骤。由此可以按需要利用按本发明的装置的计算能力， 并且在面临危险情况时通过计算间隔的缩短来提高数值计算的精度。
在另一种优选的设计方案中，不仅规定静态的特性参数极限值， 而且规定动态的特性参数极限值。所述静态的特性参数极限值在此是 指规定大小的数值极限。所述动态的特性参数极限值是表征侧滑角增 加的数值极限。这样做的优点是，一方面可以在缓慢超过所述静态的 特性参数极限值时可靠地作出决定。另一方面可以通过快速变化的识 别以及通过超过所述动态的特性参数极限值这种方式，不依赖于该数 值的绝对大小首先在一定程度上超过所述静态的特性参数极限值，并 且能够必要时还在进入极限情况之前进行快速反应。
借助于行驶状态传感装置，可以至少分别测定一个数值用于确定 至少一个车轮转速和/或汽车加速度和/或汽车纵向加速度。这些数值可 以优选用于计算规定的侧滑角特性参数。此外，借助于所述行驶状态 传感装置，可以分别测定至少一个数值用于确定陆上汽车的至少一个 车轮的驱动力矩和/或制动力矩，并且同样或者可选用于计算规定的侧 滑角特性参数。这一点尤为有利，如果本来就存在相应的传感器，比 如用于防抱死制动系统、驻车制动系统、导航系统或类似功能单元的 传感器。
借助于专门的计算算法，可以从那些用所述行驶状态传感装置 (FZS)求出的数值中求出用于横向滑移和/或纵向滑移以及用于至少 作用于一个车轮的横向力或者说纵向力的特性参数。这些特性参数可 以优选用作所述至少一个侧滑角特性参数的计算基础。
如果借助于滤波算法尤其卡尔曼(Kalmann)滤波器为所述行驶状 态传感装置的至少一个加速度信号进行偏移量校正，那就可以在求出 所述横摆角和侧滑角时获得额外的精度。由此可以减少比如因路面不 平度或路面倾斜度引起的数值偏差，并且由此在总体上提高计算精 度。
为进一步提高所求出的数据的精度，可以考虑使用额外的环境信 息用于对至少一个加速度信号进行偏移量校正。这样的环境信息可以 比如来自存放在导航系统中的公路地图的地图数据，通过地方信息源 (地方发射机)传输到该系统中或者由已经存在的雷达系统、摄像机 等予以提供。
换句话说，本发明包含一种算法，该算法识别出大的侧滑角(比 如＞3°)的出现。该算法将所述行驶状态传感装置的信号用作输入数 据，所述行驶状态传感装置早就存在于那些装备了稳定程序的汽车 中，也就是比如将车轮转速、偏转比率及横向加速度用作输入数据。 此外，可以使用被驱动的车轮的驱动力矩以及所有车轮的制动力矩。 作为可选方案，也使用汽车的纵向加速度。借助于这些参数，可以计 算所有车轮的纵向滑移、所有车轮的横向滑移以及作用于每个车轮的 纵向力及横向力。从这些参数中又可以计算特性参数，借助于所述特 性参数就所述侧滑角是否已经处于指定的极限值之上或者是否准备超 过指定的极限值作出判定。在这种情况下，将特征位(Flag)置于数值 1上。否则该特征位为数值0。
借助于卡尔曼(Kalmann)滤波器，尤其通过渐增的路面倾斜度可 以对加速度传感器的偏移量进行校正或者至少可以进行改进。此外， 也可以利用导航仪器的地图信息以及可能的当前的路面状况信息(比 如通过具有大倾角的建筑工地)。
如果所述特征位具有数值零，那么使由导航接收器提供的在汽车 的速度矢量和在路面平面中固定在地上的轴线之间的角度等于所述横 摆角。通过这种方式对所述积分偏移量进行调整。
如果所述特征位具有数值1，那就通过所述驶偏传感器信号的积分 来确定汽车的横摆角。因为所述特征位仅仅在短的时间间隔内(危险 情况)具有数值1(＜20秒)并且事先已用速度矢量角对所述横摆角积 分进行了调整，所以这种类型的横摆角测定在这个时间间隔内非常精 确。在这种情况下作为在由导航接收器提供的角度和横摆角之间的差 来确定所述侧滑角。
总之本发明是，借助于行驶状态传感装置、驶偏传感器以及定位 系统首先求出侧滑角特性参数。如果所述侧滑角特性参数低于极限 值，那就将当前的横摆角调整到当前的、借助于定位系统求出的速度 矢量角。如果所述侧滑角特性参数超过规定的极限值，那就借助于驶 偏传感器的传感器数值通过连续的数值积分来求出当前的横摆角并且 作为在横摆角和速度矢量角之间的差计算所述侧滑角。
附图说明
下面借助于附图中的示意图对本发明的实施例进行详细解释。其 中：
图1是陆上汽车的简化示意图连同关系重大的角度的示意图；
图2是用于对按本发明的方法的方法流程进行描绘的简化流程 图；并且
图3是按本发明的用于对行驶动力学数据进行计算的装置的示意 图。
功能相同的以及名称相同的部件在附图中用相同的附图标记来表 示。
该任务通过一种具有按权利要求1所述特征的方法以及通过一种 具有按权利要求9所述特征的装置得到解决。优选的、可以单个地或 者彼此组合地使用的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
按本发明的用于测定陆上汽车当前横摆角和当前侧滑角的方法利 用了行驶状态传感装置、驶偏传感器以及定位系统，它们存在于陆上 汽车中。所述定位系统不仅可以是卫星发射机辅助定位系统，而且也 可以是用陆地上的发射机工作的定位系统，或者也可以是由这两种方 案组合得到的定位系统。
在利用由这些系统提供的数据的情况下，首先借助于由汽车内部 的行驶状态传感装置和/或驶偏传感器提供的传感器数值来求出陆上汽 车的至少一个侧滑角特性参数。
此外，求出当前的速度矢量角，该速度矢量角作为在用所述定位 系统的数值求出的陆上汽车速度矢量与固定在地上的轴线之间的角度 来求出。
将至少一个求出的侧滑角特性参数与至少一个规定的特性参数极 限值进行比较。
如果所述侧滑角特性参数低于特性参数极限值，那就将当前横摆 角调整到当前的速度矢量角，其中借助于由汽车内部的行驶状态传感 装置和/或所述驶偏传感器提供的传感器数值来求出当前的侧滑角。在 此，只要所述侧滑角与陆上汽车车身的另一个点有关就将该侧滑角换 算到汽车的重心。
如果所述侧滑角特性参数超过所述特性参数极限值，那就借助于 由所述驶偏传感器在先前调整到速度矢量角的基础上通过连续的数值 积分提供的传感器数值来求出当前横摆角，并且作为在如此求出的陆 上汽车横摆角和当前的速度矢量角之间的差来求出所述侧滑角。
按本发明的用于计算陆上汽车的行驶动力学数据的装置设置用于 采集和处理布置在汽车内的行驶状态传感装置、驶偏传感器以及定位 系统的数据并且装备有计算单元，该计算单元则具有用于按照所描述 的方法来测定陆上汽车的当前横摆角和当前侧滑角的功能单元。
本发明允许即使在车内没有额外的传感装置如第二定位系统或路 面识别系统的情况下可靠地并且以足够的精度求出所述侧滑角，如果 所述侧滑角在几秒范围内具有大的数值。与此同时，在长时间间隔内 可靠地确定汽车的横摆角，并且在短的时间间隔内对在积分过程中出 现的数值偏差进行调整。除此以外，可以用所述方法对惯性传感器尤 其是驶偏传感器的功能效率进行监控。
以有利的方式在规定的时间间隔(ZI)内或者比如在根据当前行 驶状况变化的时间间隔(ZI)内重复在求出当前横摆角及侧滑角的过 程中的各个步骤。由此可以按需要利用按本发明的装置的计算能力， 并且在面临危险情况时通过计算间隔的缩短来提高数值计算的精度。
在另一种优选的设计方案中，不仅规定静态的特性参数极限值， 而且规定动态的特性参数极限值。所述静态的特性参数极限值在此是 指规定大小的数值极限。所述动态的特性参数极限值是表征侧滑角增 加的数值极限。这样做的优点是，一方面可以在缓慢超过所述静态的 特性参数极限值时可靠地作出决定。另一方面可以通过快速变化的识 别以及通过超过所述动态的特性参数极限值这种方式，不依赖于该数 值的绝对大小首先在一定程度上超过所述静态的特性参数极限值，并 且能够必要时还在进入极限情况之前进行快速反应。
借助于行驶状态传感装置，可以至少分别测定一个数值用于确定 至少一个车轮转速和/或汽车加速度和/或汽车纵向加速度。这些数值可 以优选用于计算规定的侧滑角特性参数。此外，借助于所述行驶状态 传感装置，可以分别测定至少一个数值用于确定陆上汽车的至少一个 车轮的驱动力矩和/或制动力矩，并且同样或者可选用于计算规定的侧 滑角特性参数。这一点尤为有利，如果本来就存在相应的传感器，比 如用于防抱死制动系统、驻车制动系统、导航系统或类似功能单元的 传感器。
借助于专门的计算算法，可以从那些用所述行驶状态传感装置 (FZS)求出的数值中求出用于横向滑移和/或纵向滑移以及用于至少 作用于一个车轮的横向力或者说纵向力的特性参数。这些特性参数可 以优选用作所述至少一个侧滑角特性参数的计算基础。
如果借助于滤波算法尤其卡尔曼(Kalmann)滤波器为所述行驶状 态传感装置的至少一个加速度信号进行偏移量校正，那就可以在求出 所述横摆角和侧滑角时获得额外的精度。由此可以减少比如因路面不 平度或路面倾斜度引起的数值偏差，并且由此在总体上提高计算精 度。
为进一步提高所求出的数据的精度，可以考虑使用额外的环境信 息用于对至少一个加速度信号进行偏移量校正。这样的环境信息可以 比如来自存放在导航系统中的公路地图的地图数据，通过地方信息源 (地方发射机)传输到该系统中或者由已经存在的雷达系统、摄像机 等予以提供。
换句话说，本发明包含一种算法，该算法识别出大的侧滑角(比 如＞3°)的出现。该算法将所述行驶状态传感装置的信号用作输入数 据，所述行驶状态传感装置早就存在于那些装备了稳定程序的汽车 中，也就是比如将车轮转速、偏转比率及横向加速度用作输入数据。 此外，可以使用被驱动的车轮的驱动力矩以及所有车轮的制动力矩。 作为可选方案，也使用汽车的纵向加速度。借助于这些参数，可以计 算所有车轮的纵向滑移、所有车轮的横向滑移以及作用于每个车轮的 纵向力及横向力。从这些参数中又可以计算特性参数，借助于所述特 性参数就所述侧滑角是否已经处于指定的极限值之上或者是否准备超 过指定的极限值作出判定。在这种情况下，将特征位(Flag)置于数值 1上。否则该特征位为数值0。
借助于卡尔曼(Kalmann)滤波器，尤其通过渐增的路面倾斜度可 以对加速度传感器的偏移量进行校正或者至少可以进行改进。此外， 也可以利用导航仪器的地图信息以及可能的当前的路面状况信息(比 如通过具有大倾角的建筑工地)。
如果所述特征位具有数值零，那么使由导航接收器提供的在汽车 的速度矢量和在路面平面中固定在地上的轴线之间的角度等于所述横 摆角。通过这种方式对所述积分偏移量进行调整。
如果所述特征位具有数值1，那就通过所述驶偏传感器信号的积分 来确定汽车的横摆角。因为所述特征位仅仅在短的时间间隔内(危险 情况)具有数值1(＜20秒)并且事先已用速度矢量角对所述横摆角积 分进行了调整，所以这种类型的横摆角测定在这个时间间隔内非常精 确。在这种情况下作为在由导航接收器提供的角度和横摆角之间的差 来确定所述侧滑角。
总之本发明是，借助于行驶状态传感装置、驶偏传感器以及定位 系统首先求出侧滑角特性参数。如果所述侧滑角特性参数低于极限 值，那就将当前的横摆角调整到当前的、借助于定位系统求出的速度 矢量角。如果所述侧滑角特性参数超过规定的极限值，那就借助于驶 偏传感器的传感器数值通过连续的数值积分来求出当前的横摆角并且 作为在横摆角和速度矢量角之间的差计算所述侧滑角。
附图说明
下面借助于附图中的示意图对本发明的实施例进行详细解释。其 中：
图1是陆上汽车的简化示意图连同关系重大的角度的示意图；
图2是用于对按本发明的方法的方法流程进行描绘的简化流程 图；并且
图3是按本发明的用于对行驶动力学数据进行计算的装置的示意 图。
功能相同的以及名称相同的部件在附图中用相同的附图标记来表 示。
具体实施方式
图1中的简化示意图示出了陆上汽车LF的大致草图，该陆上汽车 具有两个不可转向的车轮(后桥)R1和R3以及两个可以转向的车轮 (前桥)R2和R4。此外示出了汽车纵轴线LA和汽车重心CG。在此 示出了该汽车关于固定在地上的坐标系的俯视图，该坐标系具有主轴 XE、YE和ZE，其中所述主轴XE和YE撑开一个平行于地面的平面，该 汽车在该平面上移动，并且第三条主轴ZE从观察平面伸出来并且反向 于观察者的方向。汽车平面在此平行于地面(平面XE/YE)定向，汽车 的俯仰角θ和摆振角由此设置为零。所绘出的关于汽车重心CG的 当前横摆角ψ由此是在平行于所述固定在地上的主轴XE穿过汽车重心 CG的辅助主轴XE’和汽车纵轴LA之间的角度。
同样源自汽车LF的重心CG的当前速度矢量VG表明关于汽车重 心CG的当前汽车速度大小和方向。所述当前侧滑角β在此表明是在 汽车纵轴LA和速度矢量VG之间的角度。所述当前速度矢量角γ是在 所述辅助主轴XE’和速度矢量VG之间的角度。从示意图中可清楚看 出，在侧滑角β消失时，所述横摆角ψ和速度矢量角γ相一致。
在图2中以流程图的形式示出了一种按本发明的方法的流程。所 必需的数据和信号在此由功能单元行驶状态传感装置FZS、驶偏传感 器GRS和定位系统PBS来提供。在此，所述驶偏传感器GRS可以如 所示出的一样是所述行驶状态传感装置FZS的一个集成的组成部分， 或者也可以是一个独立的传感器单元或者是所述用于对陆上汽车的行 驶动力学数据进行计算的装置(未示出)的一个组成部分。在现有情 况中还在所述行驶状态传感装置FZS内部实施前置的流程步骤0.1，在 该流程步骤0.1中首先对所需要的传感器数值进行偏移量校正。这可以 借助于滤波程序如卡尔曼(Kalmann)滤波器并且在借助于其它的环境 信息如来自导航系统的地图数据、雷达测量结果或者间距测量装置或 轮距保持-辅助系统的摄像机图片等进行。这种偏移量校正当然也可 以在用于对行驶动力学数据进行计算的装置内部(为此也参见图3)在 信号分析及信号处理的框架内进行。
在第一流程步骤1中开始所述方法流程。接着在时间上平行进行 的流程中执行步骤1.1、2.1和3.1。接下来紧接在步骤1.1和2.1之后执 行步骤1.2或者说2.2。
在步骤1.1中对侧滑角特性参数Kβ进行计算。这借助于一种算法 进行，该算法将所述行驶状态传感装置FZS的信号用作输入数据。在 这些侧滑角特性参数Kβ的基础上，在接下来的步骤1.2中按常规求出/ 计算当前的侧滑角。
在步骤2.1中，作为用于在步骤2.2中以下常规的横摆角测定的起 点预先给定一个基准横摆角ψR。用最后在时间上先行的方法流程中求 得的当前横摆角ψ对这个基准横摆角ψR进行调整，也就是说调整到更 新过的数值上。由此通过积分偏移量周期性地对数值偏差进行校正。 在接下来的步骤2.2中，通过对由驶偏传感器提供的数值的积分按常规 求出所述横摆角ψK。
在步骤3.1中借助于由用于定位的系统提供的数据求得当前的速 度矢量角γ。该定位系统不仅可以是卫星发射机辅助的定位系统，而 且可以是用陆地上的发射机工作的定位系统，或者也可以是由这两种 方案组合得到的定位系统。
由此，在方法流程的接下来的节点P1上提供所有对下面的流程来 说所必需的数值。现在在接下来的分支步骤1.3中，将在步骤1.1中求 得的侧滑角特性参数Kβ与预先给定的特性参数极限值Gβ进行比较。
如果在步骤1.3中的比较表明，所述侧滑角特性参数Kβ高于特性 参数极限值Gβ，那就存在一种危险的、具有较大的不可忽视的侧滑角 (比如＞3°)的行驶状态。在这种情况下，在方法流程中接下来进行 下一个分支步骤1.4，在该分支步骤1.4中检查是否存在所述速度矢量 角γ的数值。在步骤3.1中可能由于缺少信号(比如因卫星信号屏蔽而 引起)而无法求得当前的速度矢量角γ。
如果不存在任何当前的速度矢量角γ，那么在步骤4.2和4.3中就 在来自先行流程的数值的基础上对速度矢量角γext进行外推，并且将 当前的速度矢量角γ置于外推的数值γext上。由此，在不仅在存在当 前的速度矢量角γ的情况下的步骤1.4后面的而且在外推了所述速度 矢量角γ的情况下的步骤4.3后面的节点P2中，存在所述速度矢量角 γ的更新过的数值。
现在在接下来的步骤1.5中，将当前的横摆角ψ置于在步骤2.2中 按常规方法求出的横摆角ψK上。随后从在当前的横摆角ψ和当前的速 度矢量角γ之间的差中确定当前的侧滑角β。
如果在步骤1.3中的比较表明所述侧滑角特性参数Kβ低于特性参 数极限值Gβ，那就意味着，汽车处于稳定的行驶状态中并且所述侧滑 角β可以以很大的可靠性予以忽视。
在这种情况下在分支步骤4.1中检查，是否提供了一个当前的速度 矢量角γ。如果不是这种情况，那么流程就分支到步骤4.2并且象此前 所描述的一样求得速度矢量角γ、横摆角ψ和侧滑角β的当前数值。
但是如果在步骤4.1中发现，存在速度矢量γ的当前数值，那么随 后在步骤5.1中将所述横摆角ψ置于所述速度矢量角γ的当前数值 上。在这种情况下在随后的步骤5.2中将所述侧滑角β置于在步骤1.2 中按常规方法求得的数值βK上，该数值βK在数值很小时具有足够的 精度。
在时间间隔ZI内将所述方法执行完毕之后，以相应有利的方式求 得当前角度值并且可以重新开始所述流程。
图3示出了按本发明的用于对行驶动力学数据进行计算的装置 FDR的示意图，此外该装置也称为行驶动力学计算机FDR。该装置基 本上是一个计算单元，它为计算所期望的数值动用外部数据和信号。 为此所述行驶动力学计算机FDR与所述行驶状态传感装置FZS的多个 传感器单元连接。在图3中作为行驶状态传感装置FZS的组成部分示 范性地示出以下传感器单元：用于多个车轮的车轮转速传感器RS、用 于不同方向的加速度传感器AS、用于多个车轮上的驱动力矩或者说制 动力矩的驱动力矩传感器DS和制动力矩传感器BS、转向角传感器 LS、在多个车轮上的弹簧行程传感器FS、俯仰传感器θS、摆振传感 器S以及驶偏传感器ψS。
此外，所述行驶动力学计算机FDR与定位系统PBS以及其它用于 采集以及必要时用于处理环境信息的信息系统相连接。这些信息系统 UIS在图3中并合在一个模块中示出，但是完全可以构造为分开的系统 单元。这样的系统可以是：导航系统、摄像系统、雷达系统、无线电 辅助路段信息系统以及类似的用于采集环境数据的系统。
所述行驶动力学计算机FDR主要具有用于信号分析/信号处理的 功能单元SE、用于计算行驶动力学数据的功能单元DR以及用于信号 输出/致动的功能单元SA。所述行驶动力学计算机当然也可以具有其它 的未在图3中示出的功能单元，比如也具有集成的传感器单元(陀螺 仪)。
按本发明的方法流程用所述行驶动力学计算机通过相应的在行驶 动力学计算机上执行的计算程序来实施。计算出来的用于有待确定的 角度的数值可以直接在所述行驶动力学计算机中继续利用比如用于计 算控制参数，或者也可以输出到外部的功能模块以作进一步利用。
同样源自汽车LF的重心CG的当前速度矢量VG表明关于汽车重 心CG的当前汽车速度大小和方向。所述当前侧滑角β在此表明是在 汽车纵轴LA和速度矢量VG之间的角度。所述当前速度矢量角γ是在 所述辅助主轴XE’和速度矢量VG之间的角度。从示意图中可清楚看 出，在侧滑角β消失时，所述横摆角ψ和速度矢量角γ相一致。
在图2中以流程图的形式示出了一种按本发明的方法的流程。所 必需的数据和信号在此由功能单元行驶状态传感装置FZS、驶偏传感 器GRS和定位系统PBS来提供。在此，所述驶偏传感器GRS可以如 所示出的一样是所述行驶状态传感装置FZS的一个集成的组成部分， 或者也可以是一个独立的传感器单元或者是所述用于对陆上汽车的行 驶动力学数据进行计算的装置(未示出)的一个组成部分。在现有情 况中还在所述行驶状态传感装置FZS内部实施前置的流程步骤0.1，在 该流程步骤0.1中首先对所需要的传感器数值进行偏移量校正。这可以 借助于滤波程序如卡尔曼(Kalmann)滤波器并且在借助于其它的环境 信息如来自导航系统的地图数据、雷达测量结果或者间距测量装置或 轮距保持-辅助系统的摄像机图片等进行。这种偏移量校正当然也可 以在用于对行驶动力学数据进行计算的装置内部(为此也参见图3)在 信号分析及信号处理的框架内进行。
在第一流程步骤1中开始所述方法流程。接着在时间上平行进行 的流程中执行步骤1.1、2.1和3.1。接下来紧接在步骤1.1和2.1之后执 行步骤1.2或者说2.2。
在步骤1.1中对侧滑角特性参数Kβ进行计算。这借助于一种算法 进行，该算法将所述行驶状态传感装置FZS的信号用作输入数据。在 这些侧滑角特性参数Kβ的基础上，在接下来的步骤1.2中按常规求出/ 计算当前的侧滑角。
在步骤2.1中，作为用于在步骤2.2中以下常规的横摆角测定的起 点预先给定一个基准横摆角ψR。用最后在时间上先行的方法流程中求 得的当前横摆角ψ对这个基准横摆角ψR进行调整，也就是说调整到更 新过的数值上。由此通过积分偏移量周期性地对数值偏差进行校正。 在接下来的步骤2.2中，通过对由驶偏传感器提供的数值的积分按常规 求出所述横摆角ψK。
在步骤3.1中借助于由用于定位的系统提供的数据求得当前的速 度矢量角γ。该定位系统不仅可以是卫星发射机辅助的定位系统，而 且可以是用陆地上的发射机工作的定位系统，或者也可以是由这两种 方案组合得到的定位系统。
由此，在方法流程的接下来的节点P1上提供所有对下面的流程来 说所必需的数值。现在在接下来的分支步骤1.3中，将在步骤1.1中求 得的侧滑角特性参数Kβ与预先给定的特性参数极限值Gβ进行比较。
如果在步骤1.3中的比较表明，所述侧滑角特性参数Kβ高于特性 参数极限值Gβ，那就存在一种危险的、具有较大的不可忽视的侧滑角 (比如＞3°)的行驶状态。在这种情况下，在方法流程中接下来进行 下一个分支步骤1.4，在该分支步骤1.4中检查是否存在所述速度矢量 角γ的数值。在步骤3.1中可能由于缺少信号(比如因卫星信号屏蔽而 引起)而无法求得当前的速度矢量角γ。
如果不存在任何当前的速度矢量角γ，那么在步骤4.2和4.3中就 在来自先行流程的数值的基础上对速度矢量角γext进行外推，并且将 当前的速度矢量角γ置于外推的数值γext上。由此，在不仅在存在当 前的速度矢量角γ的情况下的步骤1.4后面的而且在外推了所述速度 矢量角γ的情况下的步骤4.3后面的节点P2中，存在所述速度矢量角 γ的更新过的数值。
现在在接下来的步骤1.5中，将当前的横摆角ψ置于在步骤2.2中 按常规方法求出的横摆角ψK上。随后从在当前的横摆角ψ和当前的速 度矢量角γ之间的差中确定当前的侧滑角β。
如果在步骤1.3中的比较表明所述侧滑角特性参数Kβ低于特性参 数极限值Gβ，那就意味着，汽车处于稳定的行驶状态中并且所述侧滑 角β可以以很大的可靠性予以忽视。
在这种情况下在分支步骤4.1中检查，是否提供了一个当前的速度 矢量角γ。如果不是这种情况，那么流程就分支到步骤4.2并且象此前 所描述的一样求得速度矢量角γ、横摆角ψ和侧滑角β的当前数值。
但是如果在步骤4.1中发现，存在速度矢量γ的当前数值，那么随 后在步骤5.1中将所述横摆角ψ置于所述速度矢量角γ的当前数值 上。在这种情况下在随后的步骤5.2中将所述侧滑角β置于在步骤1.2 中按常规方法求得的数值βK上，该数值βK在数值很小时具有足够的 精度。
在时间间隔ZI内将所述方法执行完毕之后，以相应有利的方式求 得当前角度值并且可以重新开始所述流程。
图3示出了按本发明的用于对行驶动力学数据进行计算的装置 FDR的示意图，此外该装置也称为行驶动力学计算机FDR。该装置基 本上是一个计算单元，它为计算所期望的数值动用外部数据和信号。 为此所述行驶动力学计算机FDR与所述行驶状态传感装置FZS的多个 传感器单元连接。在图3中作为行驶状态传感装置FZS的组成部分示 范性地示出以下传感器单元：用于多个车轮的车轮转速传感器RS、用 于不同方向的加速度传感器AS、用于多个车轮上的驱动力矩或者说制 动力矩的驱动力矩传感器DS和制动力矩传感器BS、转向角传感器 LS、在多个车轮上的弹簧行程传感器FS、俯仰传感器θS、摆振传感 器S以及驶偏传感器ψS。
此外，所述行驶动力学计算机FDR与定位系统PBS以及其它用于 采集以及必要时用于处理环境信息的信息系统相连接。这些信息系统 UIS在图3中并合在一个模块中示出，但是完全可以构造为分开的系统 单元。这样的系统可以是：导航系统、摄像系统、雷达系统、无线电 辅助路段信息系统以及类似的用于采集环境数据的系统。
所述行驶动力学计算机FDR主要具有用于信号分析/信号处理的 功能单元SE、用于计算行驶动力学数据的功能单元DR以及用于信号 输出/致动的功能单元SA。所述行驶动力学计算机当然也可以具有其它 的未在图3中示出的功能单元，比如也具有集成的传感器单元(陀螺 仪)。
按本发明的方法流程用所述行驶动力学计算机通过相应的在行驶 动力学计算机上执行的计算程序来实施。计算出来的用于有待确定的 角度的数值可以直接在所述行驶动力学计算机中继续利用比如用于计 算控制参数，或者也可以输出到外部的功能模块以作进一步利用。
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