DE102008062340A1

DE102008062340A1 - Adaptives Fahrwerk

Info

Publication number: DE102008062340A1
Application number: DE200810062340
Authority: DE
Inventors: Daniel Dönicke; Thomas Köppen
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Bei einem adaptiven Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Vorderachse (1) und einer Hinterachse (9), den Achsen (1, 9) zugeordneten steuerbaren Dämpfern (7; 7') und einer Steuereinheit (5, 5') zum Steuern der Dämpfer (7; 7') in Abhängigkeit von Fahrbahneigenschaften ist die Steuereinheit (5, 5') an wenigstens einen Sensor (2) zum Erfassen der Fahrbahnqualität vor der Vorderachse (1) angeschlossen und eingerichtet, wenigstens einen der Vorderachse (1) zugeordneten Dämpfer (7) entsprechend der erfassten Fahrbahnqualität zu steuern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein adaptives Fahrwerk für ein Fahrzeug, bei dem Nachgiebigkeit und Dämpfung von den Fahrzeugachsen zugeordneten Dämpfern zur Anpassung an die Fahrbahnbedingungen variabel sind.
Ein solches adaptives Fahrwerk ist in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben, zum Beispiel in WO 00 18595 A1 , US 61412 788 B1 oder DE 4326 277 A1 .
Allen diesen bekannten adaptiven Fahrwerken ist gemeinsam, dass aus an der Fahrzeugkarosserie gemessenen Beschleunigungen auf eine eventuelle Unebenheit des Untergrunds rückgeschlossen wird und anhand des dabei erhaltenen Ergebnisses die Steuerung der Dämpfer vorgenommen wird. Derartige Systeme sind zwar in der Lage, beispielsweise auf den Übergang eines Fahrzeugs von einer glatt asphaltierten Fahrbahn auf eine Schotterpiste zu reagieren und die Dämpfung im Laufe der Fahrt auf der Schotterpiste so anzupassen, dass ein gewisser Fahrkomfort wieder hergestellt wird. Da die Anpassung jedoch auf den an der Fahrzeugkarosserie gemessenen Beschleunigungen basiert, müssen diese erst einmal auftreten, bevor sie kompensiert werden können. D. h. die Passagiere sind gezwungen, nach dem Wechsel auf eine unebene Fahrbahn verstärkte Beschleunigungen so lange zu erdulden, bis die Fahrwerksteuerung gegensteuern kann. Da die von der Fahrwerksteuerung vorgenommenen Änderungen der Dämpfereinstellungen auf die gemessenen Beschleunigungen rückwirken, besteht die Möglichkeit, dass die Steuerung durch Rückkopplung instabil wird.
Isolierte Fahrbahnunebenheiten wie etwa einzelne Schlaglöcher, Fahrbahnschwellen zur Verkehrsberuhigung oder Höhenstufen in der Fahrbahndecke, die insbesondere im Bereich von Fahrbahnbaustellen vorkommen, können von den herkömmlichen adaptiven Fahrwerken nicht abgefangen werden. Da die von solchen Unebenheiten verursachten vereinzelten Erschütterungen in der Regel für alle Fahrzeugpassagiere bis auf den Fahrer überraschend kommen, werden gerade sie als besonders unangenehm wahrgenommen. Nicht selten sind Fahrbahnschwellen und Geschwindigkeitsbegrenzungen, die sie durchzusetzen helfen sollen, schlecht aneinander angepasst, so dass auch ein Fahrer, der sich an die Geschwindigkeitsbegrenzung hält, beim Überfahren der Fahrbahnschwelle einen unangenehmen Stoß erlebt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein adaptives Fahrwerk anzugeben, das eine vorbeugende Kompensation von Fahrbahnunebenheiten ermöglicht. Eine weitere Aufgabe ist, ein adaptives Fahrwerk anzugeben, das rückkopplungsfrei arbeitet und dadurch inhärent stabil ist.
Diese und andere Aufgaben werden gelöst, indem bei einem adaptiven Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Vorderachse und einer Hinterachse, den Achsen zugeordneten steuerbaren Dämpfern und einer Steuereinheit zum Steuern der Dämpfer in Abhängigkeit von Fahrbahneigenschaften die Steuereinheit an wenigstens einen Sensor zum Erfassen der Fahrbahnqualität vor der Vorderachse angeschlossen und eingerichtet ist, wenigstens einen der Vorderachse zugeordneten Dämpfer entsprechend der erfassten Fahrbahnqualität zu steuern.
Um die Qualität der Fahrbahn, insbesondere ihre Ebenheit, vor dem Überfahren zu erfassen, ist die Verwendung eines fern wirkenden Sensors zweckmäßig. Ein solcher Sensor umfasst zweckmäßigerweise einen Sender zum Emittieren eines Abtastsignals in Richtung der Fahrbahn und einen Empfänger für ein von der Fahrbahn zurückgeworfenes Echo des Signals.
Insbesondere kann es sich bei dem Sensor zum Erfassen der Fahrbahnqualität um einen Radar- oder Ultraschallsensor handeln.
Derartige Sensoren werden herkömmlicherweise in Einparkhilfesystemen eingesetzt, um die Entfernung des Fahrzeugs von einem Hindernis einzuschätzen, mit dem das Fahrzeug bei Fortsetzung seiner Bewegung zusammenstoßen könnte. Derartige Sensoren können mit geringem Aufwand auch zur Fahrbahnüberwachung im Rahmen der vorliegenden Erfindung nutzbar gemacht werden.
Während für die vorbeugende Steuerung eines Dämpfers an der Vorderachse tatsächlich nur der die Fahrbahnqualität vor der Vorderachse überwachende Sensor eingesetzt werden kann, können für die Steuerung eines Dämpfers der Hinterachse auch Informationen genutzt werden, die beim Überfahren einer Unebenheit mit der Vorderachse gewonnen wurden. Daher ist die Steuereinheit vorzugsweise auch mit einem an der Vorderachse angeordneten Bewegungssensor verbunden und eingerichtet, einen Dämpfer der Hinterachse unabhängig von jedem Dämpfer der Vorderachse anhand der von dem Bewegungssensor erfassten Bewegung der Vorderachse zu steuern.
Bei dem Bewegungssensor kann es sich insbesondere um einen Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung der Vorderachse relativ zur Karosserie oder einen Positionssensor zum Erfassen einer Auslenkung der Vorderachse aus einer Ruhestellung handeln.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei Sensoren zum Überwachen jeweils eines vor einem linken bzw. einem rechten Rad liegenden Fahrbahnstreifens vorgesehen. Unebenheiten, die zwischen diesen beiden Streifen oder seitlich davon liegen und von den Rädern nicht berührt werden, sind für die Steuerung der Dämpfer ohne Belang und brauchen nicht erfasst zu werden.
An der Steuereinheit können verschiedene Algorithmen für die Steuerung der Dämpfer, zum Beispiel ein weicher, komfortabler Modus und ein harter, sportlicher, auswählbar sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
1 bis 3 zeigen jeweils schematische Darstellungen eines Kraftfahrzeugs, das mit einem adaptiven Fahrwerk gemäß verschiedener Ausgestaltungen der Erfindung ausgestattet ist.
Das in 1 gezeigte Fahrzeug trägt in einem über seine Vorderachse 1 überstehenden Bereich der Karosserie, vorzugsweise unmittelbar hinter einem Frontstoßfänger, zwei Sensoren 2, die jeweils einen Radar- oder Ultraschallsender 3 und einen entsprechenden Empfänger 4 umfassen. Die Sensoren 2 sind jeweils benachbart zu einer rechten bzw. linken Flanke der Karosserie angeordnet, um einen Bereich der Fahrbahnoberfläche zu sondieren, der unmittelbar vor den Vorderrädern liegt und von diesen demnächst überfahren wird.
Eine Auswertungsschaltung 5 ist an die beiden Radar- oder Ultraschallsensoren 2 angeschlossen, um in an sich bekannter Weise aus den aufgefangenen Signalen einen Messwert für den Abstand zur Fahrbahnoberfläche abzuleiten. Wenn dieser Abstand sich abrupt verändert, zum Beispiel weil die Sensoren 2 sich, wie in 1 gezeigt, über eine Fahrbahnschwelle 6 bewegen, so reagiert die Auswerteschaltung 5 darauf, indem sie Stoßdämpfer 7 der Vorderachse 1 ansteuert. Die Ansteuerung kann in einer Herabsetzung der Dämpfung, der Federkonstante oder beider genannter Parameter der Stoßdämpfer 7 bestehen, so dass die Vorderräder die Fahrbahnschwelle 6 leicht passieren können, ohne dass die daraus resultierende Auslenkung der Vorderräder in gleichem Umfang an die Karosserie weitergegeben wird, als dies bei unveränderten Parametern der Stoßdämpfer 7 der Fall wäre.
Die 1 zeigt ferner eine zweite Auswertungsschaltung 5', die einerseits mit einem Beschleunigungs- oder Auslenkungssensor 8 an der Vorderachse 1 und andererseits mit Stoßdämpfern 7' der Hinterachse 9 verbunden ist, um Federkonstante und Dämpfung der Stoßdämpfer 7' in Abhängigkeit von einer an der Vorderachse 1 beobachteten Beschleunigung oder Auslenkung zu steuern. Wie durch eine Signalverbindung zwischen den Auswertungsschaltungen 5, 5' angedeutet, können bei der Steuerung der Heckstoßdämpfer 5' natürlich auch die Messwerte der Sensoren 2 berücksichtigt werden. Während die Sensoren 2 im Wesentlichen nur die Höhe einer voraus liegenden Unebenheit auf der Fahrbahn beurteilen kann, ermöglicht der Sensor 8, bei der Ansteuerung der Heckstoßdämpfer 7' zusätzlich auch die Beschaffenheit der Unebenheit zu berücksichtigen. Eine Unebenheit, die unter dem Druck des Vorderrades nachgibt und dieses nur schwach auslenkt, kann somit bei der Steuerung der Heckstoßdämpfer 5' in anderer Weise berücksichtigt werden als eine harte, stark auslenkende Unebenheit.
Ein Auswahlschalter 14 ist mit den Auswertungsschaltungen 5 und 5' verbunden, um einem Fahrer die Möglichkeit zu geben, zwischen verschiedenen Regelstrategien für die Dämpfer 7, 7' auszuwählen und z. B. eine im Mittel eher harte Federung für eine sportliche Fahrweise oder eine komfortorientierte, im Mittel eher weiche Federung zu wählen.
In der Praxis werden die Auswertungsschaltungen 5 und 5' in der Regel als eine gemeinsame Schaltung implementiert sein, die allerdings verschiedene Steuerungsalgorithmen für die Steuerung der Front- bzw. Heckstoßdämpfer einsetzt.
Wenn die von dem Sensor 8 erfasste Auslenkung bzw. Beschleunigung der Vorderachse 1 nur für die Steuerung der Heckstoßdämpfer 7' verwendet wird, nicht aber für die der Frontstoßdämpfer 7, ist die Steuerung rückkopplungsfrei. Denkbar sind jedoch auch Ausgestaltungen, bei denen zeitlich gemittelte Messergebnisse des Sensors 8 mit in die Steuerung der Frontstoßdämpfer 7 einfließen.
2 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Radar- oder Ultraschallsensoren 2 nicht auf die Fahrbahn unterhalb der Karosserie, sondern auf einen vor dem Fahrzeug liegenden Bereich der Fahrbahnoberfläche, genauer gesagt auf zwei jeweils vor dem rechten und linken Vorderrad liegende Streifen der Fahrbahnoberfläche, ausgerichtet sind. Hier sind es im Wesentlichen scharfe steile Kanten wie etwa die Ränder eines Schlaglochs 10, die ein Echosignal liefern, welches von den Sensoren 2 wieder aufgefangen wird.
Die Auswertung der Echosignale in der Schaltung 5 erfolgt im Wesentlichen in der gleichen Weise wie im Falle der 1, allerdings sind die zum Ansteuern der Frontstoßdämpfer 7 zur Verfügung stehenden Zeiten aufgrund der nach vorn verlagerten Erfassung des Hindernisses verlängert.
Die Sensoren 2 sind einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge gleichzeitig Teil eines Einparkhilfesystems. Ein solches System umfasst in an sich bekannter Weise Radar- oder Ultraschallsensoren 2 am vorderen und hinteren Ende der Karosserie und eine Auswertungsschaltung zum Erfassen von Hindernissen, mit denen die Karosserie zusammenstoßen könnte, sowie einen Signalgeber zum Erzeugen eines Warnsignals bei Kollisionsgefahr. Je nach Strahlcharakteristik können die Sensoren 2 eines solchen Systems unverändert auch zur Fahrbahnüberwachung gemäß 2 eingesetzt werden, oder sie können um eine im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Achse schwenkbar aufgehängt sein, um im Einparkhilfemodus den in Fahrtrichtung vor den Stoßfängern des Fahrzeugs liegenden Luftraum und in einem Stoßdämpfersteuerungsmodus die vor den Rädern liegende Fahrbahn zu überwachen. Denkbar ist auch, die Strahlrichtung durch Steuern eines Phasenversatzes zwischen mehreren vertikal beabstandeten Sendeantennen eines Sensors 2 zu beeinflussen.
Die Verzahnung des erfindungsgemäßen adaptiven Fahrwerks mit einem Einparkhilfesystem kann so weit gehen, dass, wie im Ausführungsbeispiel der 3 ein Warnsignalgeber 11 auch von der Auswertungsschaltung 5 des Fahrwerks ansteuerbar ist, um ein vom Fahrer wahrnehmbares Warnsignal im Falle eines ungewöhnlich hohen oder tiefen Hindernisses auf der Fahrbahn zu erzeugen. Wenn darüber hinaus die von dem nach unten ausgerichteten Sensor 2 ausgestrahlten Wellen an einer Wasseroberfläche 12 nur schwach reflektiert werden oder die Auswertungsschaltung 5 in der Lage ist, das Echo einer Wasseroberfläche von dem des darunter liegenden festen Untergrundes zu unterscheiden, ist es auch möglich, unter dem Wasserspiegel verborgene Fahrbahnunebenheiten bei der Ansteuerung der Stoßdämpfer 7 zu berücksichtigen und den Fahrer bei Annäherung an eine potenziell gefährliche Vertiefung 13 wie etwa einen Graben am Rande einer überschwemmten Fahrbahn zu warnen.

1: Vorderachse
2: Radar-/Ultraschallsensor
3: Radar-/Ultraschallsender
4: Radar-/Ultraschallempfänger
5: Auswertungsschaltung
6: Fahrbahnschwelle
7: Stoßdämpfer
8: Sensor
9: Hinterachse
10: Schlagloch
11: Warnsignalgeber
12: Wasseroberfläche
13: Vertiefung
14: Auswahlschalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 0018595 A1 [0002]
- US 61412788 B1 [0002]
- DE 4326277 A1 [0002]

Claims

Adaptives Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Vorderachse (1) und einer Hinterachse (9), den Achsen (1, 9) zugeordneten steuerbaren Dämpfern (7; 7') und einer Steuereinheit (5, 5') zum Steuern der Dämpfer (7; 7') in Abhängigkeit von Fahrbahneigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5, 5') an wenigstens einen Sensor (2) zum Erfassen der Fahrbahnqualität vor der Vorderachse (1) angeschlossen und eingerichtet ist, wenigstens einen der Vorderachse (1) zugeordneten Dämpfer (7) entsprechend der erfassten Fahrbahnqualität zu steuern.
Adaptives Fahrwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) einen Sender (3) zum Emittieren eines Abtastsignals in Richtung der Fahrbahn und einen Empfänger (4) für ein von der Fahrbahn zurückgeworfenes Echo des Signals umfasst.
Adaptives Fahrwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) ein Radar- oder Ultraschallsensor ist.
Adaptives Fahrwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) ferner Bestandteil eines Einparkhilfesystems ist.
Adaptives Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5, 5') mit einem an der Vorderachse (1) angeordneten Bewegungssensor (8) verbunden und eingerichtet ist, einen Dämpfer (7') der Hinterachse (9) unabhängig von jedem Dämpfer (7) der Vorderachse (1) anhand der von dem Bewegungssensor (8) erfassten Bewegung der Vorderachse (1) zu steuern.
Adaptives Fahrwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungssensor (8) ein Beschleunigungssensor oder ein Positionssensor ist.
Adaptives Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Sensoren (2) zum Erfassen der Fahrbahnqualität vorgesehen sind, um jeweils einen vor einem linken bzw. einem rechten Rad liegenden Fahrbahnstreifen zu überwachen.
Adaptives Fahrwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Algorithmen für die Steuerung der Dämpfer an der Steuereinheit (5, 5') durch einen Benutzer auswählbar sind.