DE102008033850B3

DE102008033850B3 - Verfahren zum Betrieb eines verstellbaren Schwingungsdämpfers

Info

Publication number: DE102008033850B3
Application number: DE200810033850
Authority: DE
Inventors: Eberhard Hees; Jochen Liebold
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-07-19
Filing date: 2008-07-19
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-07-20

Abstract

Verfahren zum Betrieb mindestens eines Schwingungsdämpfers mit einem Dämpfventil, das zumindest zwischen einer weichen und einer harten Dämpfkrafteinstellung schaltbar ist, wobei das Dämpfventil auf der Basis von mindestens einem sensierten Fahrzustandsparameter tendenziell bei einer fahrkritischen Situation auf eine härtere Dämpfkraft eingestellt wird, indem über eine Sensorik eine die Eigenfrequenz eines Fahrzeugrades treffende Anregung festgestellt und zumindest mittelbar die momentane Dämpfkrafteinstellung des verstellbaren Dämpfventils festgestellt wird, wobei bei gleichzeitigem Vorliegen der Anregung im Bereich der Eigenfrequenz und einer momentan niedrigen Dämpfkrafteinstellung die Dämpfkraft des verstellbaren Dämpfventils auf ein vorgesehenes Maß angehoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines verstellbaren Schwingungsdämpfers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Verstellbare Schwingungsdämpfer sollen den Zielkonflikt zwischen Komfort und Fahrsicherheit entschärfen. Es soll nur noch dann eine härtere Dämpfkraft eingestellt sein, wenn die Fahrsituation dies erforderlich macht, z. B. bei Kurvenfahrten, Bremsvorgängen o. ä. In vielen Fällen kann die komfortorientierte weiche Dämpfkrafteinstellung verwendet werden. Seit Einführung der verstellbaren Schwingungsdämpfer ist es gelungen, die Einstellbarkeit in Richtung zu weicher Dämpfkraft zu vergrößern. Das führte dazu, dass die Fahrzeuge noch komfortabler werden konnten. Es trat aber neuer Effekt auf, der von Fahrzeuginsassen als unangenehm empfunden wird. Wenn die Fahrzeugräder im Bereich ihrer Eigenfrequenz angeregt werden, dann ist diese Anregung im Fahrzeug spürbar. Man umgeht dieses Problem, indem man den theoretisch zur Verfügung stehenden Einstellbereich des Dämpfventils mit kleiner Dämpfkraft nicht vollständig ausgenutzt hat. Man kann dieses Konzept durch hydraulische oder mechanische Mittel im verstellbaren Dämpfventil oder Schwingungsdämpfer umsetzen, oder entsprechende Schritte im Algorithmus für das verstellbare Dämpfventil vorsehen. In beiden Fällen ist ein Verlust bezogen auf die Leistungsfähigkeit des Schwingungsdämpfers, insbesondere beim verstellbaren Dämpfventil hinzunehmen.
Die DE 39 18 735 A1 betrifft ein Verfahren zur Bedämpfung von Bewegungsabläufen an einem Fahrwerk, bei dem die Dämpfkraft im Bereich der Radresonanz erhöht wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Leistungsfähigkeit des Schwingungsdämpfers bezogen auf eine Komforteinstellung möglichst voll auszunutzen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zusammen mit dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 dadurch gelöst,

– dass zumindest mittelbar die momentane Dämpfkrafteinstellung des verstellbaren Dämpfventils festgestellt wird, und
– dass nur bei gleichzeitigem Vorliegen der Anregung im Bereich der Eigenfrequenz und einer momentan niedrigen Dämpfkrafteinstellung die Dämpfkraft des verstellbaren Dämpfventils auf ein vorgesehenes Maß angehoben wird.

Die Grundüberlegung besteht darin, dass die Anregung des Fahrzeugrades im Bereich der Eigenfrequenz als kritisch angesehen wird, wenn gleichzeitig eine Fahrzeugaufbausituation vorliegt, bei der an sich keine höhere Dämpfkraft gefordert ist. Beispielhaft kann z. B. bei einer Fahrt über eine Fahrbahn mit regelmäßigen Querfugen dieser Zustand auftreten, dass der Fahrzeugaufbau bedingt durch die hochfrequente Anregung der Fahrzeugräder nur sehr kleine Schwingbewegungen ausführt. Diese sehr kleinen Schwingbewegungen bedürfen zur Stabilisierung des Fahrzeugaufbaus an sich keiner großen Dämpfkraft. Für einen Fahrzeuginsassen ist jedoch eine unangenehme Zitterbewegung spürbar. Wenn bei diesen Randbedingungen die Dämpfkraft etwas angehoben wird, dann unterbleibt die hochfrequente Fahrzeugbewegung.
Ist im anderen Fall bei einer kritischen Radanregung bereits eine signifikante Dämpfkraft eingestellt, dann ist davon auszugehen, dass keine zusätzliche Erhöhung der Dämpfkraft notwendig ist, da die beschriebene Zitterbewegung des Fahrzeugaufbaus nur bei einer ausgesprochen weichen Dämpfkrafteinstellung auftritt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird das Verfahren oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit betrieben. Der Sinn dieser Maßnahme besteht darin, dass die unangenehme Zitterbewegung in der Regel fahrzeugabhängig nur oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit auftritt. Diese Geschwindigkeit ist durch Fahrversuche oder Simulation zu ermitteln. Wenn man das erfindungsgemäße Verfahren innerhalb der Schwingungsdämpferregelung nicht unbedingt nutzen muss, dann ist es sinnvoll das Verfahren auszusetzen, einfach um Rechnerkapazität einzusparen.
Ein besonders einfaches und ausreichend genaues Verfahren die momentane Dämpfkrafteinstellung des Schwingungsdämpfers zu bestimmen besteht darin, dass aus einer niederfrequenten Bewegung mit kleiner Amplitude eines Kraftfahrzeugaufbaus auf die momentan niedrige Dämpfkrafteinstellung geschlossen wird. Langhubige niederfrequente Fahrzeugaufbaubewegungen stehen für größere Dämpfkräfte, hochfrequente Bewegungen mit kleiner Amplitude für kleine Dämpfkräfte.
Die Bewegung des Kraftfahrzeugaufbaus wird z. B. aus einem Signal eines Beschleunigungssensors festgestellt.
Ein besonders einfaches Mittel besteht darin, dass das Signal des Beschleunigungssensors gefiltert wird. Versuche haben gezeigt, dass die einfache Filterung des Signals völlig ausreichend genau und schnell genug erzeugbar ist, um eine verfahrensrelevante Bedingung zu erfassen.
Alternativ kann man die momentane Dämpfkrafteinstellung aus der Einstellung einer Energieversorgung für das verstellbare Dämpfventil bestimmen. In der Regel gibt es einen funktionalen Zusammenhang z. B. zwischen der Bestromung einer Spule als Teil eines Aktuators innerhalb des verstellbaren Dämpfventils und der Dämpfkrafteinstellung.
Man kann die Anregung des Fahrzeugrades auch durch Auswertung des Signals des fahrzeugaufbauseitigen Beschleunigungssensors feststellen, indem man das Signal des fahrzeugaufbauseitigen Beschleunigungssensors filtert.
Alternativ kann man die Anregung des Fahrzeugrades durch Auswertung eines Signals eines Radbeschleunigungssensors oder durch Auswertung einer den Relativweg zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau messenden Sensorik erfassen.
Um dennoch ein möglichst hohen Fahrkomfort zu erreichen, ist vorsehbar, dass die Dämpfkraft des verstellbaren Dämpfventils nur bei einer Ausfahrbewegung einer Kolbenstange aus einem Zylinder des Schwingungsdämpfers erhöht wird. Insbesondere Dämpfkrafterhöhungen in Einfahrrichtung der Kolbenstange werden als komfortmindernd empfunden.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Prinzipdarstellung eines Fahrzeugs mit mindestens einem verstellbaren Schwingungsdämpfer
2 Signalflussdarstellung zum Verfahren zum Betrieb des verstellbaren Schwingungsdämpfers
Die 1 zeigt stark vereinfacht ein Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Vorderachse 3 und einer Hinterachse 5, wobei sich die Erfindung nicht auf ein zweiachsiges Fahrzeug beschränkt. An jeder der beiden Fahrzeugachsen 3; 5 sind Schwingungsdämpfer 7_VL ; 7_HR ; 9_HR ; 9_HL angeordnet, die eine Federungsbewegung jedes Rades 11 bedämpfen. An mindestens einer Achse ist ein verstellbarer Schwingungsdämpfer 7_VR ; 7_VL ; 9_HR ; 9_HL angeordnet, der eine Kolbenstange und einen Zylinder umfasst. Innerhalb oder außerhalb des Zylinders ist, nicht dargestellt, ein an sich bekanntes verstellbares Dämpfventil angeordnet.
Das Kraftfahrzeug umfasst eine Sensorik 13, die Fahrzeugzustandsparameter erfasst, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit v über die Kurbelwellendrehzahl, die Bewegung eines Fahrzeugaufbaus 15, beispielsweise über einen Beschleunigungssensor 17 und ggf. Radbeschleunigungssensoren 19 zur Bestimmung der jeweiligen Radbewegung. Alle Signale der Sensorik 13 werden einer Rechnereinheit 21 zugeführt, die daraus Stellsignale für die verstellbaren Schwingungsdämpfer 7_VR ; 7_VL ; 9_HR ; 9_HL generiert.
Die 2 beschränkt sich auf ein Modul innerhalb des Gesamtverfahrens zum Betrieb der verstellbaren Schwingungsdämpfer. Im einfachsten Fall wird über die momentane Fahrzeugaufbaubewegung B_a, erfasst durch den Beschleunigungssensor 17, auf die momentane Dämpfkrafteinstellung der verstellbaren Schwingungsdämpfer geschlossen. Niederfrequente kleinhubige Bewegungen des Fahrzeugaufbaus 15 lassen darauf schließen, dass momentan nur eine kleine Dämpfkraft in den Schwingungsdämpfern erzeugt wird. Prinzipiell kann man die Dämpfkraft über verschiedenen Verfahren erfassen. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise in der Auswertung der Energieversorgung für die verstellbaren Schwingungsdämpfer. Eine maximale weiche Dämpfkrafteinstellung ist je nach Bauform eines elektromagnetisch verstellbaren Dämpfventils mit einer maximalen oder minimalen Energieversorgung des Aktuators verbunden. In Kenntnis der Bauform besteht ein sehr einfacher funktionaler Zusammenhang.
Im vorliegenden Fall wird jedoch die Fahrzeugaufbaubewegung direkt über den Beschleunigungssensor 17 ermittelt, in dem über einen Filter 23 ein Frequenzbereich von 10 bis 20 Hz erfasst und analysiert wird. Mit demselben Beschleunigungssensor 17 kann man auch die Radeigenfrequenz R_a bestimmen, indem man über einen weiteren Filter einen Frequenzbereich von > 0 bis 2 Hz auswertet. Die exakten Frequenzbereiche für die Filter 23; 25 können über Simulation oder Fahrversuche eingegrenzt werden.
Wenn die Fahrzeugaufbaubewegung B_a im niederfrequenten Bereich in Verbindung mit kleinen Amplituden abläuft und auf das Rad eine Anregung im Bereich der Radeigenfrequenz R_a vorliegt, dann liegt eine Situation vor, bei der das Fahrzeug im Hinblick auf das Komfortempfinden von Fahrzeuginsassen unterdämpft ist. Dieser Effekt tritt jedoch vornehmlich oberhalb einer bestimmten Fahrzeuggrenzgeschwindigkeit auf, die im Element 27 abgelegt ist. Diese Grenzgeschwindigkeit kann sehr einfach durch Fahrversuche ermittelt und in das System eingespeichert werden. Wenn alle drei vorgenannten Bedingungen am Element 29 vorliegen, dann wird in Abhängigkeit eines Stellsignals I_Dämpf die Dämpfkraft in Anlehnung an Tabellenwerte oder abgelegten Dämpfkraftkennlinien erhöht, zumindest bis eine Veränderung der Fahrzeugaufbaubewegungscharakteristik eingetreten ist, gemessen vom Beschleunigungssensor 17.
Eine Anregung im Bereich der Radeigenfrequenz kann auch durch einen Radbeschleunigungssensor 19 erfasst werden. Bei einer derartigen Systemkonfiguration besteht noch die Möglichkeit die Relativbewegung über ein Berechnungselement 31 zwischen Fahrzeugaufbau 15 und federndem Rad 11 zu bestimmen. Wenn man die Relativbewegung V_rel kennt, dann besteht noch die Möglichkeit, das Dämpfventil richtungsabhängig zu verstellen, bevorzugt nur dann die Dämpfkraft zu erhöhen, wenn die Kolbenstange des verstellbaren Schwingungsdämpfers eine Ausfahrbewegung ausführt. Eine Dämpfkrafterhöhung bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange wirkt sich nicht komfortmindernd aus. Dazu ist es sinnvoll einen Mindestwert für die Relativbewegung vorzugeben, ab der eine richtungsabhängige Dämpfkrafterhöhung vorgenommen werden soll. Bei extrem kleinen Relativbewegungen ist der gewünschte Effekt zu vernachlässigen.

1: Kraftfahrzeug
3: Vorderachse
5: Hinterachse
7_I; 7_VR; 9_VI; 9_VR: verstellbare Schwingungsdämpfer
11: Rad
13: Sensorik
15: Fahrzeugaufbau
17: Beschleunigungssensor
19: Radbeschleunigungssensor
21: Rechnereinheit
23; 25: Filter
27: Element
29: Element
31: Beschleunigungselement

Claims

Verfahren zum Betrieb mindestens eines Schwingungsdämpfers mit einem Dämpfventil, das zumindest zwischen einer weichen und einer harten Dämpfkrafteinstellung schaltbar ist, wobei das Dämpfventil auf eine härtere Dämpfkraft eingestellt wird, wenn über eine Sensorik eine die Eigenfrequenz eines Fahrzeugrades treffende Anregung festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest mittelbar die momentane Dämpfkrafteinstellung des verstellbaren Dämpfventils festgestellt wird, und – dass nur bei gleichzeitigem Vorliegen der Anregung im Bereich der Eigenfrequenz (R_a) und einer momentan niedrigen Dämpfkrafteinstellung die Dämpfkraft des verstellbaren Dämpfventils auf ein vorgesehenes Maß angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren oberhalb einer Mindestgeschwindigkeit betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer niederfrequenten Bewegung mit kleiner Amplitude eines Kraftfahrzeugaufbaus (15) auf die momentan niedrige Dämpfkrafteinstellung geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Kraftfahrzeugaufbaus (15) aus einem Signal eines Beschleunigungssensors (17) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal des Beschleunigungssensors (17) gefiltert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Dämpfkrafteinstellung aus der Einstellung einer Energieversorgung für das verstellbare Dämpfventil bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung des Fahrzeugrades (11) durch Auswertung des Signals des fahrzeugaufbauseitigen Beschleunigungssensors (17) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung des Fahrzeugrades (11) durch Auswertung eines Signals eines Radbeschleunigungssensors (19) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung des Fahrzeugrades (11) durch Auswertung einer den Relativweg zwischen Fahrzeugrad (11) und Fahrzeugaufbau (15) erfassenden Sensorik erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfkraft nur bei einer Ausfahrbewegung einer Kolbenstange aus einem Zylinder des Schwingungsdämpfers (7_VR ; 7_VL ; 9_HR ; 9_HL ) erhöht wird.