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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 daher maßgeblich für die Fahreigenschaften
verantwortlich 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.
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Im
Bereich von (Fahrzeug-)Fahrwerken geht es um einen hohen Fahrkomfort
und eine hohe Fahrsicherheit, wobei verschiedene Beladungs- und Fahrsituationen,
die bei Fahrzeugen zu unterschiedlichen Bewegungsformen führen
wie Huben, Rollen, Wanken oder dergleichen, möglichst vollständig kompensiert
werden sollen. Fahrzeuge werden durch Fahrbahnunebenheiten zu Schwingungen
angeregt, die den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit verschlechtern.
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Generell
wird der Fahrkomfort des Fahrzeugs durch eine weiche Federung erhöht.
Dem gegenüber steht jedoch der Fakt, dass welch gefederte Fahrzeuge
vor allem bei unbeladenem Fahrzustand, bei Kurvenfahrten, beim Anfahren
und beim Bremsen unangenehme Schwingungseigenschaften aufweisen
und häufig auch Sicherheitsrisiken bergen. Dies gilt besonders
für Fahrzeuge, die aufgrund des Leichtbaues einen großen
Gewichtsunterschied zwischen leerem und voll beladenem Zustand aufweisen.
Für den Fahrkomfort ist insbesondere die vertikale Aufbaubeschleunigung
(Huben) von Bedeutung, bei der bei einer weichen Federung kleinere
Aufbaubeschleunigungen auftreten als bei einer harten Federung.
Andererseits sollen größere Federbewegungen durch
Schwingungsdämpfer gedämpft werden; hier wirkt
sich eine große Schwingungsdämpferkraft nachteilig
auf den Fahrkomfort aus. Günstig ist somit eine Kombination
von weichen und härteren Dämpferkräften
je nach Federbewegung.
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Das
Federbein beziehungsweise die Feder-Dämpfer-Kombination
haben folgende bewegungstechnische Funktionen: Federung des Fahrzeugs,
Begrenzung der Ein- und Ausfederwege (Zug- und Druckanschlag) sowie
Schwingungsdämpfung.
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Beim Überfahren
einer Bodenunebenheit wird der einwirkende Stoß von der
Feder beziehungsweise dem Dämpfer aufgenommen. Diese Bauteile
verhindern, dass der Aufbau, dass heißt die gefederte Masse,
mit den Rädern den ungefederten Massen, in Berührung
kommt. Nach dem Zusammen-beziehungsweise Auseinanderdrücken
haben die Federn das Bestreben die gefederte von der ungefederten
Massen wegzudrücken. Der Dämpfer hat die Aufgabe,
die dabei entstehende Schwingung zu reduzieren.
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Anschläge
werden eingesetzt um den Hub des Dämpfers und damit den
Hub der Fahrzeugfederbewegung zu begrenzen. Zuganschläge
sind meist oberhalb der Kolbenstangenkappe des Dämpfers
oder einer anderen Stelle des Fahrzeugs angebracht. Zuganschläge
befinden sich meist im Inneren des Dämpfers; sie halten
unter anderem auch die Fahrzeugachse beim Hochbocken des Fahrzeugs. Hier
unterscheidet man zwischen mechanischen, mechanisch-elastischen
und hydraulischen Anschlägen.
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Für
extreme Federauslenkungen und für Notsituationen, zum Beispiel
eine defekte Feder, weisen Federbeine beziehungsweise Feder-Dämpfer-Kombinationen üblicherweise
Endlagenpuffer als Endanschlag auf. Nachteilig ist, dass in abgesenkter oder
angehobener Position, zum Beispiel aufgrund unterschiedlicher Beladungszustände,
diese Endlagenpuffer bereits bei geringen Federauslenkungen in Einsatz
kommen. Das Anschlagen an die Endlagenpuffer führt zu einer
Einbuße an Fahrkomfort. Ferner können Anschlaggeräusche
auftreten. Außerdem ist das wiederholte Anschlagen auf
Dauer mit einem erhöhten Verschleiß verbunden.
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Die
Endlage ist ein Begriff der Konstruktionstechnik. Endlagen bezeichnen
die äußersten Punkte einer translatorischen Achse.
Diese werden bei Maschinen oder in Fahrzeugen oft beeinflusst oder überwacht,
da bei einem Überfahren der Endlage mechanische Schäden
auftreten können. In der Regel geschieht dieses durch sogenannte
Endlagen oder Endlagenschalter, kann aber auch durch Drehgeber oder
lineare Messsysteme erfolgen. Übliche Bauformen für
Endlagenschalter sind zum Beispiel Rollenhebelschalter oder berührungslos
arbeitende Geräte wie Lichtschranken und Näherungsschalter oder
Initiatoren. Als Inkrementalgeber werden Sensoren zur Erfassung
von Lageänderungen (linear oder rotierend) bezeichnet,
die sowohl Wegstrecke als auch -richtung erfassen können.
Sie arbeiten photoelektrisch, magnetisch oder mit Schleifkontakten.
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Endlagenschalter
sind beispielsweise Sensoren, die erkennen, wenn ein bewegter Gegenstand eine
bestimmte Position erreicht hat. Das erzeugte Signal kann elektrisch,
pneumatisch oder mechanisch weitergeleitet werden. Bei Ablaufsteuerungen im
Maschinenbau, die aus mehreren Arbeitsschritten bestehen, erkennen
Endlagenschalter das Ende einer Bewegung und veranlassen damit den
nächsten Schritt des Ablaufs. Sie werden auch als Sicherheitsschalter
verwendet, um Schäden an Mensch und Maschine zu verhindern.
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Im
Dämpferbereich sind neben den Standardausführungen
auch verschiedene Dämpferausführungen bekannt.
Bei variablen last- und wegabhängigen Dämpfungen
wird durch eine Steuernut im Zylinder des Stoßdämpfers
eine Zweistufen-Dämpfung realisiert. Je nach Lage und Hub
des Dämpfers überfährt der Kolben die
Nut und das durch die Nut fließende Öl (hydraulischer
Bypass) reduziert entsprechend die Dämpfkraft.
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In
der Fahrzeugtechnik existieren vielerlei mechanische Ausführungen
für Endlagenanschläge.
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Bei
aktiven und/oder semi-aktiven Luftfeder und/oder kombinierten Luftfeder-Dämpferregelungen sind
auch softwaregestützte Verfahren bekannt. Diese haben in
der Regel als Aufgabe das Anschlagen an einem oder mehrere Endlagenpuffer
auch im abgesenkten oder angehobenen Zustand zuverlässig zu
vermeiden. Diesbezüglich werden die einzelnen Dämpfer
in Abhängigkeit von der Lage der (Luft-)Feder so gesteuert,
dass die Dämpfkraft in der Nähe der Endlagen erhöht
wird. Dies kann zum Beispiel durch eine nichtlineare Kennlinie der
Funktion, zum Beispiel der Dämpfkraft, über den
Weg beschrieben werden. Auch ist eine getrennte Betrachtung von
Zug- und Druckstufen bekannt.
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Nachteilig
ist, dass diese Verfahren entsprechend des Feder-/Dämpferweges
eine Verhärtung des Dämpfers vornehmen. So findet
zum Beispiel auch eine Dämpfkrafterhöhung statt,
wenn sich der Dämpfer nahe den Endlagen befindet, diese
aber aufgrund des Fahrzeugbeziehungsweise Rad-Aufbau-Bewegungszustandes
nie erreichen würde. Gerade im Bereich der Druckendlagen
führt dies zu großen Komforteinbußen
und stört einen harmonischen Schwingungsablauf.
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Ferner
muss immer ein Kompromiss zwischen frühen Einsatzbeginn
und eventuell Durchschlagen gefunden werden. Je früher
die Dämpfkraft vergrößert wird, desto
sicherer wird ein Erreichen der Endlage vermieden aber desto größer
ist auch die Beeinflussung des Komfortverhaltens. Üblicherweise arbeiten
Steuergeräte nach dem Stand der Technik im 10 ms-Raster.
Bei einer Dämpfergeschwindigkeit von 1 m/s wird so zum
Beispiel 1 cm in einem Rechenschritt „durchfahren”.
Es sind somit große Dämpfkräfte in einem
sehr kurzen Zeitraum aufzubringen. Des Weiteren findet keine Berücksichtigung statt,
ob der Aufbau oder das Rad wesentlich für die Bewegung
Richtung Endlagen verantwortlich ist. Die Aufbaubewegung ist mit
entsprechend viel Masse aber relativ träge wohingegen die
Radbewegung sehr schnell erfolgt aber entsprechend weniger Masse
abgebremst werden muss.
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Eine
auf dem Weg basierende Endlagendämpfung nutzt ebenfalls
nicht die im System vorliegende Information der Geschwindigkeit,
mit der eine Endlage angefahren wird. Systemimmanent liegt die Geschwindigkeit
immer zeitlich früher als der Weg. Ferner findet immer
eine Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie und umgekehrt
statt. Betrachtet man nun ausschließlich den Weg, so nimmt man
im Wesentlichen die potentiellen Informationen, die kinetischen
gehen verloren. Dies ist zum Beispiel insbesondere nachteilig, wenn
sich aufgrund einer sehr starken Anregung der Dämpfer von
einer Endlage in die andere bewegt. Berücksichtigt man
nun ausschließlich den Weg so wird zunächst die
Dämpfung in Endlage 1 erhöht sein, nimmt dann
Richtung Nulldurchgang ab und nimmt wieder Richtung Endlage 2 zu.
Günstiger wäre hier die Bewegung kontinuierlich
zu bedampfen, so dass Endlage 2 gar nicht erst erreicht würde.
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Selbst
auf der Basis sehr schneller Mikrocontroller, bei denen Regelungen
im 1 ms Raster erfolgen und die somit einen kleineren Engpass in
der reinen Berechnung der Stellgröße darstellen,
ist zu berücksichtigen, dass auch der Dämpfer
selbst ein gewisses Zeitverhalten aufweist, das durchaus bei einem
Kraftsprung 10 bis 20 ms bis zum Erreichen der gewünschten
Kraft liegen kann. Damit werden alleine bis zu 2 cm für
den Kraftaufbau verbraucht. Betrachtet man nun ferner die meist
sehr geringen Federwege in Automobilen so wird deutlich, dass bei
einer reinen Reaktion auf eine existente Systembewegung bereits
viel Potential verschenkt wird. Dies kann auch durch sehr schnelle
Berechnungen nicht mehr wieder aufgeholt werden.
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Die
Prognose oder auch Prädiktion bezeichnet die Vorhersage
eines Ereignisses, Zustands oder einer Entwicklung. Die Basis einer
Prädiktion bilden Fakten, die oft mit formalisierten Methoden
wie Messungen, zeitlich gegliederten Messreihen oder Simulationen zur
Erstellung von Signalen oder Datenmaterial oder dergleichen erhoben
werden. Auf diesen Grundlagen können dann, mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit,
Voraussagen für die Zukunft gemacht und Entscheidungen
getroffen werden. Hierbei werden Daten, auf die sich die Prädiktion
stützt als Prädiktoren bezeichnet. Im Gegensatz
zur reinen Intuition zählen auch begründbares
Erfahrungswissen wie zum Beispiel auch Zustandskenntnisse und Extrapolation
zu den anerkannten Methoden. Ein wesentliches Merkmal der Entscheidungen
in jedem Bereich ist ihre Zukunftsbezogenheit.
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Es
gibt die unterschiedlichsten Einsatzgebiete von prädiktiven
Verfahren. Beispielhaft werden die folgenden Anwendungen genannt:
- (1) Die prädiktive Kodierung ist eine
spezielle Form der Kodierung beziehungsweise der Komprimierung in
der Audio-, Bild- und Videotechnik, die maßgeblich auf
Vorhersagen und Mutmaßungen basiert. Anhand der bereits
gelesenen (bekannten) Daten wird versucht, eine Aussage über die
kommenden Daten zu treffen. Wenn man beispielsweise weiß,
dass sich ein Objekt im Bild bewegt, kann man versuchen vorherzusagen,
wo es sich beziehungsweise Teile von ihm in den nächsten
Bildern befinden. Die Differenz zwischen Vorhersage und wahrem Bild
wird nun gespeichert. Prädiktive Kodierung führt
nicht zu einer Datenreduktion, da die Menge der Information erhalten bleibt,
sondern sie stellt eine Transformation der Werte in eine Form dar,
die für andere Kodierverfahren einen besseren Ausgangspunkt
darstellt.
- (2) Das Verfahren der Modellgestützten Prädiktiven
Regelung (MPR). Es bezeichnet kein spezifisches Regelungsverfahren,
sondern vielmehr eine ganze Klasse an Regelungsmethoden, die auf
der expliziten Nutzung eines Modells des zu regelnden Prozesses
basieren, um mit diesem das Verhalten relevanter Prozessgrößen
vorhersagen und in einer zu minimierenden Kostenfunktion bewerten
zu können. Die Methodik ist dabei auf alle Prozessklassen
(linear und nichtlinear) anwendbar. Bei allen Modellgestützten
Prädiktiven Regelungsverfahren wird mit einem geeigneten
Prozessmodell das Verhalten des Prozesses in Abhängigkeit
von zukünftigen Stellgrößenverläufen
prädiziert. Ziel ist es im Allgemeinen, den Verlauf der
Regelgröße innerhalb eines relevanten zukünftigen
Zeitfensters, dem so genannten Prädiktionshorizont, in
Abhängigkeit des Stellgrößenverlaufs
zu formulieren.
- (3) Das Kalman-Filter ist ein stochastischer Zustandsschätzer
für dynamische Systeme. Es wurde für zeitdiskrete,
lineare Systeme entwickelt und wird dafür verwendet, Zustände
oder Parameter des Systems aufgrund von teils redundanten Messungen,
die von Rauschen überlagert sind, zu schätzen.
Dabei wird der mittlere quadratische Fehler minimiert. Der entscheidende
Vorteil des Kalman-Filters gegenüber anderen stochastischen
Schätzverfahren ist seine iterative Struktur, die es für
den Einsatz in Echtzeitanwendungen prädestiniert.
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Das
Filter besitzt eine so genante Prädiktor-Korrektor-Struktur,
dass heißt zunächst wird auf Basis der Systemeingangsdaten
der wahrscheinlichste Ausgangswert vorhergesagt (prädiziert)
und dieser dann mit dem tatsächlich gemessenen Ausgangswert
verglichen. Die Differenz der beiden Werte wird linear gewichtet
und dient der Verbesserung (Korrektur) des aktuellen Zustandes.
Das Kalman-Filter ist heute der wohl am weitesten verbreitete Algorithmus
zur Zustandsschätzung linearer und nichtlinearer Systeme.
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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.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
gelöst. Dadurch, dass aus prädiktiven Sensorsignalen
unter Berücksichtigung von momentanen und/oder erwarteten
Zuständen mittels zustandsabhängiger Regelalgorithmen
das wenigstens eine Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoren ermittelt
wird, wobei eine Dämpfungskraft in wenigstens einer Endlage
der Aktuatoren beeinflusst wird, ist vorteilhaft möglich,
eine komfortable, insbesondere harmonische Bewegungscharakteristik
des Fahrzeugaufbaus zu erzielen.
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Die
Erfindung beruht auf dem Ansatz eine Endlagendämpfung auf
Basis prädiktiver Signalgrößen zu realisieren.
Die wesentliche Grundlage stellen Modell- und Zustandsinformationen
dar. Dabei können unterschiedlichste Varianten zum Einsatz
kommen.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, Sensor-
und/oder Signalinformation die zeitlich im Voraus bekannt sind zu
nutzen. So ist es zum Beispiel bei Fahrzeugen oder spurgebundenen
Körpern häufig der Fall, dass Bewegungen, die am
vorderen Teil gemessen werden nach einer bestimmten Zeit auch den
hinteren Abschnitt erreichen. Bei Fahrzeugen ist dies zum Beispiel
bei der Radbewegung der Fall. Hier kann anhand der Radbewegung der
Vorderachse auf Hindernisse oder Straßenanregungen geschlossen
werden, die entsprechend Fahrgeschwindigkeit und Radstand auch die
Räder der Hinterachse anregen werden, unter der Voraussetzung,
dass eine Vorwärtsfahrt vorliegt. Entsprechendes gilt für
Sensoren, die zum Beispiel am vorderen Stoßfänger
angebracht sind und die den Abstand zur Fahrbahnoberfläche
detektieren. Diese würden dann auch Auskunft für
die Vorderachse bereitstellen.
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Bei
einem derartigen Sensorverbau kommt diese Art der Prädiktion
nur für die Hinterachse in Frage. Ob nun eine Prädiktion
für eine Endlagenregelung an der Hinterachse auf Basis
Weg oder Energie oder einer anderen Signalgröße
erfolgt, ist relativ unerheblich. Hier sind nun in weiterer bevorzugter Ausgestaltung
der Erfindung unterschiedliche Varianten der Umsetzung vorteilhaft.
Zum einen kann die Stellgröße eines hinteren Rades
aufgrund eines Weges oder einer Energie des vorderen Rades gestellt werden.
Zum anderen können Relativ- oder Absolutwege/-energien
gemäß dem vorderen Zustand abgeleitet werden,
die dann entweder der hinteren Bewegung additiv oder absolut, zum
Beispiel über Maximumbildung, überlagert werden
kann. Um eine unnötig lange Verhärtung der hinteren
Dämpfer (oder eines anderen Aktors) zu vermeiden, können
diese Regel- oder Stellgrößen mit einem Zeitverzug
aufgebracht werden. Dabei sollte als Vorhaltzeit (t_vorhalt) mindestens
das Aktorzeitverhalten sowie die notwendige Rechenzeit berücksichtigt
werden. Prinzipiell steht die Information die Zeit t
= Radstand/Fahrzeuggeschwindigkeitfrüher zur Verfügung.
Von dieser gesamten Zeit t sollte die Information mindestens die
Zeit t_vorhalt eingespeist werden und/oder zu einer Reaktion führen.
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Das
Verfahren kann ferner dafür genutzt werden, Informationen über
den zu erwartenden Schwingungsverlauf zu prädizieren. Wenn
zum Beispiel die Anregung nicht dazu führt, dass ein Anschlag
an der Vorderachse erreicht wird, dann kann entsprechend an der
Hinterachse eine geringere Stellgröße aufgebracht
werden. Entsprechendes gilt für den anderen Extremfall,
dass die Vorderachse von Anschlag in Anschlag geht. Hier kann an
der Hinterachse die Grunddämpfung angezogen werden um die
Bewegung zu verringern. Dass heißt es können zusätzlich Zustandsinformationen
zur Prädiktion Verwendung finden.
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Ferner
ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Signale
entsprechend eines Fahrzeugmodells mit einem Vorhalt zu beaufschlagen.
Betrachtet man die einfache Differentialgleichung eines ¼-Fahrzeug-Modells
mit mA × aA= –k × vD – c × zD so
wird deutlich, dass die Signale der Aufbaubeschleunigung (aA) und
der Dämpfergeschwindigkeit (vD) einen zeitlichen Vorhalt
gegenüber dem Signalverlauf des Dämpferweges (zD)
ermöglichen können.
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Dieser
Vorhalt kann bevorzugt so eingesetzt werden, dass er nur zu einer
Erhöhung beziehungsweise Erniedrigung des Regelsignals,
insbesondere des Weges oder der Energie Verwendung findet. Das Signal
für den Zuganschlag (maximaler Weg zwischen Aufbau und
Rad) wird erhöht und für den Druckanschlag verringert.
Damit wird immer nur Richtung Worst-Case prädiziert. Die
andere Methode besteht darin, dass Signal generell zu benutzen und so
das Regelsignal sowohl zu erhöhen als auch abzuschwächen
unabhängig von der Bewegungsrichtung.
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An
Stelle des sehr einfachen ¼-Fahrzeug-Modells können
auch entsprechend komplexere Strukturen Verwendung finden.
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In
besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
diese Vorhalte entsprechend weiterer Zustände, wie beispielsweise
der Fahrgeschwindigkeit und/oder dem Straßenzustand zu
skalieren.
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Falls
ein größerer Signalvorhalt vorliegt als benötigt
oder gewünscht wird, kann dieser bevorzugt dazu genutzt
werden, das Vorhaltesignal zu filtern, um so einen möglichst
geringen Rauscheintrag zu verursachen.
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Ferner
ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
eine Prädiktion auf Basis von Ereignissen vorzunehmen,
wobei man den Energiezustands beziehungsweise des Straßenzustands
mit weiteren Fahrzuständen wie der Fahrgeschwindigkeit
kombiniert. Man betrachtet typische Fahrbahnanregungen beziehungsweise
Ereignisse, die zu Endlagenbewegungen führen können.
Dies sind zum einen bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten für
Zuganschläge Bordsteinabfahrten, oder für Druckanschläge „Sleeping
Policemen” oder bei höheren Fahrgeschwindigkeiten
Zuganschläge für „Sprunghügel”.
Detektiert/prädiziert man nun das Ereignis beziehungsweise
liegt eine gewisse Wahrscheinlichkeit für ein bestimmtes
Ereignis vor, so können die Signalgrößen
mit einem Offset, multiplikativ oder additiv, versehen werden. Bei
Bordsteinabfahrten führt zum Beispiel das Rad zunächst
eine sehr schnelle Ausfederbewegung aus, die zu einem Zuganschlag
führen kann, ähnliches gilt für Sprunghügel. Bei „Sleeping
Policemen” findet eine Aufbauanregung statt beziehungsweise
der Aufbau kann der Anregung nicht folgen und es kann zu einem Druckanschlag
kommen. Direkt nach dieser Anregung kann wiederum ein Zuganschlagsproblem
auftreten, da dann das Rad sehr schnell ausfedert. Entsprechend gibt
es weitere Hindernisse wie Bahnschwellenüberfahrten, Straßenausbrüche,
Gullideckel und dergleichen bei denen man sich ähnliche
Strategien überlegen kann. Besonders vorteilhaft ist es
wenn die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses mit der Energiezustandsinformation
gekoppelt wird.
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Insgesamt
kombiniert man bei dieser Art der Prädiktion die Schätzung
eines wahrscheinlich auftretenden Ereignisses mit der Kenntnis über
den Aufbau- und Radenergiezustand und der Fahrgeschwindigkeit oder
dergleichen zu einem wahrscheinlichen Ereignisverlauf, dem man dann
bei Bedarf entgegensteuern kann. Im einfachsten Fall kann auch nur
der Straßenzustand oder der Aufbau- und/oder Radenergiezustand
zu einer Adaption des Endlagenmoduls führen. So ist es
zum Beispiel auf einer Straße mit viel Rad- oder viel Aufbauanregung
wahrscheinlicher, dass ein Anschlag erreicht wird als auf einer glatten
Straße. So können Prädiktionssignale
stärker gewichtet werden oder ähnliches. Bevorzugt
ist es ferner, den Beladungszustand mit zu berücksichtigen.
Ein voll beladenes Fahrzeug steht meist deutlich tiefer und hat
entsprechend wenig Federweg bis zum Druckanschlag.
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Den
erfindungsgemäßen Prädiktionsverfahren
ist gemein, dass sie einfach umsetzbar sind, ohne zusätzliche
Messgrößen auskommen, direkt online einsetzbar
sind und den Rechenzeitaufwand nicht extrem erhöhen. Dies
unterscheidet sie wesentlich aus dem Stand der Technik bekannte
Verfahren. Des Weiteren können diese Methoden beliebig
miteinander kombiniert und/oder überlagert werden.
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Gegenüber
einer rein weg- oder energiebasierten Endlagenregelung ergibt sich
eine deutlich bessere Performance. Das Gesamtschwingungsverhalten
bleibt deutlich harmonischer und die Endlagen werden nicht so häufig
beziehungsweise mit geringeren Geschwindigkeiten erreicht. Die Prädiktionssignale
können beliebigen Regelsignalen zur Endlagenregelungen überlagert
werden wie Weg, Energie, Geschwindigkeit, Strom und dergleichen.
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Als
Ausgangsgröße der Endlagendämpfung kann
in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sowohl die Aktorstellgröße,
wie beispielsweise ein Strom, als auch die Aktorausgangsgröße
wie eine Kraft bereit gestellt werden.
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Des
Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, die Stellgröße über
eine Halte-Abklingfunktion abzubauen. Dies fördert zum
einen den Schwingungskomfort. Zum anderen bauen sich Energien bzw.
Fahrzeugbewegungen oft langsamer ab als die Regelgröße
an sich, ein sanftes Abklingen führt zu einem stetigeren Verlauf.
Des Weiteren ist bevorzugt, das Abklingen mit dem Energiezustand
zu koppeln. Liegt beispielsweise noch viel Energie im System vor,
so erfolgt das Abklingen langsamer als bei einem ruhigeren System.
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Die
erfindungsgemäße Endlagen-Regeleinrichtung kann
eine Ergänzung des Bausteins einer Feder- und/oder Dämpferregelung
sein und zu anderen Modulen überlagernd wirken. Dementsprechend kann über
Entscheiderstrukturen bestimmt werden, welches Modul dominant ist,
zum Beispiel Endlagendämpfung oder Vertikalregelung, beziehungsweise wie
eine Wichtung der einzelnen Module erfolgt.
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Durch
die vorliegende Erfindung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen:
Durch
die vorgeschlagene Endlagenverhärtung werden die Zug- und
Druckanschläge des Federbeins und/oder Dämpfers
vor einer Beschädigung bei zu großen Kräften
geschützt. Eventueller Verschleiß wird ebenfalls
reduziert. Somit besteht die Möglichkeit einer Bauteilreduktion.
Ferner kann die Akustik verbessert werden, da gerade Endlagengeräusche häufig
negativ auffällig werden. Auf Endlagenpuffer kann weitgehend
verzichtet werden.
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Es
kann ein größerer Schwingungs-Komfort realisiert
werden, da die Dämpfung nun energie- und zustandsbasiert
erfolgt. Somit findet nicht immer eine Verhärtung statt,
sondern nur wenn es der Systemzustand erfordert. Es kann auch dementsprechend
gewichtet werden, dass ein „leichtes” Erreichen
der Endlagen inklusive eines geringen Geräuschinputs mit
einem ansonsten besseren Vertikalschwingungskomfort kombiniert wird.
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Einflüsse
wie Beladungs- und Fahrbahnzustand können direkt bei der
Endlagendämpfung berücksichtigt werden.
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Insgesamt
ergibt sich ein verbessertes Systemverhalten bei geringeren Kosten.
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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 17 genannten
Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Dämpferregler
Module umfasst, mittels denen aus prädiktiven Sensorsignalen
unter Berücksichtigung von wenigstens ein Steuersignal
für eine Endlagedämpfung der Aktuatoren generierbar
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.
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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;
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6 ein
Blockschaltbild eines Standardregelkreises;
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7 ein
Blockschaltbild eines erweiterten Regelkreises;
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8 eine Übertragung
eines Signalverlaufes von einer Vorderachse auf eine nachfolgende Hinterachse;
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9 und 10 zeigen
Ausführungsvarianten, bei denen der Signalvorhalt nicht
durch voreilende Signale, sondern durch Modellberechnungen ermittelt
wird, und
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11 zeigt
in einem Blockschaltbild die Möglichkeit unterschiedliche
Prädiktionsverfahren miteinander zu kombinieren.
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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 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.
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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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Aufbau
und Funktion von geregelten Dämpfern sind allgemein bekannt,
so dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher
eingegangen wird. Hierbei kommen entweder semi-aktive Dämpfer
oder aktive Dämpfer zum Einsatz. Entscheidend ist, dass über
eine Beeinflussung der Dämpfergeschwindigkeit die Dämpferkraft
eingestellt werden kann. Die Dämpferkraft wirkt parallel
zu den Kräften der Federn (vergleiche 2 bis 4),
so dass hierüber die Bewegung des Aufbaus 20 in
seinen Bewegungsabläufen beeinflusst werden kann. Zur Beeinflussung
der Dämpfergeschwindigkeit ist an den Dämpfern
ein elektromagnetisches Ventil oder ein anderes geeignetes Ventil
angeordnet, das durch Anlegen eines entsprechenden Steuerstromes ein
Durchflussquerschnitt für ein Medium, insbesondere ein
Hydrauliköl, beeinflusst werden.
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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.
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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.
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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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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.
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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 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 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.
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8 zeigt
die Übertragung eines Signalverlaufes von einer Vorderachse
auf eine nachfolgende Hinterachse. Der Signalverlauf x, beispielsweise
ein Wegsignal, wird um eine Vorhaltezeit t_vorhalt zeitlich voreilend
als Sensorsignal x_vorhalt für die Ansteuerung der Dämpfer
der Hinterachse bereitgehalten. Das Regelungseingangssignal, beispielweise
im Endlagenmodul 78, wird dann als Signal x* durch eine Überlagerung
des tatsächlichen Signalverlaufs x mit dem zeitlich vorverlagerten
Signal x_vorhalt gebildet. Das Signal x* kann dabei kurz von dem
Nulldurchgang auf den Verlauf des Signals x_vorhalt überspringen,
um dann im Schnittpunkt der Signalkurven auf den Verlauf des Signals
x zurückzuspringen und um dann wiederum kurz vor dem erneuten Nulldurchgang
wieder auf den Verlauf des Signals x_vorhalt zurückzuspringen.
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9 und 10 zeigen
Ausführungsvarianten, bei denen der Signalvorhalt nicht
durch voreilende Signale, sondern durch Modellberechnungen ermittelt
werden. Hierfür können beispielsweise die eingangsgenannten
modellgestützten prädiktiven Regelungen (MPR)
oder Kalman-Filter unter Berücksichtigung eines Fahrzeugmodells
(¼ Fahrzeug-Modell) in Betracht. Hier wird der Verlauf
des Signals x mit dem modellbasiert, ermittelten, differenzierten Vorhaltesignal
dx_vorh überlagert. Entsprechend 9 wirkt
der Vorhalt nur erhöhend und entsprechend 10 kontinuierlich,
wie der jeweilige Verlauf des Signals x* verdeutlicht.
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11 zeigt
in einem Blockschaltbild die Möglichkeit unterschiedliche
Prädiktionsverfahren miteinander zu kombinieren. So erfolgt
eine erste Prädiktion 100 beispielsweise modellbasiert,
wie anhand der 9 und 10 verdeutlicht.
Hier erfolgt zusätzlich eine zustandabhängige
Beeinflussung. Als Zustände haben beispielsweise einen
Fahrzustand Fahr (aus längs- und/oder Querdynamik), ein
Straßenzustand Str. und ein Beladungszustand Einfluss. Als
Eingangssignale liegen hier eine Dämpfergeschwindigkeit
vD und eine Aufbaubeschleunigung aA an.
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Eine
zweite Prädiktion 102 erfolgt beispielsweise durch Überlagern
mit einem Vorhaltesignal, wie anhand von 8 dargestellt.
Das Signal n_VA der Vorderachse führt zum Signal n_HA der
Hinterachse. Die Ausgangssignale der beiden Prädiktionen 100 und 102 werden
einem Kombinationsglied 104 zugeführt und dort
miteinander kombiniert. Das kombinierte Signal y wird über
eine Halteabklingfunktion 106 geführt. Hierdurch
kann der Schwingungskomfort positiv beeinflusst werden, indem beispielsweise noch
im System, insbesondere im Aufbau 20 und/oder den Rädern 12, 14, 16, 18 gespeicherte
kinetische und/oder potentielle Energie berücksichtigt wird.
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Das
Ausgangssignal y* wird dann dem Endlagenmodul 78 zur Bestimmung
des Dämpferstromes i_end zugeführt. Das Endlagenmodul 78 kann auch
in dem Kombinationsglied 104 integriert sein.
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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
- 90
- Strecke
- 92
- Regler
- 94
- Vergleicher
- 96
- Stellglied
- 98
- Messglied
- 100
- Prädiktion
- 102
- Prädiktion
- 104
- Kombinationsglied
- 106
- Halteabklingfunktion
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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