DE102008006052B4 - Feder-Dämpfersystem und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Feder- und/oder Dämpferverhaltens einer Feder-Dämpfereinrichtung eines einspurigen Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Feder- und/oder Dämpferverhaltens einer Feder-Dämpfereinrichtung (FDE) eines einspurigen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Motorrades, wobei die Radlast, die Radlastschwankung oder ein mit der Radlast oder Radlastschwankung korrelierendes Signal (S_Radlast) ermittelt wird, und die Feder-Dämpfereinrichtung (FDE) in ihrer Feder- und/oder Dämpfercharakteristik in Abhängigkeit von der Radlast oder Radlastschwankung oder einem hiermit korrelierenden Signal (S_Radlast) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Radlast, die Radlastschwankung oder das hiermit korrelierende Signal (S_Radlast) in Abhängigkeit von Informationen über die Drehunförmigkeit zumindest eines Reifens in Verbindung mit Informationen über einen aktuell vorliegenden Schräglagenwinkel (φ) ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Feder-Dämpfersystem sowie ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Feder- und/oder Dämpferverhaltens einer Feder-Dämpfereinrichtung eines einspurigen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Aus dem Automobilbereich sind bei Zweispurfahrzeugen heutzutage so genannte semiaktive Fahrwerke bekannt, bei denen die Stoßdämpfereinrichtungen in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern im Hinblick auf ihre Feder- und/oder Dämpfungseigenschaften (Feder-/Dämpfungscharakteristik) automatisch an bestimmte Fahrsituationen angepasst werden können. Diesbezüglich sei auf die, bereits seit geraumer Zeit in den Fahrzeugen der Anmelderin verbaute, so genannte Wankstabilisierung (auch als „Elektronische Dämpfer Control (EDC) bezeichnet) verwiesen (Betriebsanleitung BMW 7-er, Modelljahr 2006, Bestellnr.: 01 40 0 012 816, Seite 87-88). Gemäß dem EDC-System wird die Dämpfung des Feder-Dämpfer-Systems in Abhängigkeit von Einflussgrößen, wie Fahrbahnqualität, oder Betriebsbedingungen, wie Lenken, Bremsen usw. an die neuen Gegebenheiten angepasst.
• Des Weiteren ist aus den aktuellen Motorrädern der Anmelderin bereits das so genannte ESA-System (Electronic Suspension Adjustment) bekannt, welches bereits eine Auswahl unterschiedlicher Feder-Dämpfer-Charakteristiken bereitstellt ( DE 199 22 745 A1 ). Aus der DE 199 22 745 A1 ist eine Radaufhängungsvorrichtung für Motorräder bekannt, bei der über eine manuell verstellbare Auswahleinheit und/oder in Abhängigkeit von erfassten Betriebsparametern die Dämpfungskraft und/oder die Federkraft des Federbeins verstellbar ist. Dabei kann über die Auswahleinheit eine Vorauswahl (z.B. Sport, Normal, Komfort) für die Basisabstimmung eines Federelements (Feder-Dämpfereinrichtung) eingestellt werden und abhängig von dieser eingestellten Vorauswahl und erfassten vorbestimmten Betriebsparametern (insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Fahrzeugbeladung) über eine Steuereinrichtung anhand hinterlegter Kennfelder automatisch eine entsprechende Anpassung der Feder-/Dämpfercharakteristik vorgenommen werden. Hierfür ist vorgesehen, über einen elektrischen Schrittmotor, die bei einem konventionellen Federbein vorhandenen Einstellmittel (z.B. Drehschrauben zur Einstellung der Druck und/oder Zugstufe) zu betätigen. Hierdurch wird eine mühsame manuelle Abstimmungsarbeit, bei der vorher per Schraubendreher in kleinen Schritten die optimale Einstellung des Federbeins ermittelt wurde, automatisch und in Abhängigkeit von der einstellbaren Vorauswahl des Fahrers durchgeführt. Diese per Vorauswahl getroffene Abstimmung bietet im späteren Betrieb ggf. die Basis für eine automatische Anpassung an vorliegende Betriebbedingungen wie Fahrzeuggeschwindigkeit und/ oder Fahrzeugbeladung.
• Im Motorradbereich sind ferner aus der DE 10 2004 021 590 A1 bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung des Neigungswinkels eines Zweirades sowie ein Verfahren zur Niveauregulierung eines gefederten Zweirades bekannt. Hier wird vorgeschlagen, eine vorhandene Niveauregulierung in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel des Zweirades zu aktivieren oder zu deaktivieren. Durch Abschalten der Niveauregulierung bei Kurvenfahrt soll verhindert werden, dass eine aufgrund der Fliehkräfte das Zweirad stattfindende Einfederung ungewollt durch Nachregelung des Niveaus ausgeglichen wird.
• Des Weiteren ist aus der Patentschrift US 4 568 101 A eine steuerbare Feder/Dämpfereinrichtung für ein Motorrad bekannt, die derart ausgebildet ist, dass bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer vorbestimmten Grenzgeschwindigkeit das Motorrad abgesenkt und oberhalb dieser Geschwindigkeit wieder abgehoben wird. Hierdurch sollen eine einfachere Handhabung der Maschine im Stand sowie eine größere Bodenfreiheit und ein erhöhter Komfort während der Fahrt gewährleistet werden.
• Die Druckschrift DE 41 41 931 A1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Signals zur Ansteuerung eines Fahrwerkregelungssystems bei Kraftfahrzeugen, bei dem erste Signale erfasst werden, die die Drehzahl wenigstens eines Rades repräsentieren. Ausgehend von diesen ersten Signalen werden zweite Signale ermittelt, die die mittlere Drehzahl wenigstens eines Rades wenigstens einer Achse repräsentieren. Zur Ansteuerung eines Fahrwerkregelungssystems werden nun dritte Signale herangezogen, zu deren Bildung die Differenz der ersten Signale zu den zweiten Signalen ermittelt wird. Hierbei repräsentieren die dritten Signale die dynamische Radlast an dem jeweiligen Rad. Durch das Verfahren wird also die dynamische Radlast mittels der Raddrehzahlsignale ermittelt.
• Die Druckschrift DE 41 40 270 A1 beschreibt ein Verfahren zur Fahrwerkregelung mit Aufhängungssystemen, die zwischen den Radeinheiten und dem Fahrzeugaufbau angebracht sind, und die Bewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radeinheiten beeinflussen können, wobei während Brems- und/oder Beschleunigungsmanövern die Aufhängungssysteme derart betätigt werden, dass an jeder Radeinheit die momentane Normalkraft zwischen Reifen und Fahrbahn, die Radlast, in Richtung ihres größtmöglichen Wertes beeinflusst wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Feder-/Dämpfereinrichtung eines einspurigen Kraftfahrzeugs zu schaffen, wodurch die Fahrsicherheit im Vergleich zu herkömmlichen Systemen erhöht wird.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuerung und/oder Regelung des Federverhaltens und/oder Dämpferverhaltens einer Feder-Dämpfereinrichtung eines einspurigen Kraftfahrzeugs erfolgt, indem eine Radlast oder Radlastschwankung bzw. ein hiermit korrelierendes Signal (im Folgenden auch allgemein als Radlastsignal bezeichnet) ermittelt wird und in Abhängigkeit von dem ermittelten Radlastsignal die Feder-Dämpfereinrichtung in ihrer Feder- und/oder Dämpfercharakteristik eingestellt wird, und das zu ermittelnde Radlastsignal in Abhängigkeit von Informationen über die Drehunförmigkeit zumindest eines Reifens in Verbindung mit Informationen über einen aktuell vorliegenden Schräglagenwinkel (des Einspurfahrzeugs) ermittelt wird. Die Minimierung der Radlast bzw. Radlastschwankung ist eine der wichtigsten Zielgrößen bei der Optimierung eines semiaktiven Fahrwerks. Unter Radlast wird im Sinne der Erfindung die auf den Reifen im Reifenaufstandspunkt wirkende vertikale Kraftkomponente (auch als Normalkraft oder Radaufstandskraft bezeichnet) - bzw. eine hiermit korrelierende Größe - verstanden. Eine minimale Radlastschwankung bedeutet verlässliche Traktionswerte an den Fahrzeugrädern - an der Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Fahrbahn. Als zu ermittelnde bzw. zu messende Größe bietet sich die Radaufstandskraft oder eine zeitliche Ableitung hiervon an. Diese ist allerdings nur sehr aufwändig zu erfassen. Alternativ kann für die Radlast die Drehunförmigkeit des abrollenden Reifens (als mit der Radlast korrelierende Größe) ermittelt bzw. gemessen werden. Unter Drehunförmigkeit eines Reifens wird im Sinne der Erfindung die aufgrund der der Radlast sich einstellende Veränderung der Reifengeometrie im Radaufstandspunkt bzw. die hieraus resultierende Veränderung des Abrollverhaltens verstanden. Aufgrund der im Reifenaufstandspunkt wirkenden Radlast wird der Reifen in diesem Bereich (Berührungsbereich zur Fahrbahn) abgeplattet, wodurch der Reifenradius im Reifenaufstandspunkt im Vergleich zum übrigen Radbereich reduziert und die Drehgeschwindigkeit des Rades bzw. des Reifens erhöht wird. Diese Drehunförmigkeit ist im Fahrbetrieb auf ideal glattem Fahrbahnbelag und sich nicht ändernden Reifenparametern (Fülldruck, Temperatur, Reifenkontur - diese sind als quasi konstant oder statisch anzusehen) ausschließlich abhängig von der Radlast - bei realem Fahrbahnbelag korreliert die Drehunförmigkeit mit der Unebenheit der Fahrbahnoberfläche. Die (resultierende) Raddrehzahl beziehungsweise die Raddrehzahlschwankung kann beispielsweise über die Sensorik eines Antiblockiersystems (ABS-Sensorringe) erfasst werden. Auf diese Weise können z.B. auftretende Radlastschwankungen, wie sie beispielsweise aufgrund des Durchfahrens eines Schlagloches oder dem Befahren eines Kopfsteinpflasterbelags oder dergleichen auftreten, erfasst werden. Diese Radlastschwankungen können gemäß der erfindungsgemäßen Steuerung bzw. Regelung frühzeitig erkannt und das Fahrwerk entsprechend angepasst werden.
• Eine besondere Herausforderung beim einspurigen Kraftfahrzeug bildet die Betriebssituation bei Kurvenfahrt, während der das Fahrzeug eine entsprechende Schräglage einnimmt - wodurch sich aufgrund der Reifengeometrie und Reifenkonstruktion bei gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit die Raddrehzahl und die Steifigkeit des Reifens in der Schräglage ändert.
  Mit Vorteil wird das Radlastsignal in Abhängigkeit von Informationen über die Drehunförmigkeit zumindest eines Reifens in Verbindung mit Informationen über einen aktuell vorliegenden Schräglagenwinkel ermittelt. Eine weitere Größe, die in die Ermittlung bzw. modellbasierte Berechnung des Radlastsignals einfließt, ist vorzugsweise eine Information über den der Radlast ausgesetzten Reifentyp. Hierdurch soll die Reifengeometrie im Allgemeinen berücksichtigt werden, aufgrund derer sich bei gleich bleibender Fahrzeuggeschwindigkeit die Raddrehzahl ändert. Ferner kann auch die unterschiedliche Reifengeometrie von Vorderradreifen und Hinterradreifen berücksichtigt werden, aufgrund derer mit Einnehmen der Schräglage ein Schlupf zwischen Hinterrad und Vorderrad auftritt.
  Mit geeigneten Berechnungsmodellen für den jeweiligen Fahrzeugaufbau und die jeweils verwendeten Fahrzeugreifen in Verbindung mit einer geeigneten Schräglagensensorik und mit einer ABS-Sensorik lässt sich die Drehunförmigkeit der Fahrzeugräder auf eine der Radlastschwankung proportionale Größe (Radlastsignal) verrechnen. Dieses ermittelte Radlastsignal wird dann als zu minimierende Größe für die Steuerung und/oder Regelung der Feder- und/oder Dämpfungscharakteristik (Einstellung von Zugstufe, Druckstufe, Federspannung und/oder Federvorspannung) des Fahrwerks herangezogen. Die Einstellung der Feder- und/oder Dämpfungscharakteristik kann über eine bereits aus dem PKW-Bereich bekannte Aktuatorik erfolgen, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen wird. Ebenso verhält es sich der Schräglagensensorik, die ebenfalls auch für Einspurfahrzeuge bereits hinreichend bekannt ist.
  In einer anderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, die Ermittlung der Radlast ausschließlich in einem vorbestimmten Frequenzbereich der schwingenden ungefederten Masse vorzunehmen. Mit Vorteil erfolgt die Ermittlung der Radlast ausschließlich in einem Frequenzbereich der der Resonanzfrequenz (bzw. einem vorbestimmten Frequenzbereich um die Resonanzfrequenz) der ungefederten Masse entspricht.
• Die einzige Zeichnungsfigur, 1, zeigt in stark schematisierter Darstellung ein Schaltungskonzept zur Ermittlung eines Radlastsignals S_Radlast , in dessen Abhängigkeit die Steuerung und/oder Regelung eines Feder-Dämpfersystems (Feder-Dämpfereinrichtung) FDE eines Einspurfahrzeugs erfolgen soll. Die dargestellte Steuereinrichtung 2 zur Ermittlung eines Radlastsignals S_Radlast umfasst eine erste Berechnungseinheit B1 zur Ermittlung eines ersten (Teil-)Radlastsignals S_Radlast' und zur Schräglagenkompensation desselben, eine der ersten Berechnungseinheit B1 nach geschaltete zweite Berechnungseinheit B2 zur Ermittlung eines zweiten (Teil-)Radlastsignals S_Radlast" sowie zur Kompensation der Längsdynamik, und, dieser nachgeschaltet, eine Filtereinheit F zur abschließenden Filterung des zweiten (Teil-)Radlastsignals S_Radlast" zu einem bereinigten resultierenden Radlastsignals S_Radlast . In Abhängigkeit von dem ermittelten, um Schräglage und Längsdynamik kompensierten und gefilterten/bereinigten Radlastsignal S_Radlast erfolgt die Ansteuerung der Feder-Dämpfereinrichtung FDE zur Einstellung der Feder- und/oder Dämpfercharakteristik derselben. In dem dargestellten, stark schematisierten Ausführungsbeispiel wird das ermittelte Radlastsignal S_Radlast einem Fahrwerksteuergerät 20 zugeführt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Radlastsignal S_Radlast und weiteren vorbestimmten Fahrzeugbetriebsparametern P_F und/oder Fahrzeugumgebungsparametern Pu werden über das Fahrwerksteuergerät 20 Steuersignale S_F zur Ansteuerung der Federeinrichtung FDE (bzw. der Federbeine) generiert. Zusätzlich werden Informationssignale S_I generiert, um den Fahrer über den Betriebszustand der Feder-Dämpfereinrichtung FDE in Kenntnis zu setzen bzw. ihm diesem anzuzeigen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Feder- und/oder Dämpferverhaltens einer Feder-Dämpfereinrichtung (FDE) eines einspurigen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Motorrades, wobei die Radlast, die Radlastschwankung oder ein mit der Radlast oder Radlastschwankung korrelierendes Signal (S_Radlast) ermittelt wird, und die Feder-Dämpfereinrichtung (FDE) in ihrer Feder- und/oder Dämpfercharakteristik in Abhängigkeit von der Radlast oder Radlastschwankung oder einem hiermit korrelierenden Signal (S_Radlast) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Radlast, die Radlastschwankung oder das hiermit korrelierende Signal (S_Radlast) in Abhängigkeit von Informationen über die Drehunförmigkeit zumindest eines Reifens in Verbindung mit Informationen über einen aktuell vorliegenden Schräglagenwinkel (φ) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radlast, die Radlastschwankung oder ein hiermit korrelierendes Signal (S_Radlast) in Abhängigkeit von Informationen über den gefahrenen Reifentyp ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radlast, die Radlastschwankung oder ein hiermit korrelierendes Signal (S_Radlast) modellbasiert ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Radlast, der Radlastschwankung oder einem hiermit korrelierenden Signal (S_Radlast) ausschließlich in einem vorbestimmten Frequenzbereich der schwingenden ungefederten Masse erfolgt.
5. Feder-Dämpfersystem für ein einspuriges Kraftfahrzeug, umfassend: - eine zwischen ungefederter und gefederter Masse des Kraftfahrzeugs angeordnete Feder-Dämpfereinrichtung (FDE), -- wobei die Feder-Dämpfereinrichtung (FDE) eine Aktuatorik (A) zur Verstellung der Feder- und/oder Dämpfercharakteristik sowie -- eine Schnittstelle zur elektrischen Anbindung einer Steuereinrichtung (20) aufweist, - Mittel (2) zur Ermittlung der Radlast, der Radlastschwankung oder eines mit der Radlast oder Radlastschwankung korrelierenden Signals (S_Radlast), und - eine über die Schnittstelle mit der Feder-Dämpfereinrichtung (FDE) koppelbare Steuereinrichtung (20) zur Steuerung und/oder Regelung einer Feder-Dämpfereinrichtung (FDE), wobei die Feder- und/oder Dämpfercharakteristik der Feder-Dämpfereinrichtung (FDE) in Abhängigkeit von dem Radlast- oder Radlastschwankungssignal (S_Radlast) oder einer hiermit korrelierenden Größe eingestellt wird, und die Radlast, die Radlastschwankung oder das hiermit korrelierende Signal (S_Radlast) in Abhängigkeit von Informationen über die Drehunförmigkeit zumindest eines Reifens in Verbindung mit Informationen über einen aktuell vorliegenden Schräglagenwinkel (φ) ermittelt wird.

Images