DE10157426A1

DE10157426A1 - Vorrichtung zur aktiven Fahrwerksregelung

Info

Publication number: DE10157426A1
Application number: DE10157426A
Authority: DE
Inventors: Joachim Broetz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-25
Filing date: 2001-11-25
Publication date: 2003-06-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug, bei der zwischen Fahrzeugaufbau (FA) und Rad (R¶VR¶, R¶VL¶, R¶HR¶, R¶HL¶) eine Einrichtung (F) zum Anheben und Absenken des Rades (R¶VR¶, R¶VL¶, R¶HR¶, R¶HL¶) angeordnet ist. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, Auswirkungen von Fahrbahnunebenheiten (FU¶1¶, FU¶2¶) auf den Fahrzeugaufbau (FA) zu reduzieren. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Sensor (S, S¶M¶, S¶VR¶, S¶VL¶, S¶HR¶, S¶HL¶) zum Detektieren einzelner Fahrbahnunebenheiten (FU¶1¶, FU¶2¶) aufweist und eine Regelungseinrichtung (RE), die in Abhängigkeit von den detektierten Fahrbahnunebenheiten (FU¶1¶, FU¶2¶) einzelne Räder (R¶VR¶, R¶VL¶, R¶HR¶, R¶HL¶) gezielt anhebt oder absenkt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aktiven Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug, bei der zwischen Fahrzeugaufbau und Rad eine Einrichtung zum Anheben und Absenken des Rades angeordnet ist.
Bisher gibt es kommerziell eingesetzte Verfahren zur Fahrwerksregelung wie beispielsweise ein ABC (Active Body Control) genanntes Verfahren. ABC hat folgende Eigenschaften: Das Fahrzeug kann komplett angehoben und abgesenkt werden. Es können Fahrzeugneigungen, die beim Anfahren, beim Bremsen und beim Durchfahren von Kurven auftreten, ausgeglichen werden. Bei unebener Fahrbahn können die Dämpfungseigenschaften reguliert werden.
Die bekannten Verfahren zur aktiven Fahrwerksregelung haben unter anderem den Nachteil, dass erst nach dem Auftreten von Fahrbahnunebenheiten und einer dadurch hervorgerufenen Bewegung des Fahrzeugaufbaus die Dämpfungscharakteristik geändert wird.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Auswirkungen von Fahrbahnunebenheiten auf den Fahrzeugaufbau zu reduzieren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Sensor zum Detektieren einzelner Fahrbahnunebenheiten aufweist und eine Regelungseinrichtung, die in Abhängigkeit von den detektierten Fahrbahnunebenheiten einzelne Räder gezielt anhebt oder absenkt. Dies hat den Vorteil, dass durch Fahrbahnunebenheiten keine Impulse auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden, weil das jeweilige Rad bereits beim . Erreichen der Fahrbahnunebenheit angehoben bzw. abgesenkt wird, und nicht erst danach.
Vorteilhafte Varianten der Erfindung bestehen darin, dass ein einziger Sensor vorhanden ist oder jeder Spur ein Sensor zugeordnet ist oder jedem Rad ein Sensor zugeordnet ist oder einem Rad mehrerer Sensoren zugeordnet sind, z. B. ein Nahsensor und Fernsensor für langsame bzw. schnelle Fahrt. Die Sensitivität und Reichweite eines Sensors wird vorteilhaft geschwindigkeitsabhängig gesteuert.
Erfindungsgemäß dient ein in Fahrrichtung vorlaufendes Rad als Sensor für ein in Fahrtrichtung nachlaufendes Rad. Dies hat den Vorteil, dass das vorlaufende Rad Fahrbahnunebenheiten sehr präzise detektiert. Bei leicht verformbaren Fahrbahnunebenheiten kann somit der tatsächliche Wert der Anhebung bzw. Absenkung genauer detektiert werden als mittels eines den Fahrbahnzustand vor dem Rad detektierenden Sensors. Zur Kostenreduzierung kann erfindungsgemäß auch auf einen Sensor vor dem Vorderrad verzichtet werden, da in der Regel die Federung der Vorderräder weniger problematisch ist und somit bereits mit einer aktiven Regelung der Hinterräder bzw. des oder der nachlaufenden Räder eine wesentliche Reduzierung der Auswirkungen von Fahrbahnunebenheiten auf den Fahrzeugaufbau erzielt wird, da im allgemeinen die hinteren Räder stärker beansprucht sind als die vorderen.
Vorteilhafterweise detektiert ein Sensor den Reifendruck, die Verformung des Reifens oder eine minimale Auslenkung des Rades. Somit wird eine gezielte Anhebung oder Absenkung des Rades ermöglicht. Fahrbahnunebenheiten und auch verformbare Fahrbahnunebenheiten können damit sehr präzise detektiert werden. Die Regelung muss in diesem Fall jedoch schneller reagieren als bei einer Variante mit einem die Fahrbahn vor dem Rad detektierenden Sensor.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Energie, die durch die passive Auslenkung des vorlaufenden Rades erzeugt wird, zur aktiven Auslenkung des nachlaufenden Rades zu nutzen. Dies hat den Vorteil, dass die zur aktiven Auslenkung des nachlaufenden Rades benötigte Energie reduziert wird. Die Auslenkung des nachlaufenden Rades kann zudem schnell realisiert werden. Es ist dabei vorgesehen, die Radauslenkung hydraulisch, durch Gasdruck, magnetisch, elektrisch oder mechanisch zu realisieren.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jedes einzelne Rad nach dem Anheben bzw. Absenken gemäß einer einstellbaren Abklingfunktion in seine Ausgangslage gebracht wird. Die Abklingfunktion wird Vorteilhafterweise der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die durch das Auslenken des Rades entstehenden Impulse auf den Fahrzeugaufbau von der Regeleinheit berücksichtigt, sodass dieser Impuls durch einen reduzierten (gewählten) Impuls durch die Fahrbahnunebenheit kompensiert wird. Dies hat den Vorteil, dass auch bei Fahrzeugen, bei denen das Gewicht des Rades bzw. der Radaufhängung im Vergleich zum Gesamtgewicht des Fahrzeugs nicht vernachlässigt werden kann, trotz einer schnellen aktiven Auslenkung des Rades kein Impuls auf den Fahrzeugaufbau übertragen wird.
Wird ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet, so erhöhen sich Fahrkomfort und Sicherheit, die Straßenlage ist verbessert, die Straßen werden durch geringeren Impulsübertrag geschont und die Lärmentwicklung ist reduziert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich vorteilhaft mit anderen im Fahrzeug vorhandenen Vorrichtungen kombinieren, insbesondere mit einer bekannten aktiven Fahrwerksregelung wie ABC oder einem elektronischen Stabilisierungsprogramm wie ESP.
Weitere Vorteile der Erfindung sind auch aus der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen ersichtlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 Erfindungsgemäße Vorrichtung in Draufsicht
Fig. 2 Fahrzeug auf Fahrbahn in Seitenansicht
Fig. 3 Schematische Darstellung des Anhebens bzw. Absenken eines Rades
Fig. 4 Einrichtung zum Anheben bzw. Absenken
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit erfindungsgemäßer Vorrichtung in Draufsicht. Der Fahrzeugaufbau FA ist mittels eines Rechtecks, die Fahrtrichtung ist durch einen Pfeil angedeutet. Die Vorderräder sind mit R_VR und R_VL bezeichnet, die Hinterräder mit R_HR und R_HL. An jedem Rad R_VR, R_VL, R_HR, R_HL ist eine Vorrichtung F zum Anheben oder Absenken des jeweiligen Rades angeordnet. Jede dieser Vorrichtungen F ist mit einer Regeleinheit RE verbunden.
Sensoren S geben Informationen bzgl. Fahrbahnunebenheiten an die Regeleinheit RE weiter, die wiederum ein Anheben bzw. Absenken bestimmter Räder R_VR, R_VL, R_HR, R_HL mit Hilfe der Vorrichtungen F veranlasst.
Dabei sind mehrere Varianten der Anordnung von Sensoren S angegeben, die alternativ oder auch in Kombination miteinander erfindungsgemäß Verwendung finden. Ein Sensor SM ist in etwa mittig bezüglich dem Fahrzeugaufbau FA und vor den Vorderrädern R_VR, R_VL angeordnet. Ein einziger mittig angeordneter Sensor S_M genügt, um eine Variante der Erfindung zu realisieren.
Gemäß einer weiteren Variante sind zusätzlich oder alternativ Sensoren S_VR, S_VL vor dem jeweiligen Vorderrad R_VR, R_VLangeordnet. Jeder Spur, der rechten durch die Räder R_VR und R_HR gebildeten Spur beziehungsweise der linken, durch die Räder R_VL und R_HL gebildeten Spur, ist somit jeweils ein Sensor S_VR beziehungsweise S_VL zugeordnet. Diese Sensoren S_VR, S_VL brauchen im Vergleich zu einem mittig angeordneten Sensor S_M nur einen kleineren räumlichen Bereich zu detektieren und können daher weniger aufwendig ausgelegt werden. Aufgrund der Zuordnung zu jeweils einer Spur oder einem Rad R_VR, R_VL ist dennoch eine hohe Genauigkeit des jeweiligen Detektorsignals gewährleistet.
Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zusätzlich noch mit Sensoren S_HR, S_HL für die Hinterräder ausgestattet. Nicht dargestellt ist die Anordnung eines oder mehrerer Sensoren hinter den Rädern, um auch bei Rückwärtsfahrt einen Ausgleich von Fahrbahnunebenheiten ausführen zu können. Zusätzlich oder alternativ sind einige oder alle Räder R_VR, R_VL, R_HR, R_HL als Sensor S ausgebildet. Dabei ist gemäß einer Variante vorgesehen, die vorlaufenden Räder R_VR, R_VL als Sensor 5 für das jeweils nachlaufende Rad R_HR, R_HL der gleichen Spur zu nutzen. Bei mehrachsigen Fahrzeugen bzw. Gespannen sind entsprechend weitere Sensoren vorzusehen.
Fig. 2 zeigt ein Fahrzeug FA auf einer Fahrbahn FB in Seitenansicht. Die Fahrbahn FB weist Fahrbahnunebenheiten FU₁, FU₂ auf. Rechts ist die Höhe z aufgetragen, wobei der idealisiert ebenen Fahrbahn die Höhe z₀ zugeordnet ist. Der Sensor S_VL detektiert Abstand, Höhe, Länge und Form der Fahrbahnunebenheit FU₁, die als Erhöhung dargestellt ist. Der vom Sensor S_VL detektierte Bereich DB ist schraffiert dargestellt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Anhebens bzw. Absenken eines Rades R bezüglich des nicht dargestellten Fahrzeugaufbaus FA. Dabei ist die Höhe z des Rades R über der Zeit t aufgetragen. Zum Anheben bzw. Absenken dient eine hier als Kolben-Zylinder-Einheit dargestellte Einrichtung F. Nachdem ein Sensor die Fahrbahnunebenheit FU₁ detektiert hat, siehe Fig. 2, wird das Rad R zum Zeitpunkt t₁, der sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Abstand, der Form und der Höhe der detektierten Fahrbahnunebenheit FU₁ sowie dem Radradius r berechnet, gezielt um den Betrag Δz = z₁ - z₀ angehoben und zum Zeitpunkt t₂, hinter der Fahrbahnunebenheit FU₁, abgesenkt. Analog wird das Rad R beim Erreichen der detektierten Fahrbahnunebenheit FU₂ zum Zeitpunkt t₃ abgesenkt und zur Zeit t₄ wieder angehoben. Der Fahrzeugaufbau FA bleibt hierbei immer konstant auf der Höhe Z_Aufbau.
Durch das Anheben des Rades R zum Zeitpunkt t₁ erhält der Fahrzeugaufbau FA einen Impuls I_-z in negative z-Richtung. Gemäß einer Variante der Erfindung wird die Auslenkung z des Rades R jedoch so geregelt, dass ein geringer Impuls I_z durch die Fahrbahnunebenheit FU₁ an den Fahrzeugaufbau FA übertragen wird. Man erhält somit einen resultierenden Gesamtimpuls I_ges = I_z + I_-z = 0, also eine Kompensation aller auftretender Impulse, wodurch ein erschütterungsfreies Überfahren von Fahrbahnunebenheiten FU₁, FU₂ ermöglicht ist.
Fig. 4 zeigt beispielhaft eine mögliche Einrichtung F zum Anheben bzw. Absenken. Durch Druckänderungen p₁ und p₂ in den Kammern D₁, D₂ eines Dämpfers D kann die Gleichgewichtslage eines aus Dämpfer D und einer Feder F_E bestehenden Feder- Dämpfungs-Systems variiert werden. Darüber ist das Anheben und Absenken eines Rades R ermöglicht.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern auch dem Fachmann geläufige Abwandlungen und Varianten einschließt.

Claims

1. Vorrichtung zur aktiven Fahrwerksregelung in einem Fahrzeug, bei der zwischen Fahrzeugaufbau (FA) und Rad (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) eine Einrichtung (F) zum Anheben und Absenken des Rades (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet dass die Vorrichtung einen Sensor (S, S_M, S_VR, S_VL, S_HR, S_HL) zum Detektieren einzelner Fahrbahnunebenheiten (FU₁, FU₂) aufweist und eine Regelungseinrichtung(RE), die in Abhängigkeit von den detektierten Fahrbahnunebenheiten (FU₁, FU₂) einzelne Räder (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) gezielt anhebt oder absenkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Sensor (SM) vorhanden ist oder jeder Spur (R_VR, R_HR bzw. R_VL, R_HL) ein Sensor (S_VR bzw. S_VL) zugeordnet ist oder jedem Rad (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) ein Sensor (S_VR, S_VL, S_HR, S_HL) zugeordnet ist oder einem Rad (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) mehrere Sensoren (S_M, S_VR, S_VL, S_HR, S_HL) zugeordnet sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nahsensor (S_VR, S_VL) und ein Fernsensor (S_M) für langsame bzw. schnelle Fahrt vorhanden ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensitivität und/oder die Reichweite eines Sensors (S_M, S_VR, S_VL, S_HR, S_HL) geschwindigkeitsabhängig gesteuert wird.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein in Fahrtrichtung vorlaufendes Rad (R_VR, R_VL) als Sensor (5) für ein in Fahrtrichtung nachlaufendes Rad (R_HR, R_HL) dient.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor den Reifendruck, die Verformung des Reifens oder eine minimale Auslenkung des Rades (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) detektiert und somit eine gezielte Anhebung oder Absenkung des Rades (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) veranlasst wird.

7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie, die durch die passive Auslenkung des vorlaufenden Rades (R_VR, R_VL) erzeugt wird, zur aktiven Auslenkung des nachlaufenden Rades (R_HR, R_HL) genutzt wird.

8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Rad (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) nach dem Anheben bzw. Absenken nach einer einstellbaren Abklingfunktion in seine Ausgangslage gebracht wird.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abklingfunktion in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit angepasst wird.

10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch das Auslenken des Rades (R, R_VR, R_VL, R_HR, R_HL) entstehender Impuls (I_-z) auf den Fahrzeugaufbau (FA) von der Regeleinheit (RE) berücksichtigt wird, sodass dieser Impuls (I_-z) durch einen reduzierten gewählten Impuls (I_z), der durch die Fahrbahnunebenheit (FU₁, FU₂) hervorgerufen wird, kompensiert wird.