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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Abstandes zwischen einem Aufbau und einem mit dem Aufbau elastisch gekoppelten Fahrwerksbauteil eines Straßenkraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Die geregelte Einstellung dieses Abstands wird auch als Niveauregulierung bezeichnet. Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren ist jeweils aus der
EP 1 371 508 A1 bekannt. Nach dieser Schrift kann es bei modernen Kraftfahrzeugen durch fahrdynamische Einflüsse wie positive oder negative Beschleunigungen dazu kommen, dass der Aufbau im Bereich der Vorderachse angehoben und im Bereich der Hinterachse bei positiven Beschleunigungen abgesenkt wird. Bei negativen Beschleunigungen tritt eine Anhebung im Bereich der Hinterachse und eine Absenkung im Bereich der Vorderachse auf.
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Wenn eine Niveauregelung in solchen Fällen jeweils auf einen Soll-Wert für den Abstand regeln würde, hätte dies bei einer positiven Beschleunigung zur Folge, dass der Aufbau im Bereich der Vorderachse durch die Niveauregulierung abgesenkt und im Bereich der Hinterachse angehoben werden würde. Fällt die positive Beschleunigung dann weg, würde der Abstand zwischen Fahrzeugaufbau und Fahrwerk im Bereich der Vorderachse kleiner als der Soll-Wert und im Bereich der Hinterachse größer als der Soll-Wert sein. Aus diesem Grunde würde unmittelbar nach dem Wegfall der Beschleunigung eine erneute Regelung notwendig.
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Bei modernen Niveauregulierungen werden während der Beschleunigungsvorgänge des Kraftfahrzeugs die von Abstandssensoren gemessenen Ist-Werte für den Abstand von Fahrzeugaufbau und Fahrwerk entsprechend angepasst oder korrigiert, um die unerwünschten Regelvorgänge der Niveauregulierung zu unterbinden. Bei einer positiven Beschleunigung des Kraftfahrzeugs wird der an der Vorderachse gemessene Wert eines Abstandssensors also nach unten korrigiert und der an der Hinterachse gemessene Wert eines Abstandssensors entsprechend nach oben korrigiert.
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Zusätzlich zu diesen Beschleunigungseinflüssen werden in der
EP 1 371 508 A1 auch aerodynamische Einflüsse erwähnt, die zu einer Absenkung oder einem Anheben des Fahrzeugaufbaus führen. Zur Korrektur der aerodynamischen und der fahrdynamischen Einflüsse sieht die
EP 1 371 508 A1 dann für den Fall einer Rückwärtsfahrt z. B. vor, den Ist-Wert für den Abstand zwischen Aufbau und Fahrwerksbauteil in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit und zusätzlich in Abhängigkeit von einer Fahrzeugbeschleunigung zu korrigieren. Für beide Parameter ist jeweils eine eigene Tabelle bzw. ein eigener Spaltenvektor vorgegeben, der einzelne Werte des jeweiligen Parameters mit einem bestimmten Korrekturwert verknüpft.
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Die beiden Korrekturwerte werden damit insbesondere vollkommen unabhängig voneinander erzeugt. Die Korrektur des Ist-Wertes für den Abstand zwischen Aufbau und Fahrwerk erfolgt durch additive Verknüpfung des gemessenen Ist-Wertes mit den beiden Korrekturwerten.
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Das bekannte Verfahren erlaubt damit bereits eine Unterscheidung von Änderungen des Abstandes zwischen Aufbau und Fahrwerk, die durch fahrdynamische Einflüsse hervorgerufen werden, von Änderungen, die sich durch einen Eingriff des Fahrers oder durch eine geänderte Beladung ergeben.
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Es hat sich aber gezeigt, dass die Niveauregulierung beim Einwirken fahrdynamischer Einflüsse bei manchen Fahrzeugen weiter vom Soll-Wert abweichende Abstände einstellte und unerwünscht häufig unnötige Regeleingriffe vornahm. Die Einstellung von Abständen, die vom Soll-Wert abweichen, kann die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges negativ beeinflussen. Zu große Abstände sind z. B. bei schneller Fahrt und großen Querbeschleunigungen nachteilig, während zu geringe Abstände, also eine zu geringe Bodenfreiheit, insbesondere bei schlechter Fahrbahnqualität oder auf unbefestigtem Untergrund, wie im Gelände, nachteilig ist.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens und einer Vorrichtung der jeweils eingangs genannten Art, die jeweils eine Verringerung der Zahl unerwünschter Regeleingriffe bewirken und mit denen weniger oft vom Soll-Wert abweichende Abstände zwischen Fahrwerk und Aufbau eingestellt werden.
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Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass sich Niveauänderungen des Fahrzeugs, die sich als Reaktion auf gleichzeitig auftretende, verschiedene fahrdynamische Einflüsse ergeben, aufgrund konstruktiver Gegebenheiten des Fahrwerks von der Summe der Einzelreaktionen auf diese Einflüsse unterscheiden. Das bekannte Verfahren der Addition unabhängiger Korrekturen von Einzeleinflüssen führt daher zu falschen Ergebnissen, was wiederum zur unerwünscht hohen Regelhäufigkeit und zur vorübergehenden Einstellung falscher Abstände führt.
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Die erfindungsgemäße Verwendung eines Korrekturwertes K, dessen Änderungen bei Änderungen von nur einem der Parameter und konstanten Werten der übrigen Parameter auch von den Werten wenigstens eines anderen der Parameter abhängig ist, erlaubt dagegen eine Berücksichtigung der Wechselwirkung zwischen den Einflüssen der einzelnen Parameter.
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Dies ist bei dem bekannten Verfahren nicht der Fall. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Korrekturwert K als Summe K = K1(a1) + K2(a2) bestimmt, wobei a1 und a2 fahrdynamische Parameter und K1 und K2 die jeweils zugeordneten unabhängigen Korrekturwerte sind. Änderungen von K, die sich bei Änderungen des Parameters a1 und konstantem Parameterwert a2 ergeben, sind dann von a2 unabhängig. Dies sieht man z. B. durch Bilden der partiellen Ableitung dK1/da1, bei der der von a1 unabhängige Korrekturwert K2 wegfällt.
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Die Erfindung erlaubt dagegen eine Berücksichtigung einer Wechselwirkung zwischen den Einflüssen der einzelnen Parameter.
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Solche Einflüsse treten bspw. bei einer progressiven Federungskennlinie auf, bei der sich die Einfederung nicht linear mit einer einwirkenden Kraft ändert. Jeweils einzeln auftretende Einzeleinflüsse einer Längsbeschleunigung und einer Querbeschleunigung führen dann zu gleichen Einfederungen, also zu gleichen Änderungen des Abstands zwischen Fahrwerk und Aufbau und zu gleichen Korrekturwerten. Treten diese Einzeleinflüsse jedoch gemeinsam auf, z. B. beim Beschleunigen in einer Kurve, ist die resultierende Einfederung wegen der nicht linearen Federkennlinie nicht einfach die Summe der einzelnen Einfederungen. Dies wird durch die Erfindung berücksichtigt, die z. B. für jede mögliche Kombination von Einzeleinflüssen genau einen auf die spezielle Kombination dieser Einzeleinflüsse unter Berücksichtigung ihrer Wechselwirkung abgestimmten Korrekturwert K bereitstellt.
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Bei einer Ermittlung der Korrekturwerte durch eine Tabelle oder einen Kennfeldzugriff sind dafür wesentlich mehr Stützstellen notwendig als beim Stand der Technik. Während eine Berücksichtigung der Einflüsse von N Parametern beim Gegenstand der
EP 1 371 508 A1 mit N Spaltenvektoren möglich ist, erfordert eine vergleichbare Realisierung der Erfindung für diesen Fall eine N-dimensionale Matrix. Nimmt man jeweils n mögliche Werte für jeden der N Parameter an, ergeben sich bei dem bekannten Gegenstand n × N Korrekturwerte, während eine N-dimensionale Matrix n
N Korrekturwerte enthält. Diese große Zahl von Korrekturwerten ist zwar einerseits für die Lösung der oben angegebenen Aufgabe hilfreich, sie bereitet aber andererseits Schwierigkeiten bei der Erstellung der Daten durch Fahrversuche.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, einen Zusammenhang zwischen den im Betrieb des Fahrzeugs verwendeten Korrekturwerten und den verschiedenen Parametern wenigstens teilweise rechnerisch mit Hilfe eines Fahrzeugmodells zu ermitteln, das den Abstand zwischen Aufbau und Fahrwerksbauteil für die verschiedenen Kombinationen von Fahrzeugparametern simuliert. Solche Fahrzeugmodelle, die eine Simulation von Fahrzeugeigenschaften durch Rechner erlauben, sind auf dem Markt erhältlich. Als Beispiel wird auf Software wie Adams/Car der Firma MSC Software oder CarMaker der Firma IPG Automotive verwiesen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, den abhängigen Ansprüchen und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 das technische Umfeld der Erfindung;
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2 einen Regelkreis zur Einstellung des Abstands zwischen Fahrwerksbauteil und Aufbau; und
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3 ein Kennfeld von Korrekturwerten über zwei Fahrzeugparametern, das eine Wechselwirkung von Einflüssen der beiden Fahrzeugparameter abbildet.
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Im Einzelnen zeigt die 1 ein Rad 10 eines Straßenkraftfahrzeugs, das mit einem Fahrwerksbauteil 12 und weiteren, nicht im Einzelnen dargestellten Fahrwerksbauteilen mit einem Fahrzeugaufbau 14 verbunden ist. Das Fahrzeugbauteil 12, insbesondere ein Längslenker, Schräglenker oder Querlenker, ist mit dem Fahrzeugaufbau 14 über ein Federelement 16 elastisch gekoppelt. Bei dem Federelement 16 handelt es sich in einer bevorzugten Ausgestaltung um ein pneumatisches, hydraulisches oder hydropneumatisches Federelement 16, ohne dass die Erfindung auf eine Verwendung solcher Federelemente 16 beschränkt wäre. Neben ihrer Federungsfunktion erlauben solche Federelemente 16 insbesondere eine Einstellung eines statischen Abstandes zwischen dem Aufbau 14 und dem Fahrwerksbauteil 12, z. B. durch Variation eines Gasdrucks im Federelement 16.
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Die dazu verwendeten Vorrichtungen wie Druckspeicher, Kompressoren und Ventile sind bekannt und müssen daher hier nicht im Einzelnen erläutert werden.
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Ein Abstandssensor
18 bildet den Abstand d zwischen Fahrwerksbauteil
12 und Aufbau
14 in ein elektrisches Signal IW ab, das an ein Steuergerät
20 übertragen wird. Dem Steuergerät
20 werden darüber hinaus Signale über N Fahrzeugparameter a1, a2, ... aN mit 2 ☐ N zugeführt. Die Verwendung solcher Abstandssensoren
20 ist dem Fachmann bereits aus dem Stand der Technik vertraut und bedarf daher ebenfalls keiner weiteren Erläuterung. So offenbart auch die
EP 1 371 508 A1 bereits solche Abstandssensoren.
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Die wenigstens zwei Fahrzeugparameter a1, a2, ..., aN sind in einer bevorzugten Ausgestaltung in der folgenden Liste enthalten: Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel, Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, Antriebsmoment, Bremsmoment, Fahrzeugneigung. Dabei versteht es sich, dass diese Aufzählung nicht abschließend ist und ggf. auch weitere oder andere Fahrzeugparameter vom Steuergerät 20 verarbeitet werden können. Moderne Kraftfahrzeuge sind mit einem Geschwindigkeitssensor und/oder einem Lenkwinkelsensor und/oder Beschleunigungssensoren für Fahrdynamikregelungen oder passive Sicherheitssysteme und/oder einem Neigungssensor ausgestattet. Werte des Antriebsmomentes werden in modernen Motorsteuergeräten im Betrieb des Kraftfahrzeugs laufend gebildet und stehen daher ebenfalls im Kraftfahrzeug zur Verfügung. Je nach Art der Bremsmomenterzeugung gilt dies auch für das Bremsmoment.
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Die genannten Fahrzeugparameter bestehen daher in der Regel bei modernen Kraftfahrzeugen im Steuergeräteverbund zur Verfügung und können daher in der Regel über ein Bussystem vom Steuergerät 20 eingelesen werden. Die Erfindung erfordert vor diesem Hintergrund keine zusätzliche Sensorik gegenüber der bei modernen Kraftfahrzeugen ohnehin vorhandenen Sensorik. Für jeden Satz von Werten der Fahrzeugparameter a1, a2, ..., aN bildet das Steuergerät 20 einen individuellen Korrekturwert K nach einem vorbestimmten Zusammenhang und korrigiert mit dem so erhaltenen Korrekturwert K einen Ist-Wert IW und/oder einen Soll-Wert SW für die Einstellung des Abstandes d zwischen Fahrwerksbauteil 12 und Fahrzeugaufbau 14.
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2 zeigt eine Niveauregulierung als geschlossenen Regelkreis für diesen Abstand d. In einer Ausgestaltung wird dazu zunächst der Korrekturwert K im Block 22 als Funktion der verschiedenen Fahrzeugparameter a1, a2, ... aN gebildet und in einer Verknüpfung 24 mit dem Ist-Wert IW des Abstandes d verknüpft. In der 2 ist eine additive Verknüpfung dargestellt. Es versteht sich aber, dass die Verknüpfung alternativ auch multiplikativ erfolgen kann, wenn die Korrekturwerte K entsprechend gebildet werden.
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Ein Soll-Wertgeber 26 stellt einen Soll-Wert SW für den Abstand d bereit, der in einer Ausgestaltung vom Fahrer des Kraftfahrzeugs beeinflussbar ist oder in Abhängigkeit von Fahrzeugparametern automatisch vorgegeben wird. Aus Soll-Wert SW und korrigiertem Ist-Wert IW wird in der Verknüpfung 28 eine Regelabweichung dR gebildet. Ein Regler 30 bildet daraus eine Stellgröße SG zur Ansteuerung eines Stellgliedes zur Einstellung des Abstandes d, bspw. zur Ansteuerung eines Luftfederelementes 16.
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Alternativ zur Korrektur des Ist-Wertes IW mit dem Korrekturwert K kann auch der Soll-Wert SW mit dem Korrekturwert K korrigiert werden. Dies wird in der 3 durch die gestrichelten Elemente 32 und 34 dargestellt. Typische Werte von K liegen in einer Größenordnung von +/– 25 mm.
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3 zeigt ein Kennfeld als grafische Darstellung einer zweidimensionalen Matrix, in der Korrekturwerte K für verschiedene Wertepaare für Längsbeschleunigungen a_längs und Querbeschleunigungen a_quer als Beispiele von Fahrzeugparametern a1, a2 abgelegt sind.
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Das Kennfeld zeichnet sich dadurch aus, dass Änderungen des Korrekturwertes K, die sich bei Änderungen von nur einem der Parameter und konstanten Werten der übrigen Parameter ergeben, auch von Werten wenigstens eines anderen der Parameter abhängig sind.
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Ändert man zum Beispiel vom Kennfeldpunkt P1 ausgehend die Längsbeschleunigung a_längs bei konstanter Querbeschleunigung a_quer um eine Einheit, gelangt man zum Punkt P3. Dabei ändert sich der Korrekturwert vergleichsweise stark, was in der 3 durch die vergleichsweise große Steigung der Verbindung von P1 und P3 deutlich wird.
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Analog gelangt man vom Punkt P2 zum Punkt P4, wenn man vom Kennfeldpunkt P3 ausgehend die Längsbeschleunigung a_längs bei konstanter Querbeschleunigung a_quer um eine Einheit ändert. Dabei ändert sich der Korrekturwert vergleichsweise weniger stark, was in der 3 durch die vergleichsweise kleinere Steigung der Verbindung von P2 und P4 deutlich wird. Das heißt, dass beim Kennfeld nach der 3 Änderungen des Korrekturwertes K, die sich bei Änderungen von nur einem der Parameter (hier der Längsbeschleunigung a_längs) und konstanten Werten der übrigen Parameter (hier der Querbeschleunigung a_quer) ergeben, auch von Werten wenigstens eines anderen der Parameter (hier der Querbeschleunigung a_quer) abhängig sind.
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In einer Ausgestaltung von Verfahrensaspekten werden die von N Parametern abhängigen Korrekturwerte aus den N Parametern nach einem vorbestimmten Zusammenhang ermittelt. Das Kennfeld der 3 veranschaulicht, wie dies für den Fall N = 2 durch Zugriff auf eine N = 2 dimensionale Korrekturwert-Matrix erfolgt. Für Werte von Parametern, die zwischen mehreren Matrixelementen oder Kennfeldpunkten liegen, sieht eine Ausgestaltung eine Ermittlung durch ein Interpolationsverfahren vor.
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Alternativ zu einem Zugriff auf eine Kennfeld sieht eine weitere Ausgestaltung vor, im Zuge der Ermittlung eines Korrekturfaktors Berechnungen nach einer vorgegebenen Berechnungsformel durchzuführen. Diese Berechnungsformeln werden bevorzugt als Näherungsformeln vorgegeben, die so bestimmt sind, dass sie zum Beispiel die K-Werte des Kennfeldes aus der 3 näherungsweise ergeben. Solche Näherungsformeln basieren bevorzugt ebenfalls aus Daten, die von einem Fahrzeugmodell rechnerisch modelliert worden sind.
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Wegen der großen Zahl der Kennfeldwerte sind diese nicht mehr ohne weiteres mit vertretbarem Aufwand für jede mögliche Kombination von Fahrzeugparametern durch Fahrversuche festlegbar. Daher erfolgt die Festlegung bevorzugt mit Hilfe des bereits genannten Rechenmodells, mit dem Reaktionen des Kraftfahrzeugs auf Änderungen der Fahrzeugparameter simuliert werden. Dazu wird in einer Applikationsphase ein geeignetes Fahrzeugmodell, das in einer Ausgestaltung durch eine bereits genannte Software, wie z. B. Adams/Car oder CarMaker, realisiert wird, für einen bestimmten Fahrzeugtyp oder für eine bestimmte Variante eines Fahrzeugtyps mit vorher festgelegten Werten von Fahrzeugparametern aus der oben genannten Liste (Fahrgeschwindigkeit, Lenkwinkel, Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, Antriebsmoment, Bremsmoment, Fahrzeugneigung) gespeist. Die Berechnung der Korrekturwerte erfolgt dann automatisch und individuell für jede mögliche oder gewünschte Kombination der Fahrzeugparameter. Für die automatische Verarbeitung der Fahrzeugparameter bei der Festlegung der Korrekturwerte wird bevorzugt eine scriptbasierte Routine verwendet, die jede Kombination der Eingangswerte (Fahrzeugparameter) generiert, die Berechnung für jede generierte Kombination startet und den für jede Kombination berechneten Wert in ein Kennfeld schreibt oder über eine Matrix den zugehörigen Eingangsparametern zuordnet.
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Im späteren Betrieb eines individuellen Kraftfahrzeugs erfolgt die Ermittlung der Korrekturwerte K bevorzugt durch das Steuergerät 20. Das Steuergerät 20 zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass es dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert ist, einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder einer seiner Ausgestaltungen zu steuern.