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Die
Erfindung betrifft ein semi-aktives Fahrwerksystem mit reduzierter
Sensorzahl für
Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit Niveausensoren, Beschleunigungssensoren,
einer Steuereinrichtung und Stelleinrichtungen, sowie ein Verfahren
zur Erzeugung von Ansteuersignalen für Stelleinrichtungen eines
semi-aktiven Fahrwerksystems. Die Erfindung betrifft weiterhin ein
Verfahren zur Erzeugung von Ansteuersignalen für Stelleinrichtungen eines
semi-aktiven Fahrwerksystems, insbesondere eines semi-aktiven Fahrwerksystems.
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Semi-aktive
Fahrwerksysteme, beispielsweise für Kraftfahrzeuge mit Luftfederung,
weisen verstellbare Stoßdämpfer als
Stelleinrichtungen auf. Bei derartigen Systemen setzen die meisten
Fahrzeughersteller drei Aufbaubeschleunigungssensoren ein. Der Aufbau
und die Funktionsweise solcher semi-aktiven Fahrwerksysteme ist
allgemein bekannt, so dass darauf nicht näher eingegangen wird.
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Die
deutsche Patentschrift
DE
198 55 310 C2 beschreibt ein aktives Federungssystem für Fahrzeuge, bei
welchem mehrere Sensoren zur Erzeugung von Signalen verwendet werden,
die zumindest mit vertikalen Aufbaubeschleunigungen korreliert sind.
Nachteilig bei einer derartigen Anordnung sind vor allem die relativ hohen
Kosten, welche für
die Installation ei nes jeden Sensors sowie für die Verkabelung der Sensoren
mit Anschluss- und Versorgungsleitungen und den zugehörigen Steuergeräte und Halterungen
entstehen.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin,
eine kostengünstigeres
Federungssystem für
Fahrzeuge sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Ansteuersignalen
für Stelleinrichtungen des
Federungssystems bereit zu stellen, wobei insbesondere ein gleicher
Fahrkomfort beibehalten wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
ein semi-aktives Fahrwerksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
7 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
Ein
semi-aktives Fahrwerksystem mit reduzierter Sensorzahl für Fahrzeuge,
insbesondere Kraftfahrzeuge, mit
- – Niveausensoren,
die eine Veränderung
eines Weges eines Fahrzeugaufbaus zwischen diesem und Achsen in
Vertikalrichtung aufnehmen und davon abhängige erste Sensorsignale bereit
stellen;
- – Beschleunigungssensoren,
die Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus in Vertikalrichtung aufnehmen und
davon abhängige
zweite Sensorsignale bereit stellen;
- – einer
Steuervorrichtung zur Bereitstellung von Ansteuersignalen für Stelleinrichtungen,
wobei die Steuervorrichtung
- – eine
erste Einrichtung zur Signalaufbereitung und – verarbeitung,
- – eine
zweite Einrichtung zur Berechnung von Zustandsgrößen des Fahrzeugaufbaus basierend
auf den ersten und zweiten Sensorsignalen, die einen Sensorfusionsalgorithmus
aufweist, mit welchem mindestens ein weiteres Sensorsignal kompensiert
wird, und
- – eine
dritte Einrichtung zur Generierung der Ansteuersignale für die Stelleinrichtungen
enthält;
- – Stelleinrichtungen
zur Verstellung des Fahrzeugaufbaus in Vertikalrichtung. (Patentanspruch
1)
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Ein
Verfahren zur Erzeugung von Ansteuersignalen für Stelleinrichtungen eines
semi-aktiven Fahrwerksystems, mit den Verfahrensschritten:
- (a) Aufbereiten von Sensorsignalen;
- (b) Berechnen von Feder- und Dämpferkräften;
- (c) Berechnen von Hub- und Nickbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus;
- (d) Berechnen von Wankbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus;
- (e) Berechnen von Überlagerung
von Hub- und Nickbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus;
- (f) Berechnen von Zustandsgrößen des
Fahrzeugaufbaus;
- (g) Auswerten eines Ansteueralgorithmus oder Regelalgorithmus
mittels der berechneten Zustandsgrößen; und
- (h) Erzeugen von Ansteuersignalen. (Patentanspruch 7)
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und
den Beschreibungen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
die Zahl der benötigten
vertikalen Aufbaubeschleunigungssensoren zu reduzieren. Die Zahl
der so entfallenen Aufbaubeschleunigungssensoren ist ersatzlos und
wird lediglich durch einen zusätzlichen
Algorithmus im zugehörigen
Steuergerät
kompensiert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das erfindungsgemäße Fahrwerksystem
zwei Beschleunigungssensoren über
der Vorderachse des Fahrzeugs auf, die in einem Abstand zueinander
angeordnet sind. Ein dritter üblicher
Beschleunigungssensor über
der Hinterachse kann vorteilhafterweise ebenfalls ersatzlos entfallen.
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Das
Signal des fehlenden dritten Beschleunigungssensors wird vorteilhafterweise
mittels eines Sensorfusionsalgorithmus kompensiert, welcher in der
Steuervorrichtung implementiert ist. Dieser Sensorfusionsalgorithmus
der zweiten Einrichtung beinhaltet folgende funktionale Blöcke:
- – eine
vierte Einrichtung zur Berechnung von Feder- und Dämpferkräften,
- – eine
fünfte
Einrichtung zur Berechnung von Hub- und Nickbeschleunigungen des
Fahrzeugaufbaus
- – eine
sechste Einrichtung zur Berechnung von Wankbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus
- – eine
siebte Einrichtung zur Berechnung von Überlagerung von Hub- und Nickbeschleunigung
des Fahrzeugaufbaus
- – eine
achte Einrichtung zur Berechnung von Zustandsgrößen des Fahrzeugaufbaus
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Die
Berechnung der Wankbeschleunigung des Fahrzeugs und der Überlagerung
von Hub- und Nickbeschleunigung erfolgt typischerweise mittels der
Signale der verbleibenden Beschleunigungssensoren über der
Vorderachse.
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Eine
vorteilhafte Anordnung sieht vor, dass die sechste Einrichtung und
die siebte Einrichtung parallel zueinander und jeweils parallel
zu der vierten und fünften
Einrichtung angeordnet sind und jeweils eine Berechnungsstufe für ihre Aus gangssignale
aus den Signalen des ersten und zweiten Beschleunigungssensors aufweisen.
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Insbesondere
die modalen Geschwindigkeiten als Beispiel für Zustandsgrößen des
Fahrzeugaufbaus werden typischerweise mittels einer Integrationsstufe
und einer Gewichtungsstufe berechnet. Hierbei ist es möglich, dass
die Integrationsstufe im Signalverlauf zeitlich vor der Gewichtungsstufe
angeordnet ist. Es ist vorteilhaft, wenn die in der Gewichtungsstufe
durchgeführte
Berechnung mittels der so genannte Weighted-Linear-Least-Squares-Methode erfolgt.
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Vorteilhafterweise
sind die Softwarekomponenten des Sensorfusionsalgorithmus, der den
so genannten Beobachter bildet oder die Funktion eines Beobachters
aufweist, und des Ansteueralgorithmus, der den so genannten Regelalgorithmus
bildet, nahezu vollständig
entkoppelt. Der Sensorfusionsalgorithmus berechnet die Zustandsgrößen des
Fahrzeugaufbaus und übergibt
diese direkt an den Ansteueralgorithmus. Für die Dämpferkraftberechnung des Sensorfusionsalgorithmus
ist es von Vorteil, wenn eine Rückkopplung
zwischen dem Ausgang des Ansteueralgorithmus zu dem Block zur Berechnung
von Feder- und Dämpferkräften angeordnet
ist. Diese Rückkopplung
ermöglicht
Informationen über
die Ansteuerung der Stelleinrichtungen, welche für die Dämpferkraftberechnung erforderlich
sind.
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Durch
den Sensorfusionsalgorithmus ist es vorteilhafterweise möglich, einen
Beschleunigungssensor mit seinen Installationskomponenten einzusparen.
Die Kompensation seiner Signale mittels einer Softwarekomponente
ist vorteilhafterweise einfach und erfordert beispielsweise nur
geringe Änderungen
bzw. Ergänzungen
an vorhandenen Systemen. So können
beispielsweise die verbleibenden Aufbaubeschleunigungssensoren über der
Vorderachse vorne links und vorne rechts an ihrem üblichen
In stallationsort verbleiben. Ebenfalls müssen die Niveausensoren nicht
an einer anderen Stelle platziert werden. Zudem müssen aufgrund
der Entkopplung von Ansteueralgorithmus und Sensorfusionsalgorithmus
nur geringe Änderungen
im Steuergerät vorgenommen
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die zweite Einrichtung einen Kalman-Filter auf.
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Bei
dem Verfahren werden die Verfahrensschritte (d) und (e) mit Signalen
des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors durchgeführt. Der
Verfahrensschritt (f) weist in einer Ausgestaltung folgende Verfahrensteilschritte
auf:
- (a1) Pseudo-Integrieren von Beschleunigungssignalen
der Verfahrensschritte (c), (d) und (e) und
- (a2) Gewichten der pseudo-integrierten Signale entsprechend
ihrer jeweiligen Signalgüte.
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Der
Verfahrensteilschritt (a2) beinhaltet ein Gewichten mittels der
Weighted Linear-Least-Squares-Methode.
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Der
Verfahrensschritt (b) wird zusätzlich
mit rückgekoppelten
Ansteuersignalen aus dem Verfahrensschritt (h) durchgeführt.
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Die
Verfahrensschritte (b) bis (f) können
in einer weiteren Ausführung
mittels eines Kalman-Filters erfolgen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigt dabei:
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1 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem
semi-aktiven Fahrwerksystem nach dem Stand der Technik;
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2 ein
Blockschaltbild einer Steuervorrichtung für das Fahrwerksystem nach 1 gemäß dem Stand
der Technik;
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3 eine
vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem
erfindungsgemäßen semi-aktiven
Fahrwerksystem; und
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4 ein
Blockschaltbild einer Steuervorrichtung für das erfindungsgemäße Fahrwerksystem
nach 3.
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5 eine
detaillierte Darstellung des Blockschaltbildes der 4.
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In
allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Teile
und/oder Baugruppen – sofern nichts
anderes angegeben ist – mit
den selben Bezugszeichen versehen worden.
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1 zeigt
eine vereinfachte schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem
semi-aktiven Fahrwerksystem nach dem Stand der Technik.
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In 1 ist
mit dem Bezugszeichen 1 ein stark vereinfacht dargestellter
Fahrzeugaufbau bezeichnet. Voderräder 26 und Hinterräder 27 des
Fahrzeugs, sowie Stelleinrichtungen Vorderräder 2 und Stelleinrichtungen
Hinterräder 3 sind
vereinfacht gezeigt. Dabei sind die Stelleinrichtungen Vorderräder und
Hinterräder 2, 3 beispielsweise
verstellbare Stoßdämpfer mit
Federn und verbinden den Fahrzeugaufbau 1 über nicht
dargestellte Achsen mit den jeweiligen Rädern 26, 27.
Ein erster Niveausensor 4 vorne links und ein zweiter Niveausensor 5 vorne
rechts misst jeweils den Abstand des Fahrzeugaufbaus 1 zur
jeweiligen Achse. An der Hinterseite des Fahrzeugs wird der Abstand
des Fahrzeugaufbaus 1 zur Achse oder zum Stabilisator der
Hinterräder 27 über einen
dritten Niveausensor 6 gemessen.
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Weiterhin
ist der Fahrzeugaufbau 1 an der Vorderseite im Bereich
seiner Vorderachse 25 in derem Anbindungsbereich mit einem
ersten Beschleunigungssensor 7 vorne links, einem zweiten
Beschleunigungssensor 8 vorne rechts und hinten mit einem
dritten Beschleunigungssensor 9 hinten rechts ausgerüstet.
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Links
oben in der 1 ist ein Koordinatensystem
gezeigt, welches die Achsen x (Fahrtrichtung), y und die Vertikalachse
z zeigt. Die Bewegung des Fahrzeugaufbaus 1 wird in diesem
vereinfachten linearen Fahrzeugmodell in drei Bewegungsfreiheitsgrade
aufgeteilt:
Eine Hubbewegung ZZ in Richtung der z-Achse, eine
so genannte Wankbewegung KAPPA als Schwenkbewegung um die x-Achse
(dargestellt durch einen Halbkreis mit Pfeilspitze) und eine sogenannte
Nickbewegung THETA als Schwenkbewegung um die y-Achse (dargestellt
durch einen Halbkreis mit Pfeil).
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Aus
den Signalen der Niveausensoren 4, 5, 6 und
der Beschleunigungssensoren 7, 8, 9 werden
Informationen für
die Berechnungen der oben genannten Geschwindigkeiten in den drei
Bewegungsfreiheitsgraden verwendet. Dieses erfolgt in einer Steuervorrichtung 10,
wie in 2 dargestellt.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung für das Fahrwerksystem nach 1 gemäß dem Stand
der Technik. Zum Beispiel kann das Fahrwerksystem ein so genanntes
ADS-Luftfedersystem
(ADS = Adaptives Dämpfungssystem)
sein. Die bekannte Steuervorrichtung 10 besteht aus einem
Block zur Signalaufbereitung 11. Als Eingangssignale dienen
die jeweiligen Signale der Niveausensoren 4, 5, 6 und
der Beschleunigungssensoren 7, 8, 9,
wobei A_Z_VL das Signal des ersten Beschleunigungssensors 7 vorne
links, A_Z_VR das Signal des zweiten Beschleunigungssensors 8 vorne
rechts, A_Z_H das Sig nal des dritten Beschleunigungssensors 9 hinten
rechts, N_VL das Signal des ersten Niveausensors 4 vorne
links, N_VR das Signal des zweiten Niveausensors 5 vorne
rechts und N_HM das Signal des dritten Niveausensors 6 hinten Mitte
bezeichnet.
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Die
Signalaufbereitung 11 errechnet die notwendigen Werte für den Ansteueralgorithmus 12 der
Steuervorrichtung 10. Der Ansteueralgorithmus 12 bildet
daraus entsprechend der jeweiligen Fahrsituation des Fahrzeugs bestimmte
Ansteuersignale aus seinem Ausgang 24 für die Stelleinrichtungen Vorderräder und
Hinterräder 2, 3,
welche hier nicht weiter dargestellt sind.
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In
der 3 ist eine vereinfachte schematische Darstellung
eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen semi-aktiven Fahrwerksystem
gezeigt. Die vereinfachte Darstellung des Fahrzeugaufbaus 1 und
der weiteren Komponenten entspricht der 1 bis auf
die durch einen gestrichelten Kreis markierte Stelle im hinteren
Bereich des Fahrzeugaufbaus 1. An dieser Stelle ist der
dritte Beschleunigungssensor 9 hinten rechts ausgelassen.
Es verbleiben die vorderen Beschleunigungssensoren 7 vorne
links und 8 vorne rechts und behalten ihren Installationsort
bei. Die Niveausensoren 4, 5, 6 bleiben
ebenfalls an ihren ursprünglichen
Ort erhalten.
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Die
Nutzung der Informationen der drei Niveausensoren 4, 5, 6 in
Verbindung mit den zwei verbleibenden Beschleunigungssensoren 7, 8 ermöglicht den
ersatzlosen Entfall des dritten Beschleunigungssensors 9 hinten
rechts. Der Sensorverlust wird mittels einer Softwarekomponente
in der Steuervorrichtung 10 kompensiert, wie 4 zeigt.
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In 4 ist
das Blockschaltbild der Steuervorrichtung 10 ähnlich 2 dargestellt.
Die Steuervorrichtung 10 weist die bereits vorhandene Einrichtung 12 zur
Berechnung der An steuersignale auf. Innerhalb der ersten Einrichtung 11 zur
Signalaufbereitung befindet sich eine zweite Einrichtung 13 Sensorfusionsalgorithmus,
welche die Signale des entfallenen Beschleunigungssensors 9 kompensiert.
Die Eingangssignale der Signalaufbereitung 11 bleiben bis
auf das Signal des entfallenen Beschleunigungssensors 9 A_Z_HR
bestehen.
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In
der 5 ist eine detaillierte Darstellung des Blockschaltbildes
der 4 dargestellt, welche insbesonders zur Berechnung
der radbezogenen, vertikalen Aufbaugeschwindigkeiten über den
Rädern 26, 27 verwendet
wird, welche wiederum Eingangsgrößen in den
Ansteueralgorithmus 12 sind. Die Eingangssignale der Beschleunigungssensoren 7, 8 und
der Niveausensoren 4, 5, 6, wie in 2 und 4 beschrieben,
sind an die Signalaufbereitung 11 angeschlossen. Die Signalaufbereitung 11 gibt
ihre Ausgangssignale an eine vierte Einrichtung 14 zur
Berechnung von Feder- und Dämpferkräften weiter.
Deren Ausgangssignale werden in einer fünften Einrichtung 15 zur
Berechnung von Hub- und Nickbeschleunigungen weiterverarbeitet.
Gleichzeitig werden die Eingangssignale A_Z_VL des Beschleunigungssensors 7 vorne
links und A_Z_VR des Beschleunigungssensors 8 vorne rechts
jeweils durch eine sechste Einrichtung 16 zur Berechnung
von Wankbeschleunigung und eine siebte Einrichtung 17 zur
Berechnung von Überlagerung
von Hub- und Nickbeschleunigungen verwendet. Die jeweiligen Ausgangssignale
der Einrichtungen 16 und 17 und die Ausgangssignale
der Einrichtung 15 werden als Eingangssignale zusätzlich zu
den aus der Einrichtung 15 stammendem Signalen für eine achte
Einrichtung 18 zur Berechnung von modalen Geschwindigkeiten
verwendet.
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Die
Einrichtung 18 weist eine Integrationsstufe 19 und
eine Gewichtungsstufe 20 auf. Die in Einrichtung 18 berechneten
modalen Geschwindigkeiten werden als Signale V_Z als Signal hubgeschwindigkeit, V_KAPPA
als Signalwankgeschwindigkeit und V_THETA als Signalnickgeschwindigkeit
an eine neunte Einrichtung 21 zur Berechnung von radbezogenen
Aufbaugeschwindigkeiten weitergeleitet. Die Einrichtung 21 weist
in ihrer Eingangsstufe eine zehnte Einrichtung 22 zur Signalnachbereitung
auf. Die in der Einrichtung 21 erzeugten radbezogenen Aufbaugeschwindigkeiten
werden als Eingangssignale für
die bekannte und unveränderte
Einrichtung 12 zur Berechnung der Ansteuersignale verwendet.
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Es
ist vorteilhaft, dass der Ausgang 24 der Ansteueralgorithmuserzeugung 12 über eine
Rückkopplungsverbindung 23 mit
einem Eingang der Einrichtung 14 zur Berechnung Federkräfte und
Dämpferkräfte verbunden
ist. Dieses ist die einzige Verbindung zwischen Ansteueralgorithmus 12 und
der Softwarekomponente Sensorfusionsalgorithmus 13. Außer diesem
sind die vorgenannten Funktionsteile vollständig entkoppelt, so dass sich
ein Änderungsaufwand
für die
Steuergerätesoftware
vorteilhaft minimal gestaltet.
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Die
zweite Einrichtung 13 ist in der 4 mit strichpunktierten
Linien dargestellt.
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Das
Funktionsprinzip des Sensorsfusionsalgorithmus wird nachstehend
beispielhaft an Berechnungsvorgängen
der einzelnen Einrichtungen gemäß 5 aufgezeigt.
Die vertikalen Geschwindigkeitssignale des Fahrzeugaufbaus 1 über der
Hinterachse werden aus vier in jedem Zeitschritt ausgewerteten Sensorgleichungen
rekonstruiert. Davon basieren zwei auf den Beschleunigungssensoren 7, 8 des
Fahrzeugaufbaus 1 und zwei auf einer Kraft- und Momentenbilanz.
Es existieren somit zur Berechung von drei modalen Geschwindigkeiten
(Vertikalhub, Wanken, Nicken) vier Gleichungen. Damit ist das lineare
Gleichungssystem überbestimmt. Die Überbestimmtheit
lässt sich
in jedem Zeitschritt mittels der sogenannten „Weighted-Linear-Least-Squares-Methode" – also nach der Methode der
gewichteten, kleinsten Fehlerquadrate – auflösen.
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In
Einrichtung 15 erfolgt die Berechung von Hub- und Nickbeschleunigungen
auf einer Kraft- und Momentenbilanzenbasis. Einrichtung 15 ermittelt
auf der Basis von vier Federbeinkräften des Fahrzeugs und einer
fix hinterlegten Fahrzeugmasse bzw. Nickträgheit die Hub- und Nickbeschleunigung.
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Neben
den zwei Gleichungen für
Hub- und Nickbeschleunigungen (siehe Einrichtung 15) ermittelt
die Einrichtung 16 eine weitere Gleichung zur Bestimmung
der modalen Beschleunigungen des Fahrzeugaufbaus 1. Auf
Basis der Signale A_Z_VL des Beschleunigungssensors 7 vorne
links und des Signals A_Z_VR des Beschleunigungssensors 8 vorne
rechts wird mit deren Differenz die Wankbeschleunigung des Fahrzeugs
mittels des Abstands der beiden im Fahrzeug verbleibenden Beschleunigungssensoren 7, 8 berechnet.
Somit steht diese komfortrelevante Größe trotz des Wegfalls des dritten
Beschleunigungssensors 9 hinten rechts weiterhin für die Auswertungen
für den
Ansteueralgorithmus 12 als Messsignal direkt zur Verfügung.
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Weiterhin
werden die beiden Signale A_Z_VL des Beschleunigungssensors 7 vorne
links und A_Z_VR des Beschleunigungssensors 8 vorne rechts
zur Berechnung in Einrichtung 17 für eine Größe verwendet, die die Überlagerung
von Hub- und Nickbeschleunigungen des Fahrzeugaufbaus 1 über der
Vorderachse 25 beschreibt. Somit existiert eine weitere
Gleichung für
die nachfolgende Ermittlung der drei Beschleunigungen in den Freiheitsgraden
des Fahrzeugaufbaus 1.
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Im
Folgenden werden beispielhafte Berechnungsvorgänge für die oben genannten vier Gleichungen angegeben.
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Die
vier Gleichungen werden zunächst
zusammenfassend in Matrixdarstellung angegeben:
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Hierbei
bedeuten die Variablen:
- zz ..
- Hubbeschleunigung
- κ ..
- Wankbeschleunigung
- θ ..
- Nickbeschleunigung
- az,vl
- Aufbaubeschleunigung
vorne links
- az,vr
- Aufbaubeschleunigung
vorne rechts
- FFB,vl,
FFB,vr, FFB,hl FFB,hr
- Federbeinkräfte vorne
links/rechts, hinten links/rechts
- m
- Gesamtmasse des Fahrzeugs
- IΘ
- Nickträgheitsmoment
des Fahrzeugs
- s
- Abstand Aufbaubeschleunigungssensoren
(y-Richtung)
- lv
- Abstand Fahrzeugschwerpunkt
zu Federbeinanlenkpunkten VA (x-Richtung)
- lh
- Abstand Fahrzeugschwerpunkt
zu Federbeinanlenkpunkten HA (x-Richtung)
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In
der Gewichtungsstufe 20 wird die so genannte Weighted-Linear-Least-Squares-Methode
verwendet, um das überbestimmte
lineare Gleichungssystem im Sinne der Güte der genutzten Signale zu
jedem Zeitschritt bestmöglich
zu lösen.
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Mit
einer Gewichtungsmatrix W ergibt sich für die modalen Beschleunigungen
x folgende Gleichung:
x(t) = (AT W
A)–1 AT W b(t) mit ,wobei die W
i die
Gewichtungen für
die Hub- und Nickbeschleunigungen sind.
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In
der Integrationsstufe
19 erfolgt eine sogenannte Pseudo-Integration nach
der Gleichung:
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Um
von den modalen Beschleunigungssignalen auf modale Geschwindigkeiten
umzurechnen ist eine Pseudo-Integration (PI) notwendig. Diese filtert
hochfrequente wie auch Gleichanteile aus den Beschleunigungssignalen
heraus und realisiert aufgrund geschickter Verstärkungs-Phase-Zusammenhänge eine
Integration im Aufbaueigenfrequenzbereich.
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Im
Anschluss an die Berechnung der Hub-, Wank- und Nickgeschwindigkeiten
werden diese mittels der geometrischen Verhältnisse in vertikalen Aufbaugeschwindigkeiten über den
einzelnen Rädern
umgerechnet. Es gilt folgende Gleichung für die radbezogenen, vertikalen
Aufbaugeschwindigkeiten v_vl, v_vr, v_hl, v_hr (vl= vorne links,
vr = vorne rechts, hl = hinten links, hr = hinten rechts):
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Die
Einrichtung 12 Ansteueralgorithmuserzeugung erhält die radbezogenen,
vertikalen Aufbaugeschwindigkeiten als Eingangssignale von Einrichtung 13 mit
Sensorfusionsalgorithmus. Somit kommt zum bisherigen Serienstand
nur eine Vorschaltung des Sensorfusionsalgorithmus hinzu. Lediglich
eine Information über
die Ansteuerung der Stelleinrichtungen Vorderräder und Hinterräder 2, 3 über beispielsweise
Ventile wird in Form der Rückkopplungsverbindung 23 für die Dämpferkraftberechnung
im Block 14 Berechnung von Feder- und Dämpferkräften benötigt.
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Versuchsergebnisse
haben bereits gezeigt, dass das semi-aktive Fahrwerksystem mit nur einem
ersten und zweiten Beschleunigungssensor 7 und 8 identischen
Fahrkomfort ermöglicht
wie mit einem Fahrwerkssystem des Standes der Technik mit einem
dritten Beschleunigungssensor 9. Durch den ersatzlosen
Entfall des dritten Beschleunigungssensors 9 hinten rechts
auf dem Fahrzeugaufbau 1 entfällt ebenfalls vorteilhafterweise
die Verkabelung von diesem Beschleunigungssensor 9 zum
Steuergerät
sowie die Steuergeräteanbindung/-verarbeitung der
entfallenden Sensorinformationen. Die Umsetzung des Sensorfusionsalgorithmus 13 erfolgt
in der vorhandenen Steuervorrichtung 10 im Bereich der
Software.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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So
ist es zum Beispiel denkbar, dass die Erfindung nicht nur bei einem
Fahrwerksystem mit Luftfeder, sondern auch bei Fahrwerkssystemen
mit anderen Komponenten verwendet werden kann, beispielsweise in aktiven
Fahrwerken. Ebenfalls ist es denkbar, dass die verbleibenden Beschleunigungssensoren 7, 8 an
unterschiedlichen Installationsorten am Fahrzeugaufbau 1 auf-
oder angebracht werden.
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Weiterhin
ist es möglich,
die zweite Einrichtung mit einem Kalman-Filter-Entwurf zu realisieren.
