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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern von hinsichtlich der Intensität der Bedämpfung in der Zugstufe und in der Druckstufe getrennt einstellbaren Schwingungsdämpfern im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs, die im regulären Fahrbetrieb unter Anwendung eines sollkraftbasierten Sky-Hook-Ansatzes angesteuert werden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Zum Stand der Technik wird auf die
DE 43 03 160 A1 sowie auf die
US 2009/0248247 A1 verwiesen.
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Zur Bedämpfung der Vertikalbewegungen des Fahrzeugs-Aufbaus sowie der Räder von Kraftfahrzeugen, bspw. Personenkraftwagen, kommen zunehmend gesteuerte Verstelldämpfersysteme zum Einsatz. Zur Komfortsteigerung ist dabei die Bedämpfung in der sog. Zugstufe, in welcher sich das dem jeweiligen Dämpfer zugeordnete Rad und der Aufbau voneinander weg bewegen, und in der sog. Druckstufe, in welcher sich das dem jeweiligen Dämpfer zugeordnete Rad und der Aufbau aufeinander zu bewegen, voneinander unabhängig einstellbar. Dies kann entweder als Softwarelösung über eine gekoppelte Zug-Druck-Ansteuerung realisiert sein oder indem am Schwingungsdämpfer eine getrennte Ansteuermöglichkeit für die Zugstufe und die Druckstufe vorgesehen ist.
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Üblicherweise werden solche hinsichtlich der Intensität der Bedämpfung einstellbaren Schwingungsdämpfer unter Zugrundelegung des dem Fachmann bekannten sogenannten Sky-Hook-Ansatzes angesteuert, wobei es sich um eine sollkraftbasierte Ansteuerung handelt, die zu einer entkoppelten Ansteuerung von Zugstufe und Druckstufe des Schwingungsdämpfers führt, derart, dass bei einer Zugkraft-Anforderung, d. h. wenn sich der Aufbau zum Rad hin bewegen soll, die Bedämpfung in der Druckstufe auf einen Minimalwert eingestellt wird (hier handelt es sich dann um die passive Stufe), während die Zugstufe (und somit die aktive Dämpferstufe) gezielt derart angesteuert wird, dass die geforderte Zugkraft umgesetzt wird. Umgekehrt wird bei einer Anforderung von Druckkraft, d. h. wenn sich der Aufbau vom Rad weg bewegen soll, die Bedämpfung in der Zugstufe (als dann passive Stufe) auf einen Minimalwert eingestellt wird, während die Druckstufe (als dann aktive Dämpferstufe) gezielt entsprechend der Sollkraftanforderung angesteuert wird. Ziel dieses Sky-Hook-Ansatzes ist es bekanntlich, den Fahrzeug-Aufbau beim Befahren einer unebenen, bspw. welligen Fahrbahn so zu führen als ob er an einem Haken im Himmel aufgehängt wäre und folglich trotz sich in Vertikalrichtung bewegender Räder nahezu keine Vertikalbewegung erfährt.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieser Sky-Hook-Ansatz bei Überfahrt von ausgeprägten Kuppen oder Senken in der Fahrbahn zu einer ungünstigen Bedämpfung der Fahrzeug-Aufbau-Schwingungen in Vertikalrichtung führt. Beim Befahren einer Kuppe besteht nämlich die Gefahr, dass mit Auffahrt auf die Kuppe das Fahrwerk zu stark einfedert, weil der Sky-Hook-Ansatz eine Zugkraft anfordert, was wie erläutert eine maximal weiche Druckstufe des Schwingungsdämpfers verursacht. Beim Einfahren in eine Fahrbahn-Senke stellt sich die Situation entgegengesetzt zur Kuppe dar, denn hierbei federt das Fahrwerk zunächst stark aus, da über den Sky-Hook-Ansatz eine Kraft in Druckrichtung gefordert und infolgedessen die Zugstufe des Schwingungsdämpfers maximal weich gestellt wird. Eine vollständige Kuppe beinhaltet nacheinander diese beiden genannten Fälle, indem im steigenden Teil der Kuppe wegen minimaler Druck-Bedämpfung der Fahrzeug-Aufbau gegenüber den Rädern stark einfedert, während im darauffolgenden abfallenden Teil dieser Kuppe der Fahrzeug-Aufbau wegen minimaler Zug-Bedämpfung gegenüber den Rädern stark ausfedert. Somit befindet sich während des gesamten Vorgangs beim Befahren oder Überfahren einer Fahrbahn-Kuppe das Fahrwerk des Kraftfahrzeugs in einem minimal bedämpften Zustand. Dies führt zu großen Einfederwegen und Ausfederwegen, die im Extremfall bis an die Endanschläge reichen, und weiterhin zu einem Nachschwingen des Fahrzeugaufbaus insbesondere nach Passieren der Kuppe. Analoges gilt für das Durchfahren einer Fahrbahn-Senke, wobei hier mit Einfahren in die Senke das Fahrwerk zunächst ausfedert, d. h. sich der Fzg.-Aufbau in Vertikalrichtung von den Rädern entfernt, während beim Verlassen dieser Senke das Fahrwerk bzw. der Fzg.-Aufbau einfedert.
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In der beigefügten 2 sind die Zustände beim Überfahren einer Kuppe nochmals vereinfacht dargestellt, wobei die Fahrbahn in fünf Abschnitte (I, II, III, IV, V) unterteilt ist und das Fahrzeug stark abstrahiert, nämlich nur aus dem Aufbau 1, einem auf der Fahrbahn abrollenden Rad 2 und einer zwischen dem Aufbau 1 und dem Rad 2 eingespannten Tragfeder 3 bestehend in den Fahrbahn-Abschnitten II, IV und V dargestellt ist. Dabei ist mit einem Pfeil zAp die Richtung der Vertikalgeschwindigkeit des Fahrzeug-Aufbaus gegenüber der Ausgangslage dargestellt, während der Pfeil FDämpf die Wirkrichtung der Dämpfkraft im Schwingungsdämpfer verdeutlicht und der Pfeil FSKY die Richtung der genannten Sollkraftanforderung aus dem Sky-Hook-Ansatz, wenn dieser umgesetzt wird bzw. wenn diesem gefolgt wird.
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Im Fahrbahn-Abschnitt I bewege sich das Fahrzeug in der Figurendarstellung von links nach rechts in der Ebene. Auf diesen Fahrbahn-Abschnitt I folgt eine aus den Abschnitten II–IV bestehende Kuppe, woran sich wieder ein ebener, vorzugsweise im wesentlichen auf gleicher geodätischer Höhe wie der Abschnitt I liegender Fahrbahn-Abschnitt V anschließt.
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Im ansteigenden Ast der Kuppe (= Abschnitt II) bewegt sich der Fahrzeug-Aufbau 1 naturgemäß in Vertikalrichtung nach oben und es wird daher vom Sky-Hook-Ansatz Zugkraft angefordert, jedoch befindet sich der figürlich nicht dargestellte und wie üblich der Tragfeder 3 parallel geschaltete Schwingungsdämpfer in seiner Druckstufe, die dem Sky-Hook-Ansatz folgend nun maximal welch ist. Als Folge wird die Bewegungsenergie des Fzg.-Aufbaus 1 in der Tragfeder 3 gespeichert und es besteht das Risiko, dass diese bis zum dem Fachmann bekannten Druckanschlag komprimiert wird, d. h. einfedert.
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In der Spitze der Kuppe schließt sich an den Abschnitt II ein demgegenüber erheblich kürzerer ebener Abschnitt III an, der sofort in den abfallenden Ast der Kuppe (= Abschnitt IV) übergeht. Mit Einfahren in diesen Abschnitt IV bewegt sich der Fahrzeug-Aufbau 1 naturgemäß in Vertikalrichtung nach unten und daher wird vom Sky-Hook-Ansatz Druckkraft angefordert, jedoch befindet sich der Schwingungsdämpfer in seiner Zugstufe, die dem Sky-Hook-Ansatz folgend nun maximal weich ist. Als Folge wird die in der Tragfeder 3 zuvor gespeicherte Energie freigesetzt, wobei im ungünstigsten Fall sogar der sog. Zuganschlag erreicht wird. Gelangt schließlich das Fahrzeug in den darauf folgenden und die Kuppe beendenden ebenen Fahrbahn-Abschnitt V, so fordert der Sky-Hook-Ansatz abermals Druckkraft, die nun jedoch grundsätzlich bereit gestellt werden kann, da sich der Schwingungsdämpfer in seiner Druckstufe befindet. Dennoch kann es in diesem Abschnitt insbesondere bei höherer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu einem unerwünschten Nachschwingen des Fahrzeug-Aufbaus kommen.
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Die eingangs genannte
DE 43 03 160 A1 beschreibt eine Abhilfemaßnahmen für diese geschilderte Problematik, wonach dann, wenn die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeug-Aufbaus oberhalb eines Schwellwerts und der Einfederweg (oder Ausfederweg) unterhalb eines Schwellwerts liegt, die Dämpfung für eine fest vorgegebene Zeit in Richtung hart verstellt wird. Demgegenüber erheblich komplexer läuft eine Anpassung des Skyhook-Ansatzes an Fahrbahnneigungen nach der eingangs weiterhin genannten
US 2009/0248247 A1 ab. Der dort beschriebene Skyhook-Regler fußt auf ¼-Fahrzeug Skyhook-Funktionalität, d. h. an jeder Ecke des Fzg.-Aufbaus ist ein selbständiger Skyhook-Regler aktiv, der für sich jede Ecke gemäß dem Skyhook-Prinzip bestmöglich bedämpfen soll. Zusätzlich werden statische Radlastverschiebungen durch Fahrbahn-Neigung in Längs- und Querrichtung identifiziert und es werden die besagten vier Eckenregler aufeinander durch Korrekturterme geeignet synchronisiert. Dabei wird die Neigung der Fahrbahn aus der Längs- oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs bei konstanter Fahrgeschwindigkeit und einer Gierrate vom Betrag Null abgeleitet.
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Während der im vorstehenden Absatz erstbeschriebene Stand der Technik für die doch in unterschiedlichsten Ausprägungen zu beobachtenden Fahrbahn-Kuppen wegen seines stark vereinfachten Ansatzes kein durchweg befriedigendes Ergebnis liefern kann, ist der zweitbeschriebene Stand der Technik extrem aufwändig und vermag dennoch nicht, geeignet auf einfache Kuppen zu reagieren, welche derart kurzfristig auftauchen, dass über die Auswertung der Fzg.-Längsbeschleunigung auch kein befriedigendes Ergebnis erzielt wird.
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Eine relativ einfach umsetzbare Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß wird neben der Sky-Hook-Ansteuerung eine spezielle Ansteuerung der einstellbaren Schwingungsdämpfer für das Befahren einer Kuppe oder Senke auf der Fahrbahn vorgesehen. Wird auf geeignete Weise erkannt, worauf an späterer Stelle noch eingegangen wird, dass eine Kuppe (im weiteren wird eine Senke der Einfachheit halber nicht mehr explizit erwähnt, jedoch soll eine solche quasi als Spiegelbild einer Kuppe als Alternative unter diesen Begriff fallen) befahren wird, so wird der Sky-Hook-Ansatz bei der Ansteuerung der verstellbaren Dämpfer für eine gewisse Zeitdauer nicht berücksichtigt, sondern es wir stattdessen eine vorgegebene Intensität der Bedämpfung eingestellt, wobei sowohl für die Zugstufe als auch für die Druckstufe des oder der Schwingungsdämpfer(s) ein eigener Wert für die Bedämpfungs-Intensität vorgegeben ist. Dabei erfolgt vorzugsweise eine gleichgerichtete Ansteuerung der Zugstufe und der Druckstufe, d. h. die Bedämpfungs-Intensitäten dieser beiden Stufen sind quasi aneinander gekoppelt, dahingehend, dass gegenüber einer Fortbewegung in der Ebene eine stärkere Bedämpfung in diesen beiden genannten Stufen erfolgt.
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Nochmals auf 2 Bezug nehmend kann damit beim Befahren des Abschnitts II das gewünschte Verhalten erreicht werden, nämlich dass die Tragfeder (3) möglichst wenig Bewegungsenergie speichert, was durch eine Erhöhung der Bedämpfungs-Intensität insbesondere in der Druckstufe erreicht werden kann. Gleiches gilt für das Befahren des Abschnitts IV, wo durch eine Erhöhung der Bedämpfungs-Intensität insbesondere in der Zugstufe der ansonsten möglicherweise feststellbare Rückstoßeffekt minimierbar ist und die Dauer eines ansonsten möglicherweise erfolgenden kurzen Flugs des Fahrzeugs signifikant verkürzt werden kann. Auch im Fahrbahn-Abschnitt V der 2 soll eine gegenüber dem Fahren in der Ebene (ohne Kuppe) erhöhte Bedämpfung sowohl in der Zugstufe als auch in der Druckstufe erfolgen, um ansonsten auftretende relativ starke Vertikalschwingungen des Fzg.-Aufbaus zu minimieren.
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Dabei wird vorgeschlagen, nicht einen einzigen Wert für die in der Zugstufe und in der Druckstufe einzustellende Bedämpfungs-Intensität vorzugeben, sondern es soll diese Bedämpfungs-Intensität von der Ausprägung der erkannten Kuppe abhängig sein. Diese genannte Ausprägung der Kuppe ist im Hinblick auf deren Auswirkung auf das Fahrwerk des Fahrzeugs bzw. auf die resultierende Vertikalbewegung des Fzg.-Aufbaus im wesentlichen von zwei Randbedingungen abhängig, nämlich vom Steigungswinkel des ansteigenden bzw. abfallenden Astes (= Neigungswinkel des Abschnitts II bzw. IV aus 2 gegenüber der Horizontal-Ebene, d. h. gegenüber dem dortigen Fahrbahn-Abschnitt I bzw. III) und von der Fahrgeschwindigkeit, mit der sich das Kraftfahrzeug über diese Kuppe hinwegbewegt. Vorzugsweise ist dabei der Bedämpfungsgrad der jeweiligen Dämpferstufe stufenlos zwischen einer minimalen und einer maximalen Bedämpfungs-Intensität bzw. sog. Dämpferkennung einstellbar.
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Um einer vorzeitigen Beendigung einer solchen Ansteuerung entgegenzuwirken, aber auch um die Bedämpfung über ein ausreichend langes Zeitintervall zu gewährleisten, soll dieser entsprechend eingestellte Bedämpfungsgrad (= Bedämpfungs-Intensität) für eine einstellbare Mindestzeit (Zeitdauer) gehalten werden. Diese Zeitdauer und/oder die Intensität der Bedämpfung kann jedoch herabgesetzt werden, wenn eine hohe Rauigkeit der Fahrbahn bspw. aufgrund eines schlechten Straßenbelags festgestellt wird um den Fahrkomfort nicht unangemessen lange herabzusetzen. Auf einen solchen Umstand kann bspw. anhand der Vertikalbeschleunigungen der Fahrzeug-Räder geschlossen werden.
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Ebenfalls wird die Zeitdauer der erfindungsgemäß eingestellten Bedämpfung und/oder deren Intensität verringert kritische Fahrsituationen wie eine starke negative Längsbeschleunigung (= starkes Abbremsen) oder eine hohe Querbeschleunigung (= starkes Einlenken) festgestellt werden, da für solche Fahrzustände typischerweise optimierte, diesen Situationen angepasste Regler zum Einsatz kommen, die die Bedämpfungs-Intensität an den einstellbaren Schwingungsdämpfern in sinnvoller(er) Weise einstellen. Insbesondere kann dann, wenn die Fahrzeug-Längsbeschleunigung oder die Fahrzeug-Querbeschleunigung einen jeweils vorgegebenen Grenzwert überschreitet, die besagte Zeitdauer auch den Wert „Null” annehmen, was zur Folge hat, dass dann die spezifisch für eine Kuppe oder eine Senke vorgesehene und von der Ausprägung dieser Kuppe bzw. Senke abhängige Bedämpfung überhaupt nicht eingestellt (und somit ausgeblendet) wird, sondern dass dann sofort eine Bedämpfung eingestellt wird, die der festgestellten Längsbeschleunigung oder Querbeschleunigung entspricht. Ferner kann, um einer fahrzeugtyp-spezifischen Achslastverteilung Rechnung tragen zu können, die erfindungsgemäße Bedämpfungs-Einstellung für die Schwingungsdämpfer an der Vorderachse des Fahrzeugs unabhängig von derjenigen an dessen Hinterachse einstellbar sein.
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Wie bereits erwähnt muss geeignet erkannt werden, dass eine Kuppe (oder eine Senke) befahren wird. Dies kann grundsätzlich auf eine Vielzahl von Arten erfolgen, so beispielsweise durch „optisches Abtasten” der Fahrbahn mit Hilfe einer Kamera und geeigneter Auswertung der aufgenommenen Bilder. Demgegenüber einfacher ist es jedoch, die Hubgeschwindigkeit des Fahrzeug-Aufbaus (= Geschwindigkeit des Fzg.-Aufbaus in Vertikalrichtung) zu betrachten und bei Überschreiten von Schwellwerten auf das Vorhandensein einer Kuppe zu schließen. Wie auch aus der bereits erläuterten 2 erkennbar ist, ist bei einer Auffahrt auf eine Kuppe die Vertikalgeschwindigkeit des Fzg.-Aufbaus deutlich positiv, d. h. der Aufbau wird geodätisch nach oben gedrückt, wobei gleichzeitig das Fahrwerk einfedert. Bei der Einfahrt in eine Fahrbahn-Senke ist die Vertikalgeschwindigkeit des Fzg.-Aufbaus deutlich negativ, d. h. der Aufbau fällt unter Schwerkrafteinfluss geodätisch nach unten, wobei gleichzeitig das Fahrwerk ausfedert. Je höher die Amplitude bzw. Schwankung von Aufbaugeschwindigkeit oder Höhenständen ausfällt, desto höher ist die Ausprägung der Kuppe. Der Grad der sog. SituationsAusprägung, d. h. mit welcher Bedämpfung auf eine bestimmte Kuppe regiert werden soll, kann von weiteren fahrdynamischen Werten, insbesondere von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, abhängig gemacht werden, denn das Überfahren einer bestimmten Kuppe wird naturgemäß bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten stark unterschiedlich wahrgenommen, weshalb eine Beeinflussung der Situations-Ausprägung über der bzw. durch die Fahrzeug-Geschwindigkeit sinnvoll ist.
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Die beigefügte 1 zeigt ein einfaches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bedämpfungsreglers für die Sondersituation einer Kuppe oder einer Senke auf/in der Fahrbahn, der dann anstelle eines grundsätzlich der Bedämpfungs-Einstellung an Fzg.-Schwingungsdämpfern zugrunde liegenden Sky-Hook-Ansatzes verwendet wird bzw. aktiv ist, wenn eine Kuppe oder Senke auf eine der beschriebenen Arten oder andersartig erkannt wurde.
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Eine erste Regler-Eingangsgröße mit der Bezugsziffer 11 ist die sog. Situations-Ausprägung, über die wie beispielhaft erwähnt die Vertikal-Geschwindigkeit des Fzg.-Aufbaus sowie die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs eingeht. Eine zweite Regler-Eingangsgröße mit der Bezugsziffer 12 ist die sog. Situations-Erkennung, in der erkannt wird, ob unter Berücksichtigung der Situations-Ausprägung der übliche Sky-Hook-Ansatz nicht weiter berücksichtigt, sondern stattdessen die Bedämpfung auf die geschilderte erfindungsgemäße Weise eingestellt werden soll. Eine dritte Regler-Eingangsgröße mit der Bezugsziffer 13 sind weitere Randbedingungen wie bspw. die Straßenrauigkeit und die aktuelle Längsbeschleunigung und Querbeschleunigung des Fahrzeugs.
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Im Regler selbst wird unter Zugrundelegung der Situations-Ausprägung 11 im Block (a) grundsätzlich entschieden, wie weich oder hart die Bedämpfung der Schwingungsdämpfer insgesamt eingestellt werden soll, d. h. ob unter Betrachtung des Fahrzeugs in seiner Gesamtheit eine maximal weiche oder eine maximal harte gesamthafte Bedämpfung oder ein bestimmter Zwischenwert zwischen diesen beiden Extremen eingestellt werden soll.
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Im Regler wird ferner im Block (b) ein sog. Halteglied aktiviert, das den im Block (a) erkannten gesamthaften Bedämpfungswert für eine gewisse Zeitdauer anstelle des Sky-Hook-Ansatzes aktiv schaltet, nachdem die Situations-Erkennung 12 (als eine Eingangsgröße dieses Blocks (b)) eine Kuppe oder Senke erkannt hat. Eine weitere Eingangsgröße dieses Blocks (b) ist die Länge dieser grundsätzlich variablen gewissen Zeitdauer, die im Block (d) festgelegt wird, und zwar anhand der genannten weiteren Randbedingungen mit der Bezugsziffer 13.
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Anschließend kann im Regler im Block (c) eine Ausblendung dieser soweit hinsichtlich Intensität und Zeitdauer festgelegten gesamthaften Bedämpfung erfolgen, wenn dies aufgrund der genannten weiteren Randbedingungen 13 erforderlich ist, wozu auf die Erläuterung vor diesen Figurenbeschreibung verwiesen wird. Schließlich wird in den folgenden einander parallel geschalteten Blöcken (e), (f), (g), (h) für jeden radindividuellen Schwingungsdämpfer anhand der zuvor festgelegten gesamthaften Bedämpfung die jeweilige individuelle Bedämpfung in der Zugstufe und Druckstufe durch einen vorgegebenen Berechnungsmodus festgelegt und letztlich entsprechend eingestellt.
