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Die
Erfindung betrifft ein zweispuriges Kraftfahrzeug, insbesondere
einen Personenkraftwagen, mit einer Wankstabilisierungseinrichtung
in Form geteilter, jeweils einer Fahrzeug-Achse zugeordneter Stabilisatoren,
deren Stabilisatorhälften jeweils mittels eines von einer
elektronischen Steuereinheit, unter Berücksichtigung zum
Beispiel der Querbeschleunigung, der Fahrgeschwindigkeit und des
Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs, geeignet angesteuerten elektrischen
Stellmotors gegeneinander verdrehbar sind. Zum technischen Umfeld
wird insbesondere auf die
DE
198 46 275 A1 verwiesen.
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Eine
Wankstabilisierung, d. h. eine Reduzierung der rotatorischen Fahrzeugbewegungen
um die Fahrzeuglängsachse, hat eine wesentliche Verbesserung
des Fahrverhaltens und des Fahrkomforts zur Folge. Eine Möglichkeit,
die Wankbewegungen zu verringern, ist die Verwendung von Stabilisatoren. Bei
einer gegensinnigen Einfederung der Fahrzeugräder, wie
sie bei Kurvenfahrt auftritt, werden die Stabilisatoren tordiert.
Auf diese Weise ergibt sich nach der Aufstellung der Kräfte-
und Momentenbilanz ein Rückstellmoment, welches der Wankbewegung
des Fahrzeugaufbaus entgegenwirkt. Bei einer gleichsinnigen Einfederung
beider Räder einer Achse bleibt ein Stabilisator ohne Wirkung.
Verursachen Straßenunebenheiten jedoch eine gegensinnige
Vertikalbewegung der Räder einer Achse oder regen sie lediglich
ein Rad einer Achse an, erhöht der dadurch verdrehte Stabilisator
die resultierende Federsteifigkeit am Rad und verstärkt
hierdurch eine an sich unerwünschte Bewegung des Fahrzeugaufbaus,
die insbesondere bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs deutlich spürbar
ist.
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Bekannt
sind so genannte aktive Stabilisatoren in einem Fahrzeugfahrwerk
an der Vorderachse und der Hinterachse. Diese sind bevorzugt mittig
geteilt, wobei die so gebildeten Stabilisatorhälften einer Achse über
einen Stellmotor miteinander verbunden sind, der diese „Hälften"
gegeneinander verdrehen kann. Somit können die Stabilisatoren
in einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs ein der daraus resultierenden
Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus entgegenwirkendes Moment in den
Fahrzeugaufbau einleiten. Günstigstenfalls kann eine Wankbewegung
des Fahrzeugaufbaus im Falle einer Kurvenfahrt vollständig
unterbunden werden, weshalb diese bekannten Systeme auch als Vorrichtung
zur aktiven Wankstabilisierung bezeichnet werden.
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Neben
einem Hydraulikmotor kann als Stellmotor für einen aktiven
Stabilisator auch ein Elektromotor mit nachgeschaltetem Getriebe
verwendet werden, wie dies in der
DE 198 46 275 A1 beschrieben ist. Ein elektrischer
Stellmotor kann direkt von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert
werden, die im Hinblick auf eine gewünschte Wankstabilisierung
bei Kurvenfahrt, neben dem Fahrzeuglenkwinkel, die aktuelle Querbeschleunigung
sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt. Die Steuereinheit
berechnet ein dem Wankmoment entgegen gerichtetes Moment, das erforderlich
ist, um das Wankverhalten des Fahrzeugs auf ein über Kennfelder
definiertes Maß zu beschränken. Dieses Moment wird
zum Beispiel in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit
auf die Vorderachse und die Hinterachse aufgeteilt. So kann zwischen übersteuerndem
und untersteuerndem Verhalten gewechselt werden.
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Es
hat sich jedoch gezeigt, dass sich mit der Verwendung eines sog.
elektromechanischen Aktuators, d. h. eines elektrischen Stellmotors
mit nachgeschaltetem Getriebe, in einem aktiven Stabilisator sich
insbesondere bei Lenkwinkelsprüngen, die aktuatorseitig
zum sprunghaften Ansteigen der Stellmomente führen, sehr
hohe Stromspitzen ergeben. Diese kommen dadurch zustande, dass beide
Aktuatoren zeitgleich angesteuert werden, und können das Bordnetz überbeanspruchen.
Denn die Stromaufnahme eines Elektromotors hat beim Anfahren aus
dem Stillstand aufgrund seiner Trägheit und fehlender Gegeninduktion
eine kurze, einige Millisekunden dauernde Spitze, die wesentlich
höher ist als der Strom, der für das anschließende
Stellen eines Momentes benötigt wird. Werden nun zwei elektrische
Aktuatoren zeitgleich angesteuert, so überlagern sich unvorteilhafter
Weise beide Stromspitzen. Maßgeblich ist hier der Führungsanteil,
also das Sollmoment, das jeder Aktuator stellen soll. Die parallel
laufende Störgrößenregelung ist bzgl.
der Stromaufnahme weniger kritisch. Der eigentliche Aktuatorregler,
der die Führungs- und Störgrößenregelung
beinhaltet, kann wie in der
DE 102 21 718 A1 dargestellt, ausgeführt sein.
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Für
ein zweispuriges Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte
Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausführungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
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Nach
der Erfindung ist ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit einer Wankstabilisierungseinrichtung
mit geteilten Stabilisatoren an jeder Fahrzeugachse, deren Stabilisatorhälften
jeweils einer Fahrzeugachse mindestens durch einen elektrischen Stellmotor
miteinander verbunden sind, der durch eine Steuer- oder Regeleinrichtung
angesteuert, die Stabilisatorhälften gegeneinander verdreht,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung die
elektrischen Stellmotore an den verschiedenen Achsen mindestens
10 Millisekunden, insbesondere 50 Millisekunden, zeitversetzt bestromt.
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Durch
diese zeitversetzt optimale Ansteuerung der Stellmotore der Vorderachse
und Hinterachse lassen sich die ca. 10 bis 50 Millisekunden dauernden
Stromimpulse so überlagern, dass die superpolierte Stromspitze
kleiner ist als die Addition der einzelnen Maximalwerte. Ein Zeitversatz
von etwa 50 ms ist hierzu besonders günstig. Bei einem
Zeitverzug dieser Größenordnung tritt aufgrund
der einerseits hohen Dynamik der Stellmotoren und der Trägheit
des Fahrzeugaufbaus beim Führungsverhalten noch keine Verschlechterung
ein. Die Störgrößenregelung soll von
dieser Maßnahme unbeeinflusst bleiben, um Störungen
bis zur größtmöglichen Frequenz herausregeln
zu können. Mit einer zeitlichen Verzögerung hat
man zudem Einfluss auf das Fahrverhalten.
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Deshalb
ist eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass die zeitversetzte Bestromung der Stellmotoren so vorgenommen
wird, dass in Fällen, in denen das von den Stellmotoren
zu erzeugende Drehmoment ansteigt, der Stellmotor der Hinterachse
zeitverzögert bestromt wird und dass in Fällen,
in denen das von den Stellmotoren zu erzeugende Drehmoment abfällt,
der Stellmotor der Vorderachse zeitverzögert bestromt wird,
so dass an der Vorderachse das vom Stellmotor zu erzeugende Drehmoment
früher aufgebracht und später zurückgestellt
wird als an der Hinterachse.
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Eine
solche vorteilhafte Vorgehensweise trägt dazu bei, das
Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs leicht beherrschbar zu halten.
Zunächst wird beim Momentenaufbau die Vorderachse und mit
definierter Verzögerung die Hinterachse angesteuert, bei
abfallendem Sollmoment wird das Moment an der Vorderachse länger
gehalten als das an der Hinterachse. Dadurch wird das Fahrverhalten
in Kurven so beeinflusst, dass das Fahrzeug untersteuert.
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Eine
umgekehrte Verzögerungsreihenfolge der Achsen oder eine
feste Verzögerung einer Achse gegenüber der anderen
ist zwar auch denkbar, beeinflusst jedoch das Eigenlenkverhalten
in Richtung Übersteuern. Sollte ein solches Fahrverhalten
gewünscht sein, lässt sich idealerweise durch
Simulation oder Fahrversuche sich die optimale Lösung bestimmen.
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Eine
bevorzugte Ausbildung der Erfindung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet,
dass durch das Aktivieren und Deaktivieren der Zeitverzögerung auftretende
Unstetigkeiten in der Drehmomentenvorgabe durch Tiefpassfilterung
geglättet werden.
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Die
Filterung hat zudem den Vorteil, dass hochfrequente Signale, die
die Aktuatoren nicht mehr mit einer maximal zulässigen
Phasenverschiebung stellen können, aus den Vorgaben herausgenommen werden.
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Zur
weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die beigefügte
Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
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1:
Einen Stromverlauf über der Zeit für eine erfindungsgemäße
Bestromung von Stellmotoren einer Hinterachse und einer Vorderachse
einer Wankstabilisierungseinrichtung und
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2:
Ein Ablaufdiagramm einer Steuerung der Momentenaufteilung zwischen
den Stellmotoren von Hinterachse und Vorderachse bei einer Bestromung
der Stellmotore der Wankstabilisierungseinrichtung entsprechend 1.
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In 1 ist
mit durchgezogener Linie (Überlagerung), der ein Kraftfahrzeug-Bordnetz
belastende Gesamt-Stromverlauf I über der Zeit t dargestellt, wie
dieser sich durch eine optimal zeitversetzte Ansteuerung aus den
dadurch zeitversetzten Stromverläufen bei der Bestromung
von Stellmotoren einer Vorderachse (Achse 1, gestrichelt dargestellt)
und einer Hinterachse (Achse 2, strichpunktiert dargestellt) ergibt.
Die 10 bis 50 Millisekunden andauernden Stromimpulse bei den Stellmotoren
zu Beginn ihrer Bestromung oder beim Flankenwechsel (fallend, steigend)
lassen sich durch Zeitversatz so überlagern, dass die superpolierte
Stromspitze kleiner ist als die Addition der einzelnen Maximalwerte.
Ein Zeitversatz von 10 bis 50 Millisekunden genügt hierzu.
Die Vorteile liegen im Wesentlichen in der Reduzierung der elektrischen
Bordnetzanfoderungen. So können unter Umständen
Maßnahmen wie SuperCaps und dgl. vermieden werden, da bei
der Anfahrbeschleunigung der Stellmotore des Wankstabilisierungssystems
weniger hohe Stromspitzen im Bordnetz erzeugt werden.
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Die 2 zeigt
ein Verfahren zur Aufteilung der Wankmomentenabstützung
zwischen Vorderachse (Achse 1, VA) und Hinterachse (Achse 2, HA)
mit Stromspitzenkappung der Stellmotore entsprechend der 1.
In Abhängigkeit von fahrzeugspezifischen Parametern erfolgt
aus einem insgesamt, d. h. an der Vorderachse VA sowie an der Hinterachse
HA des Kraftfahrzeugs, aufzubringenden Stabilisations-Gesamtmoment
Mx,soll eine Umrechnung in ein an der Vorderachse VA sowie ein an
der Hinterachse HA des Kraftfahrzeugs aufzubringendes Stabilisatorteilmoment
MVa,soll, MHa,soll zur Erzielung einer bestimmten Wankstabilisierung
bei bestimmten Fahreigenschaften. Das sog. Gesamtmoment Mx,soll wird
also auf die beiden Achsen VA, HA des Kraftfahrzeugs geeignet verteilt
und zwar bevorzugt in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Bevorzugt wird dabei das Verhältnis zwischen dem vom Vorderachs-Stellmotor
aufzubringenden Stabilisator-Sollmoment MVa,soll der Vorderachse
VA und dem vom Hinterachs-Stellmotor aufzubringenden Stabilisator-Sollmoment
MHa,soll der Hinterachse HA mit steigender Fahrzeug-Geschwindigkeit
vergrößert. Dies führt bei geringen Fahrgeschwindigkeiten zu
einer hohen Lenkwilligkeit des Fahrzeugs und bei hohen Fahrgeschwindigkeiten
zu einem untersteuernden, gut beherrschbaren Fahrzeug.
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Dementsprechend
erfolgt also die Berechnung der Stellsignale für die elektrischen
Stellmotoren der Fahrzeug-Vorderachse (Achse 1, VA) bzw. der Fahrzeug.-Hinterachse
(Achse 2, HA). Je nachdem, ob das aufzubringende Moment (Flanke)
fallend oder steigend ist, wird der Stellmotor der Vorderachse VA
oder der der Hinterachse HA zeitverzögert bestromt (Delay).
Das von jedem Stellmotor jeweils bereitgestellte Stellmoment (MVA,
MHA) wird erhalten, nachdem die jeweilige Momentenvorgabe einer Tiefpassfilterung
(TP-Filter) unterzogen wurde. Dadurch lassen sich die durch die
Verzögerung auftretenden Unstetigkeiten glätten.
Die Filterung hat zudem den Vorteil, dass hochfrequente Signale,
die die Stellmotoren nicht mehr mit einer maximal zulässigen Phasenverschiebung
stellen können, aus den Vorgaben herausgenommen werden.
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Ganz
allgemein wäre eine umgekehrte Zeitverzögerungsreihenfolge
der beiden Achsen (VA, HA) oder eine feste Zeitverzögerung
an einer Achse (VA, HA) gegenüber der anderen (HA, VA)
auch denkbar. Allerdings würde dieses jedoch das Eigenlenkverhalten
des Fahrzeugs in Richtung Übersteuern beeinflussen. Durch
Simulation oder Fahrversuche läßt sich aber auch
für diese Fälle jeweils eine optimale Lösung
bestimmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19846275
A1 [0001, 0004]
- - DE 10221718 A1 [0005]