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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Federungseinrichtung,
mittels welcher eine ungefederte Masse an einem Aufbau, insbesondere
eines Kraftfahrzeugs, angeordnet ist, bei welchem zum Einstellen
Verstellen wenigstens einer Komponente eines Fahrwerks ein Straßenanbindungs-Ansatz
(Roadhook-Ansatz) verwendet wird, und bei welchem ein Abstand zwischen
einer Fahrbahn und dem Aufbau erfasst wird. Des Weiteren betrifft
die Erfindung eine Federungseinrichtung.
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Die
DE 101 26 933 B4 beschreibt
ein Verfahren zum Regeln einer Federungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
Hierbei ist zwischen einer, das Rad des Kraftfahrzeugs umfassenden,
ungefederten Masse und dem Aufbau des Kraftfahrzeugs eine Dämpfereinheit
angeordnet. Zum Einstellen der Dämpfkraft der Dämpfereinheit
wird ein Straßenanbindungs-Ansatz (Roadhook-Ansatz) verwendet,
gemäß welchem die Dämpfkraft der Dämpfereinheit
so eingestellt wird, dass das Rad in dynamischen Fahrsituationen
mithilfe Dämpfkraft aktiv auf die Fahrbahn gedrückt
wird. Schwankungen der Radlast sind hierbei minimiert. Zum Ermitteln
der einzustellenden Dämpfkraft werden Abstandssensoren
einer Niveauregelung des Kraftfahrzeugs genutzt, mittels welchen ein
Abstand zwischen einer Fahrbahn und dem Aufbau erfassbar ist.
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Als
nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist der Umstand anzusehen,
dass eine besonders rasche Berechnung der einzustellenden Dämpfkraft notwendig
ist, um rechtzeitig die für die gewünschte Straßenlage
notwendige Dämpfkraft einzustellen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren
der eingangs genannten Art und eine verbesserte Federungseinrichtung
bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit dem Merkmalen des Patentanspruchs
1, und durch eine Federungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
9 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
angegeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Regeln einer
Federungseinrichtung, mittels welcher eine ungefederte Masse an
einem Aufbau, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, angeordnet ist,
bei welchem zum Verstellen wenigstens einer Komponente eines Fahrwerks
ein Straßenanbindungs-Ansatz (Roadhook-Ansatz) verwendet
wird, und bei welchem ein Abstand zwischen einer Fahrbahn und dem Aufbau
erfasst wird, wird ein Profil der Fahrbahn in eine Fahrtrichtung
des Aufbaus vorausschauend erfasst. Durch das vorausschauende Erfassen
des Profils der Fahrbahn kann die verstellbare Komponente des Fahrwerks
so rechtzeitig eingestellt werden, dass die ungefederte, beispielsweise
das Rad des Kraftfahrzeugs umfassende, Masse genau dem Profil der
Fahrbahn folgend jederzeit aktiv auf die Fahrbahn gedrückt
wird. Dadurch ist ein verbessertes Verfahren zum Regeln einer Federungseinrichtung
bereitgestellt.
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Insbesondere
kann so eine besonders gute Anbindung des Aufbaus des Kraftfahrzeugs
an die Fahrbahn erreicht werden. Damit geht eine Erhöhung der
Fahrsicherheit einher. Die Radlast kann in Abhängigkeit
von dem Profil der Fahrbahn so gestaltet werden, dass eine besonders
hohe Bodenhaftung des Kraftfahrzeugs gegeben ist. Des Weiteren sind so
besonders gute fahrdynamische, insbesondere sportliche, Eigenschaften
des Kraftfahrzeugs erreichbar. Durch das Verwenden des Roadhook-Ansatzes wird
niederfrequent die Straßenanbindung des Aufbaus eingestellt
und somit eine besonders hohe Fahrsicherheit, ein besonders gutes
Fahrverhalten und eine besonders hohe Sportlichkeit erreicht.
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Durch
das vorausschauende Erfassen des Profils der Fahrbahn kann etwa
die Dämpfkraft einer variablen Dämpfereinheit
unter Verwendung des Roadhook-Ansatzes so rechtzeitig eingestellt
werden, dass das Rad des Kraftfahrzeugs, etwa bei einer Berg- und
Talfahrt, dem Profil der Fahrbahn folgend aktiv auf die Fahrbahn
gedrückt wird. Ein in dem Regelungsansatz realisierter
fiktive Roadhook-Dämpfer bedient sich hierbei der Signale
einer Erfassungseinrichtung, welche das Profil der Fahrbahn vorausschauend
erfasst.
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Zum
Erfassen des Profils der Fahrbahn kann ein Scanner, insbesondere
ein Laserscanner, und/oder eine Kamera eingesetzt werden. Mittels
einer derartigen Erfassungseinrichtung ist das Profil der Fahrbahn
ohne Weiteres in einem 5 m bis 10 m in Fahrtrichtung vor dem Aufbau
gelegenen Bereich vorausschauend und mit besonders hoher Präzision erfassbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine
Eigenfrequenz des Aufbaus durch ein Beaufschlagen des Aufbaus mit
einer wegproportionalen Kraft in Abhängigkeit von dem Profil der
Fahrbahn verändert. Zum Beaufschlagen des Aufbaus mit der
wegproportionalen Kraft kann insbesondere eine Kolben-Zylinder-Einheit,
beispielsweise ein Plungerzylinder einer aktiven Federung, eingesetzt
werden, welche eine Auslenkung einer zwischen dem Aufbau und der
ungefederten Masse angeordneten Feder verändert.
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Durch
einen solchen, die Kolben-Zylinder-Einheit und die mechanische Feder
umfassenden Aktor ist ein fiktiver Roadhook-Dämpfer und
eine fiktive Straßenanbindungs-Feder (Roadhook-Feder) bereitstellbar.
Hierbei kann die Federhärte der Roadhook-Feder so eingestellt
werden, dass eine Eigenfrequenz des Aufbaus gezielt so verändert
wird, dass ein Anregen des Aufbaus mit der von der Fahrbahn auf
den Aufbau übertragenen Frequenz vermeidbar ist.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein erfasstes Profil
der Fahrbahn als geglättetes Profil zum Regeln der Federungseinrichtung
herangezogen wird. Ein solches Aufarbeiten der gemessenen jeweiligen
Abstände zwischen Aufbau und Fahrbahn führt zu
einem besonders hohen Fahrkomfort. Der Aufbau des Kraftfahrzeugs
ist so nämlich von hochfrequenten Störanteilen
der Fahrbahn isoliert. Eine tatsächliche Rauhigkeit der
Fahrbahn wird so in eine glatte Fahrbahn überführt.
Bevorzugt werden also die Roadhook-Feder und der Roadhook-Dämpfer
mit einem geglätteten Signal der das Profil der Fahrbahn
erfassenden Erfassungseinrichtung beaufschlagt. Dadurch ist eine
vergleichsweise harte Federung und/oder Dämpfung bei gleichzeitig hohem
Fahrkomfort erreichbar.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist eine verbesserte Federungseinrichtung
für einen Aufbau, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bereitgestellt,
an welchem eine ungefederte Masse angeordnet ist. Der Federungseinrichtung
ist eine Regelungseinrichtung zugeordnet, mittels welcher wenigstens
eine Komponente eines Fahrwerks unter Verwendung eines Straßenanbindungs-Ansatzes (Roadhook-Ansatzes)
einstellbar ist, und eine Erfassungseinrichtung, mittels welcher
ein Abstand zwischen einer Fahrbahn und dem Aufbau erfassbar ist. Hierbei
ist mittels der Erfassungseinrichtung ein Profil der Fahrbahn in
eine Fahrtrichtung des Aufbaus vorausschauend erfassbar.
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Die
für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch
für die erfindungsgemäße Federungseinrichtung.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
schematisierte Darstellung eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs
mit einer aktiven Federung;
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2 eine
schematisierte Darstellung eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs
mit einer Dämpfereinheit, welche variabel einstellbar ist;
und
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3 eine
schematisierte Darstellung zum Verdeutlichen eines Regelungsansatzes
für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs gemäß 1 oder 2.
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1 zeigt
schematisch ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit einer aktiven
Federung eines Aufbaus 14 des Kraftfahrzeugs. Eine ein
Rad 12 umfassende ungefederte Masse ist an dem Aufbau 14 eines
Kraftfahrzeugs mit aktiver Federung angeordnet. Hierbei ist zum
Dämpfen von Relativbewegungen zwischen Rad 12 und
Aufbau 14 ist eine Dämpfereinheit 16 vorgesehen.
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Des
Weiteren umfasst eine Federungseinrichtung 10 des Fahrwerks
eine mechanische Schraubenfeder 26, über welche
das Rad 12 an den Aufbau 14 des Kraftfahrzeugs
angebunden ist. Mittels eines Hydraulikzylinders 34 ist
eine Auslenkung der Schraubenfeder 26 veränderbar.
Dies kann einerseits zum Verändern eines Niveaus des Aufbaus 14 und
andererseits zum Ausgleichen von Bodenwellen einer Fahrbahn 24 (vgl. 2)
genutzt werden.
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2 zeigt
schematisch ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit einer alternativen
Federungseinrichtung 10. Hier ist zwischen dem Aufbau 14 des Kraftfahrzeugs
und dem Rad 12 eine Schraubenfeder 26 angeordnet,
deren Auslenkung nicht aktiv veränderbar ist. Demgegenüber
ist eine Dämpfkraft der Dämpfereinheit 16 veränderbar.
Die Dämpfereinheit 16 ist mittels eines elastischen
Kopflagers 18 an den Aufbau 14 angebunden.
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3 ist
eine schematisierte Darstellung zum Verdeutlichen eines Regelungsansatzes
für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs gemäß 1 oder 2.
Die in 3 gezeigte Federungseinrichtung 10 des
Kraftfahrzeugs weist eine Dämpfereinheit 16 auf,
welche mittels eines elastischen Kopflagers 18 an den Aufbau 14 angebunden
ist, sowie eine zwischen dem Aufbau 14 und dem Rad 12 angeordnete Feder 32.
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Zum
Verdeutlichen des Regelungsansatzes sind in 3 ein fiktiver
Roadhook-Dämpfer 22 und eine fiktive Roadhook-Feder 28 dargestellt.
Die Regelung der mechanischen Struktur des Fahrwerks gemäß eines
Straßenanbindungs-Ansatzes (Roadhook-Ansatzes) erfolgt
also so, als ob der Aufbau 14 mittels eines Dämpfers
und mittels einer Feder an der Fahrbahn 24 befestigt wäre.
Bevorzugt sind dieser Dämpfer und die Feder jeweils noch
verstellbar. Durch eine solche Regelung wird der Aufbau 14 stark gedämpft
und beruhigt. Beschleunigungen des Aufbaus 14 werden stark
reduziert.
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Der
Roadhook-Dämpfer 22 beschreibt eine der Regelung
der Federungseinrichtung 10 zugrundeliegende Modellvorstellung,
gemäß welcher der Aufbau 14 nicht wie
bei einer Skyhook-Regelung an einem Bezugspunkt im Himmel befestigt
ist, sondern bei welcher etwa mithilfe der aktiv eingestellten Dämpfkraft
der Dämpfereinheit 16 eine feste Straßenanbindung
des Aufbaus 14 erreicht wird. Hierbei wird in dynamischen
Fahrsituationen das Rad 12 mithilfe der Dämpfkraft
der Dämpfereinheit 16 aktiv auf eine Fahrbahn 24 gedrückt.
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Ein
solches aktives Nachführen des Rades 12 gemäß dem
Profil der Fahrbahn 24 ist ebenso durch Regeln der Auslenkung
der Schraubenfeder 26 mittels des Hydraulikzylinders 34 bei
dem Fahrwerk mit aktiver Federung (vgl. 1) möglich.
So sind minimale Schwankungen der Radlast und ein besonders gutes,
insbesondere sportliches, fahrdynamisches Verhalten erreichbar.
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Bei
einer Berg- und Talfahrt des Kraftfahrzeugs, bei welcher sich das
geregelte mechanische Fahrwerk, welches in 1 oder 2 dargestellt ist,
gemäß dem Straßenanbindungs-Ansatz verhält, wird
der Aufbau 14 immer der Fahrbahn 24 nachgeführt.
Es ist somit möglich, den fiktiven Roadhook-Dämpfer 22 besonders
hart anzuziehen, ohne dass zu befürchten ist, dass das
Rad 12 den Kontakt zu der Fahrbahn 24 verliert.
Dadurch ist eine besonders hohe Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs
erreichbar.
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Durch
das zusätzliche Vorsehen der fiktiven Roadhook-Feder 28 wird
eine Anbindung des Aufbaus an die Fahrbahn 24 nochmals
verbessert.
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Der
Roadhook-Dämpfer 22 und/oder die Roadhook-Feder 28 können
adaptiv, also zwischen wenigstens einer harten Einstellung und wenigstens einer
weichen Einstellung verstellbar sein. Die Härte der Federungseinrichtung 10 kann
hierbei in Abhängigkeit von einem Signal, insbesondere
in Abhängigkeit von einer Bedieneingabe, eingestellt werden. Beispielsweise
kann eine Bedienperson des Kraftfahrzeugs die gewünschte
Härte der Federungseinrichtung 10 mittels der
Bedieneingabe einstellen.
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Vorliegend
ist eine an dem Aufbau 14 angeordnete Erfassungseinrichtung 30 vorgesehen,
mittels welcher das Profil der Fahrbahn 24 in eine Fahrtrichtung
des Aufbaus 14 vorausschauend erfassbar ist. Durch das
vorausschauende Erfassen des Profils der Fahrbahn 24 ist
ein besonders gut an das Profil der Fahrbahn 24 angepasstes
Regeln der Federungseinrichtung 10 ermöglicht.
Ein Springen des Rads 12 oder ein Durchschlagen der Feder 32 ist
so besonders sicher vermeidbar.
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Die
Straßenanregung wird hierbei gefiltert, so dass das mittels
der Erfassungseinrichtung 30 erfasste Profil der Fahrbahn 24 als
geglättetes Profil zum Regeln der Federungseinrichtung 10 herangezogen
wird. Würde das Profil der Fahrbahn 24 mit seiner
realen Rauheit zum Regeln herangezogen, so würde diese
Rauheit als hochfrequenter Störanteil auf den Aufbau 14 übertragen.
Vorliegend ist hingegen der Aufbau 14 von hochfrequenten
Störanteilen der Fahrbahn 24 entkoppelt. Dies
trägt zu einem besonders hohen Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs
bei.
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In
Ausführungsformen der Federungseinrichtung 10 kann
für jeden der drei Freiheitsgrade des Aufbaus 14,
nämlich für Huben, Wanken und Nicken, jeweils
ein separater, auf dem Roadhook-Ansatz basierender Regelungsansatz
realisiert sein. Hierzu kann in der Modellvorstellung durch Aufstandspunkte der
Räder 12 des Kraftfahrzeugs eine Ausgleichsebene
gelegt werden, an welche der Aufbau 14 gebunden wird.
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- 10
- Federungseinrichtung
- 12
- Rad
- 14
- Aufbau
- 16
- Dämpfereinheit
- 18
- Kopflager
- 22
- Roadhook-Dämpfer
- 24
- Fahrbahn
- 26
- Schraubenfeder
- 28
- Roadhook-Feder
- 30
- Erfassungseinrichtung
- 32
- Feder
- 34
- Hydraulikzylinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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