Solche Verfahren und Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik in vielerlei Modifikation bekannt. So offenbaren bei- spielsweise die DE 42 26 749 C2 und die DE 43 25 413 C2 je- weils ein Verfahren zur Bestimmung des Schwimmwinkels des Fahrzeuges. Gemäß der DE 42 26 749 C2 wird der Schwimmwinkel in Abhängigkeit der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Längs- beschleunigung, der Querbeschleunigung und der Gierwinkelge- schwindigkeit unter Verwendung von Zustandsgleichungen ermit- telt. Gemäß der DE 43 25 413 C2 wird der Schwimmwinkel in Ab- hängigkeit der Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, der Längsbe- schleunigung, der Querbeschleunigung, der Gierwinkelgeschwin- digkeit, des Lenkwinkels, der Raddrehzahlen der einzelnen Rä- der und als Zustandsgröße des Neigungswinkels der Fahrbahn gegenüber der Ebene unter Verwendung von Bewegungsgleichungen und zumindest einer auf einem Fahrzeugmodell beruhenden Mess- gleichung ermittelt. Gegenüber diesen beiden Verfahren unter- scheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren in der Festle- gung der Eingangsgrößen und in der Festlegung der Ausgangs- größen. Mit keinem der beiden aus dem Stand der Technik be- kannten Verfahren wird eine Fahrzeuggeschwindigkeitsgröße, d. h. eine die Fahrzeugquergeschwindigkeit beschreibende Größe und/oder eine die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit beschreibende Größe, oder werden Fahrbahngrößen ermittelt. Darüber hinaus liegt ein Unterschied in der Struktur der Prädiktionsglei- chungen und der Messgleichungen vor.

Aus der DE 42 00 061 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Fahrzeugquergeschwindigkeit und/oder des Schwimmwinkels be- kannt, wobei diese beiden Größen unter Verwendung eines mo- dellgestützten Schätzverfahren ermittelt werden. Als Ein- gangsgrößen werden hierbei neben dem Lenkwinkel des Fahrzeu- ges, der Längsgeschwindigkeit des Fahrzeuges, der Gierwinkel- geschwindigkeit des Fahrzeuges zusätzlich die Querbeschleuni- gung des Fahrzeuges und die Geschwindigkeiten der Räder be- rücksichtigt. In einer alternativen Ausführungsform werden bis auf die Querbeschleunigung des Fahrzeuges, für die die Bremsdrücke berücksichtigt werden, die gleichen Eingangsgrö- ßen verwendet. Die beiden in der DE 42 00 061 C2 beschriebe- nen Verfahren unterscheiden sich von dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die verwendeten Eingangsgrößen. Darüber hin- aus gibt es Unterschiede in dem verwendeten Rechenverfahren.

Außerdem ist es bei keinem dieser Verfahren vorgesehen, eine Fahrbahngrößen zu ermitteln.

In der DE 196 07 429 AI ist eine fehlertolerante Regel- und/oder Steuereinrichtung für eine Fahrdynamikregeleinrich- tung für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Ein Teil dieser feh- lertoleranten Regel-und/oder Steuereinrichtung ist eine Zu- standsgrößenermittlungseinheit, können Zustandsgrößenwerte geschätzt werden, die als Eingangsgrößen einem Fahrdynamik- regler zugeführt werden. Bei diesen geschätzten Zustandsgrö- ßenwerte handelt es sich um den Schwimmwinkel des Fahrzeuges und die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit. Als Eingangsgrößen, in deren Abhängigkeit die Schätzung erfolgt, werden der Lenkrad- winkel, die Fahrzeuglängsbeschleunigung, zum einen die im vorderen Bereich des Fahrzeuges und zum anderen die im hinte- ren Bereich des Fahrzeuges erfasste Querbeschleunigung, die Gierwinkelgeschwindigkeit und die Raddrehzahlen verwendet.

Das in der DE 196 07 429 Al beschriebene Verfahren unter- scheidet sich von dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die mittels Schätzung erzielten Ausgangsgrößen, was zwangsläufig damit einhergeht, dass es Unterschiede in dem verwendeten Re- chenverfahren gibt.

Sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen haben den Nachteil, dass sie entweder nicht die geforderten Ausgangsgrößen, die mit Hilfe des erfindungsgemä- ßen Verfahrens ermittelt werden können, liefern, oder, wenn mit ihnen eine Fahrzeuggeschwindigkeitsgröße ermittelt werden kann, diese Verfahren nicht bei allen Fahrzuständen gleich- bleibend zuverlässig arbeiten, was in diesem Fall bedeutet, dass es Fahrzustände gibt, bei denen nicht auf die von diesen Verfahren und Vorrichtungen ermittelten Größen zurückgegrif- fen werden kann.

Vor diesem Hintergrund ergibt sich folgende Aufgabe : Es soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Fahr- zeuggeschwindigkeitsgrößen, bei denen es sich zumindest um eine die Fahrzeugquergeschwindigkeit beschreibende Größe han- deln soll, und/oder Fahrbahngrößen geschaffen werden, welches bzw. wel- che bei allen denkbaren Fahrzuständen gleichbleibend zuver- lässig arbeitet, was dazu führt, dass auf die so ermittelten Größen bei beliebigen Fahrzuständen zurückgegriffen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 16 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zur Ermittlung von das Fahrverhalten eines Fahrzeu- ges charakterisierenden Größen, mit dem zumindest eine Fahr- zeuggeschwindigkeitsgröße, bei der es sich zumindest um eine die Fahrzeugquergeschwindigkeit beschreibende Größe handelt, und/oder eine Fahrbahngröße, die die Beschaffenheit und/oder den Verlauf der Fahrbahn beschreibt, mit Hilfe eines Schätz- verfahrens ermittelt wird. Erfindungsgemäß werden diese Grö- ßen mit Hilfe des Schätzverfahrens zumindest in Abhängigkeit von einer die Fahrzeuglängsbeschleunigung beschreibenden Grö- ße (aux), von einer die Fahrzeugquerbeschleunigung beschrei- benden Größe (ay), von einer die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschreibenden Größe (W), von einer den Lenk- einschlag der gelenkten Räder charakterisierenden Größe (9, und von die Rotationsgeschwindigkeiten der Fahrzeug- räder beschreibenden Größen (hRi) ermittelt.

Die Berücksichtigung der vorstehend genannten Größen stellt sicher, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei allen denkbaren Fahrzuständen zum einen Fahrzeuggeschwindigkeits- größen, bei denen es sich zumindest um eine die Fahrzeugquer- geschwindigkeit beschreibende Größe handelt, und zum anderen Fahrbahngrößen gleichbleibend zuverlässig ermittelt werden können, was dazu führt, dass auf die so ermittelten Größen bei beliebigen Fahrzuständen zurückgegriffen werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann neben der die Fahr- zeugquergeschwindigkeit beschreibenden Größe als weitere Fahrzeuggeschwindigkeitsgröße vorteilhafterweise eine die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit beschreibende Größe ermittelt werden. Die die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit beschreibende Größe wird beispielsweise bei schlupfbasierten Regelungssys- temen zur Ermittlung des Radschlupfes benötigt. Die die Fahr- zeugquergeschwindigkeit beschreibende Größe wird bei Rege- lungssystemen, mit denen die Querdynamik des Fahrzeuges gere- gelt wird, benötigt.

Bei der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Fahr- bahngröße handelt es sich vorteilhafterweise um eine die Fahrbahnsteigung beschreibende Größe und/oder um eine die Fahrbahnquerneigung beschreibende Größe und/oder eine den Fahrbahnreibwert beschreibende Größe. Die die Fahrbahnstei- gung beschreibende Größe wird beispielsweise benötigt, um störende Einflüsse, wie sie von einer in Längsrichtung des Fahrzeuges geneigten Fahrbahn herrühren, bei einer Regelung eliminieren zu können. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Begriff Fahrbahnsteigung sowohl einen ansteigenden als auch einen abfallenden Verlauf der Fahrbahn umfassen soll.

Die die Fahrbahnquerneigung beschreibende Größe wird eben- falls benötigt, um von ihr ausgehende störende Einflüsse bei einer Regelung eliminieren zu können. Beispielhaft sei hier auf die Erkennung einer Steilwandkurve und deren Berücksich- tigung bei einer Gierratenregelung verwiesen. Die den Fahr- bahnreibwert beschreibende Größe wird beispielsweise bei Re- gelungssystemen, mit denen die Querdynamik des Fahrzeuges ge- regelt wird, zur Begrenzung des Sollwertes für die Gierwin- kelgeschwindigkeit benötigt.

Vorteilhafterweise wird als den Lenkeinschlag der gelenkten Räder charakterisierende Größe eine den Lenkradwinkel be- schreibende Größe oder werden Größen, die die an den gelenk- ten Rädern eingestellten radindividuellen Lenkwinkel be- schreiben, verwendet. Die Berücksichtigung der den Lenkrad- winkel beschreibenden Größe bietet sich an, da Fahrzeuge, die mit einem heute dem Serienstand entsprechenden Regelungssys- tem zur Regelung der Gierwinkelgeschwindigkeit ausgestattet sind, sowieso mit einem Lenkradwinkelsensor ausgestattet sind. In diesem Fall würde mit Blick auf die Sensorik kein Mehraufwand entstehen. Soll jedoch mit solch einem Regelungs- system zur Regelung der Gierwinkelgeschwindigkeit eine noch höhere Regelgüte erzielt werden, dann bietet es sich an, an- stelle der einzelnen, den Lenkradwinkel beschreibenden Größe, Größen zu verwenden, die die an den gelenkten Rädern einge- stellten radindividuellen Lenkwinkel beschreiben.

Für die Ermittlung der Größen, die die an den gelenkten Rä- dern eingestellten radindividuellen Lenkwinkel beschreiben, bieten sich folgende vorteilhafterweise Vorgehensweisen an : Soll der Aufwand an im Fahrzeug zu verbauenden Sensormitteln niedrig gehalten werden, dann bietet es sich an, diese Größe in Abhängigkeit der den Lenkradwinkel beschreibenden Größe zu ermitteln. Sollen diese Größen allerdings sehr genau ermit- telt werden, dann sollten diese mittels den einzelnen gelenk- ten Rädern zugeordneten Sensormitteln ermittelt werden.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Schätzverfahren um ein modellgestütztes Schätzverfahren. Als besonders vorteil- haft hat sich in diesem Zusammenhang der Einsatz eines Zu- standbeobachters erwiesen. Die besten Erfahrungen wurden mit einem Kalman-Filter gemacht. Dies hängt damit zusammen, dass ein Kalman-Filter durch die variable Verstärkungsmatrix bes- ser an den realen Zustand angeglichen werden kann, als andere vergleichbare Schätzverfahren.

Vorteilhafterweise wird bei der Ermittlung der Fahrzeugge- schwindigkeitsgröße, d. h. zumindest der die Fahrzeugquerge- schwindigkeit beschreibenden Größe und ggf. der die Fahrzeug- längsgeschwindigkeit beschreibenden Größe, und/oder der Fahr- bahngröße zusätzlich eine die Gierwinkelbeschleunigung des Fahrzeugs beschreibende Größe und/oder eine die Fahrzeugver- tikalbeschleunigung beschreibende Größe berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung der Gierwinkelbeschleunigung wird die Güte des Schätzverfahrens erhöht. Es können zusätzlich weite- re Einzelfälle erfasst und ausgewertet werden. Die Fahrzeug- vertikalbeschleunigung wird für die Ermittlung der an den einzelnen Fahrzeugrädern auftretenden Radlasten benötigt, die wiederum als zu verarbeitende Größen im Schätzverfahren benö- tigt werden.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei der die Fahrzeuglängs- beschleunigung beschreibenden Größe und/oder bei der die Fahrzeugquerbeschleunigung beschreibenden Größe und/oder bei der die Fahrzeugvertikalbeschleunigung beschreibenden Größe um nick-und/oder wankkorrigierte Größen. Dadurch wird si- chergestellt, dass der Einfluss der Eigenbewegung des Fahr- zeuges aufgrund von Einfedervorgängen auf die mit Hilfe des Schätzverfahrens zu ermittelnden Größen eliminiert ist. Die Durchführung einer Nick-und/oder Wankkorrektur stellt quasi eine Transformation ausgehend von einem fahrzeugfesten Koor- dinatensystem in ein fahrbahnfestes Koordinatensystem dar.

Die mit Hilfe des Schätzverfahrens ermittelten Größen weisen somit lediglich auf die Fahrbahn zurückgehende Einflüsse auf.

Vorteilhafterweise erfolgt die Nick-und/oder Wankkorrektur in Abhängigkeit der die Fahrzeuglängsbeschleunigung beschrei- benden Größe und/oder der die Fahrzeugquerbeschleunigung be- schreibenden Größe und/oder der die Fahrzeugvertikalbe- schleunigung beschreibenden Größe unter Verwendung eines Mo- dells, insbesondere eines Nick-/Wankmodells. Mit Hilfe dieses Modells wird die vorstehend erwähnte Transformation der Koor- dinatensysteme durchgeführt.

In einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Nick- und/oder Wankkorrektur vorteilhafterweise in Abhängigkeit des für wenigstens ein Fahrzeugrad ermittelten Federweges. Diese Art der Nick-und/oder Wankkorrektur ist präziser als die vorstehend erwähnte, auf einem Modell basierende.

Vorteilhafterweise wird bei der Ermittlung der Fahrzeugge- schwindigkeitsgröße d. h. zumindest der die Fahrzeugquerge- schwindigkeit beschreibenden Größe und ggf. der die Fahrzeug- längsgeschwindigkeit beschreibenden Größe, und/oder der Fahr- bahngröße zusätzlich eine die Nickwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschreibende Größe und/oder eine die Wankwinkelge- schwindigkeit des Fahrzeugs beschreibende Größe berücksich- tigt. Durch die Berücksichtigung der zeitlichen Änderung des Nickwinkels und der zeitlichen Änderung des Wankwinkels wird die Güte des verwendeten Schätzverfahrens erhöht, da zusätz- lich zu der durch die Werte des Nickwinkels und des Wankwin- kels beschriebenen quasistationären Situation auch das zeit- liche und somit dynamische Verhalten berücksichtigt wird.

Vorteilhafterweise wird die die Nickwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschreibende Größe und/oder die die Wankwinkelge- schwindigkeit des Fahrzeugs beschreibende Größe in Abhängig- keit des für wenigstens ein Fahrzeugrad ermittelten Federwe- ges um den Anteil der Nick-und/oder Wankbewegung des Fahr- zeugs relativ zur Straße korrigiert. In einer alternativen Ausgestaltung wird die die Nickwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschreibende Größe und/oder die die Wankwinkelge- schwindigkeit des Fahrzeugs beschreibende Größe mit Hilfe ei- nes Nick-/Wankmodells um den Anteil der Nick-und/oder Wank- bewegung des Fahrzeugs relativ zur Straße korrigiert. Auch diese beiden alternativen Maßnahmen führen zu einer Steige- rung der Güte des verwendeten Schätzverfahrens, denn auch durch sie wird sichergestellt, dass der Einfluss der Eigenbe- wegung des Fahrzeuges aufgrund von Einfedervorgängen auf die mit Hilfe des Schätzverfahrens zu ermittelnden Größen elimi- niert ist.

Vorteilhafterweise werden eine die Nickwinkelbeschleunigung des Fahrzeugs beschreibende Größe und/oder eine die Wankwin- kelbeschleunigung des Fahrzeugs beschreibende Größe mit Hilfe der die Fahrzeugvertikalbeschleunigung beschreibenden Größe für mehr als einen Punkt des Fahrzeugs ermittelt und in Ab- hängigkeit der die Nickwinkelbeschleunigung beschreibenden Größe die die Nickwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs be- schreibende Größe und/oder in Abhängigkeit der die Wankwin- kelbeschleunigung beschreibenden Größe die die Wankwinkelge- schwindigkeit des Fahrzeugs beschreibende Größe ermittelt.

Durch die Ermittlung der Nickwinkelgeschwindigkeit und/oder der Wankwinkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit der die Fahr- zeugvertikalbeschleunigung beschreibenden Größe kann auf spe- zielle Sensormittel, bei denen es sich um entsprechend im Fahrzeug angeordnete Drehratensensoren handelt, verzichtet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert zuverlässige Schätz- werte für die Größen Längsgeschwindigkeit, Quergeschwindig- keit, Fahrbahnsteigung bzw. Fahrbahngefälle und Fahrbahnquer- neigung bei allen denkbaren Fahrzuständen und Umgebungsbedin- gungen, insbesondere auch bei quer und längs geneigten Fahr- bahnen und bei Fahrbahnen mit unterschiedlichen Reibwerten.

Weiterhin liefert das erfindungsgemäße Verfahren einen zuver- lässigen Schätzwert für den mittleren Fahrbahnreibwert, wenn der Längs-/Querschlupf mindestens eines Rades des Fahrzeugs in der Nähe der Haftgrenze liegt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, der auch die einzelnen Komponenten der erfindungs- gemäßen Vorrichtung zu entnehmen sind. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass nachfolgend aufgeführte technische Merkmale, die zum Gegenstand der Erfindung gehören, in belie- biger Weise kombinierbar sind.

Das Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung näher be- schrieben. Dabei zeigen : Fig. 1 in einer schematischen Darstellung den dem erfindungs- gemäßen Verfahren zugrunde liegenden Fahrzustandbeob- achter, mit den ihm zugeführten Einganggrößen und den von ihm ausgegebenen Ausgangsgrößen, und Fig. 2 in einer schematischen Darstellung die konkrete Reali- sierung des Fahrzustandsbeobachters als Kalman-Filter.

In Figur 1 ist der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Fahrzustandbeobachter 102, bei dem es sich allgemein formuliert um ein Rechenmittel handelt, mit den ihm zugeführ- ten Einganggrößen und den von ihm ausgegebenen Ausgangsgrößen dargestellt. Die Eingangsgrößen werden dem Fahrzustandbeob- achter 102 ausgehend von einem Block 101, bei dem es sich um verschiedene Sensormittel handelt, und die allgemein als Er- fassungsmittel bezeichnet werden können, zugeführt. Die von dem Fahrzustandsbeobachter 102 ermittelten Ausgangsgrößen werden verschiedenen im Fahrzeug angeordneten Verarbeitungs- mitteln, die zu einem Block 103 zusammengefasst sind, zur weiteren Verarbeitung zugeführt.

Wie der Darstellung in Figur 1 zu entnehmen ist, können dem Fahrzustandbeobachter 102 folgende Größen als Eingangsgrößen zugeführt werden : - Eine nick-und/oder wankkorrigierte Längsbeschleunigungs- größe aXNWK, die von einem Sensormittel 101a, mit dem eine die Fahrzeuglängsbeschleunigung beschreibende Größe erfasst und eine entsprechende Nick-und/oder Wankkorrektur durch- geführt wird, bereitgestellt wird. Alternativ kann dem Fahrzustandsbeobachter 102 auch direkt die die Fahrzeug- längsbeschleunigung beschreibende Größe ax, d. h. ohne vor- genommene Nick-und/oder Wankkorrektur zugeführt werden. In diesem Fall handelt es sich dann bei dem Block 101a um ei- nen gewöhnlichen Längsbeschleunigungssensor. Die ggf. er- forderliche Nick-und/oder Wankkorrektur wird dann im Block 102 vorgenommen.

- Eine nick-und/oder wankkorrigierte Querbeschleunigungsgrö- ße ayNwK die von einem Sensormittel 101b, mit dem eine die Fahrzeugquerbeschleunigung beschreibende Größe erfasst und eine entsprechende Nick-und/oder Wankkorrektur durchge- führt wird, bereitgestellt wird. Alternativ kann dem Fahr- zustandsbeobachter 102 auch direkt die die Fahrzeugquerbe- schleunigung beschreibende Größe ay, d. h. ohne vorgenommene Nick-und/oder Wankkorrektur zugeführt werden. In diesem Fall handelt es sich dann bei dem Block lOlb um einen ge- wöhnlichen Querbeschleunigungssensor. Die ggf. erforderli- che Nick-und/oder Wankkorrektur wird dann im Block 102 vorgenommen.

- Eine nick-und/oder wankkorrigierte Vertikalbeschleuni- gungsgröße azNWK die von einem Sensormittel 101c, mit dem eine die Fahrzeugvertikalbeschleunigung beschreibende Größe erfasst und eine entsprechende Nick-und/oder Wankkorrektur durchgeführt wird, bereitgestellt wird. Alternativ kann dem Fahrzustandsbeobachter 102 auch direkt die die Fahrzeugver- tikalbeschleunigung beschreibende Größe az, d. h. ohne vor- genommene Nick-und/oder Wankkorrektur zugeführt werden. In diesem Fall handelt es sich dann bei dem Block 101c um ei- nen gewöhnlichen Vertikalbeschleunigungssensor. Die ggf. erforderliche Nick-und/oder Wankkorrektur wird dann im Block 102 vorgenommen.

- Eine die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschrei- bende Größe, die mit Hilfe eines aus dem Stand der Tech- nik bekannten Gierratensensors lOld erfasst wird.

- Eine die Gierwinkelbeschleunigung des Fahrzeugs beschrei- bende Größe, die entweder mit Hilfe eines geeigneten Sen- sormittels lOle erfasst wird, oder die rechnerisch aus der die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs beschreibenden Größe hergeleitet wird.

- Eine den Lenkeinschlag der gelenkten Räder charakterisie- rende Größe. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine den Lenkradwinkel beschreibende Größe 0 handeln, die mit Hilfe eines aus dem Stand der Technik bekannten Lenkwinkel- sensors 101f erfasst wird. Alternativ kann es sich um Grö- ßen grad, ; handeln, die die an den gelenkten Rädern einge- stellten radindividuellen Lenkwinkel beschreiben. Diese Größen können entweder aus der Größe a hergeleitet werden, oder sie werden mittels den einzelnen gelenkten Rädern zu- geordneten Sensormitteln 101g, bei denen es sich um aus dem Stand der Technik bekannte Winkelaufnehmer handelt, er- fasst. An dieser Stelle sei angemerkt, dass dem Ausfüh- rungsbeispiel ein Fahrzeug zugrunde liegt, welches mit ei- ner Vorderachslenkung ausgestattet ist. Dies soll keine Einschränkung darstellen. Das Fahrzeug kann zusätzlich zu der Vorderachslenkung auch über eine Hinterachslenkung ver- fügen.

- Die Rotationsgeschwindigkeiten der Fahrzeugräder beschrei- bende Größen h ; ;. Diese werden mit Hilfe von aus dem Stand der Technik bekannten Raddrehzahlsensoren 101h erfasst.

Die in Figur 1 vorgenommene Zusammenfassung der verschiedenen oben aufgeführten Sensormittel zu einem Block 101 soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich können sämt- liche der oben aufgeführten Sensormittel baulich eigenständig im Fahrzeug angeordnet sein. Alternativ bietet es sich an, zumindest einen Teil der oben aufgeführten Sensormittel zu einer baulichen Einheit, einem sogenannten Sensormodul, zu- sammenzufassen. Beispielsweise können der Querbeschleuni- gungssensor, der Längsbeschleunigungssensor, der Vertikalbe- schleunigungssensor und der Gierratensensor zu solch einem Sensormodul zusammengefasst sein. Eventuell ist noch der Sen- sor zur Erfassung der Gierwinkelbeschleunigung in solch einem Sensormodul enthalten. Die restlichen der in der obigen Auf- listung genannten Sensormittel sind dann eigenständig im Fahrzeug verbaut.

An dieser Stelle sei bemerkt, dass der Fahrzustandsbeobachter 102 für die Ermittlung der in Figur 1 dargestellten Ausgangs- größen nicht sämtliche der in dieser Figur dargestellten Ein- gangsgrößen benötigt. Im wesentlichen reichen die die Fahr- zeuglängsbeschleunigung beschreibende Größe, die die Fahr- zeugquerbeschleunigung beschreibende Größe, die die Gierwin- kelgeschwindigkeit beschreibende Größe, die die Rotationsge- schwindigkeiten der Fahrzeugräder beschreibenden Größen und, je nach Ausstattungsgrad des Fahrzeuges, die den Lenkradwin- kel beschreibende Größe oder die Größen, die für wenigstens zwei Fahrzeugräder, insbesondere die Vorderräder des Fahrzeu- ges, die radindividuellen Lenkwinkel beschreiben, aus. Die beiden Beschleunigungsgrößen können dabei schon in nick- und/oder wankkorrigierter Form dem Fahrzustandsbeobachter zu- geführt werden. Alternativ kann die Nick-und/oder Wankkor- rektur erst im Fahrzustandsbeobachter vorgenommen werden.

Wie der Darstellung in Figur 1 zu entnehmen ist, ermittelt der Fahrzustandsbeobachter folgende, den Verarbeitungsmitteln 103 zugeführte Ausgangsgrößen : - eine die Fahrzeugquergeschwindigkeit beschreibende Größe vy und/oder - eine die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit beschreibende Größe vX und/oder - eine die Fahrbahnquerneigung beschreibende Größe und/oder - eine die Fahrbahnsteigung beschreibende Größe 0 und/oder - eine den Fahrbahnreibwert beschreibende Größe Diese Ausgangsgrößen lassen sich in zwei Gruppen einteilen : In eine erste Gruppe, bei der es sich um Fahrzeugbewegungs- größen, die die Fahrzeugbewegung beschreiben, genauer formu- liert um Fahrzeuggeschwindigkeitsgrößen handelt und in eine zweite Gruppe bei der es sich um Fahrbahngrößen, die die Be- schaffenheit und/oder den Verlauf der Fahrbahn beschreiben, handelt.

Im konkreten Fall handelt es sich bei den Fahrzeuggeschwin- digkeitsgrößen um die die Fahrzeugquergeschwindigkeit be- schreibende Größe und um die die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit beschreibende Größe. Bei den Fahrbahngrößen handelt es sich um die die Fahrbahnsteigung beschreibende Größe und um die die Fahrbahnquerneigung beschreibende Größe und um die den Fahrbahnreibwert beschreibende Größe.

Bei den in Figur 1 zu dem Block 103 zusammengefassten Verar- beitungsmitteln kann es sich allgemein formuliert um Vorrich- tungen handeln, mit denen eine Regelung und/oder Steuerung einer die Fahrzeugbewegung beschreibenden und/oder beeinflus- senden Größe durchgeführt wird. Im konkreten Fall kann es sich beispielsweise um folgende Verarbeitungsmittel handeln : - Eine Gierratenregelung, mit der die Gierrate des Fahrzeu- ges, d. h. die Drehbewegung des Fahrzeuges um seine Hochach- se geregelt wird, und/oder - eine Bremsschlupfregelung, und/oder - eine Antriebsschlupfregelung, und/oder - eine Vorrichtung, mit deren Hilfe das Verhalten des Fahr- werkes, genauer gesagt das Dämpfungs-und/oder Federungs- verhalten des Fahrwerkes, beeinflusst wird, und/oder - eine Abstandsregelung, bei der mit Hilfe von Eingriffen in die Bremsen oder in den Motor der Abstand zum vorausfahren- den Fahrzeug eingestellt wird, und/oder - eine Motorsteuerung, und/oder - eine Getriebesteuerung.

Die konkrete Realisierung des Fahrzustandsbeobachters 102 ist in Figur 2 dargestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einem Zustandsbeob- achter, der als Kalman-Filter ausgebildet ist, und der die in Figur 2 dargestellte Struktur aufweist.

Mit Hilfe eines solchen Kalman-Filters kann ein mehrdimensio- naler Zustand, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Vektor x dargestellt wird, eines Systems, welches in all- gemeiner Form durch die vektoriell dargestellten Prädikti- onsgleichungen x= Ax+Bu+w (t) (1) beschrieben wird, mit Hilfe von Messgleichungen der allgemei- nen Form y=h (x, u) + v (t) (2) geschätzt werden. Diese beiden zeitkontinuierlich formulier- ten Vektorgleichungen (1) und (2) stellen den allgemeinen An- satz des dem Ausführungsbeispiel zugrundeliegenden Kalman- Filters dar.

Aus den beiden Gleichungen (1) und (2) lässt sich das in Vek- torschreibweise dargestellte Gleichungssystem x = Ax + Bu + K [y-h (x, u)] (3) K =PCTRw P=FP+PFT-PCTR-tCP+Q' (5) herleiten, welches den in Figur 2 dargestellten Kalman-Filter beschreibt, und welches die Filtergleichungen darstellt.

Die in den Gleichungen (1) bis (5) verwendeten einzelnen Ter- me haben folgende Bedeutung : - Der Vektor x enthält die einzelnen physikalischen Größen, die den zu schätzenden Zustand des Systems repräsentieren.

Diese physikalischen Größen werden als Zustandsgrößen be- zeichnet. Demzufolge enthält der Vektor x die für diese physikalischen Größen ermittelten Schätzwerte. Bei den phy- sikalischen Größen handelt es sich um die die Fahrzeug- längsgeschwindigkeit beschreibende Größe vx, um die die Fahrzeugquergeschwindigkeit beschreibende Größe vy, um die die Fahrbahnquerneigung beschreibende Größe 0, um die die Fahrbahnsteigung beschreibende Größe 0 und um die den Fahr- bahnreibwert beschreibende Größe - Die Vektoren u und y enthalten jeweils einen Teil der Grö- ßen, die dem Kalman-Filter'als Eingangsgrößen zugeführt werden. Der Vektor u enthält die die Fahrzeuglängsbeschleu- nigung beschreibende Größe ax und die die Fahrzeugquerbe- schleunigung beschreibende Größe ay. Der Vektor y enthält ebenfalls die die Fahrzeuglängsbeschleunigung beschreibende Größe ax und die die Fahrzeugquerbeschleunigung beschrei- bende Größe ay sowie zusätzlich die die Gierwinkelbeschleu- nigung des Fahrzeugs beschreibende Größe.

- Die einzelnen Elemente der beiden Matrizen A und B ergeben sich aus den betrachteten Prädiktionsgleichungen.

- Die einzelnen Elemente der Matrix h (x, u) ergeben sich aus den betrachteten Messgleichungen.

- Der Term w (t) repräsentiert vorhandenes Systemrauschen.

- Der Term v (t) repräsentiert vorhandenes Messrauschen.

- Die beiden Matrizen F und C stellen Jacobi-Matrizen dar.

- Die beiden Matrizen Q und R stellen die Leistungsdichte- matrizen des jeweiligen Rauschens dar.

- Die Matrix P entspricht der Kovarianzmatrix.

Die vorstehenden Gleichungen bzw. Gleichungssysteme (1) bis (5) sind zeitkontinuierlich formuliert. Für die Realisierung des Kalman-Filters müssen zumindest die Gleichungen (3) bis (5) zeitdiskret dargestellt werden. Auf diese zeitdiskrete Darstellung haben wir der Übersichtlichkeit halber und da es sich hierbei um eine dem Fachmann geläufige Umformung han- delt, verzichtet.

Bei dem System, für welches Zustände geschätzt werden sollen, handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um ein Kraftfahrzeug.

Einer ersten Ausgestaltung des Kalman-Filters sind folgende Prädiktionsgleichungen zugrunde gelegt : #y = -# vx - g # + ayNWK (6) i vy + g + aNwK (7) 0 = O (8) (D = O (9) # = a(t) µ + b(t) (10) Die Gleichungen (6) bis (10) stellen die einzelnen Gleichun- gen des Gleichungssystems (1) dar, wobei in der Darstellung der Gleichungen (6) bis (10) das Messrauschen nicht berück- sichtigt ist. Die linken Terme der Gleichungen (6) bis (10) stellen die zeitlichen Änderungen der zu schätzenden Zu- standsgrößen dar. Die Werte der Zustandsgrößen wiederum erge- ben sich aus den zeitlichen Änderungen durch Integration. Die Zustandsgrößen entsprechen den in Figur 1 enthaltenen Aus- gangsgrößen. Im Einzelnen handelt es sich um die Fahrzeug- längsgeschwindigkeitvx, um die Fahrzeugquergeschwindigkeit vy, um die Fahrbeahnquerneigung #, um das Fahrbahngefälle 0 und um den mittleren Fahrbahnreibwert u. Die einzelnen Elemente der beiden Matrizen A und B bestimmen sich aus den rechten Termen der Gleichungen (6) bis (10). Die Gleichungen (6) bis (10) stellen Zustandsgleichungen dar, mit denen sich die Fahrzeugbewegung beschreiben lässt.

Gleichung (10) stellt die Prädiktionsgleichung für den Fahr- bahnreibwert, genauer gesagt für den mittleren Fahrbahnreib- wert dar. Für die beiden Terme a (t) und b (t) können bei- spielsweise die konstanten Werte 0.995 und 0.005 gewählt wer- den. Bei vorliegen einer Steilwandkurve kann für den Term b (t) anstelle des Wertes 0.005 der Wert 0.01 gewählt werden, was eine stärkere Nachführung des Reibwertes ermöglicht. Der Term a (t) kann auch in Abhängigkeit der Fahrzeugvertikalbe- schleunigung formuliert werden.

Wie bereits im Zusammenhang mit der Betrachtung der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens erwähnt, liefert das erfin- dungsgemäße Verfahren einen zuverlässigen Schätzwert für den mittleren Fahrbahnreibwert, wenn der Längs-/Querschlupf min- destens eines Rades des Fahrzeugs in der Nähe der Haftgrenze liegt. Der Grund hierfür ist Folgender : Gleichung (10) ist die Prädiktionsgleichung für die Schätzung des Fahrbahnreib- wertes. Für gewöhnlich wird als Startwert der Schätzung der maximal mögliche Fahrbahnreibwert, d. h. der Wert 1 gewählt.

Dieser Startwert geht in den Summanden a (t) p ein. Liegt nun oben beschriebene Situation vor, bei der sich ein Rad des Fahrzeugs in der Nähe der Haftgrenze befindet, so hat man in dieser Situation schon eine erste ungefähre Information über den Fahrbahnreibwert. Dieser Wert, der auf jeden Fall die Si- tuation besser beschreibt als der zu 1 angenommene Wert, kann dann als Startwert verwendet werden. Dadurch kann der Kalman- Filter schneller den genauen Wert des in dieser Situation vorliegenden Fahrbahnreibwertes ermitteln.

Für die allgemein in vektorieller Schreibweise formulierte Messgleichung (2) werden im Ausführungsbeispiel folgende Gleichungen verwendet : a NWK _ F, Y _ Modell rvy'vX a a, a gad, i gad, i/11 NVVIC _ j . x _ a Modell rv'. X' a (jRad, i Rad, i J m = E = " (. ) (ii) Jazz Z z Mit Hilfe dieser Messgleichungen wird der Kalman-Filter wäh- rend seines Betriebes auf die realen Bedingungen abgeglichen.

Der Abgleich erfolgt durch einen Vergleich von Messgrößen mit Größen, die mit Hilfe verschiedener Modelle ermittelt werden.

Mit anderen Worten : Der Kalman-Filter wird durch einen Ver- gleich mit der Realität gestützt.

In den obigen drei Messgleichungen (11), (12) und (13) stel- len die links des ersten Gleichheitszeichen stehenden Ausdrü- cke die gemessenen Größen dar. D. h. es wird ein Wert für die Fahrzeugquerbeschleunigung, für die Fahrzeuglängsbeschleuni- gung und die Gierwinkelbeschleunigung gemessen. Im Falle der Fahrzeugquerbeschleunigung und der Fahrzeuglängsbeschleuni- gung werden diese Größen einer Nick-und/oder Wankkorrektur unterzogen.

In den obigen drei Messgleichungen (11), (12) und (13) deuten die zwischen den beiden Gleichheitszeichen stehenden Terme an, dass die gemessenen Größen auch berechnet werden können.

Im Falle der Fahrzeugquerbeschleunigung kann die Berechnung in Abhängigkeit der auf das Fahrzeug wirkenden Seitenkräfte und im Falle der Fahrzeuglängsbeschleunigung in Abhängigkeit der auf das Fahrzeug wirkenden Längskräfte erfolgen. Im Falle der Gierwinkelbeschleunigung kann die Berechnung in Abhängig- keit der auf das Fahrzeug wirkenden Drehmomente um dessen Hochachse erfolgen.

Die rechts neben den zweiten Gleichheitszeichen stehenden Terme zeigen in Abgängigkeit welcher Größen die Modellgrößen für die Fahrzeugquerbeschleunigung, die Fahrzeuglängsbe- schleunigung und die Gierwinkelbeschleunigung ermittelt wer- den. Die modellgestützte Ermittlung erfolgt in Abhängigkeit der Fahrzeugquergeschwindigkeit, der Fahrzeuglängsgeschwin- digkeit, der nick-und/oder wankkorrigierten Fahrzeugverti- kalbeschleunigung, der Gierwinkelgeschwindigkeit, der den Lenkeinschlag der gelenkten Räder charakterisierenden Größe, des Fahrbahnreibwertes und den die Rotationsgeschwindigkeiten der Fahrzeugräder beschreibenden Größen. Den drei Modellen liegt jeweils ein Zweispur-Fahrzeugmodell und ein nichtlinea- res Reifenmodell, d. h. eine nichtlinearer Reifencharakteris- tik, zugrunde. Darüber hinaus werden die Radlasten ausgehend von der Fahrzeugvertikalbeschleunigung ermittelt.

Von den obigen drei Messgleichungen (11), (12) und (13) wer- den die ersten beiden auf jeden Fall berücksichtigt. Die dritte Messgleichung wird nur berücksichtigt, wenn zusätzlich zu der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung des Fahrzeuges auch dessen Gierwinkelbeschleunigung ausgewertet werden soll.

Den Messgleichungen (11), (12) und (13) ist zu entnehmen, dass in den Abgleich des Kalman-Filters sämtliche der in Fi- gur 1 dargestellten Eingangsgrößen und von den in Figur 1 dargestellten Ausgangsgrößen zumindest die Fahrzeuglängsge- schwindigkeit, die Fahrzeugquergeschwindigkeit und der Fahr- bahnreibwert eingehen. Die Berücksichtigung der Ausgangsgrö- ßen bei der Durchführung des Abgleichs des Kalman-Filters führt dazu, dass es sich um eine rekursives Schätzverfahren handelt.

Für den Fall, dass die bereits mehrfach erwähnte Nick- und/oder Wankkorrektur mit Hilfe eines Modells vorgenommen wird, so hat sich folgendes Modell als besonders vorteilhaft erwiesen : NWY, Sensor ax 1 0 @ a Sensor a NWK-O 1- a Sensor y y 1 aZensor mit <BR> <BR> @ =-esaX (15)<BR> <BR> <BR> =eay » (16) Sensor +e a Sensor 17 1 + e a Sensor O z z Mit Hilfe dieses Modells wird eine Transformation ausgehend von einem fahrzeugfesten Koordinatensystem in ein fahrbahn- festes Koordinatensystem vorgenommen. D. h. die mit Hilfe der im Fahrzeug montierten Sensoren ermittelten Größen Längsbe- schleunigung und/oder Querbeschleunigung und/oder Vertikalbe- schleunigung werden in entsprechende fahrbahnfeste Größen transformiert.

Alternativ zu der ersten Ausgestaltung des Kalman-Filters kann nachfolgende zweite Ausgestaltung eingesetzt werden.

Dieser zweiten Ausgestaltung liegen erweiterte Prädikti- onsgleichungen zugrunde. Diese erweiterten Prädiktionsglei- chungen lauten : vy =-VX-g + aye (6) #x = #vy + g @ + ax (7') <BR> <BR> <BR> #xNWK (8')<BR> <BR> <BR> <BR> 0 = (9') a (t) u+ b (t) Ein Vergleich des Prädiktionsgleichungssatzes der ersten Aus- gestaltung mit dem der zweiten Ausgestaltung zeigt, dass die erste, die zweite und die fünfte Prädiktionsgleichung iden- tisch sind. Lediglich in der dritten und in der vierten Glei- chung unterscheiden sich die beiden Ansätze. Durch Berück- sichtigung der Nickbewegung (Gleichung (8)) und der Wankbe- wegung (Gleichung (9)) hat der Kalman-Filter der zweiten Ausgestaltung den Vorteil, dass Änderungen in der Fahrbahn- längsneigung und/oder in der Fahrbahnquerneigung schneller erfasst werden als bei dem Kalman-Filter der ersten Ausges- taltung. Allerdings ist hierfür zusätzliche Sensorik erfor- derlich. Das Fahrzeug muss zusätzlich mit Sensormitteln zur Erfassung der Wankbewegung und der Nickbewegung ausgestattet sein.

Nachfolgend sei noch auf die Darstellung in Figur 2 eingegan- gen. Dabei sei vorab angemerkt, dass in Figur 2 die Beschleu- nigungsgrößen nicht als nick-und/oder wankkorrigierte Größen dargestellt sind. In diesem Fall wird die erforderliche Nick- und/oder Wankkorrektur außerhalb des Kalman-Filters vorgenom- men.

Am Ausgang des Summenbildners 205 liegt der rechte Term der Gleichung (3) an, d. h. an diesem Ausgang liegen die zeitli- chen Änderungen der Zustandsgrößen an. Mit Hilfe des Integra- tors 206 werden ausgehend von diesen aktuellen zeitlichen Än- derungen der Zustandsgrößen und den Werten der Zustandsgrößen von vorhergehenden Zeitschritten die aktuellen Werte der Zu- standsgrößen ermittelt. Diese aktuellen Werte der Zustands- größen werden in Form des Vektors x ausgegeben. Diese aktuel- len Werte der Zustandsgrößen werden rückgekoppelt. Hierzu wird der Vektor x den beiden Blöcken 207 und 208 zugeführt.

Im Block 207 wird der Term Ai der rechten Seite der Gleichung (3) gebildet. Im Block 208 werden die modellgestützten Werte für die Querbeschleunigung, die Längsbeschleunigung und so- fern diese Größe berücksichtigt wird, auch für die Gierwin- kelbeschleunigung ermittelt. Mit anderen Worten : Im Block 208 werden die rechts der zweiten Gleichheitszeichen stehenden Terme der Messgleichungen (11), (12) und (13) ermittelt. Im Block 208 werden die Stützgrößen für den Abgleich des Kalman- Filters, d. h. die Schätzwerte für die gemessenen Größen Fahr- zeuglängsbeschleunigung, Fahrzeugquerbeschleunigung und Gier- winkelbeschleunigung ermittelt. Diese werden einem Differenz- bildner 202 zugeführt.

Block 201 stellt ein Teil der im Fahrzeug angeordneten Senso- rik dar. Mit dieser Sensorik werden Messwerte für die Fahr- zeuglängsbeschleunigung, die Fahrzeugquerbeschleunigung und die Gierwinkelbeschleunigung ermittelt. Diese Messwerte stel- len die links der ersten Gleichheitszeichen der Messgleichun- gen stehenden Terme dar. Diese Messwerte werden ebenfalls dem Differenzbildner 202 zugeführt. In dem Differenzbildner wird zur Durchführung des Abgleichs des Kalman-Filters die Diffe- renz zwischen den Messwerten und den Schätzwerten gebildet.

Diese Differenz entspricht dem in der eckigen Klammer der Gleichung (3) enthaltenen Term. Diese Differenz wird einem Block 203 zugeführt, in welchem die variable Verstärkung des Kalman-Filters ermittelt wird. Der Block 203 erzeugt als Aus- gangsgröße den Term K [y-h (>u)] der Gleichung (3). Diese wird dem Summenbildner 205 zugeführt. Dem Summenbildner 205 wird ebenfalls eine im Block 204 ermittelte Ausgangsgröße zuge- führt, die dem Term Bu der Gleichung (3) entspricht.

Abschließend sei nochmals in verallgemeinerter Form die Ar- beitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Hierbei sind alle gemäß des Ausführungsbeispiels denkbaren Eingangsgrößen berücksichtigt : Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können Fahrzeugge- schwindigkeitsgrößen, d. h. zumindest eine die Fahrzeugquerge- schwindigkeit beschreibenden Größe und ggf. eine die Fahr- zeuglängsgeschwindigkeit beschreibenden Größe, und/oder Fahr- bahngrößen, die die Beschaffenheit und/oder den Verlauf der Fahrbahn beschreiben, mit Hilfe eines Schätzverfahrens zumin- dest in Abhängigkeit von einer die Fahrzeuglängsbeschleuni- gung beschreibenden Größe und/oder von einer die Fahrzeug- querbeschleunigung beschreibenden Größe und/oder von einer die Fahrzeugvertikalbeschleunigung beschreibenden Größe und/oder von einer die Gierwinkelgeschwindigkeit des Fahr- zeugs beschreibenden Größe und/oder von einer die Gierwinkel- beschleunigung des Fahrzeuges beschreibenden Größe und/oder von die Rotationsgeschwindigkeiten der Fahrzeugräder be- schreibenden Größen und/oder, je nachdem wie das Fahrzeug ausgestattet ist, entweder von einer den Lenkradwinkel be- schreibenden Größe oder von Größen, die für wenigstens zwei Fahrzeugräder, insbesondere die Vorderräder des Fahrzeuges, die radindividuellen Lenkwinkel beschreiben, ermittelt wer- den. Handelt es sich um ein Fahrzeug welches zusätzlich mit einer Hinterachslenkung ausgestattet ist, so können sämtliche Radlenkwinkel als Eingangsgrößen berücksichtigt werden.

Im Sinne des Ausführungsbeispiels stellen sowohl die Fahr- zeuggeschwindigkeitsgrößen als auch die Fahrbahngrößen das Fahrverhalten charakterisierende Größen dar.

Zusammengefasst lässt sich die Arbeitsweise des Kalman- Filters wie folgt darstellen : Mit Hilfe des Kalman-Filters werden zunächst, bezogen auf den aktuellen Zeitschritt, die aktuellen zeitlichen Änderungen für die Zustandsgrößen ermittelt (Block 205). Mittels Integ- ration (Block 206) werden aus diesen aktuellen zeitlichen Än- derungen und den Werten der Zustandsgrößen von vorhergehenden Zeitschritten aktuelle Werte für die Zustandsgrößen ermit- telt. Mit Hilfe mathematischer Modelle werden zumindest für einen Teil der Messgrößen Schätzwerte in Abhängigkeit der ak- tuellen Werte der Zustandsgrößen ermittelt (Block 208). Mit Hilfe der Differenz (Block 202) aus den für die Messgrößen gemessenen Werten und den geschätzten Werten wird ein Ab- gleich für den Kalman-Filter durchgeführt (Block 203), bei der die variable Verstärkung des Kalman-Filters an die Gege- benheiten der Realität angepasst wird. Diese Anpassung der variablen Verstärkung führt zu einer Korrektur in der Ermitt- lung der zeitlichen Änderungen für die Zustandsgrößen und so- mit bei der Ermittlung der Werte der Zustandsgrößen des nach- folgenden Zeitschrittes.

Abschließend sei bemerkt, dass die für das Ausführungsbei- spiel gewählte Darstellung keine einschränkende Wirkung haben soll.