DE102010005041B4

DE102010005041B4 - Verfahren zum Regeln eines semi-aktiven Dämpfersystems

Info

Publication number: DE102010005041B4
Application number: DE201010005041
Authority: DE
Inventors: Frank Schimmack
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-01-21
Also published as: DE102010005041A1

Abstract

Verfahren zum Regeln eines aktiven Dämpfersystems für einen Kraftwagen mit den Schritten: – Bestimmen wenigstens eines Eingangsparameterwerts; – Bestimmen wenigstens eines Zwischenparameterwerts aus dem wenigstens einen Eingangsparameterwert mittels einer Fuzzy-Logik-Funktion; – Bestimmen einer Dämpfereinstellung des aktiven Dämpfersystems aus dem wenigstens einen Zwischenparameterwert sowie dem wenigstens einen Eingangsparameterwert mittels einer deterministischen Regelfunktion; – Einstellen des aktiven Dämpfersystems gemäß der bestimmten Dämpfereinstellung, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Eingangsparameterwert einen Straßenzustand eines Straßenabschnitts beschreibt, der auf einer erwarteten Fahrtstrecke vor dem Kraftwagen liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines semi-aktiven Dämpfersystems eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und 2.
Dämpfersysteme von Kraftwagen dienen zur Dämpfung von Schwingungen des Fahrzeugaufbaus, die durch Fahrwerkskräfte angeregt werden. Solche Schwingungen wirken sich negativ auf die Handhabung des Kraftwagens aus und werden als unkomfortabel empfunden. Der Grad der Schwingungsdämpfung hängt von der Dämpferhärte der Stoßdämpfer des Kraftwagens und von der Federhärte der Federn des Kraftwagens ab. Bei semi-aktiven Dämpfersystemen können diese Größen aktiv verändert werden, um den Grad der Dämpfung an die aktuelle Fahrsituation anzupassen.
Ein Verfahren zum Regeln eines semi-aktiven Dämpfersystems ist aus der DE 40 12 678 C2 bekannt. Das beschriebene Verfahren beruht auf der sogenannten Fuzzy-Logik. Im Gegensatz zur binären Booleschen Logik werden in der Fuzzy-Logik Aussagen nicht lediglich als „wahr” oder „falsch” bewertet, der Wahrheitswert einer Aussage kann vielmehr auch Zwischenzustände einnehmen. Die Fuzzy-Logik findet insbesondere in der Steuerungs- und Regelungstechnik Anwendung, da sie ermöglicht, unscharf definierte, auf Expertenwissen beruhende Steuerungs- oder Regelungskriterien mathematisch abzubilden.
Bei der Steuerung eines semi-aktiven Dämpfersystems kann Fuzzy-Logik benutzt werden, um das Schwingungsverhalten eines Fahrzeugaufbaus zu charakterisieren. Nach Lehre der DE 40 12 678 C2 werden hierzu zunächst mögliche Schwingungszustände des Fahrzeugs des Fahrzeugaufbaus in mehrere Anregungsklassen eingeteilt. Hierbei kann es sich im einfachsten Fall um Frequenzbereiche handeln. Jeder dieser Anregungsklassen ist eine sogenannte Zugehörigkeitsfunktion (membership function) zugeordnet, welche für einen konkreten Schwingungszustand des Fahrzeugs die Zugehörigkeit (degree of membership) des Zustands zu der jeweiligen Anregungsklasse definiert. Die Zugehörigkeit ist dabei keine absolute wahr/falsch-Aussage, sondern ein gewichteter Wert. Ein Zustand kann mehreren Klassen angehören, wobei die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Klasse „größer” sein kann als zu einer anderen.
Aus den Zugehörigkeiten des Schwingungszustands des Fahrzeugs zu den vorher definierten Anregungsklassen wird dann unmittelbar eine Einstellung für das semi-aktive Dämpfersystem ermittelt. Eingestellt wird hierbei eine Dämpfungskraft eines einstellbaren Dämpfers, eine Federhärte einer einstellbaren Feder oder dergleichen.
Aus der gattungsbildenden DE 43 02 884 A1 ist ferner ein Verfahren zum Regeln eines Dämpfersystems bekannt, bei welchem eine Eingangsgröße zunächst zur Ermittlung eines Zwischenparameters auf Grundlage einer Fuzzy-Logik-Funktion herangezogen wird und anschließend zusammen mit dem Zwischenparameterwert zu einer deterministischen Regelung des Dämpfersystems verwendet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Regeln eines semi-aktiven Dämpfersystems eines Kraftwagens bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2.
Bei einem solchen Verfahren wird zunächst wenigstens ein Eingangsparameterwert bestimmt. Mittels einer Fuzzy-Logik-Funktion wird aus dem wenigstens einen Eingangsparameterwert wenigstens ein Zwischenparameterwert ermittelt, welcher wiederum als Eingangsgröße für eine deterministische Regelfunktion verwendet wird. Aus dem Zwischenparameterwert in Verbindung mit dem wenigstens einen Eingangsparameterwert wird mittels der Regelfunktion die eigentliche Dämpfereinstellung bestimmt und das semi-aktive Dämpfersystem entsprechend eingestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren verbindet also eine Fuzzy-Logik-basierte Regelung mit einer konventionellen deterministischen Regelfunktion. Die Fuzzy-Logik-Funktion dient zur Vorsteuerung der konventionellen Regelfunktion. Im Gegensatz zum Stand der Technik liefert also die Fuzzy-Logik-Funktion nicht unmittelbar die Dämpfereinstellung für das semi-aktive Dämpfersystem. Damit erhält man eine vorteilhafte Kombination des robusten und gut vorhersagbaren Regelverhaltens konventioneller deterministischer Regelfunktionen mit dem besonders gleichmäßigen Regelverhalten der Fuzzy-Logik-Regelung.
Der Fuzzy-Logik-Funktion und der deterministischen Regelfunktion können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens unterschiedliche oder auch gleiche Eingangsparameterwerte zugeführt werden.
Der wenigstens eine Parameterwert beschreibt einen Straßenzustand eines auf einer erwarteten Fahrtstrecke vor dem Kraftwagen gelegenen Straßenabschnitts. Solche Werte können durch vorausschauende Sensoren, beispielsweise durch Radar- oder Videosysteme, bestimmt werden. Bei Verwendung eines Navigationsgeräts ist es ferner möglich, Informationen zum Straßenzustand auf einer geplanten Fahrtstrecke aus einer Datenbank zu entnehmen. Auf Basis dieser Werte kann das Dämpfersystem vorausschauend geregelt werden, so dass auch bei wechselnden Fahrbahnbedingungen immer eine besonders komfortable Dämpferregelung gewährleistet ist.
Bevorzugt wird die Dämpfereinstellung des aktiven Dämpfersystems zusätzlich aus wenigstens einem weiteren Eingangsparameterwert bestimmt, wobei der wenigstens eine weitere Eingangsparameterwert eine Schwingungsanregung des Kraftwagens beschreibt. Solche Werte können beispielsweise durch Beschleunigungssensoren, die zeitabhängig eine Vertikalbeschleunigung des Aufbaus messen, bestimmt werden. Diese Werte sind ein direktes Maß für die Regelgröße des Dämpfersystems, nämlich den Schwingungszustand des Fahrzeugs, und daher von besonderer Bedeutung für die Regelung.
Neben der Schwingungsanregung kann der wenigstens eine weitere Parameterwert auch einen Straßenzustand eines momentan befahrenen Straßenabschnitts beschreiben. Solche Werte können beispielsweise durch Messung der vertikalen Radbewegung erhalten werden. Sie sind ein direktes Maß für eine Störgröße des Regelsystems. Kenntnis dieser Werte ermöglicht es, die Dämpfereinstellung so zu wählen, dass präventiv zu erwartende Schwingungsanregungen vermieden werden.
Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren, bei welchem zunächst wenigstens ein Eingangsparameterwert bestimmt wird. Mittels einer Fuzzy-Logik-Funktion wird aus dem wenigstens einen Eingangsparameterwert wenigstens ein Zwischenparameterwert ermittelt, welcher wiederum als Eingangsgröße für eine deterministische Regelfunktion verwendet wird. Aus dem Zwischenparameterwert in Verbindung mit dem wenigstens einen Eingangsparameterwert und wenigstens einem weiteren Eingangsparameterwert wird mittels der Regelfunktion die eigentliche Dämpfereinstellung bestimmt und das semi-aktive Dämpfersystem entsprechend eingestellt. Der wenigstens eine Parameterwert und der wenigstens eine weitere Parameterwert beschreiben einen Straßenzustand eines auf einer erwarteten Fahrtstrecke vor dem Kraftwagen gelegenen Straßenabschnitts.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1: Eine schematische Darstellung der Regelung eines semi-aktiven Dämpfersystems mittels einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2: eine grafische Repräsentation einer Fuzzy-Logik-Funktion zur Verwendung mit einer Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein im Ganzen mit 10 bezeichneter Kraftwagen weist Stoßdämpfer 12 auf, um Schwingungen der gefederten Massen des Kraftwagens zu dämpfen. Die Stoßdämpfer 12 sind als semi-aktive Systeme ausgelegt, ihre Dämpferhärte kann also verstellt werden. Informationen über die Schwingungsanregung eines Kraftwagenaufbaus werden an eine Regelvorrichtung 14 übermittelt, welche aus diesen Informationen Vorgaben für eine Einstellung der Stoßdämpfer an eine Steuervorrichtung 16 übermittelt. Diese steuert die Stoßdämpfer 12 an und stellt deren Dämpferharte auf den vorgegebenen Wert ein.
Die Informationen über die Schwingungsanregung des Kraftwagenaufbaus können beispielsweise über Beschleunigungssensoren ermittelt werden, welche Vertikalbeschleunigungen des Kraftwagenaufbaus zeitaufgelöst erfassen.
Die Regelvorrichtung 14 analysiert diese Information zunächst mit Hilfe eines Fuzzy-Logik-Funktionsblocks 17. Dieser dient der Einordnung konkreter Schwingungszustände des Kraftwagenaufbaus in unscharf definierte Klassen (starke Anregung, mittlere Anregung, schwache Anregung). 2 veranschaulicht das Wirkprinzip des Funktionsblocks 17. Mehrere sogenannte Zugehörigkeitsfunktionen bilden jeweils einen auf der Ordinate des Graphen in 2 aufgetragenen Schwingungszustand des Kraftwagenaufbaus auf den Wertebereich zwischen 0 und 1 ab. Für jede Klasse der gewünschten Klassifizierung ist eine solche Zugehörigkeitsfunktion definiert. Die durch die Kurve 18 dargestellte Zugehörigkeitsfunktion bestimmt die Zugehörigkeit eines Schwingungszustands in die Klasse „schwache Anregung”, Kurve 20 veranschaulicht die Zugehörigkeitsfunktion der Klasse „mittlere Anregung” und Kurve 22 die Zugehörigkeitsfunktion der Klasse „starke Anregung”.
Das Grundprinzip der Fuzzy-Logik ist, dass ein Zustand auch mehreren Klassen angehören kann, wobei das Ausmaß der Angehörigkeit zu einer Klasse durch den Wert der jeweiligen Zugehörigkeitsfunktion gegeben ist. Der durch die punktierte Linie 24 repräsentierte Schwingungszustand der Karosserie gehört beispielsweise den Klassen „schwache Anregung” und „mittlere Anregung” an, wobei seine Zugehörigkeit zur Klasse „mittlere Anregung” größer ist als seine Zugehörigkeit zur Klasse „schwache Anregung”.
Regelung durch Fuzzy-Logik-Funktionen stellt ein besonders gleichmäßiges Regelverhalten im Übergangsbereich zwischen den Klassen sicher und ermöglichen eine Klassifizierung von Regel- und Störgrößen auf Grundlage von unscharf definiertem Expertenwissen.
Die Ergebnisse der Analyse der Schwingungsanregung des Kraftwagenaufbaus durch den Fuzzy-Logik-Funktionsblock 17 werden einem deterministischen Regelalgorithmus 26 zugeführt, der aus diesen Ergebnissen und gegebenenfalls aus weiteren Daten konkrete Steueranweisungen für die Steuervorrichtung 16 ermittelt.
Neben den ausgewerteten Informationen über die Schwingungsanregung kann der Regelalgorithmus 26 auch Daten über einen Straßenzustand verarbeiten. Diese können aus durch direkte Messung gewonnen werden. Beispielsweise ist es möglich, die vertikale Bewegung der Räder des Kraftwagens zu überwachen oder auch vorausschauend den Straßenzustand durch Radarmessungen oder dergleichen zu bestimmen. Ferner können Navigationsgeräte Datenbanken über den Straßenzustand auf einer geplanten Fahrtstrecke bereitstellen. Auch die momentane Fahrtgeschwindigkeit, die Kurvenlage sowie Vorgaben über ein gewünschtes Verhalten des Fahrwerks („sportlich”, „komfortabel”) können in die Regelung einfließen.

Claims

Verfahren zum Regeln eines aktiven Dämpfersystems für einen Kraftwagen mit den Schritten: – Bestimmen wenigstens eines Eingangsparameterwerts; – Bestimmen wenigstens eines Zwischenparameterwerts aus dem wenigstens einen Eingangsparameterwert mittels einer Fuzzy-Logik-Funktion; – Bestimmen einer Dämpfereinstellung des aktiven Dämpfersystems aus dem wenigstens einen Zwischenparameterwert sowie dem wenigstens einen Eingangsparameterwert mittels einer deterministischen Regelfunktion; – Einstellen des aktiven Dämpfersystems gemäß der bestimmten Dämpfereinstellung, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Eingangsparameterwert einen Straßenzustand eines Straßenabschnitts beschreibt, der auf einer erwarteten Fahrtstrecke vor dem Kraftwagen liegt.
Verfahren zum Regeln eines aktiven Dämpfersystems für einen Kraftwagen mit den Schritten: – Bestimmen wenigstens eines Eingangsparameterwerts; – Bestimmen wenigstens eines Zwischenparameterwerts aus dem wenigstens einen Eingangsparameterwert mittels einer Fuzzy-Logik-Funktion; – Bestimmen einer Dämpfereinstellung des aktiven Dämpfersystems aus dem wenigstens einen Zwischenparameterwert sowie dem wenigstens einen Eingangsparameterwert und wenigstens einem weiteren Eingangsparameterwert mittels einer deterministischen Regelfunktion; – Einstellen des aktiven Dämpfersystems gemäß der bestimmten Dämpfereinstellung, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Eingangsparameterwert und der wenigstens eine weitere Eingangsparameterwert einen Straßenzustand eines Straßenabschnitts beschreiben, der auf einer erwarteten Fahrtstrecke vor dem Kraftwagen liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfereinstellung des aktiven Dämpfersystems zusätzlich aus wenigstens einem weiteren Eingangsparameterwert bestimmt wird, wobei der wenigstens eine weitere Eingangsparameterwert eine Schwingungsanregung eines Kraftwagens beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfereinstellung des aktiven Dämpfersystems zusätzlich aus wenigstens einem weiteren Eingangsparameterwert bestimmt wird, wobei der wenigstens eine weitere Eingangsparameterwert einen Straßenzustand eines momentan befahrenen Straßenabschnitts beschreibt.