DE102008052990A1

DE102008052990A1 - Verfahren und System zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008052990A1
Application number: DE102008052990A
Authority: DE
Inventors: Andrea Dr. Arenz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: DE102008052990B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Signalen zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges, wobei sensorisch die Bewegung des Fahrzeugaufbaus ermittelt wird, die den ermittelten Sensorwerten entsprechenden Sensorsignale einem Dämpferregler zugeführt werden und der Dämpferregler wenigstens ein Steuersignal zur Ansteuerung von Aktuatoren, insbesondere semi-aktiven oder aktiven Dämpfern, liefert, mittels denen die Bewegung des Fahrzeugaufbaus beeinflusst werden kann. Es ist vorgesehen, dass wenigstens ein Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoren in Abhängigkeit von wählbaren Zuständen dynamisch begrenzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Signalen zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges, wobei sensorisch die Bewegung des Fahrzeugaufbaus ermittelt wird, die den ermittelten Sensorwerten entsprechenden Sensorsignale einem Dämpferregler zugeführt werden, der Dämpferregler wenigstens ein Steuersignal zur Ansteuerung von Aktuatoren, insbesondere von semiaktiven oder aktiven Dämpfern, liefert, mittels denen die Bewegung des Fahrzeugaufbaus beeinflusst werden kann. Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Durchführung des Verfahrens und ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem System zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus.
Verfahren und Systeme der gattungsgemäßen Art sind bekannt. So ist beispielsweise aus DE 39 18 735 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung von Bewegungsabläufen an Fahrwerken von Personen- und Nutzkraftfahrzeugen bekannt, bei denen aus einer sensorisch ermittelten Bewegung zweier Fahrzeugmassen mittels einer Signalverarbeitungsschaltung ein Steuersignal für einen steuerbaren, an den Fahrzeugmassen angreifenden Aktuator gebildet wird. Für eine komfortable und dennoch sichere Fahrwerkabstimmung ist vorgesehen, die sensorisch ermittelten Signale über eine der Signalverarbeitungsschaltung angehörenden Schaltungsanordnung mit frequenzabhängigem Übertragungsverhalten zu leiten. Hierdurch soll erreicht werden, dass aufgrund der frequenzabhängigen Verarbeitung der Sensorsignale keine statische Kennlinie für die Aktuatorsteuerung beziehungsweise Aktuatorregelung eingesetzt wird, sondern eine von dem Frequenzinhalt des Bewegungsablaufs abhängige Aktuatorsteuerung beziehungsweise Aktuatorregelung erfolgt. Hierdurch soll das Ziel eines möglichst hohen Fahrkomforts bei einer auch in Grenzbereichen des Fahrzustandes sicheren Auslegung des Fahrwerks erzielt werden. Diesem Ansatz liegt der Gedanke zugrunde, dass dem Zielkonflikt zwischen gewünschtem Fahrkomfort, das heißt komfortable und weiche Auslegung, und Fahrdynamik, das heißt sportliche und straffe Abstimmung, einerseits und einer ausreichenden Fahrsicherheit andererseits entsprochen werden soll. Für Fahrkomfort und Fahrdynamik ist eine Dämpfung der Bewegung des Aufbaus entscheidend, während für eine Fahrsicherheit eine Radlast beziehungsweise Radlastschwankung entscheidend ist.
Bekannt sind im Wesentlichen drei Dämpfersysteme für Fahrzeuge, wobei einer Federanordnung zwischen Rad und Aufbau ein Aktuator parallel geschaltet ist. Bekannt sind passive, semi-aktive und aktive Dämpfersysteme. Bei passiven Dämpfersystemen ist eine Veränderung der Dämpferkraft während des Fahrbetriebes nicht vorgesehen. Bei semi-aktiven Dämpfersystemen kann die Dämpferkraft durch eine Veränderung eines Ölfluidstromes unter Verwendung eines oder mehrerer Ventile verändert werden. Auf diese Art und Weise können die Dämpfungseigenschaften verändert werden. Semi-aktive Dämpfersysteme arbeiten rein energieabsorbierend. Bei aktiven Dämpfersystemen kann eine gewünschte Dämpferkraft sowohl dämpfend als auch energieeinbringend in jede Richtung bereitgestellt werden.
Bei der Regelung von ansteuerbaren Dämpfern treten häufig Sprünge in der Steuergröße auf. Diese können je nach Situation zu unerwünschten Geräuschen im Fahrzeug führen oder aber Bauteile schädigen.
Im Stand der Technik wird die Aufgabe der Vermeidung beziehungsweise Verminderung von unerwünschten Geräuschen dadurch gelöst, dass die zulässige Änderung des Stroms, der zur Regelung der elektrisch verstellbaren Dämpfer benutzt wird (und damit die zulässige Änderung der Dämpfkraft), pro Zeitintervall durch eine Grenze begrenzt wird. Die Grenze kann dabei für positive und für negative Stromänderungen unterschiedlich vorgegeben werden. Ferner ist die Grenze vom Sollstrom und von der Aufbaugeschwindigkeit abhängig. Ferner liegt die Dauer eines Zeitintervalls, in dem die Zeitänderung zugelassen wird, in einem definierten Bereich vorzugsweise einiger zehntel Millisekunden.
Begrenzungen von Reglerstrukturen sind in der Literatur hinreichend bekannt. So ist es beispielsweise bekannt, dass PID-Regler begrenzt werden um so einen Wind-Up-Effekt zu verhindern. Dieser kann dadurch entstehen, dass die meisten Strecken nicht umgehend reagieren. Der D-Anteil wird meist auch begrenzt, abhängig von der zur Verfügung stehenden Aktordynamik. Im Wesentlichen stellt die oben dargestellte Strombegrenzung des Dämpferstroms genau die Begrenzung dieses (sprunghaften) D-Anteils dar.
Beim Einsatz von PID-Reglern in der Praxis wird zur Vermeidung der, durch den D-Anteil möglicherweise entstehenden, Verzerrungen meist eine Zerlegung in einen PI- und einen PD- Regler vorgenommen und der PD-Regler in den Rückführzweig verlagert. Dadurch entfällt der im Allgemeinen sehr hohe Anfangsimpuls nach Auftreten des Führungssprungs.
Beispiele für die Begrenzungen von Regeleinrichtungen sind aus DE 43 22 366 A1 und DE 197 08 308 A1 bekannt.
Nachteilig an dem Stand der Technik ist, dass die Strombegrenzung und damit die Kraftbegrenzung auch immer die Dynamik des Systems begrenzen und somit Einschränkungen im Reglerverhalten verursachen. Wenn die Kraft langsam aufgebaut wird, dann wird die Bewegung des Fahrzeugs auch entsprechend weniger schnell gedämpft, das heißt es finden mehr Bewegungen statt. Eine Begrenzung ist ferner nur in bestimmten Situationen notwendig. Wenn jedoch der zur Regelung der elektrisch verstellbaren Dämpfer benutzte Strom begrenzt wird, dann findet diese Begrenzung immer statt, das heißt sehr viel häufiger als sie eigentlich notwendig wäre. Das Fahrverhalten wird entsprechend unharmonischer beziehungsweise unsportlicher.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System der gattungsgemäßen Art anzugeben, mittels denen in einfacher und sicherer Weise eine Regelung der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus mit elektronisch ansteuerbaren Aktuatoren (Dämpfern) möglich ist, wobei die Dämpfer harmonisch geregelt werden sollen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass wenigstens ein Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoren in Abhängigkeit von wählbaren Zuständen dynamisch begrenzt wird, ist vorteilhaft möglich, bei der Bereitstellung der Steuersignale für die Aktuatoren, das heißt also bei der Einstellung der Dämpfung, die Bewegung des Fahrzeugaufbaus weitgehend zu minimieren, so dass neben den Komfortanforderungen eines Fahrzeugführers auch den dynamischen Fahrzuständen des Fahrzeuges insbesondere auch unter Berücksichtigung sicherheitskritischer Zustände Rechnung getragen werden kann.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei der Ermittlung des wenigstens einen Steuersignals Fahrzustände und/oder Beladungszustände und/oder Energiezustände und/oder Fahreraktivitäten berücksichtigt werden. Hierdurch lassen sich sehr vorteilhaft als Fahrzustände die Vertikaldynamik und/oder die Längsdynamik und/oder die Querdynamik des Fahrzeuges berücksichtigen. Darüber hinaus können sehr vorteilhaft als Energiezustände die Energiezustände des Aufbaus und/oder der Räder und/oder der Straße und/oder des Aktuators berücksichtigt werden. Ferner lassen sich als Fahreraktivitäten vorteilhaft der Betätigungszustand des Gaspedals und/oder des Bremspedals und/oder der Lenkung und/oder der Getriebeschaltung berücksichtigen. Ein aus diesen möglichen Zuständen einzeln oder in beliebiger Kombination ermitteltes Steuersignal führt zu einer sehr komfortablen Anpassung der Bewegung des Fahrzeugaufbaus an die vom Fahrzeugführer tatsächlich gestellten Anforderungen. Insgesamt ist somit ein sehr harmonischer Bewegungsablauf des Fahrzeugaufbaus einstellbar, der vom Fahrzeugführer beziehungsweise den Fahrzeuginsassen als angenehm und komfortabel empfunden wird.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dynamischen Begrenzungen jeweils einzeln für die Reglerausgangsgrößen der unterschiedlichen Module, insbesondere für Vertikaldynamik, Längsdynamik, Querdynamik, Endlagen, betrachtet werden.
Mit der Implizierung einer dynamischen Begrenzung in den Modulen wird erreicht, dass zustandsabhängig eine dynamische Begrenzung vorgenommen werden kann. So kann beispielsweise die Anforderung aus einem Endlagenmodul begrenzt werden, wohingegen die Sportlichkeit über das Querdynamikmodul in vollem Umfang gewahrt bleibt.
Die dynamische Begrenzung ist nicht auf eine Änderung des Stroms pro Zeitintervall begrenzt oder an diese gebunden sondern kann in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung aus einem oder mehreren beliebigen Kombinationen, Kennlinien, Entscheidern und/oder Filtern sowie unterschiedlichen Strukturkombinationen erzielt werden.
Des Weiteren ist es möglich, an sich bekannte Maßnahmen zur Anordnung von Filtern zu berücksichtigen, im dem zum Beispiel PD-Anteile in den Rückführzweig verlagert werden.
Die Ausgangsgröße des Reglers muss nicht unbedingt ein Strom sein, sondern kann in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung eine beliebige Größe sein, die entweder zur Stellgröße des Aktors oder zu seiner Ausgangsgröße proportional ist. Entsprechend können auch einfache „normierte" oder dimensionslose Einheiten Verwendung finden.
Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass wenigstens eine Eingangsgröße der dynamischen Begrenzung proportional zur Stellgröße eines nachgeschalteten Aktors (zum Beispiel einem Strom) oder zur Ausgangsgröße (zum Beispiel einer Kraft) des nachgeschalteten Aktors ist, wobei normierte Eingangsgrößen zulässig sind, wenn sie in nachfolgenden Elementen in die angegebenen Einheiten umgerechnet werden.
Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die, den wählbaren Zuständen entsprechenden Zustandsgrößen aus verschiedenen Kombinationen von einen oder mehreren Eingangsgrößen, wie beispielsweise der Reglermodulausgangsgröße, dem Istwert, der Dämpfergeschwindigkeit, der Fahrgeschwindigkeit und/oder der energetischen (Straßen-)Zustandsgröße oder dergleichen zusammensetzt. Wesentliches Ziel bei der Zustandsberechnung ist, dass nur die notwendigen Zustände ermittelt werden, bei denen eine dynamische Begrenzung notwendig ist.
Es ist vorteilhaft die Differenz aus Reglerausgangssignal minus Istwert zu begrenzen, da diese das reale Systemverhalten berücksichtigt. Mit der Festlegung eines Sollwertes von Null entspricht diese Differenz genau der Regeldifferenz.
Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Eingangsgrößen beziehungsweise die Zustandsgrößen über Einrichtungen zu Wichten beziehungsweise auszuwerten. Diese Einrichtungen können aus Kennlinien oder Abfragen (auf bestimmte Schwellwerte) bestehen. Nachfolgend ist es vorteilhaft, diese bewerteten Zustände zu einem gemeinsamen Zustand zusammenzufassen, um so die Komplexität der Begrenzung handhabbar zu halten. Diese Kombination kann über Multiplikation, Maxbildung, Minbildung oder ähnliche mathematische Verfahren erfolgen.
Der so ermittelte Begrenzungszustand kann bevorzugt über Kennlinien und/oder Parameter umgerechnet werden in einen Begrenzungswert für die Modulausgangsgröße.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, unterschiedliche Umrechnungen für positive und negative Dynamiken vorzunehmen. Unter positiver Dynamik soll dabei beispielsweise verstanden werden, dass die Modulausgangsgröße ansteigt, von der Zeit n – 1 bis n, bei negativer Dynamik sinkt die Größe entsprechend. Dies ist vorteilhaft, wenn die Dynamik des nachgeschalteten Aktors unterschiedlich ist für positive Stellgrößenänderungen im Vergleich zu negativen Stellgrößenänderungen.
Die dynamische Begrenzung legt fest, inwieweit sich die Modulausgangsgröße über der Zeit ändern darf.
In einer anderen Ausgestaltung legt die dynamische Begrenzung fest, inwieweit sich die Modulausgangsgröße (Sollwert) im Vergleich zum gemessenen Istwert verändern darf.
Besonders vorteilhaft wirkt sich die Erfindung auf Fahrzeuge mit geregelten Dämpfern aus. Hierbei wird die Begrenzung der Dynamik meist aus Geräuschgründen vorgenommen. Diese stellen im Wesentlichen eine Komforteinschränkung für den Fahrer beziehungsweise die Fahrzeuginsassen dar.
Bei Komfortanforderungen ist es meist so, dass ein Geräusch als störender Empfunden wird als eine leichte Komforteinschränkung. Aber bereits hier kommt es auf die Situation an. Wenn die allgemeine Geräuschkulisse im Fahrzeug entsprechend hoch ist, zum Beispiel bei einer zügigen Fahrt auf einer unebenen Straße, treten Dämpfergeräusche stark in den Hintergrund und das Gesamtbewegungsverhalten des Fahrzeugs wird entsprechend wichtiger. Bei fahrsicherheitskritischen und bei Fahrdynamikanforderungen ist eine dynamische Begrenzung meist gänzlich unerwünscht, da der Fahrer hier Dynamik oder Sicherheit erwartet und sich entsprechend darauf verlässt. In diesen Situationen werden Dämpfergeräusche auch subjektiv nur gering wahrgenommen. Eine zusätzliche Bewertungseinheit, die entsprechend der Zustände Fahrsicherheit und Fahrdynamik die Eingangsgrößen bewertet und eine entsprechende Ausgangsgröße ausgibt, führt erfindungsgemäß zu entsprechenden Berücksichtigungen. Eine dynamische Begrenzung wird vorzugsweise nur durchgeführt, wenn keine Dynamik- oder Fahrsicherheitsanforderungen vorliegen.
Entsprechend ist es vorteilhaft, die dynamische Begrenzung in einem System für geregelte Dämpfer in unterschiedlichen Modulen, wie Vertikaldynamik, Längsdynamik, Querdynamik, Endlagen oder dergleichen, separat auszuführen und applizierbar zu implementieren.
Die Aufgabe wird ferner durch ein System zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges mit den in Anspruch 13 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Dämpferregler wenigstens ein Modul umfasst, mittels dem das wenigstens eine Steuersignal für die Aktuatoren dynamisch begrenzbar ist, ist vorteilhaft möglich, den Dämpferregler modular aufzubauen und in im Fahrzeug bestehende Systeme, beispielsweise in ein Steuergerät, in einfacher Art und Weise zu integrieren.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer Dämpferregelung;
2 eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit vertikalen Eck-Aufbaugeschwindigkeiten;
3 eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit vertikalen Modal-Aufbaugeschwindigkeiten;
4 eine Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit im Dämpfersystem angeordneten Sensoren und den resultierenden Rad-, Aufbau- und Dämpfergeschwindigkeiten;
5 eine Grobstruktur der Funktionsmodule einer Dämpferregelung;
6 ein Blockschaltbild eines Standardregelkreises;
7 ein Blockschaltbild eines erweiterten Regelkreises;
8 ein Regler-Modul mit zustandsabhängiger dynamischer Begrenzung der Ausgangsgröße;
9 parallele Regler-Module mit eigenen dynamischen Begrenzungen;
10 eine Beispielausführung einer Begrenzung und
11 ein Regler-Modul mit zustandsabhängiger dynamischer Begrenzung mit zusätzlicher Bewertung von Fahrsicherheit und -dynamik.
1 zeigt schematisch in Draufsicht ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug. Aufbau und Funktion von Kraftfahrzeugen sind allgemein bekannt, so dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen wird.
Das Kraftfahrzeug 10 besitzt vier Räder 12, 14, 16 und 18. Die Räder 12, 14, 16 und 18 sind über eine bekannte Radaufhängung an einem Aufbau 20 des Kraftfahrzeuges 10 befestigt. Unter Aufbau 20 wird im Rahmen der Erfindung allgemein die Fahrzeugkarosserie mit der Fahrgastzelle verstanden. Zwischen den Rädern 12, 14, 16 und 18 einerseits und dem Aufbau 20 ist jeweils ein Dämpfer 22, 24, 26 beziehungsweise 28 angeordnet. Die Dämpfer 22, 24, 26 und 28 sind parallel zu nicht dargestellten Federn angeordnet. Die Dämpfer 22, 24, 26 und 28 sind beispielsweise als semi-aktive Dämpfer ausgebildet, das heißt durch Anlegen eines Steuersignals an ein Stellmittel der Dämpfer kann die Dämpferkraft variiert werden. Das Stellmittel ist üblicher Weise als elektromagnetisches Ventil ausgebildet, so dass das Stellsignal ein Steuerstrom für das Ventil ist.
Jedem Rad beziehungsweise jedem Dämpfer ist ein Wegsensor 30, 32, 34 beziehungsweise 36 zugeordnet. Die Wegsensoren sind als Relativwegsensoren ausgebildet, das heißt diese messen eine Veränderung des Abstandes des Aufbaus 20 von dem jeweiligen Rad 12, 14, 16 beziehungsweise 18. Typischerweise werden hier sogenannte Drehwinkel-Wegsensoren eingesetzt, deren Aufbau und Funktion allgemein bekannt sind.
Der Aufbau 20 umfasst ferner drei an definierten Punkten angeordnete Vertikalbeschleunigungssensoren 38, 40 und 42. Diese Beschleunigungssensoren 38, 40 und 42 sind fest an dem Aufbau 20 angeordnet und messen die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus im Bereich der Räder 12, 14 beziehungsweise 18. Im Bereich des linken hinteren Rades 16 kann die Beschleunigung aus den drei anderen Beschleunigungssensoren rechnerisch ermittelt werden, so dass hier auf die Anordnung eines eigenen Beschleunigungssensors verzichtet werden kann.
Die Anordnung der Sensoren ist hier lediglich beispielhaft. Es können auch andere Sensoranordnungen, beispielsweise ein vertikaler Aufbaubeschleunigungssensor und zwei Drehwinkelsensoren oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ferner ein Steuergerät 44, das über Signal- beziehungsweise Steuerleitungen mit den Stellmitteln der Dämpfer 22, 24, 26 und 28, den Wegsensoren 30, 32, 34 und 36 und den Beschleunigungssensoren 38, 40 und 42 verbunden ist. Das Steuergerät 44 übernimmt die nachfolgend noch näher zu erläuternde Dämpferregelung. Daneben kann das Steuergerät 44 selbstverständlich auch weitere, hier nicht zu betrachtende Funktionen innerhalb des Kraftfahrzeuges 10 übernehmen. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ferner ein Schaltmittel 46, beispielsweise einen Taster, ein Drehrad oder dergleichen, mittels dem von einem Fahrzeugführer eine Anforderung an die Bewegung des Aufbaus 20 gewählt werden kann. Hier kann beispielsweise zwischen der Anforderung „Komfort", der Anforderung „Sport" und der Anforderung „Basis" gewählt werden. Die Wahl ist entweder stufenförmig zwischen den drei Modi oder stufenlos mit entsprechenden Zwischenmodi möglich.
Das Schaltmittel 46 ist ebenfalls mit dem Steuergerät 44 verbunden.
2 zeigt eine Prinzipskizze des Kraftfahrzeuges 10, wobei hier der Aufbau 20 als ebene Fläche angedeutet ist. An den Ecken des Aufbaus 20 sind jeweils die Räder 12, 14, 16 und 18 über eine Feder-Dämpfer-Kombination in an sich bekannter Art und Weise angeordnet. Die Feder-Dämpfer-Kombination besteht aus den Dämpfern 22, 24, 26 und 28 und jeweils parallel geschalteten Federn 48, 50, 52 und 54. An den Ecken des Aufbaus 20 sind die in 1 dargestellten Beschleunigungssensoren 38, 40 beziehungsweise 42 angeordnet, mittels denen die vertikale Geschwindigkeit an den Ecken des Aufbaus 20 bestimmt werden kann. Hierbei handelt es sich um die Geschwindigkeiten vA_vl (Geschwindigkeit Aufbau vorne links), vA_vr (Geschwindigkeit Aufbau vorne rechts), vA_hl (Geschwindigkeit Aufbau hinten links) und vA_hr (Geschwindigkeit Aufbau hinten rechts). Die Geschwindigkeit kann aus den mittels der Beschleunigungssensoren gemessenen Beschleunigungen durch Integration errechnet werden.
3 zeigt wiederum die Prinzipskizze des Kraftfahrzeuges 10, wobei gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert sind. In einem Schwerpunkt 56 sind die Modalbewegungen des Aufbaus 20 verdeutlicht. Dies ist einerseits ein Hub 58 in vertikaler Richtung (z-Richtung), ein Nicken 61, das heißt eine Drehbewegung um eine in der y-Achse liegende Querachse, und ein Wanken 63, das heißt eine Drehbewegung um eine in der x-Achse liegende Längsachse des Kraftfahrzeuges 10.
4 zeigt eine weitere Prinzipskizze des Kraftfahrzeuges 10, wobei hier, in Ergänzung zu der Darstellung in 2, weitere Signale dargestellt sind. Zusätzlich sind hier die Dämpfergeschwindigkeiten vD dargestellt, wobei vD_vl die Dämpfergeschwindigkeit für den Dämpfer 22 (vorne links), vD_vr die Dämpfergeschwindigkeit für den Dämpfer 24 (vorne rechts), vD_hl die Dämpfergeschwindigkeit für den Dämpfer 26 (hinten links) und vD_hr die Dämpfergeschwindigkeit für den Dämpfer 28 (hinten rechts) ist. Die Dämpfergeschwindigkeiten können über eine Differenzierung aus den Signalen der Wegsensoren 30, 32, 34 beziehungsweise 36 (1) ermittelt werden. In 4 sind ferner die Radgeschwindigkeiten vR angedeutet. Hier steht Geschwindigkeit vR_vl für das Rad 12 (vorne links), vR_vr für das Rad 14 (vorne rechts), vR_hl für das Rad 16 (hinten links) und vR_hr für das Rad 18 (hinten rechts). Die Radgeschwindigkeiten vR können beispielsweise über Radbeschleunigungssensoren ermittelt werden.
Da sowohl die Aufbaugeschwindigkeiten vA, die Dämpfergeschwindigkeiten vD und die Radgeschwindigkeiten vR alle den gleichen Richtungsvektor besitzen (in z-Richtung), besteht der Zusammenhang vD = vA – vR. Hierdurch müssen nicht alle Messgrößen in Form von Messsignalen vorliegen, sondern können aus den anderen Messgrößen errechnet werden.
Anhand der bisherigen Erläuterungen wird deutlich, dass es für eine effektive Regelung des Bewegungsablaufes des Aufbaus auf die Bereitstellung eines Stellstromes für das Steuermittel der Dämpfer ankommt. Nachfolgend wird auf die Bereitstellung dieses Stellstromes unter Berücksichtigung der Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösungen näher eingegangen.
5 zeigt in einem Blockschaltbild eine Grobstruktur der Funktionsmodule zur erfindungsgemäßen Dämpferregelung. Die einzelnen Module sind aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit gekapselt dargestellt. Die gesamte Struktur ist vorteilhafterweise hierarchisch über mehrere Ebenen aufgebaut. Die Funktionsmodule sind in einem Dämpferregler, vorzugsweise dem Steuergerät 44 (1) integriert. Die Dämpferregelung umfasst ein Signaleingangsmodul 60, ein Hilfsfunktionsmodul 62, ein Reglermodul 64, ein Auswertemodul 66 und ein Signalausgangsmodul 68. In dem Signaleingangsmodul 60 werden die Sensorsignale der Wegsensoren 30, 32, 34 beziehungsweise 36 und der Beschleunigungssensoren 38, 40 und 42 sowie weitere, über den CAN-Bus des Kraftfahrzeuges zur Verfügung stehende, Signale eingelesen. Das Hilfsfunktionsmodul 62 umfasst ein Man-Machine-Interfacemodul 70, ein Filtermodul 72 und ein Beladungserkennungsmodul 74.
Das Reglermodul 64 umfasst ein Straßenerkennungsmodul 76, ein Endlagendämpfungsmodul 78, ein Querdynamikmodul 80, ein Längsdynamikmodul 82 sowie ein Vertikaldynamikmodul 84. Das Auswertelogikmodul 66 umfasst ein Stromberechnungsmodul 86. Die Reglermodule 76, 78, 80, 82 und 84 generieren vorteilhafterweise einen Strom, oder eine Größe, die proportional zum Strom ist. Im Stromberechnungsmodul 86 findet die Stromberechnung aller Reglerausgangsgrößen zu Steuergrößen für die Dämpfer 22, 24, 26 beziehungsweise 28 statt. Über das Signalausgangsmodul 68 werden diese Stellströme den Dämpfern zur Verfügung gestellt. Sowohl das Signaleingangsmodul 60 als auch das Signalausgangsmodul 68 können optional selbstverständlich auch weitere Signale empfangen beziehungsweise ausgeben, je nach Ausstattung des betreffenden Kraftfahrzeuges.
In 6 ist ein Standardregelkreis dargestellt. Dieser besteht aus einer Strecke 90, einem Regler 92 und einer negativen Rückkopplung der Regelgröße, das heißt des Istwertes auf dem Regler 92. Die Regeldifferenz wird aus der Differenz zwischen Sollwert (Führungsgröße) und Regelgröße berechnet. Die Stellgröße wirkt auf die Strecke 90 und damit auf die Regelgröße. Die Störgröße bewirkt eine, normalerweise unerwünschte, Veränderung der Regelgröße, die kompensiert werden muss. Die Eingangsgröße des Reglers 92 ist die Differenz aus dem gemessenen Istwert der Regelgröße und dem Sollwert. Der Sollwert wird auch als Führungsgröße bezeichnet, dessen Wert durch den gemessenen Istwert nachgebildet werden soll. Da der Istwert durch Störgrößen verändert werden kann, muss der Istwert dem Sollwert nachgeführt werden. Eine in einem Vergleicher 94 festgestellte Abweichung des Istwertes von dem Sollwert, die sogenannte Regeldifferenz, dient als Eingangsgröße für den Regler 92. Durch den Regler 92 wird festgelegt, wie das Regelungssystem auf die festgestellten Abweichungen reagiert, beispielsweise schnell, träge, proportional, integrierend oder dergleichen. Als Ausgangsgröße des Reglers 92 ergibt sich eine Stellgröße, welche auf eine Regelstrecke 90 Einfluss nimmt. Die Regelung dient hauptsächlich zur Beseitigung von Störgrößen, um diese auszuregeln.
In 7 ist eine detailliertere Darstellung des Regelkreises gemäß 6 dargestellt. Es ist ein erweiterter Regelkreis mit den zusätzlichen Elementen Stellglied 96 und Messglied 98 gezeigt. Im Beispiel der erfindungsgemäßen Dämpferregelung setzt sich die Stelleinrichtung beziehungsweise das Stellglied 96 aus einer elektronischen Komponente und einer elektro-hydraulischen Komponente zusammen. Die elektronische Komponente entspricht dem Stromregler im Steuergerät 44, während die elektro-hydraulische Komponente dem elektrisch ansteuerbaren Ventil der Dämpfer 22, 24, 26 beziehungsweise 28 entspricht. In den nachfolgenden Ausführungen sollen diese jedoch nicht weiter betrachtet werden. Diese werden als ideal angenommen beziehungsweise ihr Einfluss wird vernachlässigt. Somit stimmt idealisiert der Reglerausgang, der die Steuergröße liefert, mit der Stellgröße überein oder ist zu dieser zumindest proportional. Der Regler 92 gemäß 15 ist hierbei aufgeteilt in den eigentlichen Regler 92 und das Stellglied 96. Der Regler 92 dient dazu, eine Größe zu bestimmen, mit der auf eine durch den Vergleicher 94 festgestellte Regeldifferenz über das Stellglied 96 reagiert werden soll. Das Stellglied 96 liefert die notwendige Energie in der geeigneten physikalischen Form, um auf den Prozess beziehungsweise die Regelstrecke einzuwirken. In dem Messglied 98 wird der Istwert gemessen. Die Störgröße kann bei einer Regelung der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus 20 in Unebenheiten der Fahrbahn, seitlich wirkenden Kräften, wie beispielsweise Wind oder dergleichen, oder ähnlichen Einflüssen begründet sein.
8 stellt ein Reglermodul 100 dar, bestehend aus einem Regler 102, der hier nicht detaillierter betrachtet wird, und einer zustandsabhängigen dynamischen Begrenzung 104. Der Regler kann dabei auch als Steuerung oder ähnliches ausgeführt sein. Die dynamische Begrenzung 104 ist in diesem Beispiel abhängig von den Zustandsgrößen für Strom z_i, für die Dämpfergeschwindigkeit z_vD, für die Fahrzeuggeschwindigkeit z_vFzg sowie für die energetische (Straßen-)Zustandsgröße z_ES. Die Begrenzung 104 hat als Eingangsgröße einen vom Regler 102 geforderten Strom i und gibt einen eventuell modifizierten Ausgangstrom i_begr aus.
In 9 ist eine parallele Anordnung von Reglermodulen entsprechend 8 dargestellt, beispielhaft für die Reglereinheiten Vertikaldynamik 84, Querdynamik 80, Längsdynamik 82 sowie Endlagen 78. Die Module enthalten jeweils einen eigenen Regler 106 sowie eine eigene dynamische Begrenzung 108. Die Regler werden in der Regel unterschiedlich ausgeführt sein. Bei den Begrenzungen 108 kann es sich jeweils um ein gleich ausgeführtes Element handeln oder um ein speziell für das Modul angepasstes Element. Resultierend aus den Modulen ergibt sich jeweils ein modifizierter Strom i*_VD, i*_QD, i*_LD sowie i*_EL. Die Weiterverarbeitung erfolgt in nachgeordneten Einheiten, die im Rahmen der vorliegenden Beschreibung jedoch nicht weiter betrachtet werden.
10 zeigt ein Beispiel einer dynamischen Begrenzung (wie beispielsweise 104 aus 8 oder 108 aus 9), bestehend aus einer Bewertung 110, einer Kombination 112, einer Auswertung 114 sowie einer dynamischen Begrenzung 116. Eingangsgrößen in die Einheit sind ein Strom i, eine Dämpfergeschwindigkeit vD sowie eine Fahrzeuggeschwindigkeit vFzg. In der Bewertung 110 werden diese Größen bewertet, zum Beispiel in Form von Kennlinien und es resultieren die zu den Eingangsgrößen korrespondierenden bewerteten Größen bew_i, bew_vD, bew_vFzg. Diese werden dann in der Kombination 112 zu einer Gesamtbewertungsgröße bew_ges zusammengefasst. Dies kann durch Multiplikationen, Additionen, Min-/Maxbildungen und ähnliches erfolgen. Entsprechend der Auswertung 114 wird aus der Größe bew_ges dann eine positive und eine negative Begrenzung begr_pos und begr_neg ermittelt. Dies kann zum Beispiel durch Kennlinien oder Multiplikatoren oder Ähnliches erfolgen. Die Begrenzungsgrößen können Absolutwerte oder Deltawerte, wie beispielsweise einen Deltastrom, darstellen. In der Begrenzung 116 wird dann die Eingangsgröße Strom i unter Verwendung der Größen begr_pos und begr_neg begrenzt zu i_begr. Der Strom ist hier vorteilhafterweise der Sollstrom. Der Strom in der Bewertung 110 kann entweder derselbe Strom oder aber ein rückgemessener Strom sein.
11 stellt eine Ergänzung zu 8 dar. Es wird zusätzlich eine Bewertung 118 eingeführt, welche die Begrenzung nur durchführt, wenn die Zustandsgrößen für Fahrsicherheit und Fahrdynamik dies „erlauben". Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, die dynamische Begrenzung und die Bewertung 118 in einem Element zusammenzufassen
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren oder eine Regelungssystemkomponente zur Begrenzung der Dynamik von Reglerausgangsgrößen, wobei die dynamische Begrenzung beziehungsweise die Begrenzung über Zustände und/oder Zustandsgrößen gesteuert wird.

10: Kraftfahrzeug
12: Rad
14: Rad
16: Rad
18: Rad
20: Aufbau
22: Dämpfer
24: Dämpfer
26: Dämpfer
28: Dämpfer
30: Wegsensor
32: Wegsensor
34: Wegsensor
36: Wegsensor
38: Beschleunigungssensoren
40: Beschleunigungssensoren
42: Beschleunigungssensoren
44: Steuergerät
46: Schaltmittel
48: Feder
50: Feder
52: Feder
54: Feder
58: Hub
60: Signaleingangsmodul
61: Nicken
62: Hilfsfunktionsmodul
63: Wanken
64: Reglermodul
66: Signalausgangsmodul
68: Signalausgangsmodul
70: Man-Machine-Interfacemodul
72: Filtermodul
74: Beladungserkennungsmodul
76: Straßenerkennungsmodul
78: Endlagendämpfungsmoduls
80: Querdynamikmodul
82: Längsdynamikmodul
84: Vertikaldynamikmodul
86: Stromberechnungsmodul
90: Strecke
92: Regler
94: Vergleicher
96: Stellglied
98: Messglied
100: Reglermodul
102: Regler
104: dynamische Begrenzung
106: Regler
108: dynamische Begrenzung
110: Bewertung
112: Kombination
114: Auswertung
116: dynamische Begrenzung
118: Bewertung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3918735 A1 [0002]
- DE 4322366 A1 [0008]
- DE 19708308 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Signalen zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges, wobei sensorisch die Bewegung des Fahrzeugaufbaus ermittelt wird, die den ermittelten Sensorwerten entsprechenden Sensorsignale einem Dämpferregler zugeführt werden und der Dämpferregler wenigstens ein Steuersignal zur Ansteuerung von Aktuatoren, insbesondere semi-aktiven oder aktiven Dämpfern, liefert, mittels denen die Bewegung des Fahrzeugaufbaus beeinflusst werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoren in Abhängigkeit von wählbaren Zuständen dynamisch begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der dynamischen Begrenzung als wählbare Zustände Fahrzustände und/oder Beladungszustände und/oder Energiezustände und/oder Fahreraktivitäten berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Bewertung in verschiedenen, insbesondere parallel zueinander liegenden, Modulen jeweils getrennt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Begrenzung mittels wenigstens einem Kombinationselementen und/oder einer Kennlinie und/oder einem Entscheider und/oder einem Filter erzielt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße der dynamischen Begrenzung eine Größe ist, die proportional zur Stellgröße eines nachgeschalteten Aktor oder zu seiner Ausgangsgröße des nachgeschalteten Aktors ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgröße der dynamischen Begrenzung mindestens eine Größe verwendet wird, die proportional zur Stellgröße eines nachgeschalteten Aktors oder zu der Ausgangsgröße des nachgeschalteten Aktors, wobei auch eine normierte Eingangsgröße zulässig ist, wenn diese in nachfolgenden Elementen entsprechend in die angegeben Größen umgerechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Eingangsgrößen Zustände beziehungsweise Zustandsgrößen verwendet werden, insbesondere eine Reglermodulausgangsgröße, ein System-Istwert, eine Dämpfergeschwindigkeit, die Fahrgeschwindigkeit und/oder der energetische (Straßen-)Zustand und/oder der längs- beziehungsweise querdynamische Fahrsicherheits- und/oder Fahrdynamikzustand.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Eingangsgrößen über Einrichtungen wie Kennlinien gewichtet beziehungsweise ausgewertet werden und über eine oder mehrere Kombinationseinheiten zu einem Zustand zusammengefasst werden, der ein Maß für die Höhe der dynamische Begrenzung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zusammengefasste Zustand dynamische Begrenzungen vorgibt, insbesondere mittels Kennlinien oder Faktoren.
Verfahren oder Regelungssystemkomponente nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche dynamische Begrenzungen für positive und negative dynamische Vorgänge vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrsicherheitskritischen Zuständen und bei Fahrdynamik-Zuständen keine dynamische Begrenzung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dynamische Begrenzung bei Fahrkomfort-Zuständen, die insbesondere aus Vertikal-, Endlagen- und/oder Quer-/Längsbeschleunigungsanforderungen resultieren, erfolgt.
System zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges, mit Sensoren, welche die Bewegung des Fahrzeugaufbaus erfassen, mit steuerbaren oder regelbaren Aktuatoren, insbesondere semi-aktiven oder aktiven Dämpfern, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Fahrzeugrädern angeordnet sind, mit einem Dämpferregler, mittels dem die Sensorsignale verarbeitet werden und wenigstens ein Ansteuersignal für die Aktuatoren bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpferregler wenigstens ein Regelungsmodul umfasst, mittels dem das wenigstens eine Steuersignal für die Aktuatoren dynamisch begrenzbar ist.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem System zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus nach Anspruch 13.