DE102008052996B4

DE102008052996B4 - Verfahren und System zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008052996B4
Application number: DE102008052996.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Arenz Andrea
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: DE102008052996A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Signalen zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus (20) eines Kraftfahrzeuges (10), wobei sensorisch die Bewegung des Fahrzeugaufbaus (20) ermittelt wird, die den ermittelten Sensorwerten entsprechenden Sensorsignale einem Dämpferregler zugeführt werden, der Dämpferregler wenigstens ein Steuersignal zur Ansteuerung von Aktuatoren, insbesondere semi-aktiven oder aktiven Dämpfern, liefert, mittels denen die Bewegung des Fahrzeugaufbaus (20) beeinflusst werden kann, mittels dem Dämpferregler aus den Sensorsignalen wenigstens eine Aufbaubewegung an wenigstens einem Punkt des Fahrzeugaufbaus (20) ermittelt wird, mittels Regelalgorithmen aus der wenigstens einen Aufbaubewegung das wenigstens eine Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoren ermittelt wird, wobei wenigstens eine Eingangsgröße des Regelalgorithmus und/oder das wenigstens eine Steuersignal zusätzlich in Abhängigkeit einer wählbaren Anforderung an die Bewegung des Fahrzeugaufbaus (20) oder die Bewegungsrichtung des Aufbaus (20) in Bezug auf die Bewegung weiterer Massen korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen eines Regelungsmoduls die Signale der aufbauseitigen Wirkrichtung des Aktors und die Signale der Bewegungsrichtung des Aufbaus (20) vorgesehen sind, das Regelungsmodul dann wirkt, wenn die Wirkrichtung des Aktors und die Bewegungsrichtung des Aufbaus (20) entgegengesetzt gerichtet sind und das Regelungsmodul wirkungsfrei ist, wenn beide Richtungen gleich gerichtet sind.

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 den bekannten Verfahren und Systemen zur Beeinflussung der Bewegung des Fahrwerkes ist nachteilig, dass als Ausgangsgröße aus eingesetzten Reglermodulen eine Kraft angefordert wird. Dies hat den Nachteil, dass zusätzlich eine Dämpfergeschwindigkeit als Zusatzgröße benötigt wird, um über eine Kennfeldumrechnung zu der eigentlichen Stellgröße, dem Steuerstrom, zu gelangen. Darüber hinaus kann auch bei einer konstanten Kraftanforderung der Strom sich in Abhängigkeit von der Dämpfergeschwindigkeit ändern. Da eine Kennfeldumrechnung fehlerbehaftet ist, wird auch die resultierende Dämpferkraft entsprechend unstetig. Gerade im Bereich von niedrigen Dämpfergeschwindigkeiten, die insbesondere häufig bei Querdynamikvorgängen vorliegen, ist dies nachteilig, da hier die größten Nichtlinearitäten und Ungenauigkeiten im Kennfeld vorliegen. Darüber hinaus ist bekannt, dass im Geschwindigkeitsnulldurchgang im Kennfeld der Dämpfer in der Regel weich gestellt wird. Gerade bei Dämpfergeschwindigkeiten, die um null herum pendeln wird dann bei einer konstanten Kraftanforderung ein ständig pendelnder Strom gestellt, der kontraproduktiv für die eigentliche Regelung ist.
Durch Fahrbahnunebenheiten, Wank- und Nick-Vorgänge des Fahrzeugs bei quer- und längsdynamischen Manövern oder aber auch interne Anregungen (Antriebsstrang, Rad-Reifen) werden vertikale Kräfte erzeugt, die zwischen Fahrwerk und Aufbau wirken. Vor allem die resultierenden Kräfte aus Fahrbahn-Unebenheiten erzeugen vertikale Störgrößen in Bezug auf die Schwingungen des Fahrzeugs. Ziel einer gelungenen Regelung von Fahrwerkbewegungen sind unter anderem geringe Aufbaubeschleunigungen, geringe Wank- und Nick Bewegungen, geringe dynamische Radlastschwankungen sowie ein Schwingungsverhalten des Fahrzeugs, welches von der Beladung weitgehend unabhängig ist.
Die vertikalen Kräfte bestehen im Wesentlichen aus Feder- und Dämpferkräften, die dafür sorgen, dass der Aufbau relativ zum Fahrwerk abgestützt wird und dass die Bewegungen des Fahrzeugs relativ zur Fahrbahn in Grenzen gehalten werden.
Zur Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Kraftfahrzeugen werden geeignete Ersatzmodelle erstellt, auf welche die allgemeinen Methoden der Schwingungslehre anwendbar sind. Die Modelle bestehen aus verschiedenen Massen, die gegebenenfalls mit Trägheit behaftet sind und enthalten jeweils Feder- und Dämpferelemente. Aus den Modellen lassen sich so Schwingungsgleichungen, Eigenfrequenzen und Dämpfungsmaße ableiten.
Für die Herleitung eines einfachen, effizienten und gültigen Modells gibt es keine in allgemeingültige Regeln fassbare Vorgehensweise. Das Modell eines mechanischen Systems, dass beispielsweise nur alle denkbaren Bewegungsmöglichkeiten berücksichtigt, ist zwar physikalisch richtig, aber für die praktische Anwendung unübersichtlich, unhandlich und verliert für die meisten Fälle die physikalische Überschaubarkeit.
Weit verbreitet ist das Modell eines so genannten Skyhook-Reglers. Dieser Ansatz geht von der Idee aus, dass der Federungskomfort dann optimal ist, wenn man den schwingenden Aufbau nicht gegenüber der unebenen Straße sondern gegenüber dem Himmel dämpft. In einem Gedankenexperiment wird der Schwingungsdämpfer dazu nicht zwischen Aufbau und Rad sondern zwischen Aufbau und einem mitgeführten Haken am Himmel angeordnet. Im Rahmen dieses Gedankenexperimentes soll dann der reale Dämpfer die gleiche Kraft aufbringen wie der Skyhook-Dämpfer. Verwendet man semi-aktive Dämpfer, also Dämpfer, die zwar passiv, aber in ihrer Dämpfungskonstante einstellbar sind, so versucht man die Wirkung des Dämpfers gering zu halten, wenn aufgrund der Kräfte des Rades der Dämpfer in der gleichen Richtung am Aufbau wirksam ist, in der sich der Aufbau gerade bewegt. Hierdurch soll die Bewegung des Aufbaus durch die am Dämpfer herrschende Kraft nicht noch zusätzlich angefacht werden. Sind umgekehrt die genannten beiden Richtungen gegenläufig, so wird der Dämpfer hart eingestellt, um die Bewegung des Aufbaus abzubremsen.
Die Skyhook-Regelung minimiert die Geschwindigkeit des Aufbaus weitgehend und sehr schnell. Sie besitzt im Übrigen aber eine Reihe von Nachteilen.
Bei dem Standard-Skyhook-Verfahren erfolgt der Übergang von einer hohen auf eine niedrige Dämpferkraft beziehungsweise niedrigen auf eine hohe Dämpferkraft sprunghaft. Aufgrund hoher Kraft-Gradienten in der Dämpferbewegung entstehen auffällige Poltergeräusche, die für die Fahrzeuginsassen sehr unangenehm sind und somit den Fahrkomfort erheblich beeinträchtigen.
Systemimmanent liegen beim Skyhook-Prinzip Zeitverzüge und Nichtlinearitäten vor, die zum Teil durch die nicht berücksichtigte Elastizität des Dämpfers begründet sind und die nicht kompensierbar sind und zu Ungenauigkeiten führen, sowohl in der Phase als auch der Amplitude des Stromverlaufs.
Kraftspitzen (durch Änderungen der Dämpferkraft) werden vom Dämpfer in den Aufbau eingeleitet. Ein Skyhook-Regler sollte eigentlich im Nulldurchgang schalten, da dieser aber nie genau getroffen wird (zum Beispiel durch zu ungenaue Messung), wird außerhalb des Nulldurchgangs geschaltet, dadurch entstehen Kraftspitzen. Diese wirken sich zum Einen schädlich auf den Aufbau (hinsichtlich Festigkeit) aus, zum Anderen treten Geräuschprobleme auf. Dadurch, dass sich die Relativgeschwindigkeit im Radfrequenzbereich ändert, werden auch Kraftänderungen in diesem Frequenzbereich gefördert.
Bei dem Skyhook-Prinzip geht die Radgeschwindigkeit mit der für den Fahrer unangenehm hohen Radfrequenz ein, obwohl dem Fahrer primär an der Ruhigstellung des Fahrzeugsaufbaus liegt und damit an der Minimierung von der Aufbaugeschwindigkeit liegt. Da eine Regelung im Bereich der Radfrequenz erfolgt, wird zusätzlich die Regelgüte dieses Konzepts stark vom Straßenprofil beeinflusst und die Zahl der Umschaltungen des Dämpfers ist vergleichsweise hoch.
Das wesentliche Element beim Skyhook-Modell ist hierbei die Ermittlung der Kraft, die für die Beruhigung des Aufbaus erforderlich ist. Zwingend notwendig ist im Weiteren ein Dämpferkraftkennfeld, das unter Berücksichtigung der aktuellen Dämpfergeschwindigkeit aus dieser Kraft einen Sollstrom schätzt. Diese Kennfelder sind jeweils in den Steuergeräten abzulegen, so dass aus geforderter Soll-Kraft und ermittelter Ist-Dämpfergeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt eine Soll-Stromermittlung möglich ist. Beim Skyhook-Prinzip regelt somit der Regler eine Kraft als Stellgröße am Ausgang. Diese muss über ein Kennlinienfeld unter Berücksichtigung der Relativgeschwindigkeit des Dämpfers gegenüber dem Aufbau des Fahrzeugs in einen entsprechenden Strom für den Dämpfer umgerechnet werden.
Aus DE 102 03 554 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Dämpferkraft für einen oder mehrere Schwingungsdämpfer einer zwischen Fahrzeugrädern und Fahrzeugaufbau und Fahrzeugaufbau angeordneten Fahrzeugradaufhängung bekannt, bei dem eine Solldämpferkraft und eine davon abhängiger Sollstrom zur Verstellung der Dämpferkraftcharakteristik nach einem Regelsatz berechnet wird, wobei die Änderung des Sollstroms und/oder die Änderung der Solldämpferkraft über die Zeit begrenzt sind. Im Wesentlichen soll erreicht werden, das die Dämpferschaltgeräusche, die bei einem Standard-Skyhook-Verfahren entstehen, variabel reduziert werden können.
DE 39 18 735 A1 offenbart ein Verfahren zur Dämpfung von Bewegungsabläufen an Fahrwerken von Personen und Nutzkraftwagen mit dem aus sensorisch ermittelten Bewegungen zweier Massen mittels einer Signalverarbeitungsschaltung ein Steuersignal für einen steuerbaren an den Massen angreifenden Aktor gebildet wird. Mittels der Sensoren kann während des Fahrbetriebs eine Aufbaubewegung ermittelt werden und diese Signale den Anforderungen eines Fahrers angepasst werden.
DE 43 03 039 A1 offenbart eine Aufhängungssteuervorrichtung bei dem Stoßdämpfer mit variablen Dämpfungskoeffizienten zwischen einer Karosserie und einem Rad eines Fahrzeuges vorgesehen sind. Der Dämpfungskoeffizient kann von einer Aufbaubewegung der Karosserie beeinflusst sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mittels denen eine Aufbaubewegung eines Fahrzeugaufbaus einen Fahrerwunsch entsprechend harmonisch eingestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen und einem System mit den in Anspruch 15 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass mittels des Dämpferreglers aus den Sensorsignalen wenigstens eine Aufbaubewegung an wenigstens einem Punkt des Fahrzeugaufbaus ermittelt wird, mittels Regelalgorithmen aus der wenigstens einen Aufbaubewegung das wenigstens eine Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoren ermittelt wird, wobei wenigstens eine Eingangsgröße des Regelalgorithmus und/oder das wenigstens eine Steuersignal zusätzlich in Abhängigkeit einer wählbaren Anforderung an die Bewegung des Fahrzeugaufbaus oder die Bewegungsrichtung des Aufbaus in Bezug auf die Bewegung weiterer Massen korrigiert wird, wird vorteilhaft erreicht, dass eine harmonische, geräuscharme und vom Fahrer beeinflussbare Fahrzeugaufbaubewegung einstellbar ist.
Die erfindungsgemäße Regelung besteht im Kern darin, die Regelung von der Bewegung, insbesondere der Geschwindigkeit, des Aufbaus und einer Bewegungsanforderung abhängig zu machen und auf die Berücksichtigung der von dem Rad auf den Aufbau ausgeübten Kräfte zu verzichten. Im Ergebnis wurde eine gedämpfte harmonische Bewegung des Aufbaus erreicht, die den Fahrzeuginsassen ein angenehmes Fahrgefühl vermittelt. Ferner wird eine Anfachung der Aufbaubewegung durch den Dämpfer vermieden. Darüber hinaus ist möglich, dass die Fahrer von mit dem erfindungsgemäßen Regelsystem ausgerüsteten Fahrzeugen eine zusätzliche Minimierung der Aufbaugeschwindigkeit erreichen können. Dies wird im Wesentlichen von Fahrern von sportlich orientierten Fahrzeugen gewünscht.
Danach soll im Prinzip für das Fahrzeug eine möglichst geringe aber harmonische Schwingung des Fahrzeugsaufbaus erreicht werden, auch wenn für die zu erreichende Harmonie eine leicht höhere Aufbaugeschwindigkeit in Kauf genommen werden muss. Das vorgeschlagene Regelungsverfahren geht von dem Ansatz aus, nicht eine bestimmte physikalische Größe möglichst gering zuhalten sondern ein Regelungsverfahren anzubieten, welches sich primär nach dem Empfinden der Fahrzeuginsassen richtet und versucht dieses möglichst günstig zu beeinflussen. Um eine Regelstrategie anbieten zu können, welche sich primär nach den Kundenbedürfnissen richtet, ist zunächst zu ermitteln, was der Fahrer beziehungsweise die Fahrzeuginsassen möchten. Dabei wurde herausgefunden, dass der Fahrer ein möglichst harmonisches Verhalten des Aufbaus bevorzugt. Weiterhin wird von den Fahrzeuginsassen gewünscht, keine unnötigen Geräusche zu haben. Bei viel Bewegung sollte das Fahrzeug entsprechend angebunden sein, um ein Gefühl der Sicherheit zu vermitteln. Kleine Anregungen dagegen sollen gar nicht bemerkt werden. Insgesamt aber muss sich das Fahrzeug harmonisch bewegen.
Die Erfindung besteht grundlegend also darin, das Regelungsverfahren und Regelungssystem durch die Wirkung eines Regelungsmoduls zu verbessern. Das Regelungsmodul arbeitete nach Prinzipien der Skyhook-Regelung, ohne die geschilderten Vorteile des vorgeschlagenen Regelungsverfahrens zu beseitigen und ohne die erläuterten Nachteile der Skyhook-Regelung in das erfindungsgemäße Regelungsverfahren einzuführen. Möglich wird dies dadurch, dass die Regelung nicht ausschließlich nach dem Skyhook-Prinzip arbeitet, sondern die aus diesem Prinzip herrührenden Ergebnisse nur zusätzlich, etwa mittels eines zwischen 0 und 1 liegenden Korrekturfaktors, in das Gesamtergebnis eingefügt werden können. Der, die Aufbaubewegung regelnde, Regler, dessen Wirkung das Regelungsmodul korrigiert, bildet vorzugsweise einen ersten Regler, während der, das Regelungsmodul bildende, Regler vorzugsweise einen zweiten Regler bildet. Charakteristisch für den ersten Regler ist es, dass er durch ein von der Bewegung des Aufbaus abhängiges Signal angesteuert wird, insbesondere einem Geschwindigkeitssignal.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Regelungsmodul dann wirkt, wenn die Wirkrichtung des Aktors und die Bewegungsrichtung des Aufbaus entgegengesetzt gerichtet sind und das Regelungsmodul wirkungsfrei ist, wenn beide Richtungen gleich gerichtet sind. Verwendet man als Dämpfer einen semi-aktiven Dämpfer, so wird hierdurch vorteilhaft erreicht, dass das Regelungsmodul weitgehend wirkungsfrei ist, wenn das Rad sich schneller als der Aufbau in der gleichen Richtung bewegt und somit über den Dämpfer versucht die Bewegung des Aufbaus noch anzufachen. Umgekehrt wird der Dämpfer wirksamer, das heißt härter geschaltet, wenn sich das Rad zwar in der gleichen Richtung wie der Aufbau aber langsamer bewegt oder wenn es sich entgegen der Richtung des Aufbaus bewegt.
Wesentliche Nachteile des Skyhook-Verfahrens werden dadurch eliminiert, dass als Reglerausgangsgröße nicht die Aktorausgangsgröße, das heißt die Kraft, angefordert wird sondern die Aktorstellgröße, zum Beispiel in Form eines Stroms. Durch die direkte Anforderung des Stroms entfallen die sonst notwendigen Umrechnungen einer Kraftanforderung unter Verwendung eines Kennfeldes zu einem Strom, die nicht nur rechen- und speicherintensiv sind sondern auch wesentliche Ungenauigkeiten in Form von Störungen aufprägen.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird eine zusätzliche Minimierung der Bewegung des Aufbaus dadurch erreicht, dass über das Regelungsmodul nur Änderungen an dem ersten Eingangssignal (vAufbau) des die Regelung im Wesentlichen bestimmenden ersten Reglers und/oder an dessen ersten Ausgangssignal (iAufbau) vornimmt. Durch diese Korrekturen werden die grundlegenden Vorteile des vorgeschlagenen Regelungsverfahrens nicht behindert. Das erste Ausgangssignal des ersten Reglers kann weitgehend proportional dem Soll-Strom des nachgeschalteten Dämpfers sein und das, der Aufbaubewegung proportionale erste Eingangssignal bestimmt weiterhin den überwiegend harmonischen Verlauf der Aufbaubewegung.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird unter Aufbaubewegung nicht nur die Aufbaugeschwindigkeit sondern auch die hiervon durch Integration oder Differenzierung abgeleitete Aufbaulage oder auch die Aufbaubeschleunigung verstanden. Weiterhin wird dem Regelungsmodul vorzugsweise ein drittes Eingangssignal zugeführt, welches von der auf den Einbau wirkenden Wirkrichtung des Dämpfers abhängig ist. Dieses Signal kann in der Regel von der Relativgeschwindigkeit des Dämpfers gegenüber dem Aufbau des Fahrzeugs abgeleitet werden. Insoweit arbeitete das Regelungsmodul nach dem Skyhook-Prinzip. Das Ausgangssignal des Regelungsmoduls dient nun nicht zur direkten Ansteuerung des nachgeschalteten Dämpfers sondern beeinflusst nur das erste Eingangssignal des ersten Reglers oder bildet selbst das modifizierte Eingangssignal des ersten Reglers. Das zweite Ausgangssignal des Regelungsmoduls kann aber auch das erste Ausgangssignal des ersten Reglers beeinflussen und dieses im Sinne einer Minimierung der Aufbaubewegung abändern.
Darüber hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste Eingangssignal des ersten Reglers und das zweite Eingangssignal des Regelungsmoduls der Geschwindigkeit des Aufbaus entsprechen. Das dritte Eingangssignal an dem Regelungsmodul entspricht der Relativgeschwindigkeit des Dämpfers gegenüber dem Aufbau analog dem Skyhook-Verfahren. Andererseits entspricht das erste Ausgangssignal des ersten Reglers dem Soll-Strom am Dämpfer, so dass eine Umrechnung über Kennlinienfelder wie beim Skyhook-Verfahren nicht notwendig ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Regelungsmodul durch einen zweiten Regler gebildet ist, dessen Ausgangssignal das erste Eingangssignal des ersten Reglers bildet. Man kann somit das zweite Ausgangssignal des zweiten Reglers als hinsichtlich der Wirkung der Radbewegung korrigiertes oder modifiziertes Eingangssignal des ersten Reglers auffassen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung 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 ein Blockschaltbild eines Standardregelkreises;
5 ein Blockschaltbild eines erweiterten Regelkreises;
6 ein Blockschaltbild eines Reglers mit Skyhook-Regler und Kennfeld (Stand der Technik);
7 ein Blockschaltbild eines Reglers mit aufbaugeschwindigkeitsabhängiger Regelung;
8 bis 10 Blockschaltbilder mit Regelungsmodulen in Form von Korrekturgliedern;
11 ein Flussdiagramm für die Berechnung eines Korrekturfaktors, und
12 und 13 schematische Bewegungsrichtungen vom Aufbau und Rad und daraus resultierende Wirkrichtungen des Dämpfers.

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.
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.
Die in dem Koordinatensystem x, y, z zu regelnden Geschwindigkeiten sind diesmal allerdings nicht die Geschwindigkeiten an den Ecken des Aufbaus 20 sondern Winkelgeschwindigkeiten im Schwerpunkt 56 des Aufbaus 20. Die Regelung ist im Prinzip daher so ausgelegt, dass die Winkelgeschwindigkeiten hinsichtlich Wanken und Nicken sowie zusätzlich noch die vertikale Geschwindigkeit des Hubes minimiert werden. Der Vorteil dieser Art der Regelung besteht darin, dass die Personen im Fahrzeug ungefähr im Bereich des Schwerpunktes 56 sitzen und, da auf die Ruhigstellung dieses Bereiches geregelt wird, einen etwas größeren Fahrkomfort erfahren als bei einer Regelung über die Ecken des Aufbaus. Dies gilt besonders, wenn im Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnete, entsprechende Sensoren vorgesehen sind, welche die Wank-Geschwindigkeit, die Nick-Geschwindigkeit und die Hub-Geschwindigkeit direkt messen.
Nimmt man nun an, dass bei der Regelung gemäß 3 ebenfalls auf die Berücksichtigung der vertikalen Geschwindigkeit der Räder 12, 14, 16, 18 verzichtet wird und die zur Messung der genannten Winkelgeschwindigkeiten und des Hubes dienenden Sensoren wie in 3 an den Ecken des Fahrzeugs angeordnete sind, so müssen aus den gemäß 3 gemessenen Geschwindigkeiten an den Ecken des Aufbaus 20 die genannten Winkelgeschwindigkeiten und der Hub im Schwerpunkt 56 berechnet werden. Sind keine Sensoren im Schwerpunkt angeordnet, können Modalbewegungen über entsprechende Transformationen aus den Signalen der gegebenen Sensoren gewonnen werden.
In 4 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 die Regelstrecke 90 Einfluss nimmt. Die Regelung dient hauptsächlich zur Beseitigung von Störgrößen, um diese auszuregeln.
In 5 ist eine detailliertere Darstellung des Regelkreises gemäß 4 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 elektrohydraulischen 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 4 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.
In 6 ist ein Korrekturglied 114 gezeigt, dessen Eingängen die Aufbaugeschwindigkeit vAufbau eines Aufbaus eines Fahrzeugs und die Relativgeschwindigkeit vDämpfer eines Dämpfers (2) zugeführt sind, wobei, wie auch bei den vorangegangenen Beschreibungen, vAufbau und vDämpfer stellvertretend für jeweils vier Eingangssignale stehen, die vorzugsweise in der Nähe der an dem Aufbau angreifenden Dämpfer durch Sensoren gemessen wurden, beziehungsweise zum Teil errechnet wurden. Die Eingangsgrößen vAufbau und vDämpfer werden gegebenenfalls durch das Korrekturglied 114 korrigiert, umgerechnet oder in anderer Weise an den augenblicklichen Zustand des Fahrzeugs angepasst. Im Ergebnis werden von dem Korrekturglied 114 an dessen Ausgängen die korrigierten Geschwindigkeitswerte an die Eingänge eines Skyhook-Reglers 115 abgegeben.
Der Skyhook-Regler 115 berechnet die jeweils von den betreffenden Dämpfern aufzubringende Soll-Kraft F, die von den Dämpfern gegen die Trägheitskraft des sich bewegenden Aufbaus gestellt werden muss, um diesen zu beruhigen. Die von den Dämpfern in Form eines Widerstandes aufbringbare Kraft hängt von der augenblicklichen Relativgeschwindigkeit des Dämpfers ab. Es muss also aufgrund der bekannten Relativgeschwindigkeit vDämpfer und der berechneten Soll-Kraft Fhub, Fwank, FNick der Wert für einen Strom gefunden werden, der den betreffenden Dämpfer derart eingestellt, dass er bei der gegebenen Relativgeschwindigkeit die gewünschte Soll-Kraft zur Verfügung stellt. Dies geschieht mit Hilfe des Kennlinienfeldes 117, an dessen Ausgang dann eine, dem gewünschten Soll-Strom entsprechende Ausgangsgröße iDämpfer zur Verfügung steht.
Soweit es sich bei den Dämpfern um semi-aktive Dämpfer handelt, die nur passiv durch die Bewegung ihres Kolbens in dem Zylinder des Dämpfers Kraft aufbringen können, muss noch durch den Skyhook-Regler 115 dafür Sorge getragen werden, dass durch die von dem Dämpfer ausgeübte Kraft die Bewegung des Aufbaus nicht noch zusätzlich angefacht wird, was dann geschehen kann, wenn das Rad sich schneller als der Aufbau in die gleiche Richtung bewegt. Durch den Skyhook-Regler 115 muss also auch noch das Vorzeichen der Relativgeschwindigkeit des Dämpfers mit dem Vorzeichen der Aufbaubewegung verglichen werden, um entscheiden zu können, ob der Dämpfer hart eingestellt werden soll um Dämpfungskraft zu erzeugen oder möglichst weich eingestellt werden soll, um die Bewegung des Aufbaus nicht noch anzufachen.
6 zeigt ein Blockschaltbild einer bekannten Skyhook-Regelung, bei der auf die Nick- und Wank-Geschwindigkeiten sowie die Hubgeschwindigkeit des Aufbaus geregelt wird. Ähnlich wie bei einem Modal-Umrechner rechnet der Modal-Umrechner 114 die vertikal gerichteten Geschwindigkeitssignale an seinem Eingang in die Hub-Geschwindigkeit vHub und die Winkelgeschwindigkeiten vWank und vNick um. Bei dem bekannten Regelsystem nach 6 wird nicht nur die Aufbaugeschwindigkeit vAufbau sondern zusätzlich noch die Relativgeschwindigkeit des Dämpfers vDämpfer in den Modal-Umrechner 114 eingegeben. Die Relativgeschwindigkeit des Dämpfers beschreibt die Geschwindigkeit des Kolbens im Dämpfer also die Geschwindigkeit zwischen Aufbau und Rad. Durch Berücksichtigung dieser Geschwindigkeit wird eine sehr schnelle Ruhigstellung des Aufbaus erreicht. Andererseits ergibt sich durch dieses Verfahren eine größere Anzahl von Nachteilen, die oben im Zusammenhang mit der Skyhook Regelung schon erörtert wurde. In dem Modal-Umrechner 114 können weiterhin noch eine Reihe von Korrekturen vorgenommen werden, wie sie im Zusammenhang mit der 7 noch erläutert werden.
Der Skyhook-Regler 115 setzt die modalen Geschwindigkeiten an seinem Eingang in Ausgangssignale um, welche proportional zu den benötigten Kräften sind, um über die von den Dämpfern ausgeübten Kräfte FHub, FWank, FNick den Aufbau ruhig zu stellen. Durch die Berücksichtigung der Relativgeschwindigkeit vDämpfer kann auch die Bewegung des Rades zur Beruhigung des Aufbaus beitragen, soweit diese Bewegung der Bewegung des Aufbaus entgegengesetzt oder zumindest langsamer als diese ist. Soweit, wie im vorliegenden Fall angenommen, die Dämpfer nicht im Schwerpunkt des Fahrzeugs sondern an den Ecken des Aufbaus 20 angeordnet sind, müssen durch einen Umrechner 116 noch die Kräfte FHub, FWank, Nick auf die von den Dämpfern an den Aufbauecken aufzubringenden Kräfte FDämpfer umgerechnet werden. Sind diese Kräfte schließlich berechnet, so muss aufgrund dieser Kräfte vDämpfer und der aktuellen Relativgeschwindigkeit vDämpfer der betreffenden Dämpfer über ein Kennlinienfeld 117 festgelegt werden, mit welchem auf die Dämpfer einwirkenden Steuerstrom die erwünschte Kraft zur Ruhigstellung des Aufbaus erzeugt werden kann. Als Ausgangssignal des Kennlinienfeldes 117 erhält man schließlich die Ströme iDämpfer, mit denen die Dämpfer an den Ecken des Aufbaus beaufschlagt werden müssen.
Bei dem nachfolgend im Zusammenhang mit 7 beschriebenen erfindungsgemäßen Lösungsansatz wird nun die an sich bekannte Skyhook-Regelung derart abgewandelt, dass die vertikale Geschwindigkeit der Räder gegenüber dem Aufbau vernachlässigt wird und so gerechnet wird, als ob die Räder sich auf einer glatten Ebene bewegen. Damit wird die, die Kraft bestimmende, Geschwindigkeit der Dämpfer gleich der Geschwindigkeit an den entsprechenden Ecken des Aufbaus und es wird nur auf die Geschwindigkeit an den Ecken geregelt. Vorteile dieser Regelungsart bestehen auch darin, dass die Ecken des Fahrzeugs sehr schnell ruhig gestellt werden.
Soweit es sich bei den Dämpfern um semi-aktive Dämpfer handelt, die nur passiv durch die Bewegung ihres Kolbens in dem Zylinder des Dämpfers Kraft aufbringen können, muss noch durch den Skyhook-Regler 115 dafür Sorge getragen werden, dass durch die von dem Dämpfer ausgeübte Kraft die Bewegung des Aufbaus nicht noch zusätzlich angefacht wird, was dann geschehen kann, wenn das Rad sich schneller als der Aufbau in die gleiche Richtung bewegt.
Durch den Skyhook-Regler muss also auch noch das Vorzeichen der Relativgeschwindigkeit des Dämpfers mit dem Vorzeichen der Aufbaubewegung verglichen werden um entscheiden zu können, ob der Dämpfer hart eingestellt werden soll um Dämpfungskraft zu erzeugen oder möglichst weich eingestellt werden soll, um die Bewegung des Aufbaus nicht noch anzufachen.
7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein als Regelungsmodul wirkendes Korrekturglied 131 erhält an seinem Eingang die von entsprechenden Sensoren gemessenen Eingangsgrößen vAufbau_ges, die vorzugsweise die Geschwindigkeiten des Aufbaus an den vier Ecken des Aufbaus beschreiben, an denen die Dämpfer angreifen. Dem Eingang des Korrekturgliedes 131 wird weiterhin die Relativgeschwindigkeit der Dämpfer vDämpfer zugeführt. Diese beiden Eingangsgrößen werden durch Parameter in geeigneter Weise korrigiert, welche die Bedingungen der Umgebung beschreiben, wie der Fahrzustand (Längs-/Querdynamik) Fahr, Beladungszustand Bel, Straßenzustand Str, Fahreraktivität Akt (Gas, Bremse, Lenkung). Am Ausgang des Korrekturgliedes 131 erscheinen dann gegenüber den Eingangsgrößen entsprechend korrigierte Ausgangsgrößen v*Aufbau_ges, v*Dämpfer. Die zuletzt genannten Ausgangsgrößen bilden die Eingangsgrößen für den Vertikal-Regler 134, welcher die Aufbaugeschwindigkeiten an den vier Ecken regelt. Ein wesentlicher Unterschied zum Skyhook- Regler besteht darin, dass es sich bei v*Dämpfer nur um eine korrigierende Größe handelt, welche die Wirkung des Signals v*Aufbau_ges nicht beeinflusst. Es ist also in der Regel kein Kennlinienfeld (siehe Kennlinienfeld 117 in 6) notwendig.
In 8 ist der Vertikal-Regler 134 detailliert dargestellt. In dem Vertikal-Regler ist als Regelungsmodul ein zweiter Regler 135 vorgesehen, dessen Eingängen ein zweites Eingangssignal vAufbau zugeführt wird, welches der Aufbaugeschwindigkeit entspricht, und ein drittes Eingangssignal vDämpfer zugeführt wird, welches der Relativgeschwindigkeit des Dämpfers (genauer, des Dämpferkolbens beziehungsweise Rades gegenüber dem Aufbau) entspricht. Am Ausgang des zweiten Reglers 135 liegt als zweites Ausgangssignal ein Signal vAufbau_korr an, welches der korrigierten Bewegung des Aufbaus entspricht. Die Korrektur wird dabei derart vorgenommenen, dass das erste Ausgangssignal iDämpfer_korr eines nachgeschalteten ersten Reglers 139 die Dämpfung des durch dieses Ausgangssignal angesteuerten Dämpfers niedrig hält, wenn andernfalls durch die Bewegung des Rades über den Dämpfer die Bewegung des Aufbaus angefacht würde.
Umgekehrt wird die Dämpfung des Dämpfers hoch gehalten, wenn die Kraft des Rades der Trägheitskraft des schwingenden Aufbaus gerade entgegen wirkt, wenn also die Geschwindigkeit des Rades (oder zumindest die Relativgeschwindigkeit des Rades gegenüber dem Aufbau) der Bewegung des Aufbaus entgegengesetzt ist. Dabei ist allerdings zu beachten, dass die Kraftübertragung des Dämpfers derart dosiert sein muss, dass dieser den Aufbau nur dämpft und nicht eine Beschleunigung des Aufbaus in der Gegenrichtung erzwingt. Das erste Ausgangssignal iDämpfer_korr ist proportional dem Soll-Strom des Dämpfers, mit dem die Ventilspule des semi-aktiven Dämpfers eingestellt wird.
In 9 ist in dem Vertikal-Regler 134 die Lage des ersten Reglers 140 und des Korrekturgliedes 136 vertauscht, so dass das als Regelungsmodul wirkende Korrekturglied 136 das Ausgangssignal iAufbau des ersten Reglers 140 in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit des Dämpfers korrigiert. Die Korrektur kann dabei wiederum in Abhängigkeit von Umgebungsparametern geschehen, wie im Zusammenhang mit 7 beschrieben.
In 10 ist im Vertikal-Regler 134 das als Regelungsmodul wirkende Korrekturglied 137 dem, die vertikalen Aufbaugeschwindigkeiten regelnden, ersten Regler 141 parallel geschaltet, wobei die Signale der Aufbaugeschwindigkeit vAufbau sowohl den Eingängen des Reglers 141 als auch des Korrekturgliedes 137 zugeführt werden. Das unkorrigierte Strom-Signal iAufbau am Ausgang des ersten Reglers 141, welches gegebenenfalls direkt den Dämpfern zugeführt werden könnte, wird in einem Kombinationsglied 138 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal x_korr des Korrekturgliedes 137 korrigiert. Um die Höhe der Korrektur bestimmen und feststellen zu können, ob die Richtung der Aufbaugeschwindigkeit und der relativen Dämpfergeschwindigkeit gleichsinnig oder gegensinnig verlaufen, wird dem Korrekturglied 137 außer der Aufbaugeschwindigkeit auch noch ein die Relativgeschwindigkeit des Dämpfers beschreibendes Signal vDämpfer zugeführt.
11 beschreibt in Form eines Ablaufdiagramms Berechnungsmöglichkeiten, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit 10 durchgeführt werden können. Dabei ist die Korrekturgröße zum Beispiel gleich dem Absolutwert der Dämpfergeschwindigkeiten. Der Korrekturfaktor KF kann zwischen 0 und 1 liegen.
Zunächst wird in einem ersten Schritt 421 der Strom iA in Abhängigkeit der Aufbaugeschwindigkeit berechnet [iA=f(vA)], beispielsweise für die Ecken des Aufbaus oder die Wank- oder Nick-Geschwindigkeit. In einem nächsten Schritt 144 wird die Korrekturgröße KG (KG= IvDI ) berechnet. Nachfolgend wird in einem Schritt 146 die Bewegungsrichtung BR zwischen Aufbau und Dämpfer (BR=vA x vD) berechnet. In einer Abfrage 148 wird ermittelt, ob die Bewegungsrichtung größer Null oder kleiner Null ist. Je nach dem ergibt sich das Vorzeichen der Korrekturgröße KG. In einem Schritt 150 wird dann der Korrekturfaktor KF [KF=f(KG)] berechnet, um dann ist in einem Schritt 152 der Strom aus der Aufbauregelung mit dem Korrekturfaktor zu korrigieren (iD=iA x KF).
In 12 ist gezeigt, wie sich die Größe und Richtung der an dem Aufbau 20 und den Rädern 12, 14, 16, 18 angreifenden Kräfte darstellen können. In dem Beispiel bewegt sich der Aufbau mit einer Geschwindigkeit x nach oben während sich das Rad mit einer Geschwindigkeit x nach unten bewegt. Als Folge davon spürte der Aufbau durch die Dämpfer 22, 24, 26, 28 eine der Geschwindigkeit entgegengesetzte Kraft, die den Aufbau festzuhalten sucht. Für das sich nach unten bewegende Rad gilt entsprechendes, nur in der umgekehrten Richtung. Diese zuletzt genannten Kräfte sind durch zwei gegeneinander gerichtete Pfeile dargestellt, die anstelle der Dämpfer 22, 24, 26, 28 gezeigt sind.
In den 13A bis 13F sind verschiedene Möglichkeiten für die Größe und Richtung der an dem Aufbau und dem Rad angreifenden Geschwindigkeiten dargestellt, aus denen sich durch den betroffenen Dämpfer ausgeübte, unterschiedlich gerichtete Kräfte ergeben, so dass die jeweilige resultierende Wirkrichtung des Dämpfers von der Differenz der Geschwindigkeiten von Aufbau und Rad abhängt, die an ihm angreifen.
In den 13A und 13B sind die Geschwindigkeiten von Aufbau und Rad jeweils zueinander entgegengesetzt gerichtet, so dass der Dämpfer in 13A Zugkräfte ausübt und in 13B Druckkräfte ausübt, die der Bewegung von Aufbau und Rad jeweils entgegenwirken. In den 13C und 13E ist die Geschwindigkeit des Aufbaus jeweils größer als die Geschwindigkeit des Rades. Wegen der höheren Geschwindigkeit versucht der Aufbau in 13C den Dämpfer nach oben zu ziehen, so dass der Dämpfer mittels Zugkräfte auf den Aufbau und das Rad einwirkt. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit des Aufbaus reduziert aber die Geschwindigkeit des Rades erhöht. In 13E geschieht Entsprechendes, nur dass die Richtungen umgekehrt sind.
In den 13D und 13F ist die an dem Rad anliegende Geschwindigkeit jeweils erheblich größer als die Geschwindigkeit des Aufbaus. Da beide Geschwindigkeiten wiederum wie in den 13C und 13E in gleiche Richtung weisen, wird die Bewegung des Aufbaus durch das sich schneller bewegende Rad über den Dämpfer jeweils unterstützt beziehungsweise angefacht, der Unterschied besteht nur in der Bewegungsrichtung des Aufbaus.
Will man die Bewegung des Aufbaus dämpfen, so sind alle Fallgestaltungen von 13 vorteilhaft, bei denen die an dem Aufbau angreifende Kraft des Dämpfers der Bewegung des Aufbaus entgegen wirkt, also 13A, B, C, E. Besitzt man einen verstellbaren Dämpfer, so wird man in den genannten Fällen den Dämpfer steif halten, um die beruhigenden Kräfte des Rades auf den Dämpfer wirken lassen zu können. Umgekehrt ist es bei den Fallgestaltungen in den 13D, F, in denen das Rad versucht über den Dämpfer die Bewegung des Aufbaus anzufachen. In diesen Fällen wird man den Dämpfer weich einstellen, um möglichst wenig Kraft vom Rad auf den Aufbau über den Dämpfer zu übertragen.
Die Erfindung betrifft also ein Verfahren und ein Regelsystem zur Regelung von durch Stellgrößen verstellbaren Aktoren eines sich bewegenden Körpers, insbesondere von durch elektrischen Strom verstellbaren Dämpfern (iDämpfer,iDämpfer_korr) eines Fahrzeugs mittels eines Reglers der Eingangsgrößen (beispielhaft vAufbau) aufnimmt und Ausgangsgrößen (beispielhaft iAufbau, iDämpfer,iDämpfer_korr) abgibt, wobei, die Eingangsgrößen des Reglers derart gewählt sind, dass sich für den Aufbau eine weitgehend harmonische Bewegung ergibt, wobei zusätzlich zu der Regelung der Aufbaubewegung ein an die Wirkrichtung der Aktoren gebundenes Regelungsmodul vorgesehen ist, welche die Eingangsgrößen (beispielhaft vAufbau) und/oder die Ausgangsgrößen (beispielhaft iAufbau) mit der Zielrichtung beeinflusst, die Aufbaubewegung weitergehend zu minimieren.
Bezugszeichenliste

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
56: Kennlinie
58: Hub
60: Nicken
62: Wanken
63: Wanken
90: Strecke
92: Regler
94: Vergleicher
96: Stellglied
98: Messglied
114: Korrekturglied
115: Skyhook-Regler
116: Umrechner
117: Kennlinienfeld
131: Korrekturglied
134: Vertikal-Regler
135: zweiter Regler
136: Korrekturglied
137: Regelungsmodul
138: Kombinationsglied
139: erster Regler
140: erster Regler
141: erster Regler
142: Schritt
144: Schritt
146: Schritt
148: Abfrage
150: Schritt
152: Schritt

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Signalen zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus (20) eines Kraftfahrzeuges (10), wobei sensorisch die Bewegung des Fahrzeugaufbaus (20) ermittelt wird, die den ermittelten Sensorwerten entsprechenden Sensorsignale einem Dämpferregler zugeführt werden, der Dämpferregler wenigstens ein Steuersignal zur Ansteuerung von Aktuatoren, insbesondere semi-aktiven oder aktiven Dämpfern, liefert, mittels denen die Bewegung des Fahrzeugaufbaus (20) beeinflusst werden kann, mittels dem Dämpferregler aus den Sensorsignalen wenigstens eine Aufbaubewegung an wenigstens einem Punkt des Fahrzeugaufbaus (20) ermittelt wird, mittels Regelalgorithmen aus der wenigstens einen Aufbaubewegung das wenigstens eine Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoren ermittelt wird, wobei wenigstens eine Eingangsgröße des Regelalgorithmus und/oder das wenigstens eine Steuersignal zusätzlich in Abhängigkeit einer wählbaren Anforderung an die Bewegung des Fahrzeugaufbaus (20) oder die Bewegungsrichtung des Aufbaus (20) in Bezug auf die Bewegung weiterer Massen korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen eines Regelungsmoduls die Signale der aufbauseitigen Wirkrichtung des Aktors und die Signale der Bewegungsrichtung des Aufbaus (20) vorgesehen sind, das Regelungsmodul dann wirkt, wenn die Wirkrichtung des Aktors und die Bewegungsrichtung des Aufbaus (20) entgegengesetzt gerichtet sind und das Regelungsmodul wirkungsfrei ist, wenn beide Richtungen gleich gerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur durch ein als Regler arbeitendes Regelungsmodul erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang zwischen wirkungsfreiem und wirkungsbehaftetem Regelungsmodul vorschreibbar ist, so dass insbesondere ein wählbarer, stetiger Übergang gewährleistet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich um den Wirkrichtungsumkehrpunkt des Aktors herum angeordnet ist, um abrupte Aktorwirkungsänderungen zu vermeiden.
Verfahren nach einem der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aktor-wirkrichtungsgebundene Regelungsmodul auf die Eingangs- und/oder Ausgangsgrößen der Aufbaubewegungsregelung wirkt, um die Aufbaubewegung um minimieren.
Verfahren nach einem der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen das Regelungsmodul wenigstens eine Aufbaugeschwindigkeit (vAufbau) verwendet wird, wobei als Aufbaugeschwindigkeiten alle vertikalen Bewegungsformen des Aufbau (20) insbesondere vertikale Aufbaugeschwindigkeiten an beliebigen Positionen, vertikale Hubgeschwindigkeiten, Wank- und Nickgeschwindigkeiten, Wank- und Nickwinkelgeschwindigkeiten, eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufbauseitige Wirkrichtung des Aktors durch seine Geschwindigkeits- und/oder Kraftrichtung bezüglich seines Aufbauangriffspunktes definiert ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der vertikalen Aufbaubewegung eines Fahrzeugs (10) mit einem erster Regler (139, 140, 141) erfolgt, welcher auf mindestens einen verstellbaren vorzugsweise semiaktiven Dämpfer einwirkt, dass dem ersten Regler (134) ein von der Bewegung des Aufbau (20) abhängiges erstes Eingangssignal (vAufbau) zugeführt wird, dass der erste Regler ein erstes Ausgangssignal (iAufbau) abgibt, welches auf den Dämpfer einwirkt, dass das Regelungsmodul (137) mit einem von der Bewegung des Aufbau (20) abhängigen zweiten Eingangssignal (vAufbau) und einem von der von der Wirkungsrichtung der von dem Dämpfer auf den Aufbau (20) ausgeübten Kraft abhängigen dritten Eingangssignal (vDämpfer) beaufschlagt wird und dass das Regelungsmodul (137) ein zweites Ausgangssignal (korr) liefert, welches das erste Eingangssignal (vAufbau) und/oder das erste Ausgangssignal (iAufbau) im Sinne einer zusätzlichen Minimierung der Aufbaubewegung beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungsmodul (135, 136, 137) sowohl durch ein von der augenblicklichen Lage, Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Aufbaus (20) abhängiges zweites Eingangssignal (vAufbau) als auch durch ein, von der auf den Aufbaus (20) wirkenden Wirkrichtung des Dämpfers abhängiges, drittes Eingangssignal (vDämpfer) angesteuert wird, wobei das Regelungsmodul (135, 136, 137) ein zweites Ausgangssignal (vAufbau_korr, korr,iDämpfer_korr) liefert, welches das erste Eingangssignal (vAufbau) des ersten Reglers (139, 140, 141) abändert oder dieses erste Eingangssignal bildet und/oder das erste Ausgangssignal (iAufbau) des ersten Reglers abändert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dass das Regelungsmodul (135, 136, 137) weitgehend wirkungsfrei ist, wenn die Wirkrichtung des Dämpfers und die Bewegungsrichtung des Aufbaus (20) gleichgerichtet sind und das Regelungsmodul (135, 136, 137) die Minimierung der Dämpferwirkung hervorruft, wenn die beiden Richtungen entgegengesetzt gerichtet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Eingangssignal (vAufbau) und das zweite Eingangssignal (vAufbau) der Geschwindigkeit des Aufbaus (20) entsprechen und das erste Ausgangssignal (iAufbau) ein dem benötigten Stellstrom des Dämpfers entsprechendes Stromsignal ist und dass das dritte Eingangssignal (vDämpfer) der Relativgeschwindigkeit des Dämpfers gegenüber dem Aufbaus (20) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungsmodul als zweiter Regler (135) arbeitet, dessen Ausgangssignal (vAufbau_korr) das erste Eingangssignal des ersten Reglers (134) bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Eingangssignal (vAufbau) des ersten Reglers (134) durch das zweite Ausgangssignal des Regelungsmoduls (135) im Sinne einer zusätzlichen Minimierung der Aufbaubewegung beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ausgangssignal (iAufbau) des ersten Reglers (134) durch das zweite Ausgangssignal (x_korr) des Regelungsmoduls (137) im Sinne einer zusätzlichen Minimierung der Aufbaubewegung beaufschlagt wird.
System zur Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus (20) eines Kraftfahrzeuges (10) zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit Sensoren, welche die Bewegung des Fahrzeugaufbaus (20) erfassen, mit steuerbaren oder regelbaren Aktuatoren, insbesondere semi-aktiven oder aktiven Dämpfern, die zwischen dem Fahrzeugaufbaus (20) und den Fahrzeugrädern angeordnet sind, mit einem Dämpferregler, mittels der die Sensorsignale verarbeitet werden und wenigstens ein Ansteuersignal für die Aktuatoren bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpferregler zwei Regelungsmodule umfasst, mittels denen aus den Sensorsignalen wenigstens eine Aufbaubewegung an wenigstens einem Punkt des ermittelbar ist und wenigstens ein Steuersignal für die Aktuatoren generierbar ist, wobei ein erstes Regelungsmodul das Steuersignal generiert und ein zweiter Regelungsmodul das Eingangssignal und/oder das Ausgangssignal des ersten Regelungsmoduls in Abhängigkeit einer wählbaren Anforderung an die Bewegung des Fahrzeugaufbaus (20) korrigiert.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Regelungsmodul in Reihe vor dem ersten Regelungsmodul geschaltet ist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Regelungsmodul in Reihe nach dem ersten Regelungsmodul geschaltet ist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Regelungsmodul parallel zum ersten Regelungsmodul geschaltet ist.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug (10), mit einem System zur Beeinflussung der Bewegung eines in einem Bewegungsablauf steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus (20) nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 18.