DE102008054573A1

DE102008054573A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers

Info

Publication number: DE102008054573A1
Application number: DE200810054573
Authority: DE
Inventors: Manuel Glas; Thomas Merkle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers aus einem den Zustand eines Fahrzeuges zwischen einem Rad und einer Karosserie repräsentierenden Signals. Bei diesem Verfahren, welches eine kostengünstige, aber trotzdem genaue Messmethode angibt, wird ein erster Druck in der unteren Ölkammer (6) des Stoßdämpfers (13) gemessen und anschließend aus diesem ersten Druck das Volumen des als Einrohrstoßdämpfer (13) ausgebildeten Stoßdämpfers und einer Temperatur des Stoßdämpfers (13) ein Volumen der unteren Ölkammer (6) berechnet, aus welchem ein Einfederweg bestimmt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers aus einem den Zustand eines Fahrzeuges zwischen eine Rad und einer Karosserie repräsentierenden Signals sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Einfederwege liefern in Kraftfahrzeugen Informationen über die Lage des Fahrzeugaufbaus. So kennzeichnet der Einfederweg den Abstand des Rades des Kraftfahrzeuges von der Karosserie. Aus Sicherheitsgründen wird eine Minimierung des Einfederweges gewünscht. Aber auch eine Reduzierung der Radbeschleunigung in der Dämpferrichtung führt zu einer Verbesserung des Fahrkomforts des Kraftfahrzeuges und ist wünschenswert. Darüber hinaus wird angestrebt, dass ein Aufschlagen des Dämpfers auf einen Karosseriepuffer verhindert wird, wodurch eine Schutzfunktion gewährleistet wird.
Der Einfederweg wird beispielsweise für eine adaptive Leuchtweitenregelung und bei einer semiaktiven Dämpferregelung verwendet. Er wird dabei mittels separater Sensoren radindividuell ermittelt, wobei die Sensoren in Achsnähe angebracht sind. Die Sensoren verfügen über eine komplexe Mechanik, die extern von den Sensoren an der Radaufhängung montiert sind.
Der Einbauort im Radkasten ist hohen Belastungen ausgesetzt, beispielsweise durch Steinschlag, Verschmutzung und hohen Beschleunigungen. Um diesen Umwelteinflüssen gerecht zu werden, sind entsprechende Schutzmaßnahmen notwendig.
Offenbarung der Erfindung
Ein Verfahren zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass sowohl auf teure Sensoren, wie Beschleunigungssensoren als auch auf eine aufwendige, kostenintensive und fehleranfällige Mechanik verzichtet werden kann. Dadurch, dass ein erster Druck in einer unteren Ölkammer und ein zweiter Druck in einer oberen Ölkammer des Stoßdämpfers gemessen werden, wobei aus der Differenz der beiden Drücke eine Einfederweggeschwindigkeit bestimmt wird, aus welcher der Einfederweg berechnet wird, wird der Messaufbau in den Stößdämpfer integriert. Auf einen zusätzlichen Bauraum innerhalb des Radkastens und entsprechende umweltberücksichtigende Schutzmaßnahmen kann verzichtet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Bauart des Stoßdämpfers und somit in jedem Stoßdämpfer anwendbar.
In einer Ausgestaltung wird die Druckdifferenz auf einen Kolbenquerschnitt des Stoßdämpfers bezogen, woraus eine aktuelle Dämpferkraft berechnet wird, aus welcher mittels einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfkraftkennlinie die Einfederweggeschwindigkeit bestimmt wird. Diese Massnahme ist sowohl bei Ein- als auch bei Zweirohrdämpfern anwendbar und ergibt relative Werte sowohl der Einfederweggeschwindigkeit als auch des Einfederweges.
Um die relativen Werte der Einfederweggeschwindigkeit bzw. des Einfederweges in ihrer Genauigkeit und Qualität zu verbessern, wird das Signal der Einfederweggeschwindigkeit mittels eines Filters, welches aus einem dynamischen System des Zwei massenschwingers abgeleitet wird, aufbereitet.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers der Einfederweg aus einem den Zustand eines Fahrzeuges repräsentierenden Signal, welches die Bewegung zwischen Rad und Karosserie charakterisiert, abgeleitet. Bei diesem Verfahren, welches eine kostengünstige aber trotzdem genaue Messmethode angibt, wird ein erster Druck in der unteren Ölkammer des Stoßdämpfers gemessen und anschließend aus diesem ersten Druck des als Einrohrstoßdämpfer ausgebildeten Stoßdämpfers und einer Temperatur des Stoßdämpfers ein Volumen der unteren Ölkammer berechnet, aus welchem ein Einfederweg bestimmt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein absoluter Einfederweg bestimmt wird, welcher präzise Aussagen für eine weitere Verarbeitung in einer Dämpferregelung liefert.
Vorteilhafterweise entspricht das Volumen dem Verdrängungsvolumen der Kolbenstange zum Messzeitpunkt, wodurch sehr genaue Werte für den Einfederweg zu jedem Zeitpunkt des Verlaufes der Stoßdämpferbewegung während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges ermittelt werden.
In einer Weiterbildung wird der Einfederweg direkt aus dem Volumen und einer Querschnittsfläche einer Kolbenstange berechnet. Eine indirekte Bestimmung über Kennlinien und Kennfelder kann entfallen, wodurch die Genauigkeit und die Qualität des ermittelten Einfederweges deutlich verbessert wird.
In einer Ausgestaltung wird ein zweiter Druck der oberen Ölkammer gemessen und mit dem ersten Druck der unteren Ölkammer verglichen. Die Messung des Druckes der oberen Ölkammer dient der Verbesserung der Signalqualität.
Um die relativen Werte der Einfederweggeschwindigkeit bzw. des Einfederweges in ihrer Genauigkeit und Qualität zu verbessern, wird das Signal der Einfederweggeschwindigkeit mittels eines Filters, welches aus dem dynamischen System des Zweimassenschwingers angeleitet wird, aufbereitet.
Der Einfederweg und die Einfederweggeschwindigkeit lassen sich gleichzeitig bestimmen, wenn der erste Druck in der unteren Ölkammer und der zweite Druck in der oberen Ölkammer des Stoßdämpfers gemessen werden, wobei aus der Differenz der beiden Drücke eine Einfederweggeschwindigkeit bestimmt wird.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers, wobei ein den Zustand eines Fahrzeuges zwischen einem Rad und der Karosserie repräsentierender Messwert durch mindestens einen Sensor ermittelt wird. Bei dieser Vorrichtung, welche kostengünstig herstellbar ist, aber trotzdem genaue Messergebnisse liefert, sind ein erster Drucksensor in einer unteren Ölkammer und ein zweiter Drucksensor in einer oberen Ölkammer des Stoßdämpfers angeordnet, welche mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung des Einfederweges verbunden sind. Eine solche Anordnung bietet den Vorteil, dass die Sensoren in den Stoßdämpfer integriert sind und auf externe Aufbauten bestehend aus den Sensoren und einer Mechanik für die Sensoren vollständig verzichtet werden kann. Auch kommen mit den Drucksensoren wesentlich billigere Sensoren zum Einsatz als es beispielsweise mit der Verwendung von Beschleunigungssensoren der Fall ist.
Vorteilhafterweise bestimmt die Auswerteeinheit den Einfederweg aus einer Einfedergeschwindigkeit, welche aus der Differenz des ersten und des zweiten Druckes ermittelt wird. Dieses Vorgehen ist unabhängig von der Bauart des Dämpfers und daher in jedem Stoßdämpfer anwendbar.
In einer Ausgestaltung ist ein Temperatursensor mit der Auswerteeinheit verbunden, wobei die Auswerteeinheit den Einfederweg direkt aus der Temperatur und dem von einer Kolbenstange zum Messzeitpunkt verdrängten Volumen berechnet. Somit kann ein hochgenauer, absoluter Einfederweg zuverlässig in Abhängigkeit von der aktuellen Situation im Stoßdämpfer ermittelt werden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren naher erläutert werden.
Es zeigt:
1: Prinzipdarstellung eines Zweirohrstoßdämpfers mit Drucksensoren
2: Prinzipdarstellung eines Einrohrstoßdämpfers mit Drucksensoren
3: ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren in der Auswerteeinheit Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt einen Zweirohrstoßdämpfer 1, welcher zwischen einem Rad und der Karosserie, die beide nicht näher dargestellt sind, an der Umgebungsluft angeordnet ist. Der Zweirohrstoßdämpfer 1 weist in einem Kolben 2 eine Kolbenstan ge 3 auf, welche den Kolbeninnenraum 4 in zwei Teile unterteilt. Der oberhalb der Kolbenstange 3 liegende Raum wird als obere Ölkammer 5 und der unterhalb der Kolbenstange 3 liegende Raum wird als untere Ölkammer 6 bezeichnet. Der Zweirohrstoßdämpfer 1 weist außerdem eine Ummantelung 7 des Kolbens 2 auf, die in dem Zwischenraum 9 zwischen der Ummantelung 7 und dem Kolben 2 eine Ölfüllung enthält. Darüber hinaus sind die untere 6 und die obere Ölkammer 5 des Kolbens 2 ebenfalls mit Öl gefüllt.
An der Oberfläche der Kolbenstange 3 sind zwei Drucksensoren 10, 11 befestigt, wobei ein erster Drucksensor 10 so angeordnet ist, dass er den Druck in der oberen Ölkammer 5 misst, während der zweite Drucksensor 11 den Druck der unteren Ölkammer 6 bestimmt. Beide Drucksensoren 10 und 11 sind mit einer Auswerteeinheit 12 verbunden.
Aus der 2 ist ein Einrohrstoßdämpfer 13 ersichtlich, welcher ebenfalls zwischen einem nicht weiter dargestellten Rad und der Fahrzeugkarosserie montiert ist. Der Einrohrstoßdämpfer 13 besteht ebenfalls aus einem Kolben 2, in welchem sich eine Kolbenstange 3 in senkrechter Richtung zwischen Rad und Karosserie bewegt. Auch bei dieser Art Stoßdämpfer teilt die Kolbenstange 3 den Innenraum des Kolbens 2 in eine obere 5 und eine untere Ölkammer 6. Unterhalb der unteren Ölkammer 6 ist ein Trennkolben 14 angeordnet, der die untere Ölkammer 6 von einem Gasraum 15 abtrennt.
Auch bei diesem Einrohrstoßdämpfer 13 sind zwei Drucksensoren 10, 11 so an der Kolbenstange 3 befestigt, dass der erste Drucksensor 10 den Druck in der oberen Ölkammer 5 und der zweite Drucksensor 11 den Druck in der unteren Ölkammer 6 misst.
Weiterhin ist ein Temperatursensor 16 zur Bestimmung der Temperatur des Einrohrstoßdämpfers 13 an der Kolbenstange 3 befestigt. Der Temperatursensor 16 sowie die beiden Drucksensoren 10, 11 sind mit der Auswerteeinheit 12 verbunden.
Die Auswerteeinheit 12 wertet die von den Drucksensoren 10, 11 und dem Temperatursensor 16 gelieferten Signale aus und bestimmt aus diesen einen Einfe derweg, also den Weg, um welchen sich das Rad gegenüber der Karosserie bewegt.
Mit Hilfe von 3 soll die Bestimmung des Einfederweges durch die Auswerteeinheit 12 zunächst für den Einrohrstoßdämpfer 13 näher erläutert werden. Im Block 101 wird der Druck bereitgestellt, welcher in der oberen Ölkammer 5 durch den Drucksensor 10 gemessen wurde. Der Druck der unteren Ölkammer 6, der durch den Drucksensor 11 detektiert wurde, wird im Block 102 als Eingangsgröße bereitgestellt. Als weiteres Eingangssignal wird im Block 103 die Temperatur des Einrohrstoßdämpfers 13 gemessen. Alle drei Eingangssignale werden im Block 104 weiterverarbeitet. In diesem Block wird aus dem Druck der unteren Ölkammer 6, welcher dem Druck des Gasvolumens des Einrohrstoßdämpfers 13 entspricht, sowie dessen Temperatur das Volumen berechnet, welches die Kolbenstange 3 zum Messzeitpunkt verdrängt. Aus diesem Verdrängungsvolumen und der Querschnittsfläche der Kolbenstange 3 wird direkt der Einfederweg bestimmt.
Der Druck der oberen Ölkammer 5 dient mittels einer situationsabhängigen Filterung der Verbesserung der Signalqualität des ermittelten Einfederweges.
Simultan zur Bestimmung des Einfederweges im Block 104 wird im Block 105 die Einfederweggeschwindigkeit bestimmt. Dazu wird aus den beiden Druckwerten, die von den Drucksensoren 10, 11 bereitgestellt wurden, eine Druckdifferenz gebildet. Aus dieser Druckdifferenz der oberen Ölkammer 5 und der unteren Ölkammer 6 wird bezogen auf den jeweiligen Kolbenquerschnitt des Kolbens 2 eine aktuelle Dämpfkraft berechnet. Die Dämpfkraft eines Stoßdämpfers ist geschwindigkeitsabhängig. Daher wird aus der Dämpfkraft und aus einer in der Auswerteeinheit 12 abgespeicherten Dämpfkraftkennlinie die Einfederweggeschwindigkeit bestimmt.
Um die Signalqualität des ermittelten Einfederweges und der bestimmten Einfederweggeschwindigkeit den Anforderungen an eine Dämpferregelung anzupassen, wird im Block 106 eine Filterung dieser beiden Signale durchgeführt. Der Filter ist dabei aus einem dynamischen System, welches das Rad und die Karosseriemasse als einen Zweimassenschwinger beschreibt, abgeleitet. Vorteilhafterweise lässt sich hier ein Kalman-Filter einsetzen.
Für die Bestimmung eines relativen Einfederweges, wie es mit einem Doppelrohrstoßdämpfers 1 möglich ist, reicht es aus, wenn die in den Blöcken 101 und 102 bereitgestellten Drucksignale der oberen 5 und der unteren Ölkammer 6 im Block 105 verarbeitet werden, indem aus den beiden Drücken eine Druckdifferenz gebildet wird, aus welcher unter Berücksichtigung des Kolbenquerschnittes die aktuelle Dämpfkraft ermittelt wird. Aus der Dämpfkraftkennlinie und der so bestimmten Dämpfkraft wird die Einfederweggeschwindigkeit bestimmt. Nach der schon beschriebenen dynamischen Filterung der Einfederweggeschwindigkeit im Block 106 wird unter Maßgabe eines bestimmten Zeitraumes aus dieser Einfederweggeschwindigkeit der Einfederweg errechnet.
Eine Integration der beschriebenen Sensoren und des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch in passive Stoßdämpfer möglich, um so eine kostengünstige Bestimmung des Einfederweges zu erzielen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers aus einem den Zustand eines Fahrzeuges zwischen einem Rad und einer Karosserie repräsentierenden Signals dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Druck in einer unteren Ölkammer (6) und ein zweiter Druck in einer oberen Ölkammer (5) des Stoßdämpfers (1, 13) gemessen werden, wobei aus der Differenz der beiden Drücke eine Einfederweggeschwindigkeit bestimmt wird, aus welchem der Einfederweg berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz auf einen Kolbenquerschnitt des Stoßdämpfers (1, 13) bezogen wird, woraus eine aktuelle Dämpferkraft berechnet wird, aus welcher mittels einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfkraftkennlinie die Einfederweggeschwindigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Einfederweggeschwindigkeit mittels eines Filters, welches aus einem dynamischen System eines Zweimassenschwingers abgeleitet wird, aufbereitet wird.
Verfahren zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers aus einem den Zustand eines Fahrzeuges zwischen einem Rad und einer Karsosserie repräsentierenden Signals dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Druck in der unteren Ölkammer (6) des Stoßdämpfers (13) gemessen wird und anschließend aus diesem ersten Druck das Volumen des als Einrohrstoßdämpfer (13) ausgebildeten Stoßdämpfers und einer Temperatur des Stoßdämpfers (13) ein Volumen der unteren Ölkammer (6) berechnet wird, aus welchem ein Einfederweg bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen dem Verdrängungsvolumen einer Kolbenstange (3) des Stoßdämpfers (13) zum Messzeitpunkt entspricht.
Verfahren nach Anspruch 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Einfederweg direkt aus dem Volumen und einer Querschnittfläche der Kolbenstange (3) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Druck der oberen Ölkammer (5) gemessen und mit dem ersten Druck der unteren Ölkammer (6) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Einfederweg mittels eines Filters, welches aus dem dynamischen System des Zweimassenschwingers abgeleitet wird, aufbereitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der erster Druck in der unteren Ölkammer (6) und der zweite Druck in der oberen Ölkammer (5) des Stoßdämpfers (13) gemessen werden, wobei aus der Differenz der beiden Drücke eine Einfederweggeschwindigkeit bestimmt wird.
Vorrichtung zur Bestimmung eines Einfederweges eines Stoßdämpfers wobei ein den Zustand eines Fahrzeuges zwischen einem Rad und einer Karosserie repräsentierender Messwert durch mindestens einen Sensor ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Drucksensor (11) in einer unteren Ölkammer (6) und ein zweiter Drucksensor (10) in einer oberen Ölkammer (5) des Stoßdämpfers (13) angeordnet sind, welche mit einer Auswerteeinheit (12) zur Bestimmung des Einfederweges verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (12) den Einfederweg aus einer Einfederweggeschwindigkeit bestimmt, welche aus der Differenz des ersten und des zweiten Druckes ermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (16) mit der Auswerteinheit (12) verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit (12) den Einfederweg direkt aus der Temperatur und dem von einer Kolbenstange (3) zum Messzeitpunkt verdrängten Volumen berechnet.