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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.
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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.
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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.
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Das
Fahrwerk eines Fahrzeugs überträgt auftretende
Kräfte zwischen Fahrbahn und Fahrzeugaufbau, so dass ihm
die zentrale Bedeutung bezüglich der Fahrdynamik zufällt.
Es ist es daher maßgeblich verantwortlich für
die Fahreigenschaften und bestimmt wesentlich den Fahrkomfort sowie
die Fahrsicherheit. Folglich wird versucht, durch konstruktive Maßnahmen
und durch zusätzliche Komponenten das Systemverhalten weiter
zu verbessern. So entsteht aus dem rein mechanischen Feder- und Dämpfersystem
durch die mechatronische Integration von Aktoren, Sensoren und Informationsverarbeitung
ein aktives oder semi-aktives Fahrwerk. Der Wunsch nach mehr Komfort,
sicherheitsrelevanten Fahrzeugfunktionen und auch gesetzliche Vorschriften
haben weiterhin zu einer immer größeren Anzahl von
elektronischen Systemen im Fahrzeug geführt.
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Für
diese Systeme spielt die Fehlererkennung, -diagnose und -toleranz
eine bedeutende Rolle, wofür sich im Wesentlichen die folgenden
Gründe formulieren lassen: Die (semi-)aktiven Systeme ermöglichen
meist einen tieferen und weiter reichenden Eingriff in das Prozessgeschehen
als klassische Systeme und können somit im Falle einer
Fehlfunktion den Prozess entsprechend stärker beeinflussen. Weiterhin
reduziert die erhöhte Anzahl an Komponenten, die in ihrer
Funktion zumeist eine Serienschaltung darstellen, zwangsläufig
die Gesamtzuverlässigkeit. Zudem stellen die in einem Fahrzeug
auftretenden Umwelteinflüsse, wie mechanische Beanspruchungen,
Vibrationen, Korrosion, Temperaturschwankungen und/oder elektromagnetische
Einflüsse, Ansprüche an die verbauten Komponenten.
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Das
primäre Ziel der Diagnose ist das Auffinden der kleinsten
austauschbaren Einheit, die fehlerhaft ist und zu einem Fehlersymptom
im Fahrzeug geführt hat. Die besonderen Herausforderungen
für die Diagnose sind hierbei die zunehmende Komplexität
des Kraftfahrzeugs. Die Diagnose stellt sicher, dass die Fehlerursache
schnell und im ersten Versuch gefunden wird. Zum Erreichen einer
hohen Diagnosequalität muss diese messbar gemacht werden. Es
müssen sowohl während der Entwicklung, als auch
im Service Messgrößen vorliegen, um die Zielerreichung
messen zu können.
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Weiterhin
kann die Sensordiagnose auch zur Vereinfachung von Wartung/Reparaturen
dienen. Die Informationen können die Suche nach der defekten Komponente
entsprechend des Auftretens eines Fehlersymptoms erleichtern oder
gar überflüssig machen.
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Die
Diagnose wird grundsätzlich in On-Board- und Off-Board-Diagnose
unterteilt. Bei der On-Board-Diagnose liegt der Ort einer Funktion
innerhalb des Fahrzeugs; sie kann zeitgleich zu den Betriebsfunktionen
ausgeführt oder aktiviert werden. Sie wird oftmals auch
als Fahrzeug-Eigendiagnose bezeichnet und im Normalfall vom Kunden
nicht wahrgenommen. Die elektronischen Komponenten des Fahrzeuges
werden hinsichtlich möglicher Fehler überwacht.
Auf eventuelle Fehler wird mit einer anwendungsspezifischen Fehlerbehandlung
reagiert. Die On-Board-Diagnose wird bei der Steuergeräteentwicklung
von dem jeweiligen Entwickler realisiert. Bei der Off-Board-Diagnose
liegt der Ort einer Funktion außerhalb des Fahrzeugs; daher
kann sie nur unter bestimmten Betriebsbedingungen ausgeführt
oder aktiviert werden. Sie befindet sich meist in einem externen
Diagnosetester in der Werkstatt. Im Weiteren soll sie nicht näher
betrachtet werden. Zur Kommunikation mit der On-Board-Diagnose hat
jedes moderne Fahrzeug eine Diagnoseschnittstelle. Die On-Board-Diagnose
in einem eingebetteten System kann in folgende Elemente eingeteilt
werden: Die Fehlererkennung umfasst die Erkennung von Fehlern in
der Peripherie, einerseits zur Hardware des Mikrocontrollers und
andererseits zur angeschlossenen Sensorik und Aktorik. Die Fehlerspeicherung dient
zur Abspeicherung von erkannten Fehlern. Die Fehlerbehandlung umfasst
die Fehleranalyse, die Schadens- und Ausfall-Bewertung sowie die
zeitnahe Wiederherstellung eines stabilen Systemzustands. Die Fehleranalyse
beinhaltet die Analyse der Fehlermeldungen in Bezug auf die aktuelle
Zeit, die aktuelle Systemzustände und andere wichtige Randbedingungen.
Bei der Schadens-/Ausfall-Bewertung werden die Informationen aus
der Fehlermeldung verwendet, um eine Fehlerausbreitung zu verhindern.
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Bei
Sensordiagnosen unterscheidet man zwischen Plausibilitätsdiagnosen,
bei denen der Wert eines Sensors sich in einem erlaubten Bereich
des derzeitigen Betriebszustandes befindet, Abgleichdiagnosen, bei
denen mehrere Sensoren miteinander verglichen werden, ”Stuck”-Diagnose,
bei denen überprüft wird, ob sich der Wert bei
transienten Bedingungen verändert und Gradientenüberwachungen,
bei denen eine Überprüfung erfolgt, ob der Anstieg
eines Sensorsignals real möglich ist. Bei Aktordiagnosen
wird in der Regel geprüft, ob der Aktor auf eine über
Sensoren gemessene Ansteuerung entsprechend reagiert. Bei Systemdiagnosen
wird ermittelt, ob die Ausgangswerte eines Systems über
eine geforderte Zeit bei veränderten Bedingungen akzeptabel
sind.
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Bezüglich
der Sensorfehler lassen sich zwei Klassen von Fehlern unterscheiden.
Bei Sensorfehlern wie Rauschen, Ausfall, Messbereichsüberschreitung
und Ausreißern handelt es sich um direkt ermittelbare Sensorfehler,
die aufgrund ihres erheblichen Einflusses auf das Zeitverhalten
des Messsignals mit signalbasierten Methoden erkannt werden können. Für
die Erkennung von kleineren Offset- und Verstärkungsfehlern
sind meist modellbasierte Verfahren nötig. Für
die Erkennung von Prozessfehlern sind ebenfalls modellbasierte Verfahren
erforderlich, da hierfür ein zum Teil detailliertes Prozessverständnis notwendig
ist.
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Eine
Diagnoseaufgabe wird grundsätzlich in Fehlererkennung,
Fehlerlokalisierung und Fehleridentifikation unterteilt. Die wichtigste
Aufgabe eines Diagnosealgorithmus beziehungsweise Diagnoseprogramms
besteht in der Erkennung des abnormalen Zustandes oder der Fehlfunktion
eines Systems. Ist ein Fehler eingetreten, muss dieser bewertet
werden. Dafür ist es erforderlich verschiedene Messwerte,
zum Beispiel elektrische Spannungen, Ströme, Drehzahlwerte
oder Zustandsgrößen und wichtige Kommunikationssignale,
vom System auszuwerten. Bei On-Board-Diagnosesystemen erfolgt dies
unmittelbar in Echtzeit. Abhängig ist dies vom Systemzustand,
den Funktionen, Prioritätsverteilungen, und dergleichen.
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Nach
Auftreten eines Fehlers wird zunächst ein sogenannter Entprellzähler
gestartet. Verschwindet der Fehler nicht vor Ablauf der Entprellzeit
wieder, erfolgt der Eintrag im Fehlerspeicher und gegebenenfalls
das Einschalten der Kontrollleuchte. Ein Umstand, der vor allem
in der Werkstatt erhebliche Probleme mit sich bringt, sind sporadisch
auftretende Fehler, das heißt der Fehler ist zum Zeitpunkt
des Werkstattaufenthalts nicht mehr reproduzierbar und kann so in
vielen Fällen auch nicht zuverlässig gefunden
werden. Systemimmanent sind die meisten Fehler, die aus der funktionsorientierte
Diagnose gemeldet werden, in der Werkstatt nicht mehr nachstellbar, da
sie auf gewissen Szenarien beruhen und durch spezielle äußere
Einflüsse hervorgerufen wurden. Daher muss hier noch weitergehender
als üblich darauf geachtet werden, dass keine Fehldiagnosen stattfinden.
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Unter
Fehlerereignis versteht man eine Abweichung von mindestens einem
Merkmal einer Betrachtungskomponente; die Systemfunktionalität kann
dabei von außen unbeeinträchtigt sein und trotzdem
einen Teilausfall zur Folge haben. Fehlererkennung beschreibt das
Feststellen von anormalen Zuständen in Komponenten und
das Erkennen des Fehlverhaltens in Funktionen. Fehler werden hierbei erkannt,
lokalisiert und ihr Einfluss auf das System und Funktionen unterdrückt
beziehungsweise eingegrenzt. Unter Fehlerdiagnose beziehungsweise
Diagnose wird die Analyse und Auswertung aller von einer Fehlererkennung
ermittelten Fehler verstanden. Das Ergebnis ist eine Aussage über
Fehlerart, Fehlerort und Fehlerursache. Ferner beschreibt die Diagnose
einen Prozess, der anhand beobachteter Symptome sowie zusätzlicher
Informationen über das zu diagnostizierende System mindestens
den Zustand des Systems und die zugrunde liegende Ursache liefert.
Die Funktion selbst beschreibt eine oder mehrere Aufgaben (Anwenderfunktionen),
die vom System ausgeführt werden. Der Begriff Szenario ist
eine Bezeichnung für eine Bedienung beziehungsweise Betriebsart
einer Funktion. Eine Funktion kann wiederum aus mehreren Szenarien
bestehen. Diagnoserelevant sind die ein Szenario auslösenden
und den erfolgreichen Abschluss kennzeichnenden Größen.
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Eine
Software-Komponente ist ein abgeschlossener, binärer Software-Baustein,
der eine anwendungsorientierte, semantisch zusammengehörende
Funktionalität besitzt, die nach außen über Schnittstellen
zur Verfügung gestellt wird. Unter funktionsorientierter
Prozessüberwachung versteht man die Überwachung
und diagnostische Kontrolle des korrekten Funktionsablaufes. Das
System Fahrzeug als auch die einzelnen Steuergeräte sind
als Netzwerk verschiedenster Funktionen und Unterfunktionen beschreibbar.
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Bei
Systemen mit geregelten Dämpfern ist die Verwendung von
Aufbaubeschleunigungssensoren und Relativwegsensoren bekannt. Alternativ dazu
werden in anderen Systemen Aufbau- und Radbeschleunigungssensoren
verwendet. Ein Beschleunigungssensor ist ein Sensor (Fühler),
der die Beschleunigung misst, indem die auf eine Testmasse wirkende
Trägheitskraft bestimmt wird. Somit kann zum Beispiel bestimmt
werden, ob eine Geschwindigkeitszunahme oder -abnahme stattfindet.
In den letzten Jahren haben miniaturisierte Beschleunigungssensoren
zunehmend Bedeutung erlangt. Diese sind mikro-elektro-mechanische
Systeme und werden aus Silicium hergestellt. Diese Sensoren sind Feder-Masse-Systeme,
bei denen die ”Federn” nur wenige μm
breite Silicium-Stege sind und auch die Masse aus Silicium hergestellt
ist. Durch die Auslenkung bei Beschleunigung kann zwischen dem gefedert
aufgehängten Teil und einer festen Bezugselektrode eine Änderung
der elektrischen Kapazität gemessen werden. Diese Art von
Beschleunigungssensoren hat den Vorteil relativ geringer Stückkosten (Massenfertigung)
und hoher Zuverlässigkeit (manche solcher Sensoren können
noch Beschleunigungen bis zum Tausendfachen des Messbereichs ohne Schaden überstehen).
Aufgrund der geringen Größe zeichnen sie sich
auch durch hohe Messgeschwindigkeit aus. Sie werden daher zum Beispiel
auch zur Auslösung von Airbags in Fahrzeugen eingesetzt.
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Im
Bereich elektronischer Fahrwerkregelsysteme werden häufig
kapazitiv messende Vertikalbeschleunigungssensoren eingesetzt. Diese
haben üblicherweise einen Messbereich von einem bis mehreren
g und sind in der Regel erdbeschleunigungskompensiert. Dementsprechend
ist ihre Messrichtung eindeutig definiert. Bei einem Verbau in einer
abweichenden Messrichtung führt die Erdbeschleunigungskompensation
zu entsprechend verfälschten Sensorsignalen. Gemäß ihrer
Messrichtung werden die Sensorausführungen auch häufig
als „hängend” beziehungsweise „stehend” bezeichnet.
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Stand
der Technik sind elektrische Diagnosen für die verschiedensten
Leitungen mit Kurzschluss nach Masse, Kurzschluss nach Batterie,
Kabelbruch, unplausibler Spannung und dergleichen. Ein Fehlverbau
kann durch diese Diagnosen, zum Beispiel des zulässigen
Spannungsbereichs, nicht sauber detektiert werden. Die Sensoren
befinden sich in der Regel zwar am Rand des zulässigen Spannungsbereichs,
die Werte liegen jedoch nicht in dem um den zulässigen
Spannungsbereich herum definierten Fehlbereich. Erst bei einer entsprechenden
Beschleunigungsanregung pendeln die Sensorwerte dann je nach Anregungshöhe
zwischen dem zulässigen Bereich und dem Fehlbereich hin
und her und führen damit im schlechtesten Fall zu einem ständig
wechselnden Fehlerbild und somit zum Beispiel zu einer möglich
flackernden Fehleranzeige im Kombiinstrument.
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Zur
Vermeidung eines Fehlverbaus ist es heutzutage üblich,
die Sensoren und ihre Halter konstruktiv so auszulegen, dass ein
Verbau nur mit einer Messrichtung möglich ist beziehungsweise
eine Codierung über den Stecker erfolgt oder ähnliches.
Dies birgt jedoch eine Vielzahl von Nachteilen. Zum Einen müssen
Sensorgehäuse und -halter konstruktiv bei unterschiedlichen
Messrichtungen unterschiedlich ausgeführt werden. Entsprechend
wird die Anzahl an Gleichteilen reduziert und es entstehen unter
anderem höhere Kosten. Daher ist diese Variante gerade bei
der heutigen Vielzahl an Fahrzeugderivaten sehr unerwünscht.
Zum Anderen sind so Fehler in der Produktion, bei denen ein Sensor
mit einer definierten Messrichtung in das falsche Außengehäuse
integriert wurde, nicht detektierbar.
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Der
Erfindung liegt 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 zu verarbeitenden Sensorsignale
einfach, sicher und robust auf Fehler untersucht werden können.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
gelöst. Dadurch, dass die Sensorsignale unter Berücksichtigung
von wenigstens einem Betriebszustand auf eine fehlerfreie Sensierrichtung
der eingesetzten Sensoren überprüft werden, ist
vorteilhaft möglich, Fehler nicht nur anhand der Hardware, sondern
gezielt über das Verhalten der Funktion (Szenarien, Zustände)
zu erkennen. Im Fehlerfall ist sofort eine eindeutige Aussage über
die betroffene Funktion möglich. Es kann zusätzlich
eine genaue Zuordnung der verantwortlichen Hardware zu den Funktionen
erfolgen, weil im funktionsorientierten Diagnosewissen auch die
Funktionskomponentenzuordnung vorhanden ist. Bei Bedarf können
ferner zusätzliche Diagnoseprinzipien für Detailuntersuchungen
gestartet werden.
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Folgende
Ziele werden für die funktionale Diagnose definiert und
erfindungsgemäß berücksichtigt beziehungsweise
umgesetzt. Es werden keine Hardware-Anpassungen oder Änderungen
benötigt. Ein Fehlverbau eines Sensors mit falscher Messrichtung kann
sofort detektiert werden, wobei bevorzugt alle Abweichungen von
der vorgesehenen Messrichtung größer einem definierten
Toleranzwert (zum Beispiel > 60°)
in beliebigen Richtungen beziehungsweise Richtungskombinationen
betrachtet werden können. Eine Fehler kann „direkt”,
das heißt innerhalb einer sehr kurzen Zeit von wenigen
Sekunden nach Steuergeräte/Systemstart, auffällig
werden. Somit wird sichergestellt, dass bereits bei einem kurzen
Fahrzeugcheck in der Produktion oder in der Werkstatt der Fehler
direkt angezeigt wird. Eine 100% Fehlertrefferquote kann realisiert
werden und die Fehlerursache kann eindeutig zugeordnet werden. Die
Detektion erfolgt unabhängig von Anregungen, Fahrzuständen
oder speziellen Randbedingungen, wie beispielsweise Fahrzeugposition
auf gerader Ebene oder ähnlichem. Mögliche Fehldiagnosen,
beispielsweise durch spezielle Betriebszustände wie Bergfahrt,
Abschleppen und dergleichen, können sicher ausgeschlossen
werden. Ein benötigter Laufzeit- und Speicherbedarf ist
gering. Die Diagnose erfolgt unabhängig von anderen Signalen
oder Sensorenfunktionen.
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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 7 genannten
Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Dämpferregler
oder ein Steuergerät Module umfasst, mittels denen die
Sensorsignale, in Abhängigkeit wenigstens eines Betriebszustandes
des Steuergerätes auf Plausibilität überprüfbar
sind, ist vorteilhaft möglich, die im Fahrzeug bestehenden Systeme,
beispielsweise ein Steuergerät, in einfacher Art und Weise
auf Fehlerhafte Signalmeldungen zu überprüfen.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand
der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch
ein Kraftfahrzeug mit einer Dämpferregelung;
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2 eine
Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit vertikalen Eck-Aufbaugeschwindigkeiten;
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3 eine
Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit vertikalen Modal-Aufbaugeschwindigkeiten;
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4 eine
Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit im Dämpfersystem
angeordneten Sensoren und den resultierenden Rad-, Aufbau- und Dämpfergeschwindigkeiten;
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5 eine
Grobstruktur der Funktionsmodule einer Dämpferregelung
und
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6 ein
Ablaufprogramm der erfindungsgemäßen Lösung
in einem Beispiel.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Schaltmittel 46 ist ebenfalls mit dem Steuergerät 44 verbunden.
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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.
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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.
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4 zeigt
eine wertere Prinzipskizze des Kraftfahrzeuges 10, wobei
hier, in Ergänzung zu der Darstellung in 2,
wertere 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.
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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.
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6 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.
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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.
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Für
ein sicheres Steuern der Bewegung des Fahrzeugaufbaus 20 ist
wichtig, dass die Sensorrichtung der verbauten Beschleunigungssensoren
korrekt ist. Andernfalls kann es zu fehlerhaften Sensorsignalen
kommen, die zu einer fehlerhaften Steuerung der Bewegung des Fahrzeugaufbaus 20 führen würden.
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Das
angenommene Fehlerbild kann wie folgt beschrieben werden. Ohne Anregung
des Sensors, zum Beispiel aufgrund von Fahrzeugbewegungen, zeigt
der Sensor nicht den angestrebten Wert in einem Toleranzband um
den Wert Null sondern entsprechend einem Wert, der die von der Sollrichtung abweichende
Gravitationskomponente anzeigt. Bei einem um 180° gedrehten
Sensor, der Erdkompensation aufweist, wird meist der zu (+/–)
1 g korrespondierende Wert ausgegeben. Im Fahrbetrieb mit entsprechenden
Beschleunigungsanregungen kann aus den einzelnen Sensorwerten nicht
mehr sicher das Fehlerbild erkannt werden. Ferner ist zu bedenken, dass
zum Beispiel bei Bergfahrt oder ähnlichen Betriebszuständen
ein deutlich von 0 abweichender quasi-stationärer Wert,
bedingt durch die Neigung des Fahrzeugs, vorliegen kann.
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Die
erfindungsgemäße Lösung sieht nunmehr
vor, dass die Diagnose an eine oder mehrere (Betriebs-)Zustände
gekoppelt wird beziehungsweise dass unterschiedliche Diagnosen für
unterschiedliche Zustände existieren. Eine mögliche
Ausführung dieses Ansatzes ist im Ablaufdiagramm der 6 dargestellt.
Hierbei werden nur in der Steuergerätestartphase, zum Beispiel
den ersten 10 s, nach Steuergerätestart die Beschleunigungswerte
geprüft. Wenn diese für eine definierte Zeitdauer
(t_zul) über einem Grenzwert (a_zul) liegen, dann wird
ein Fehler eingetragen. Sobald ein Fehler einmal eingetragen wurde
bleibt er bestehen bis der Fehler gelöscht wird. Falls
sich das Steuergerät in einem anderen als dem für
die Diagnose relevanten Betriebszustand befindet, bleibt der Fehler
auf dem letzten Wert stehen. Die Fehlerlöschbedingung ist
entsprechend zu bestimmen. Möglichkeiten sind zum Beispiel „aktives” Löschen über
einen Diagnosetester oder „passives” Löschen
durch einen Steuergeräteneustart oder ähnliches.
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Dieser
Ablauf kann in anderen Ausprägungen auch mit einem Tiefpassfilter
gekoppelt werden, wobei der Tiefpass erst nach dem Steuergerätestart ausgewertet
wird, oder aber mit Diagnoseroutinen, die bei anderen (Betriebs-)Zuständen
aktiv werden. Im Ablaufdiagramm aus 6 wird der
Fehlverbau eines Sensors dadurch berechnet, dass der Beschleunigungswert über
beziehungsweise unter, beziehungsweise der Absolutwert über,
einem definierten Grenzwert liegt. Dies basiert auf der Überlegung, dass
bei einem Fehlverbau eines erdbeschleunigungskompensierten Sensors
der Sollwert nicht mehr um den Wert Null herum liegt sondern stattdessen
eine stationäre Abweichung aufweist. Hier sind auch andere
Berechnungen vorstellbar, zum Beispiel der Einsatz eines Filters
oder Mittelwertbildners oder dergleichen. Entsprechend können
bei anderen Sensorvarianten auch andere Berechnungsverfahren zur Detektion
eines Sensorverbaus mit zu großer Abweichung der Sensor-Messrichtung
von einer definierten Messrichtung verwendet werden.
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- 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
- Schwerpunkt
- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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