DE102004053695B4

DE102004053695B4 - Verfahren zur Dämpfung von Karosserie- und Fahrwerks oder Radschwingungen eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102004053695B4
Application number: DE102004053695.3A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dreyer; Dr. Becker Axel; Hans-Joachim Harting
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2004-11-06
Filing date: 2004-11-06
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2024-11-07
Also published as: DE102004053695A1

Abstract

Verfahren zur Dämpfung von Karosserie- und Fahrwerks- oder Radschwingungen eines Kraftfahrzeuges, das Feder-Dämpfer-Systeme aufweist, worin sich bei den Dämpfern die Zug- und Druckstufe auf unterschiedliche Dämpfungscharakteristika/Dämpferkennlinien einstellen lässt, bei dem über Sensoren der Bremszustand erkannt wird, nach Erkennung eines Bremszustandes über Beschleunigungssignale die Dämpfer auf eine harte Dämpfung und danach auf eine weiche Dämpfung gestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erkennen eines Bremszustandes, sowie nach Überschreitung von Grenzwerten tiefpassgefilterter Aufbaubeschleunigungen und/oder Radbeschleunigungen eine erste Schwingungsperiode des Eintauchens der Karosserie ermittelt wird, für die eine harte Dämpfungscharakteristik für die betroffenen Räder oder Achsen eingestellt und beibehalten wird, bis sich die jeweilige Radlast, welche aus der jeweiligen Aufbaubeschleunigung und der jeweiligen Radbeschleunigung ermittelt wird, sich umkehrt oder unter einen Mindestwert vermindert, so dass anschließend die Dämpfer in ihrer Zug- und Druckstufe innerhalb einer vorgegebenen Dämpferkennlinien geregelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfung von Karosserie- und Fahrwerks oder Radschwingungen eines Kraftfahrzeuges, bei dem das Kraftfahrzeug zwischen der Karosserie als gefederter Masse und dem Fahrwerk mit Rad oder der Achse als ungefederter Masse Feder-Dämpfer-Systeme aufweist mit in ihrer Zug- und Druckstufe auf unterschiedliche Dämpfungscharakteristika/Dämpferkennlinien verstellbaren Dämpfern, bei dem über Sensoren ein Bremszustand des Kraftfahrzeuges detektiert wird, und bei dem jeweils die Aufbaubeschleunigungen und die Fahrwerks- oder Radbeschleunigungen separat über Sensoren ermittelt werden.
Solche Verfahren dienen dazu, den Bremsweg eines Kraftfahrzeuges dadurch zu verkürzen, dass eine möglichst sichere und mit ausreichender Radlast belegte Führung der Räder auf dem jeweiligen Untergrund erreicht wird. Erst dadurch kann genügend Haftung für Bremsungen erreicht werden.
So offenbart die EP 0 795 429 A2 ein Verfahren zur Steuerung eines Dämpfers, welches einen sogenannten „SkyHook” Algorithmus bei normaler Fahrt bereitstellt und beim Bremsen Radlastschwankungen unterdrücken soll. Abhängig von der Schlupfermittlung über einen Vergleich der Raddrehzahlen mit der tatsächlichen Karosserie-Geschwindigkeit, abhängig vom Bremsdruck – als Startsignal – und abhängig von der Aufbaubeschleunigung erfolgt hier beim Bremsen eine variable Einstellung der Dämpfungscharakteristik einzelner Stoßdämpfer in der Zug- und in der Druckstufe im wesentlichen so, dass jeweils nur eine der Charakteristika, also entweder die Zugstufe oder die Druckstufe, variabel geregelt wird, während die jeweils andere „weich” geschaltet ist.
DE 100 35 150 A1 offenbart ein Fahrzeug mit steuerbaren Schwingungsdämpfern, deren Dämpfungseigenschaften abhängig von der Höhe des Bremsdruckes eingestellt werden, wobei ggf. zusätzlich auch noch eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Regelung möglich ist. Die Dämpfungseigenschaften sind dabei durch Kennlinien darstellbar, die entweder „harte” Einstellung, also eine große Dämpfung, oder eine „weiche” Einstellung, also eine geringe Dämpfung erlauben. Abhängig vom Bremsdruck wird hier eine mindestens kurzzeitige eine Einstellung auf eine „harte” Kennlinie durchgeführt.
Die DE 198 03 370 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Federungs- und Dämpfungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges, bei dem die Dämpfer einzelner Räder bei Vorliegen eines außerhalb der regulären Werte liegenden Beschleunigungssignales gesperrt oder verhärtet werden. Hierdurch soll eine Aufschaukeln der Karosserie verhindert werden.
Die US 4,741,554 A zeigt ein Regelungssystem für Fahrwerke von Kraftfahrzeugen, mit dem ein zu starkes Nicken und Aufschaukeln des Fahrzeuges vermieden werden soll (anti-dive and anti-rebound system). Hierbei erfolgt bei einer Bremsung abhängig von einer über Sensoren ermittelten Höhenstellung der Karosserie eine Umschaltung der Dämpfung auf eine härtere Kennung. Diese härtere Kennung wird für einen bestimmten Zeitraum beibehalten. Im ungebremsten Zustand und oberhalb einer bestimmten Grenzhöhe der Karosserie wird die Dämpfung „weich” geschaltet.
Aus der DE 198 60 651 A1 geht ein Regler für ein adaptives elektronisches Aufhängungsregelungssystem sowie ein entsprechendes Regelungsverfahren hervor, mit dem mittels einstellbarer Dämpfer die Fahrfunktion und die Lenkstabilität verbessert werden soll. Das darin beschriebene Verfahren wertet neben anderen Sensorsignalen eine hohe Längsbeschleunigung aus oder ermittelt aus Achsbeschleunigungswerten eine Bodenhöhe, um die Dämpfer auf eine harte Dämpfung zu stellen. Nach Überschreitung eines vorgegebenen Absolutwert für das Beschleunigungssignal werden die Dämpfer auf „weich” geschaltet.
Auch wenn die bisher bekannten Systeme die Bodenhaftung der Räder durch Dämpferregelung verbessern und damit grundsätzlich und theoretisch eine größere Sicherheit im Falle einer Bremsung bereitstellen, so ist doch die Verkürzung des Bremsweges insbesondere bei starken Bremsvorgängen in den meisten Fällen lediglich gering.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine verbessertes Regelungsverfahren für ein Feder-Dämpfer-System in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen, das zu einer meßbaren Reduzierung des Bremsweges auch und gerade in Notsituationen, d. h. bei Vollbremsungen führt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen erfasst.
Hierbei besteht die erfinderische Lösung darin, dass nach Erkennen eines Bremszustandes und nach Überschreiten eines Grenzwertes der über Sensoren ermittelten Aufbaubeschleunigung und/oder Radbeschleunigung während einer ersten Schwingungsperiode der Karosserie solange eine harte Dämpfungscharakteristik für die betroffenen Räder oder Achsen eingestellt und beibehalten wird, bis durch die über Sensoren ermittelten Aufbaubeschleunigungen und/oder Radbeschleunigungen eine Umkehr der Radlast oder eine Verminderung der Radlast unter einen Mindestwert festgestellt wird, und dass erst danach die Dämpfer in der Zug- und Druckstufe innerhalb vorgegebener Dämpferkennlinien geregelt werden.
Grundlage für diese Lösung ist nämlich die Erkenntnis, dass für eine Verringerung des Bremsweges die ersten Millisekunden z. B. einer Notbremsung von entscheidender Bedeutung sind. Die über die Haftungsbedingungen zwischen Rad und Straße in diesen ersten Momenten der Bremsung erreichten Geschwindigkeitsverringerungen/Bremsbeschleunigungen des Fahrzeugs sind in besonderem Maße ausschlaggebend für den gesamten Bremsweg. Wird hier der Schlupf (Relativbewegung zwischen Reifen und Fahrbahn in der Bodenaufstandsfläche) zu hoch, so verschenkt man wertvolle und am Ende der Bremsung wichtigste Dezimeter und Meter, die z. B. dafür ausschlaggebend sein können, ob ein Fahrzeug vor oder auf dem Fußgängerüberweg zum Stehen kommt.
Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren abhängig vom Überschreiten einer Aufbaubeschleunigung und/oder Radbeschleunigung während der ersten Schwingungsperiode, d. h. während des bekannten und besonders bei starken Bremsungen auftretenden ”ersten Eintauchens” des Vorderwagens eine harte Dämpfungscharakteristik eingestellt wird, läßt sich gerade während der ersten Millisekunden einer Bremsung ein Optimum an Radlast und damit an Bremskraft auf den Untergrund übertragen. Das ”Eintauchen” wird somit sofort nach Beginn blockiert und die Nickschwingung des Fahrzeuges schon in der ersten Schwingungsperiode reduziert.
Bei einem glatten und ”topfebenem” Untergrund ohne Welligkeiten führt das erfindungsgemäße Regelungsverfahren dann dazu, dass die harte Dämpfungscharakteristik für nahezu den gesamten Bremsvorgang eingestellt bleibt, was natürlich zu einer optimalen Radlast für die Übertragung von Bremskräften führt.
Abhängig von der Makrostuktur des Untergrundes, also in diesem Falle abhängig von der Bodenwelligkeit, kann es bei einer mehr oder weniger welligen Fahrbahn natürlich dazu kommen, dass das Fahrzeug nach dem ersten Eintauchen mit einer hart eingestellten Dämpfung rückfedert, d. h. dass der Aufbau in vertikaler Richtung und vom Untergrund weg beschleunigt wird. In diesem Fall, wenn nämlich durch die über Sensoren ermittelte Aufbaubeschleunigung und/oder Radbeschleunigung eine Umkehr der Radlast oder eine Verminderung der Radlast unter einen Mindestwert festgestellt wird, werden die harte Einstellung der Dämpfungscharakteristik aufgehoben und die Dämpfer in der Zug- und Druckstufe innerhalb vorgegebener Dämpferkennlinien geregelt.
Somit führt auch hier, also wenn Welligkeiten des Untergrundes im Zusammenwirken mit der Längsdynamik des Fahrzeuges eine Aufbau- oder Fahrwerksschwingung erzeugen, das erfindungsgemäße Regelungsverfahren zu einer optimalen Radlast für die Übertragung von Bremskräften. Wird nämlich z. B. bei einem Rückfedern des Aufbaus und damit einer Belastung der Dämpfer in der Zugstufe die dann wirksame Dämpfungscharakteristik ”weich” oder ”weicher” eingestellt, so folgen die Räder/das Fahrwerk dieser Bewegung nicht unmittelbar und bleiben ”noch auf der Fahrbahn liegen”.
Somit führt die Kombination aus harter Dämpfung während der ersten Schwingungsperiode (Eintauchen oder Bremsnicken) und einer anschließenden geregelten Dämpfung nach dem ersten ”Eintauchens”, zu einer ausgeprägten und meßbaren Verkürzung des Bremsweges mit optimalem Bremskraftaufbau bereits während der ersten Millisekunden einer Bremsung.
Eine vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Dämpfer innerhalb von Dämpferkennlinien geregelt werden, die unter Berücksichtigung eines die Aufbaubeschleunigungen minimierenden Algorithmus (SkyHook) festgelegt sind. Ein solcher Algorithmus bedämpft die Aufbauschwingungen so, daß möglichst wenige Aufbaubewegungen aufgrund von Straßenanregungen entstehen und der Aufbau sich so verhält, als sei er ”aufgehängt”, sodaß nur die Räder den Straßenwelligkeiten folgen. Für wellige Straßen ist dies eine Regelungsweise, die nach einem harten Dämpfen der ersten Nickschwingung eine weiterhin gute Radlastverteilung zur Verfügung stellt.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass erst nach Überschreiten einer Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeuges die Einstellung einer harten Dämpfungscharakteristik während einer ersten Schwingungsperiode der Karosserie erfolgt. Hierdurch wird nur in den Bereichen geregelt, die ein solches Verfahren sinnvollerweise auch erfordern, also zum Beispiel in Geschwindigkeitsbereichen oberhalb von 20 Km/h.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Dämpfer in der Zug- und Druckstufe innerhalb geschwindigkeitsabhängiger Dämpferkennlinien geregelt werden. Das ist insofern vorteilhaft, als abhängig von der Geschwindigkeit dann etwa die Härte der Dämpfungscharacteristik der Dämpfer eingestellt werden kann. Bei hohen Geschwindigkeiten werden dann Eintauchbewegungen beispielsweise härter bedämpft als bei niedrigen Geschwindigkeiten.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Signale der Sensoren für die Fahrwerks- oder Radbeschleunigung zunächst einem Hochpass-Filter und danach je einem Komparator zugeführt werden, welcher das gefilterte Signal mit jeweils einem Schwellwert oder einem Kennfeld vergleicht. Nach der Erfindung werden die Signale der Sensoren für die Aufbaubeschleunigung zunächst einem Tiefpass-Filter und danach vorzugsweise je einem Komparator zugeführt, welcher das gefilterte Signal mit jeweils einem Schwellwert oder einem Kennfeld vergleicht. Hierdurch lassen sich auf relativ einfache und sichere Art Einflüsse von Störungen des Signals durch das jeweils andere Schwingungssystem (Aufbauschwingungen – Fahrwerkschwingungen) herausfiltern. Typische Aufbauschwingungen findet man im Bereich bis 5 Hz, typische Fahrwerksschwingungen liegen etwa bei 7 bis 15 Hz. So sind z. B ein Hochpassfilter von 8 Hz und ein Tiefpassfilter von 3 Hz geeignet und vorteilhaft, um die Schwingungsanteile sicher zu trennen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird zudem die Häufigkeit eines Eingriffes des Antiblockiersystemes (ABS) reduziert, da mit der hier offenbarten Dämpfungsregelung zur Bremswegverkürzung eine zusätzliche Sicherung gegen zu großen Schlupf vorhanden ist.
Die 1 zeigt ein Diagramm, in dem quantitativ eine Messung an einem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgerüsteten Fahrzeug während einer Gefahrenbremsung/Notbremsung aus ca. 100 Km/h aufgezeichnet wurde. Aufgezeichnet wurde hier die Geschwindigkeitsreduktion und der μ-Wert über den Verlauf der Bremsung, wie nachfolgend näher dargestellt.
Die Abszisse 1 des Diagramms zeigt die zeitlichen Verlauf einer solchen Bremsung und weist eine Teilung 2 von 0,5 sec. auf. Die Ordinate 3 ist sowohl Maßstab für die abnehmende Fahrzeuggeschwindigkeit während der Bremsung, welche durch die Kurvenschar 4 repräsentiert wird, als auch Maßstab für den Reibungskoeffizienten μ = F_R/F_N, der durch die Kurvenschar 5 gezeigt wird. Hierbei entspricht F_N als Normalkraft der Radlast und F_R der durch die Bodenaufstandsfläche übertragenen Bremskraft. Als Maßstab für die Geschwindigkeit weist die Ordinate eine Teilung 6 von 20 Km/h auf; als Maßstabfür den Reibungskoeffizienten ist die Ordinate dimensionslos und zeigt dessen relative Höhe an.
Die punktierten Kurve 7 und 7' zeigen das Verhalten bei weicher Dämpfungscharakteristik, d. h. bei ”weicher” Einstellung der Dämpfer, wie sie üblicherweise bei sehr komfortabel eingestelltem Fahrverhalten zu finden ist. Die Kurve 7 zeigt dabei den den Verlauf des Reibungskoeffizienten μ während der Bremsung, die Kurve 7' die dazugehörige Geschwindigkeitsabnahme.
Die gestrichelten Kurven 8 und 8' zeigen entsprechend das Verhalten bei harter Dämpfungscharakteristik, d. h. bei ”harter” Einstellung der Dämpfer, wie z. B. bei einem sehr sportlich abgestimmten Fahrzeug.
Die durchgezogenen Kurven 9 und 9' zeigen nun das Verhalten bei Einsatz des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens. Man erkennt hier, dass der μ-Wert im Schnitt deutlich höher liegt und das zum Ende der Bremsung, also nach etwa 2,5 sec, die Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich geringer und etwa bei 8 Km/h zu finden ist, während sie bei einer ungeregelten weichen Dämpfereinstellung noch bei ca. 22 Km/h liegt.
Bezugszeichenliste

1: Abszisse
2: Teilung auf der Abszisse
3: Ordinate
4: Kurvenschar
5: Kurvenschar
6: Teilung auf der Ordinate
7: Verlauf des Reibungskoeffizienten bei weicher Dämpfung
7': Geschwindigkeitsabnahme bei weicher Dämpfung
8: Verlauf des Reibungskoeffizienten bei harter Dämpfung
8': Geschwindigkeitsabnahme bei harter Dämpfung
9: Verlauf des Reibungskoeffizienten beim erfindungsgemäßen Verfahren
9': Geschwindigkeitsabnahme beim erfindungsgemäßen Verfahren

Claims

Verfahren zur Dämpfung von Karosserie- und Fahrwerks- oder Radschwingungen eines Kraftfahrzeuges, das Feder-Dämpfer-Systeme aufweist, worin sich bei den Dämpfern die Zug- und Druckstufe auf unterschiedliche Dämpfungscharakteristika/Dämpferkennlinien einstellen lässt, bei dem über Sensoren der Bremszustand erkannt wird, nach Erkennung eines Bremszustandes über Beschleunigungssignale die Dämpfer auf eine harte Dämpfung und danach auf eine weiche Dämpfung gestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erkennen eines Bremszustandes, sowie nach Überschreitung von Grenzwerten tiefpassgefilterter Aufbaubeschleunigungen und/oder Radbeschleunigungen eine erste Schwingungsperiode des Eintauchens der Karosserie ermittelt wird, für die eine harte Dämpfungscharakteristik für die betroffenen Räder oder Achsen eingestellt und beibehalten wird, bis sich die jeweilige Radlast, welche aus der jeweiligen Aufbaubeschleunigung und der jeweiligen Radbeschleunigung ermittelt wird, sich umkehrt oder unter einen Mindestwert vermindert, so dass anschließend die Dämpfer in ihrer Zug- und Druckstufe innerhalb einer vorgegebenen Dämpferkennlinien geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfer innerhalb von Dämpferkennlinien geregelt werden, die unter Berücksichtigung eines die Aufbaubeschleunigungen minimierenden Algorithmus (SkyHook) festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erst nach Überschreiten einer Mindestgeschwindigkeit des Fahrzeuges die Einstellung einer harten Dämpfungscharakteristik während einer ersten Schwingungsperiode der Karosserie erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfer in der Zug- und Druckstufe innerhalb geschwindigkeitsabhängiger Dämpferkennlinien geregelt werden.
Verfahren nach einem Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Sensoren für die Fahrwerks- oder Radbeschleunigung zunächst einem Hochpass-Filter und danach je einem Komparator zugeführt werden, welcher das gefilterte Signal mit jeweils einem Schwellwert oder einem Kennfeld vergleicht.
Verfahren nach einem Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale der Sensoren für Aufbaubeschleunigung nach der Tiefpass-Filterung je einem Komparator zugeführt werden, welcher das gefilterte Signal mit jeweils einem Schwellwert oder einem Kennfeld vergleicht.