DE102008007139A1

DE102008007139A1 - Dämpfung von Pendelbewegungen einer Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102008007139A1
Application number: DE102008007139A
Authority: DE
Inventors: Holger Klaassen; Uwe Engel; Matthias Becker; Michael Horn; Rafael Kumschier; Matthias Baumann; Christian Dr. Kobetz; Alexander May
Original assignee: Daimler AG; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2008-08-28

Abstract

Nach einer entsprechenden Anregung kann es zu unerwünschten Pendelbewegungen einer Fahrzeugkarosserie kommen - dem sogenannten Lenkungspendeln. Zur Dämpfung des Lenkungspendelns wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem unter Heranziehung eines Verlaufs der Gierrate und/oder der Querbeschleunigung festgestellt wird, dass die Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) Pendelbewegungen ausführt. Dann wird ein das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs (100) beeinflussender Aktor (104; 108; 114) derart angesteuert, dass die Pendelbewegungen gedämpft werden. Zudem wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen von Gier- und/oder Wankschwingungen umfassenden Pendelbewegungen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Dämpfen von Gier- und/oder Wankschwingungen umfassenden Pendelbewegungen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, die zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist.
Hintergrund der Erfindung
Externe Impulse, wie beispielsweise kurze Lenkbewegungen, können die Karosserie des Kraftfahrzeugs zu Pendelbewegungen um die Längs- und/oder Hochachse anregen, wenn der Fahrer die Lenkung nach der Anregung freigibt, d. h., wenn er die Lenkhandhabe nach der Anregung loslässt bzw. nur mit geringer Kraft hält. Aufgrund der Lenkbewegung beginnt das Fahrzeug zu wanken, wobei eine Wankbewegung des Fahrzeugs zu einer Verformung von Fahrwerkselementen und zur Einstellung eines Lenk- bzw. Schräglaufwinkels führt, der seinerseits wiederum die Wankbewegung anregt. Hierdurch kann es zu ei nem Aufschaukeln der Pendelbewegungen kommen. Die Frequenz der Pendelbewegungen, die auch als Lenkungspendeln bezeichnet werden, liegt daher im Bereich der Wankeigenfrequenz der Fahrzeugkarosserie.
Unterhalb einer kritischen Geschwindigkeit ist das Lenkungspendeln gedämpft und klingt rasch ab. Oberhalb der kritischen Geschwindigkeit bleibt die Amplitude der Schwingungen jedoch konstant oder erhöht sich sogar. Die kritische Geschwindigkeit sowie der Grad der Dämpfung der Pendelbewegungen hängen von der Fahrzeugmasse, der Fahrzeuggeometrie sowie der Fahrwerks- und Lenkungsauslegung des Fahrzeugs ab. Fahrzeuge mit einer hohen Masse und einem hohen Schwerpunkt, wie beispielsweise SUVs, neigen dabei in stärkerem Maße zum Lenkungspendeln. Zudem kann ein Fahrzeug aufgrund einer geringen oder aus anderen Gründen ungünstigen Dämpfung von Fahrwerk und Lenkung anfällig sein.
Das Lenkungspendeln kann zu kritischen Fahrsituationen führen, wenn der Fahrer keine geeigneten Maßnahmen ergreift, um die Bewegung zu dämpfen. Ferner sinkt das Vertrauen des Fahrers in das Fahrzeug, wenn er eine besondere Neigung zum Lenkungspendeln feststellt.
Darstellung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Fahrzeugverhalten in Bezug auf das Lenkungspendeln zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren der eingangs genannten Art so durchgeführt wird, dass unter Heranziehung eines Verlaufs einer Gierrate und/oder einer Querbeschleunigung festgestellt wird, dass die Karosserie des Kraftfahrzeugs Pendelbewegungen ausführt, und dass ein das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beeinflussender Aktor derart angesteuert wird, dass die Pendelbewegungen gedämpft werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Dämpfen von Gier- und/oder Wankschwingungen umfassenden Pendelbewegungen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, unter Heranziehung eines Verlaufs einer Gierrate und/oder einer Querbeschleunigung festzustellen, dass die Karosserie des Kraftfahrzeugs Pendelbewegungen ausführt. Ferner ist eine Ansteuereinrichtung enthalten, die dazu ausgebildet ist, wenigstens einen das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Aktor derart anzusteuern, dass die Pendelbewegungen gedämpft werden.
Vorteilhaft nutzt die Erfindung die Erkenntnis, dass die unerwünschten Pendelbewegungen der Fahrzeugkarosserie den zeitlichen Verlauf der Gierrate und der Querbeschleunigung des Fahrzeugs beeinflussen. Anhand des zeitlichen Verlaufs der Gierrate und/oder der Querbeschleunigung kann somit festgestellt werden, ob die Karosserie derartige Pendelbewegungen ausführt. Ist dies der Fall, werden die Pendelbewegungen mittels eines Aktors gedämpft, so dass sie abklingen. Hierdurch wird das Fahrzeugverhalten verbessert und die Fahrsicherheit erhöht.
Wie eingangs bereits erläutert, haben die betreffenden unerwünschten Pendelbewegungen eine Frequenz im Bereich der Eigenfrequenz von Wankschwingungen der Karosserie. Vorteilhaft kann diese Eigenschaft zur Erkennung der Pendelbewegungen herangezogen werden.
Dabei sieht eine Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung vor, dass eine Eigenfrequenz von Wankschwingungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs bestimmt wird und dass die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs nach einem ersten Kriterium festgestellt werden, wenn die Gierrate und/oder die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs Schwingungen aufweisen, deren Frequenz im Bereich der Eigenfrequenz liegt.
Derartige Schwingungen der Gierrate bzw. der Querbeschleunigung könnten jedoch auch aufgrund von zielgerichteten, wechselseitigen Lenkbewegungen des Fahrers entstehen, wie sie beispielsweise bei Slalomfahrten ausgeführt werden. In diesem Falle liegt kein Lenkungspendeln vor, und Stabilisierungseingriffe zur Dämpfung der Bewegungen der Fahrzeugkarosserie werden vorzugsweise nicht vorgenommen. Vorteilhaft wird ein Lenkungspendeln daher nach einem oder mehreren weiteren Kriterien von Karosseriebewegungen unterschieden, die durch wechselseitige Lenkbewegung des Fahrers hervorgerufen werden.
Das unerwünschte Lenkungspendeln manifestiert sich in harmonischen Schwingungen der Fahrzeugkarosserie, bei denen die positive Halbwelle und die negative Halbwelle gleich lang sind. Es wurde festgestellt, dass diese Eigenschaft des Lenkungspendelns die zuvor genannte Unterscheidung ermöglicht, denn Lenkbewegungen des Fahrers sind in der Regel nicht derart gleichförmig. Insbesondere sind die positiven und negativen Halbwellen von Schwingungen, die durch Lenkbewegungen des Fahrers verursacht werden, in der Regel unterschiedlich lang.
Daher beinhaltet eine Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung, dass nach einem zweiten Kriterium die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs festgestellt werden, wenn eine Differenz zwischen einer Dauer wenigstens einer Schwingungshalbwelle der Gierrate und einer Dauer wenigstens einer Schwingungshalbwelle der Querbeschleunigung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Eine Weiterbildung des Verfahrens und der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Lenkwinkelsignal herangezogen wird, um festzustellen, ob die Karosserie des Kraftfahrzeugs die Pendelbewegungen ausführt.
Es hat sich gezeigt, dass ein Lenkungspendeln unter Heranziehung des Lenkwinkels noch besser erkannt werden kann. Die Auswertung des Lenkwinkels erlaubt insbesondere eine besonders zuverlässige Unterscheidung des Lenkungspendelns von Fahrzeugbewegungen, die durch wechselseitige Lenkbewegungen des Fahrers hervorgerufen werden.
Es wurde festgestellt, dass sich die Phasenbeziehung zwischen dem Lenkwinkelsignal einerseits und dem Querbeschleunigungs- bzw. Gierratensignal andererseits von der entsprechenden Phasenbeziehung in dem Falle unterscheidet, dass die Fahrzeugbewegungen durch wechselseitige Lenkbewegungen des Fahrers hervorgerufen werden. Dies sollte darauf zurückzuführen sein, dass das Lenkungspendeln dadurch hervorgerufen bzw. verstärkt wird, dass sich aufgrund einer Wankbewegung der Karosserie ein von null verschiedener Radeinschlagswinkel einstellt, der wiederum die Wankbewegung anregt, Dies wird in einer Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung ausgenutzt, bei der vorgesehen ist, dass nach einem dritten Kriterium die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs festgestellt werden, wenn eine Phasenverschiebung des Verlaufs des Lenkwinkels in Bezug auf den Verlauf der Querbeschleunigung und/oder eine Phaseverschiebung des Verlaufs des Lenkwinkels in Bezug auf den Verlauf der Gierrate in einem vorgegebenen Wertebereich liegt.
Zudem wurde festgestellt, dass eine bestimmte Gierrate durch einen geringeren Lenkwinkel herbeigeführt werden kann, wenn die Fahrzeugkarosserie Pendelbewegungen mit einer Frequenz nahe der Wankeigenfrequenz ausführt. Eine Überhöhung des Verhältnisses der Gierrate zum Lenkwinkel ist daher ein Indiz für Karosserieschwingungen mit einer Frequenz im Bereich der Wankeigenfrequenz, welche zu einem Lenkungspendeln führen können.
Daher sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung vor, dass nach einem vierten Kriterium die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs festgestellt werden, wenn ein Verhältnis der Gierrate des Kraftfahrzeugs zu dem Lenkwinkel größer als ein Schwellenwert ist.
Vorteilhaft ermöglicht dieses Kriterium eine zusätzliche Plausibilisierung bei der Erkennung eines Lenkungspendelns.
Eine Ausführungsform des Verfahrens und der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Pendelbewegung der Karosserie des Kraftfahrzeugs nur dann festgestellt wird, wenn mehrere der zuvor genannten Kriterien erfüllt sind.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass alle Kriterien oder eine vorgegebene Auswahl mehrerer Kriterien erfüllt sein müssen, damit ein Lenkungspendeln festgestellt wird.
Bei dieser Weiterbildung wird zuverlässig vermieden, dass unerwünschte Pendelbewegungen der Fahrzeugkarosserie fehlerhaft bzw. ungerechtfertigt erkannt werden. Durch eine derartige fehlerhafte Erkennung verursachte Fehleingriffe in die Fahrdynamik des Fahrzeugs werden dadurch weitestgehend verhindert.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung ist vorgesehen, dass dem Kraftfahrzeug mittels des Aktors ein Giermoment aufgeprägt wird, um die Pendelschwingungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs zu dämpfen.
Es hat sich gezeigt, dass unerwünschte Pendelbewegungen der Fahrzeugkarosserie durch die Beaufschlagung des Fahrzeugs mit einem Giermoment besonders wirkungsvoll zum Abklingen gebracht werden können.
Eine verbundene Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung sieht vor, dass mittels des Aktors wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs abgebremst wird und/oder ein Radeinschlagswinkel wenigstens eines lenkbaren Rads des Kraftfahrzeugs verändert wird, um dem Kraftfahrzeug das Giermoment aufzuprägen.
Bremsen- oder Lenkungsaktoren zur Durchführung derartiger Eingriffe werden üblicherweise auch in konventionellen Fahrdynamikregelsystemen eingesetzt, die in einer Vielzahl von Fahrzeugen bereits vorhanden sind. Vorteilhaft können diese Aktoren im Rahmen der Erfindung im Sinne einer Mehrwertfunktion dazu benutzt werden, unerwünschte Pendelbewegungen der Fahrzeugkarosserie zu dämpfen.
Ferner beinhaltet eine Weiterbildung des Verfahrens und der Vorrichtung, dass eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs mittels des Aktors reduziert wird, um die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs zu dämpfen.
Es wurde festgestellt, dass sich das Lenkungspendeln durch eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit einfach und wirkungsvoll dämpfen lässt. Grund hierfür ist, wie festgestellt wurde, dass das Lenkungspendeln bei Geschwindigkeiten oberhalb einer kritischen Geschwindigkeit auftritt und sich mit zunehmender Geschwindigkeit verstärkt.
Darüber hinaus ist eine Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrwerk des Kraftfahrzeugs mittels des Aktors derart beeinflusst wird, dass Wankbewegungen der Karosserie vermindert werden, um die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs zu dämpfen.
Vorteilhaft stellt die Beeinflussung des Fahrwerks des Fahrzeugs eine weitere wirkungsvolle Möglichkeit zur Dämpfung des Lenkungspendelns dar, da hie durch wird das Wanken der Fahrzeugkarosserie vermindert wird, durch welches das Lenkungspendeln hervorgerufen wird. Zur Beeinflussung des Fahrwerks kommt insbesondere die Einstellung einer stärkeren Fahrwerksdämpfung der eine aktive Einsteuerung eines Wankkontermoments in Frage.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens und der Vorrichtung sieht vor, dass ein Lenkstrang des Kraftfahrzeugs mittels des Aktors derart beeinflusst wird, dass die Lenkung härter eingestellt wird.
Unter einer härteren Lenkung wird dabei verstanden, dass ein größeres Drehmoment ausgeübt werden muss, um den Radeinschlagswinkel der lenkbaren Räder des Fahrzeugs zu verändern. Das Lenkungspendeln wird dadurch verursacht, dass sich der Radeinschlagswinkel aufgrund einer Wankbewegung der Fahrzeugkarosserie verändert. Dabei wird der Einfluss von Wankbewegungen auf den Radeinschlagswinkel durch ein Verhärten der Lenkung verringert, wodurch das Lenkungspendeln gedämpft werden kann.
Zudem wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, welches Softwarecodeabschnitte umfasst, die Befehle zur Ausführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art auf einem Prozessor enthalten.
Bei dem Prozessor kann es sich beispielsweise um den Mikroprozessor eines Steuergeräts des Fahrzeugs handeln, so dass das Verfahren in einem Steuergerät des Fahrzeugs ausgeführt werden kann.
Die zuvor genannten und weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele der Erfindung deutlich, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Von den Figuren zeigt:
1 eine schematische Blockdarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Steuergerät zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein schematisches Blockdiagramm einer Einrichtung des Steuergeräts zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Entscheidung über einen Stabilisierungseingriff.
Ausführliche Darstellung von Ausführungsbeispielen
In 1 ist in schematischer Darstellung beispielhaft ein Kraftfahrzeug 100 mit vier Rädern 101vl, 101vr, 101hl, 101hr dargestellt. Das Fahrzeug 100 wird von einem Antriebsmotor 102 angetrieben, der von dem Fahrer mittels eines in der Figur nicht dargestellten Fahrpedals bedient wird. Ferner ist ein Motorsteuergerät 104 vorgesehen, welches den Betriebszustand des Antriebsmotors 102 überwacht und beeinflussen kann.
In der dargestellten Ausführungsform des Fahrzeugs 100 sind die Vorderräder 101vl, 101vr lenkbar ausgeführt. Die Vorderräder 101vl, 101vr sind dabei in einem Lenkstrang 105 mit einer von dem Fahrer bedienbaren Lenkhandhabe 106 verbunden, die beispielsweise als Lenkrad ausgeschaltet ist. Der an den Vorderrädern 101vl, 101vr eingestellte Radeinschlagswinkel kann mittels eines Lenkwinkelsensors 107 bestimmt werden. In einer Ausführungsform weist der Lenkstrang 105 zudem einen Lenkungsaktor 108 auf, der durch externe Signale angesteuert werden kann. Der Lenkungsaktor 108 ermöglicht Eingriffe in den Lenkstrang 105, die zur gezielten Einstellung eines vorgegebenen Radeinschlagswinkels der Vorderräder 101vl, 101vr eingesetzt werden können. Dabei kann es vorgesehen sein, dass ein bestimmter Radeinschlagswinkel direkt mithilfe des Lenkungsaktors 108 eingestellt wird. In diesem Fall kann der Len kungsaktor 108 beispielsweise als eine so genannte, dem Fachmann an sich bekannte Überlagerungslenkung ausgeführt sein, die den von dem Fahrer eingestellten Radeinschlagswinkel mit einem zusätzlichen Lenkwinkel überlagert, der so bemessen ist, dass die Summe beider Lenkwinkel dem einzustellenden Radeinschlagswinkel entspricht. Gleichfalls kann es vorgesehen sein, dass der Lenkstrang 105 mittels des Lenkungsaktors 108 mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, welches auch auf das Lenkrad 106 wirkt. Hierdurch ist es möglich, automatische Lenkbewegungen auszuführen bzw. den Fahrer zur Ausführung vorgegebener Lenkbewegungen zu veranlassen oder anzuleiten. Bei dieser Ausgestaltung kann der Lenkungsaktor 108 beispielsweise als eine elektronische Servolenkung ausgeführt sein.
Das Fahrzeug 100 verfügt ferner über eine Betriebsbremsanlage, die in der dargestellten Ausgestaltung als hydraulische Bremsanlage ausgeführt ist. Von dem Fahrer wird die Bremsanlage mittels eines Bremspedals 109 bedient, mit dem über einen Bremskraftverstärker 110 ein Bremsdruck in einem Hauptzylinder 111 aufgebaut werden kann. Über Hydraulikleitungen 113 wird der Bremsdruck zu den an den Rädern 101vl, 101vr, 101hl, 101hr angeordneten Radbremsen 112vl, 112vr, 112hl, 112hr übertragen. Zwischen den Hauptzylinder 111 und die Radbremsen 112vl, 112vr, 112hl, 112hr ist in der dargestellten Ausführungsform eine Hydraulikeinheit 114 geschaltet, die durch externe Signale angesteuert werden kann. Die Hydraulikeinheit 114 (HCU) ist in einer dem Fachmann grundsätzlich bekannten Art ausgeführt und umfasst wenigstens eine Pumpe sowie eine Ventilanordnung zur fahrerunabhängigen Steuerung des Bremsdrucks in den einzelnen Radbremsen 112vl, 112vr, 112hl, 112hr.
Zur Erfassung des fahrdynamischen Zustands des Fahrzeugs 100 ist ein Gierratensensor 115 vorgesehen, mit dem die Gierrate des Fahrzeugs 100 erfasst wird, sowie ein Querbeschleunigungssensor 117, mit dem die Beschleunigung des Fahrzeugs 100 in Querrichtung erfasst wird. Vorzugsweise sind darüber hinaus an den Rädern angeordnete Raddrehzahlsensoren 118vl, 118vr, 118hl, 118hr vorgesehen, aus deren Messsignalen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100 ermittelt werden kann.
Die Messsignale der Sensoren 115, 117, 118vl, 118vr, 118hl, 118hr sowie vorzugsweise des Lenkwinkelsensors 107 dienen als Eingangssignale einer Steuereinheit (ECU) 116, die den Fahrzustand des Fahrzeugs 100 daraufhin überwacht, ob ein Lenkungspendeln auftritt. Wenn ein Lenkungspendeln festgestellt wird, wird dieses durch geeignete fahrdynamische Eingriffe mithilfe von Aktoren des Fahrzeugs 100 gedämpft. Als Aktoren können beispielsweise der zuvor beschriebene Lenkungsaktor 108 oder die Hydraulikeinheit 114 eingesetzt werden. Weitere verwendbare Aktoren, die in 1 nicht dargestellt sind, werden weiter unten genannt.
Zum Erkennen der unerwünschten Pendelbewegungen der Fahrzeugkarosserie und zur Steuerung der fahrdynamischen Eingriffe zur Bedämpfung der Pendelbewegungen verfügt die Steuereinheit 116 über eine Einheit 300, die in 3 in einem schematischen Blockdiagramm veranschaulicht wird. Die Steuereinheit 116 ist vorzugsweise als ein Mikrocomputer ausgeführt, und umfasst eine Prozessoreinheit zur Ausführung von Softwareprogrammen sowie eine Speichereinheit, in der neben den Softwareprogrammen insbesondere bei der Ausführung der Programme benötigte Parameter gespeichert sind. Die Einheit 300 wird beispielsweise mittels eines Softwareprogramms in der Steuereinheit 116 implementiert.
Gering gedämpftes oder ungedämpftes Lenkungspendeln tritt oberhalb einer kritischen Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf. Typischerweise liegt diese Geschwindigkeit, je nach Fahrzeugeigenschaften und Beladungszustand des Fahrzeugs 100, über einen Wert zwischen 100 km/h und 200 km/h. Bei geringeren Geschwindigkeiten unterhalb der kritischen Geschwindigkeit ist das Lenkungspendeln ausreichend gedämpft, so dass es in der Regel rasch abklingt. Daher ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Einheit 300 nur bei Geschwindigkeiten oberhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes aktiviert wird, der in Abhängigkeit von der typischen kritischen Geschwindigkeit ermittelt wird. Liegt die Geschwindigkeit unter dem Schwellenwert, dann ist die Einheit 300 nicht aktiv, wodurch Rechenresourcen der Steuereinheit eingespart werden können.
Bei der in 3 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Einheit 300 eine Filterungseinrichtung 301, der das Gierratensignal, das Querbeschleunigungssignal und gegebenenfalls das Lenkwinkelsignal zugeführt werden, um die Signale zu glätten Nach der Filterung werden die Signale an eine Auswerteeinrichtung 302 übergeben, in der insbesondere ermittelt wird, ob das Gierratenssignal und/oder das Querbeschleunigungssignal Schwingungsanteile aufweisen, die von einem unerwünschten Lenkungspendeln herrühren.
Wie eingangs erläutert, liegt die Frequenz der unerwünschten Pendelbewegungen im Bereich der Eigenfrequenz von Wankschwingungen der Fahrzeugkarosserie. Daher wird in der Auswerteeinrichtung 302 insbesondere geprüft, ob das Gierratenssignal und/oder das Querbeschleunigungssignal Schwingungen aufweisen, deren Frequenz im Bereich der Wankeigenfrequenz des Fahrzeugs 100 liegt. Derartige Schwingungen können jedoch auch aufgrund von zielgerichteten Lenkaktivitäten des Fahrers auftreten, beispielsweise während einer Slalomfahrt. Daher wird in der Auswerteeinrichtung 302 vorzugsweise anhand weiterer Kriterien eine Unterscheidung zwischen unerwünschten Pendelbewegungen der Fahrzeugkarosserie und Karosserieschwingungen vorgenommen, die sich aufgrund von Lenkaktivitäten des Fahrers ergeben.
Die Prüfung, ob ein Lenkungspendeln vorliegt, wird daher anhand mehrerer vorgegebener Kriterien durchgeführt, wobei jedem Kriterium innerhalb des schematischen Blockdiagramms in 3 ein Block 302 (i = a, ..., g) der Auswerteeinrichtung 302 zugeordnet ist. Jeder Block 302i gibt dabei ein positives oder negatives Ergebnis der durchgeführten Auswertung der Signale aus. Die Auswertungsergebnisse der Blöcke 302i werden dann einer Bewertungseinrichtung 303 zugeführt, in der anhand der in den Blöcken 302i ermittelten Prü fungsergebnisse ermittelt wird, ob ein Stabilisierungseingriff zur Bedämpfung von Pendelbewegungen der Fahrzeugkarosserie auszuführen ist.
In dem Block 302a wird die Schwingungs- bzw. Periodendauer des Gierratensignals ermittelt. Diese ergibt sich beispielsweise aus dem zeitlichen Abstand zwischen den Nulldurchgängen der Gierrate, bei denen ein Vorzeichenwechsel auftritt. Aus der Periodendauer des Gierratensignals wird dann die Frequenz des Gierratensignals ermittelt und mit der Wankeigenfrequenz verglichen, die in dem Speicher der Steuereinheit 116 hinterlegt ist. Die Prüfung in Block 302a ergibt ein positives Ergebnis, wenn die Differenz zwischen der Frequenz des Gierratensignals und der Wankeigenfrequenz betragsmäßig kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Andernfalls wird in Block 302a ein negatives Prüfergebnis ermittelt.
In Block 302b wird in analoger Weise die Frequenz des Querbeschleunigungssignals ermittelt und mit der Wankeigenfrequenz verglichen. Ein positives Prüfergebnis wird in Block 302b ermittelt, wenn der Betrag der Differenz zwischen der Frequenz des Querbeschleunigungssignals und der Wankeigenfrequenz kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Ist dies nicht der Fall, wird in Block 302b ein negatives Ergebnis der Prüfung festgestellt.
Das Lenkungspendeln manifestiert sich in harmonischen Schwingungen des Gierratensignals und des Querbeschleunigungssignals. Die Schwingungen sind insbesondere dadurch charakterisiert, dass die positiven und negativen Halbwellen der Signale gleich lang sind. Im Gegensatz dazu sind die positiven und negativen Halbwellen bei Lenkaktivitäten des Fahrers mit wechselseitigen Radeinschlägen in der Regel unterschiedlich lang, da der Fahrer Lenkbewegungen in beide Richtungen in der Regel unterschiedlich ausführt.
Daher wird in Block 302c ein Vergleich der Halbwellendauern der positiven und negativen Halbwellen des Gierratensignals vorgenommen. Eine Halbwellendauer ist dabei die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurch gängen der Gierrate mit entgegengesetzten Vorzeichenwechseln. Der Vergleich dient dazu, durch ein Lenkungspendeln verursachte Schwingungen des Gierraten- und des Querbeschleunigungssignals von Schwingungen zu unterscheiden, die durch Lenkaktivitäten des Fahrers hervorgerufen werden. Dabei wird in dem Block 302c ein negatives Prüfergebnis ermittelt, wenn die Differenz zwischen der Halbwellendauer der positiven Halbwellen und der Halbwellendauer der negativen Halbwellen betragsmäßig einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. In diesem Fall ist von einer durch Lenkaktivitäten des Fahrers verursachten Schwingung auszugehen. Ein positives Prüfergebnis wird in den Block 302c ermittelt, wenn die Differenz zwischen der Halbwellendauer der positiven Halbwellen und der Halbwellendauer der negativen Halbwellen des Gierratensignals betragsmäßig kleiner als der Schwellenwert ist. In diesem Fall ist davon auszugehen, dass die Signalschwingungen durch ein Lenkungspendeln verursacht werden.
Eine analoge Prüfung wie in Block 302c für das Gierratenssignal wird in Block 302d für das Querbeschleunigungssignal vorgenommen. Entsprechend liefert der Block 302d ein positives Prüfergebnis, wenn die Differenz zwischen der Halbwellendauer der positiven Halbwellen und der Halbwellendauer der negativen Halbwellen des Querbeschleunigungssignals betragsmäßig kleiner als ein Schwellenwert ist. Wenn diese Differenz betragsmäßig größer als der Schwellenwert ist, dann liefert der Block 302d ein negatives Prüfergebnis.
Eine weitere Verbesserung des Erkennungsresultats lässt sich bei verfügbarem Lenkwinkelsignal erreichen, indem bei der in der Auswerteeinrichtung in 302 vorgenommenen Auswertung zusätzlich das Lenkwinkelsignal berücksichtigt wird.
In einer Ausführungsform wird dabei in Block 302e der Absolutbetrag des Verhältnisses ψ ./δ zwischen erfasster Gierrate ψ . und erfasstem Lenkwinkel δ mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Ein positives Prüfergebnis wird von den Block 302e dann ausgegeben, wenn der Absolutbetrag dieses Verhält nisses größer als der Schwellenwert ist. Andernfalls liefert der Block 302e ein negatives Prüfergebnis. Der Schwellenwert wird in Fahrversuchen ermittelt und im Speicher der Steuereinheit 116 abgelegt.
Anhand des in dem Block 302e angewandten Kriteriums wird plausibilisiert, dass die Fahrzeugkarosserie Wank- und/oder Gierbewegungen mit einer Frequenz ausführt, die im Bereich der Wankeigenfrequenz der Fahrzeugkarosserie liegt. Das Kriterium basiert auf der Erkenntnis, dass ein geringerer Lenkwinkel zur Einstellung einer bestimmten Gierrate erforderlich ist, wenn die Fahrzeugkarosserie Wankbewegungen mit einer Frequenz im Bereich der Wankeigenfrequenz ausführt. Dies lässt sich auf eine Verstärkung durch die Wankbewegungen der Fahrzeugkarosserie zurückführen. Bei einem erhöhten Absolutbetrag des Verhältnisses zwischen der Gierrate und dem Lenkwinkel, der anhand des zuvor beschriebenen Kriteriums festgestellt wird, ist somit davon auszugehen, dass die Fahrzeugkarosserie Schwingungen mit einer Frequenz im Bereich der Wankeigenfrequenz ausführt.
Ferner wird in Block 302f vorzugsweise die Phasenverschiebung zwischen dem Lenkwinkelsignal und dem Querbeschleunigungssignal ermittelt und ausgewertet. Hierdurch können gleichfalls durch ein Lenkungspendeln hervorgerufene Schwingungen des Querbeschleunigungssignals von Schwingungen unterschieden werden, die durch wechselseitiges Lenken des Fahrers hervorgerufen werden. Wird die Querbeschleunigung durch solche Lenkbewegung des Fahrers hervorgerufen, dann eilt das Lenkwinkelsignal dem Querbeschleunigungssignal voraus. Im Falle des Lenkungspendelns eilt im Gegensatz dazu das Querbeschleunigungssignal dem Lenkwinkelsignal voraus, da die Veränderungen des Radeinschlagswinkels in diesem Fall durch eine Wankbewegung der Fahrzeugkarosserie hervorgerufen werden, wie zuvor erläutert worden ist. Daher wird in Block 302f ein positives Prüfergebnis, d. h. ein Lenkungspendeln, festgestellt, wenn die Phasendifferenz Δϕ = ϕ_ay – ϕ_δ zwischen der Phase ϕ_ay des Querbeschleunigungssignals und der Phase ϕ_δ des Lenkwinkelsignals in einem vorgegebenen positiven Wertebereich liegt, d. h., größer als ein erster positiver Schwellenwert und kleiner als ein zweiter positiver Schwellenwert ist. Ist dies nicht der Fall, dann liefert der Block 302f ein negatives Prüfergebnis. Der Wertebereich bzw. die Schwellenwerte werden vorzugsweise in Fahrversuchen ermittelt und im Speicher der Steuereinheit 116 abgelegt.
Eine analoge Prüfung in Bezug auf das Gierratenssignal wird vorzugsweise in dem Block 302g vorgenommen. In diesem Block wird ein positives Prüfergebnis, d. h. ein Lenkungspendeln, festgestellt, wenn die Phasendifferenz Δϕ =
– ϕ_δ zwischen der Phase
des Gierratensignals und der Phase ϕ_δ des Lenkwinkelsignals in einem vorgegebenen positiven Wertebereich liegt, d. h., größer als ein erster positiver Schwellenwert und kleiner als ein zweiter positiver Schwellenwert ist. Ist dies nicht der Fall, dann liefert der Block 302g ein negatives Prüfergebnis. Auch hier werden die Schwellenwerte vorzugsweise in Fahrversuchen ermittelt und dem Speicher der Steuereinheit 116 hinterlegt.
Die Phasendifferenz zwischen dem Querbeschleunigungs- bzw. Gierratensignal und dem Lenkwinkelsignal wird in einer dem Fachmann an sich bekannten Art und Weise ermittelt, beispielsweise als Zeitdifferenz zwischen den Nulldurchgängen der verglichenen Signale.
Die in den Blöcken 302i ermittelten Prüfergebnisse werden der Bewertungseinrichtung 303 zugeführt, in der die Feststellung getroffen wird, ob die Fahrzeugkarosserie unerwünschte Pendelbewegungen ausführt, die einen Stabilisierungseingriff erforderlich machen. In einer anhand von 2 veranschaulicht Ausführungsform wird ein Stabilisierungseingriff vorgenommen, sobald eine vorgegebene Anzahl von Halbwellen unerwünschter, auf ein Lenkungspendeln zurückführbarer Karosserieschwingungen erkannt wird.
Dazu zählt die Bewertungseinrichtung 303 Halbwellen einer unerwünschten Karosserieschwingung mit einer Frequenz im Bereich der Wankeigenfrequenz. Hierzu wird beispielsweise nach jedem Nulldurchgang der Gierrate oder der Querbeschleunigung geprüft, ob bei der als Schritt 201 dargestellten und zuvor beschriebenen Auswertung in den Blöcken 302i innerhalb der Signalverläufe unerwünschte Karosserieschwingungen mit einer Frequenz im Bereich der Wankeigenfrequenz erkannt worden sind (Schritt 202). Eine Halbwelle einer derartigen Schwingung wird in einer Ausführungsform dann erkannt, wenn in allen Blöcken 302i positive Prüfergebnisse ermittelt werden. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass eine solche Halbwelle erkannt wird, wenn eine vorgegebene Auswahl der Blöcke 302i positive Prüfergebnisse liefert. Sobald eine derartige Halbwelle erkannt worden ist, wird in Schritt 203 ein Halbwellenzähler inkrementiert. Wird bei der Prüfung in Schritt 202 durchgeführten Prüfung nicht festgestellt, unerwünschten Karosserieschwingung vorliegen, wird der Halbwellenzähler in Schritt 204 auf den Wert Null zurückgesetzt.
Ein Stabilisierungseingriff wird vorgenommen, nachdem eine vorgegebene Anzahl N von Halbwellen unerwünschter Karosserieschwingung ermittelt worden ist. Daher wird nach einer Inkrementierung des Halbwellenzählers in Schritt 205 geprüft, ob der Zähler den Wert N erreicht hat. Ist dies der Fall, dann initiiert die Bewertungseinrichtung 303 in dem Schritt 206 einen Stabilisierungseingriff. Sofern bei der Prüfung in dem Schritt 205 festgestellt wird, dass der Halbwellenzähler den Wert N noch nicht erreicht hat, wird die Auswertung mit den Schritten 201 und 202 fortgeführt, ohne dass ein Stabilisierungseingriff vorgenommen wird.
Die Stabilisierungseingriffe werden durch die Ansteuereinrichtung 304 gesteuert und verfolgen das Ziel, ein unerwünschtes Lenkungspendeln zu dämpfen.
Das Lenkungspendeln verstärkt sich mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit. Daher wird vorzugsweise die Möglichkeit vorgesehen, die Fahrzeuggeschwindigkeit anhand der Stabilisierungseingriffe zu reduzieren. Dies kann beispielsweise durch eine Reduzierung des von dem Antriebsmotor 102 bereitgestellten Antriebsmoments erfolgen. Die Reduzierung des Antriebsmoments kann dabei durch eine entsprechende Ansteuerung des Motorsteuergeräts 104 vorgenommen werden. Ergänzend oder alternativ kann die Fahrzeuggeschwin digkeit durch automatische, beidseitige Bremseneingriffe reduziert werden, die etwa mithilfe der Hydraulikeinheit 114 vorgenommen werden.
Zudem kann das Lenkungspendeln dadurch gedämpft werden, dass das Fahrzeug 100 mit einem Giermoment beaufschlagt wird, das den unerwünschten Karosserieschwingungen entgegenwirkt. Das Giermoment hat einen periodischen Verlauf mit einer Frequenz, die zumindest näherungsweise der Frequenz der unerwünschten Karosserieschwingungen entspricht. Zur Dämpfung der Schwingungen ist das Giermoment gegenphasig zu den Karosserieschwingungen.
In einer Ausführungsform wird das Giermoment durch wechselseitige Bremseneingriffe erzeugt, die mittels der Hydraulikeinheit 114 vorgenommen werden, die zu diesem Zweck von der Ansteuereinrichtung 304 angesteuert wird. Gleichfalls kann es vorgesehen sein, das zusätzliche Giermoment durch Eingriffe in die Lenkung zu erzeugen, die mittels des Lenkungsaktors 108 vorgenommen werden. Wenn der Lenkungsaktor 108 zur Ausführung automatischer Lenkbewegungen ausgebildet ist, dann wird der Lenkungsaktor 108 derart von der Ansteuereinrichtung 304 angesteuert, dass automatische Lenkbewegungen ausgeführt werden, die das gewünschte zusätzliche Giermoment erzeugen. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass mittels des Lenkungsaktors 108 ein zusätzliches Drehmoment in den Lenkstrang 105 des Fahrzeugs 100 eingesteuert wird, welches den Fahrer dazu veranlasst, Lenkbewegungen auszuführen, die das gewünschte zusätzliche Giermoment bewirken.
Da das Lenkungspendeln dadurch verursacht wird, dass sich der Radeinschlagswinkel der lenkbaren Räder aufgrund einer Wankbewegung der Fahrzeugkarosserie verändert, ist es ferner möglich, die Pendelbewegungen dadurch zu dämpfen, dass die Lenkung verhärtet wird, d. h., die Lenkung derart beeinflusst wird, dass eine größere Kraft bzw. ein größeres Drehmoment zur Veränderung des Radeinschlagswinkels der Vorderräder 101vl, 101vr erforderlich ist. Dies kann beispielsweise durch eine Verringerung der Lenkungsunter stützung erreicht werden, die von der Servolenkung des Fahrzeugs 100 bereitgestellt wird. Eine elektronische Servolenkung kann dabei wie zuvor beschrieben als Lenkungsaktor 108 dienen, der die Veränderung der Lenkunterstützung ermöglicht. Die Verringerung der Lenkungsunterstützung wird von der Ansteuereinrichtung 304 gesteuert.
Ferner kann das Lenkungspendeln durch eine geeignete Ansteuerung aktiver Fahrwerkskomponenten, wie beispielsweise Verstelldämpfer oder aktive Wankstabilisatoren, gedämpft werden. Aktive Wankstabilisatoren erlauben es, Wankkontermomente auf den Fahrzeugaufbau auszuüben, die den Wankbewegungen der Fahrzeugkarosserie entgegenwirken. Als aktive Wankstabilisatoren können beispielsweise dem Fachmann an sich bekannte Drehstabilisatoren oder aktive Fahrwerke eingesetzt werden. Verstelldämpfer ermöglichen es, die Dämpfung des Fahrwerks zu erhöhen, wodurch Wankbewegungen der Fahrzeugkarosserie gleichfalls verringert werden.
Zur Dämpfung des Lenkungspendelns werden die in dem Fahrzeug 100 vorhandenen aktiven Fahrwerkskomponenten mittels der Ansteuereinrichtung 304 derart angesteuert, dass das Wanken der Fahrzeugkarosserie verringert wird. Hierdurch werden die durch Wankbewegungen der Fahrzeugkarosserie verursachten Einflüsse auf die Lenkung des Fahrzeugs 100 reduziert, durch die das Lenkungspendeln hervorgerufen wird.
Die zuvor genannten Stabilisierungseingriffe können einzeln oder in Kombination vorgenommen werden, soweit die entsprechenden Aktoren in dem Fahrzeug 100 vorhanden sind. Vorzugsweise werden dabei die ohnehin in einem Fahrdynamikregelsystem des Fahrzeugs 100 vorgesehenen Aktoren genutzt, so dass das Fahrzeug 100 nicht mit weiteren Aktoren ausgerüstet werden muss, um das Lenkungspendeln zu dämpfen. Die Möglichkeit zur Durchführung von aktiven Bremseingriffen mittels der Hydraulikeinheit 114 sowie die Beeinflussung des Antriebsmotors 102 sind Bestandteil herkömmlicher Fahrdynamikregelungen, wie sie bereits in einer Vielzahl von Fahrzeugen 100 vorhanden sind. Zusatzak toren, wie etwa der zuvor beschriebene Lenkungsaktor 108 oder aktive Fahrwerkselemente, sind häufig ebenfalls Bestandteil von Fahrdynamikregelsystemen und ermöglichen die Dämpfung des Lenkungspendelns im Sinne einer Mehrwertfunktion. Gleiches gilt in Bezug auf die benötigten Sensoren, insbesondere den Gierratensensor 115, den Querbeschleunigungssensor 117 sowie den Lenkwinkelsensor 197, die in der Regel ebenfalls Bestandteil herkömmlicher Fahrdynamikregelsystems sind.

Claims

Verfahren zum Dämpfen von Gier- und/oder Wankschwingungen umfassenden Pendelbewegungen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs (100), dadurch gekennzeichnet, dass unter Heranziehung eines Verlaufs einer Gierrate und/oder einer Querbeschleunigung festgestellt wird, dass die Karosserie des Kraftfahrzeugs (100), die Pendelbewegungen ausführt, und dass ein das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs (100) beeinflussender Aktor (104; 108; 114) derart angesteuert wird, dass die Pendelbewegungen gedämpft werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eigenfrequenz von Wankschwingungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) bestimmt wird und dass die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) festgestellt werden, wenn die Gierrate und/oder die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (100) Schwingungen aufweisen, deren Frequenz im Bereich der Eigenfrequenz liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) festgestellt werden, wenn eine Differenz zwischen einer Dauer wenigstens einer Schwingungshalbwelle der Gierrate und einer Dauer wenigstens einer Schwingungshalbwelle der Querbeschleunigung kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkwinkelsignal herangezogen wird, um festzustellen, dass die Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) die Pendelbewegungen ausführt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) festgestellt werden, wenn eine Phasenverschiebung des Verlaufs des Lenkwinkels in Bezug auf den Verlauf der Querbeschleunigung und/oder eine Phasenverschiebung des Verlaufs des Lenkwinkels in Bezug auf den Verlauf der Gierrate in einem vorgegebenen Wertebereich liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) festgestellt werden, wenn ein Verhältnis der Gierrate des Kraftfahrzeugs (100) zu dem Lenkwinkel größer als ein Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelbewegung der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) nur dann festgestellt wird, wenn mehrere Kriterien erfüllt sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kraftfahrzeug (100) mittels des Aktors (108; 114) ein Giermoment aufgeprägt wird, um die Pendelschwingungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) zu dämpfen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Aktors (108; 114) wenigstens ein Rad (101vl; 101vr; 101hl; 101hr) des Kraftfahrzeugs (100) abgebremst wird und/oder ein Radeinschlagswinkel wenigstens eines lenkbaren Rads (101vl; 101vr) des Kraftfahrzeugs (100) verändert wird, um dem Kraftfahrzeug (100) das Giermoment aufzuprägen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (100) mittels des Aktors (104; 114) reduziert wird, um die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) zu dämpfen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrwerk des Kraftfahrzeugs (100) mittels des Aktors derart beeinflusst wird, dass Wankbewegungen der Karosserie vermindert werden, um die Pendelbewegungen der Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) zu dämpfen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenkstrang (105) des Kraftfahrzeugs mittels des Aktors (108) derart beeinflusst wird, dass die Lenkung härter eingestellt wird.
Computerprogrammprodukt, umfassend Softwarecodeabschnitte, die Befehle zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche auf einem Prozessor enthalten.
Vorrichtung zum Dämpfen von Gier- und/oder Wankschwingungen umfassenden Pendelbewegungen einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung (302) enthalten ist, die dazu ausgebildet ist unter Heranziehung eines Verlaufs einer Gierrate und/oder einer Querbeschleunigung festzustellen, dass die Karosserie des Kraftfahrzeugs (100) die Pendelbewegungen ausführt, und dass eine Ansteuereinrichtung (304) enthalten ist, die dazu ausgebildet ist, wenigstens einen das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs (100) beeinflussender Aktor (104; 108; 114) derart anzusteuern, dass die Pendelbewegungen gedämpft werden.