DE102010029947A1 - Method for controlling active/semi-active vertical-dynamic system e.g. active body control, in wheel suspension of two-lane four-wheel motor car, involves detecting vertical track profile and lengthwise-lying track profile - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines aktiven oder semiaktiven vertikaldynamischen Systems in der Radaufhängung eines Fahrzeugs, wobei Abweichungen von einer völlig ebenen Fahrbahn mittels einer Sensorik erkannt werden und daraufhin das vertikaldynamische System zur Erzielung eines komfortablen oder sicheren Fahrverhaltens des Fahrzeugs unter Berücksichtigung dieser Abweichungen geeignet angesteuert wird. Zum Stand der Technik wird auf die
Grundsätzlich ist es bekannt und erwünscht, mit aktiven oder semiaktiven Systemen die Vertikaldynamik eines Fahrzeugs, insbesondere eines zweispurigen zweiachsigen Kraftfahrzeugs, in gewünschter Weise zu beeinflussen. Dem Fachmann bekannte semiaktive Systeme sind beispielsweise Dämpfer, deren Dämpfungscharakteristik veränderbar sind und die daher in unterschiedlicher Weise auf von außen in die Radaufhängung eingeleitete Kräfte reagieren können. Aktive Systeme hingegen können selbst Kräfte in die Radaufhängung einleiten. Beispiele für aktive vertikaldynamische Systeme sind geteilte Querstabilisatoren mit integriertem Aktuator, welcher die beiden Stabilisatorhälften gegeneinander tordieren kann, oder die dem Fachmann ebenfalls bekannte sog. Federfußpunkt-Verschiebung oder das sog. „Active Body Control (ABC)”.In principle, it is known and desirable to influence the vertical dynamics of a vehicle, in particular a two-lane two-axle motor vehicle, in the desired manner with active or semi-active systems. Semi-active systems known to the person skilled in the art are, for example, dampers whose damping characteristics can be changed and which can therefore react in different ways to forces introduced from outside into the wheel suspension. By contrast, active systems can themselves introduce forces into the suspension. Examples of active vertical dynamic systems are split anti-roll bars with integrated actuator, which can twist the two stabilizer halves against each other, or the so-called. Federfußpunkt-shift or the so-called. "Active Body Control (ABC)" also known to those skilled in the art.
Solche Systeme können nur nach geeigneter Ansteuerung ihre gewünschte Wirkung entfalten, wobei diese Ansteuerung in verschiedensten Fällen praktisch zu spät erfolgt, da die Information, dass eine entsprechende Ansteuerung hilfreich wäre, aus einer Reaktion des Fahrwerks bzw. der Radaufhängung auf eine Störung in der Fahrbahn hin, d. h. auf eine Abweichung von einer völlig ebenen Fahrbahn-Oberfläche, abgeleitet wird. Zwar ist es grundsätzlich bekannt, dass aus dem Verhalten des Vorderrads des Fahrzeugs beispielsweise beim Überfahren einer Bodenschwelle oder dgl. darauf geschlossen werden kann, dass kurze Zeit später das Fahrzeug-Hinterrad auf die gleiche Bodenschwelle auftrifft, so dass ein semiaktives oder aktives vertikaldynamisches System dieses Hinterrads bereits vor Erreichen dieser Bodenschwelle geeignet angesteuert werden kann, jedoch ist eine solche quasi vorausschauende Ansteuerung logischerweise nur für die Hinterräder des Kraftfahrzeugs möglich.Such systems can develop their desired effect only after appropriate control, this control is practically too late in a variety of cases, since the information that a corresponding control would be helpful from a reaction of the chassis or the suspension on a disturbance in the road , d. H. derived from a departure from a completely flat road surface. Although it is generally known that from the behavior of the front wheel of the vehicle, for example, when driving over a threshold or the like. It can be concluded that a short time later, the vehicle rear wheel impinges on the same threshold, so that a semi-active or active vertical dynamic system this Rear wheel can be suitably controlled before reaching this threshold, but such quasi-predictive control is logically only possible for the rear wheels of the motor vehicle.
Aus der eingangs genannten Schrift ist es bekannt, dass eine entsprechende vorausschauende Ansteuerung auch für die Vorderräder des Fahrzeugs erfolgen kann, wenn am Fahrzeug ein sog. Fahrbahnsensor vorgesehen ist, der den Oberflächenzustand der Fahrbahn überwacht. Dabei ist dieser Fahrbahnsensor durch einen Ultraschallsensor gebildet, der ein Ultraschallsignal zur Fahrbahn sendet und das von der Fahrbahnoberfläche reflektierte Ultraschallsignal empfängt, um zur Bestimmung der Fahrzeughöhe relativ zur Fahrbahnoberfläche das Intervall zwischen der Aussendung des Ultraschallsignals und dem Empfang des reflektierten Signals zu überwachen. Mit dieser Sensorik soll insbesondere die Rauhigkeit der Fahrbahnoberfläche bewertet werden können und weiterhin sollen „bumps”, d. h. Buckel oder Bodenwellen, sowie Kanaldeckel und Löcher erkannt werden. Letzteres dürfte mit einem Ultraschallsensor jedoch nur bei sehr geringen Fahrgeschwindigkeiten des Fahrzeugs möglich sein.From the above-mentioned document it is known that a corresponding anticipatory control can also be done for the front wheels of the vehicle when the vehicle is a so-called. Roadway sensor is provided which monitors the surface condition of the road. In this case, this road sensor is formed by an ultrasonic sensor which transmits an ultrasonic signal to the road surface and receives the ultrasonic signal reflected from the road surface to monitor the interval between the transmission of the ultrasonic signal and the reception of the reflected signal to determine the vehicle height relative to the road surface. With this sensor, in particular the roughness of the road surface should be assessed and continue to "bumps", d. H. Hump or bumps, as well as manhole covers and holes are detected. The latter should be possible with an ultrasonic sensor, however, only at very low speeds of the vehicle.
Für ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Verbesserung aufzuzeigen, mit Hilfe derer auch bei höheren Fahrgeschwindigkeiten eine größere Menge von Information über die Fahrbahnstruktur oder das Fahrbahnprofil gewonnen werden kann, um unter Ausnutzung dieser weiteren Informationen das semiaktive oder aktive vertikaldynamische System insbesondere auch eines Fahrzeug-Vorderrads verbessert ansteuern zu können, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.For a method according to the preamble of claim 1 to show an improvement by means of which a larger amount of information about the roadway structure or the roadway profile can be obtained even at higher speeds in order to take advantage of this additional information, the semi-active or active vertical dynamic system in particular one To be able to drive vehicle front wheel improved, is an object of the present invention.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass als Sensorik eine Kamera zum Einsatz kommt, die optisch das vorausliegende Fahrbahnprofil erfasst, wobei neben einem sog. vertikalen Fahrbahnprofil, dessen Abweichung (von einer völlig ebenen Fahrbahn) insbesondere durch eine Senke oder eine Überhöhung (= Buckel oder Bodenwelle) gebildet ist, auch das sog. längsliegende Fahrbahnprofil, dessen Abweichung eine Steigung oder ein Gefälle ist, erfasst wird. Demzufolge werden also sowohl positive Abweichungen von einer völlig ebenen Fahrbahn, die sich in Vertikalrichtung nach oben erstrecken, als auch negative Abweichungen von einer völlig ebenen Fahrbahn, die sich in Vertikalrichtung nach unten erstrecken, erfasst, wobei es sich bei diesen Abweichungen sowohl um sog. „lokale” als auch um sog. „globale” Abweichungen handeln kann. Unter einer „lokalen” Abweichung wird ein eine negative Abweichung darstellendes Schlagloch oder ein eine positive Abweichung darstellender Buckel, verstanden, die sich in Fahrtrichtung des Fahrzeugs jeweils nur über einen Bruchteil der Länge des Fahrzeugs erstrecken. Unter einer „globalen” Abweichung wird eine Steigungsstrecke oder Gefällestrecke im vorausliegenden Fahrbahnabschnitt verstanden, die sich in Fahrtrichtung des Fahrzeugs betrachtet jeweils über ein Mehrfaches der Länge des Fahrzeugs erstrecken.The solution to this problem is characterized in that a camera is used as a sensor which optically detects the preceding roadway profile, wherein in addition to a so-called. Vertical roadway profile whose deviation (from a completely flat road) in particular by a sink or an elevation (= Hump or bump) is formed, also the so-called. Longitudinal roadway profile whose deviation is a slope or a slope is detected. Accordingly, both positive deviations from a completely flat road surface, which extend in the vertical direction upwards, as well as negative deviations from a completely flat road surface, which extend in the vertical direction down, detected, wherein these deviations are both so-called. "Local" as well as so-called "global" deviations can act. A "local" deviation is understood to mean a pothole representing a negative deviation or a hump representing a positive deviation, which extend in the direction of travel of the vehicle only over a fraction of the length of the vehicle. A "global" deviation is understood to mean an uphill or downhill slope in the preceding roadway section which, viewed in the direction of travel of the vehicle, extends in each case over a multiple of the length of the vehicle.
Dabei wird vorgeschlagen, als Sensorik für die Erfassung von Abweichungen von einer völlig ebenen Fahrbahnoberfläche eine Kamera zu verwenden, wie sie künftig in Fahrzeugen insbesondere in Verbindung mit Spurhalte-Assistenzsystemen oder dgl. vermehrt zum Einsatz kommen wird. Aus diesem bereits zur Serienreife gebrachtem Anwendungsfall eines Spurhalte-Assistenzsystems ist eine geeignete Auswertung des von der Kamera aufgenommenen Bildes der Fahrbahn bereits grundsätzlich bekannt und als praktikabel nachgewiesen. Vorliegend wird nun vorgeschlagen, im Rahmen der Auswertung der Kamerabilder auch Abweichungen von einer ebenen Fahrbahnoberfläche zu registrieren und diese Information dann einem Steuerungssystem für ein semiaktives oder aktives vertikaldynamisches System der Fahrzeug-Radaufhängung geeignet zur Verfügung zu stellen. Mit einer solchen Bildauswertung kann also beispielsweise festgestellt werden, dass sich in einem messbaren Abstand vor dem Vorderrad auf der Fahrbahn ein Buckel befindet. It is proposed to use as a sensor for the detection of deviations from a completely flat road surface, a camera, as they will be increasingly used in vehicles in particular in conjunction with lane keeping assistance systems or the like. For this application already made ready for series production of a lane keeping assistance system, a suitable evaluation of the image of the lane taken by the camera is already known in principle and proven to be practicable. In the present case, it is now proposed to also register deviations from a flat road surface as part of the evaluation of the camera images and to then make this information suitably available to a control system for a semi-active or active vertical dynamic system of the vehicle suspension. With such an image evaluation, it can thus be determined, for example, that a hump is located at a measurable distance in front of the front wheel on the road.
In Kenntnis der aktuellen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann daraufhin einfach ermittelt werden, zu welchem Zeitpunkt das Vorderrad des Fahrzeugs den soeben genannten Buckel erreicht, woraufhin beispielsweise die zunächst relativ harte Dämpfungscharakteristik des der Tragfeder dieses Vorderrads parallel geschalteten Dämpfers kurzzeitig sehr weich eingestellt wird, und zwar im wesentlichen solange, bis dieses Rad die Spitze des Buckels erreicht hat. Mit darauf folgendem Abrollen von diesem Buckel wird wieder auf eine härtere Charakteristik übergegangen, um ein Nachfedern des Fahrzeug-Aufbaus zu verhindern.Knowing the current driving speed of the vehicle can then be easily determined at what time the front wheel of the vehicle reaches the just mentioned hump, whereupon, for example, the initially relatively hard damping characteristic of the suspension spring of this front wheel parallel damper is set very soft for a short time, in the essentially until this wheel has reached the top of the hump. With subsequent unwinding of this hump is reverted to a harder characteristic to prevent Nachspredern of the vehicle body.
Neben der soeben beispielhaft geschilderten Erkennung einer Überhöhung in Form eines Buckels ist analog die Registrierung und Einstellung eines semiaktiven oder aktiven vertikaldynamischen Systems beispielsweise für ein Schlagloch oder allgemein für eine Senke möglich. Diese beiden Abweichungen von einer völlig ebenen Fahrbahn in Vertikalrichtung, nämlich eine Überhöhung und eine Senke, stellen in der vorliegend verwendeten Terminologie Abweichungen im vertikalen Fahrbahnprofil dar.In addition to the just described as an example detection of an elevation in the form of a hump is analogous to the registration and setting of a semi-active or active vertical dynamic system, for example, for a pothole or generally for a sink possible. These two deviations from a completely flat road in the vertical direction, namely an elevation and a sink, represent in the presently used terminology deviations in the vertical roadway profile.
Erfindungsgemäß wird neben diesem vertikalen Fahrbahnprofil auch das vorliegend sog. längsliegende Fahrbahnprofil erfasst, dessen Abweichung von einer völlig ebenen Fahrbahn eine Steigung oder ein Gefälle ist. Naturgemäß ist für das Einfahren in eine Steigung oder das Befahren eines Gefälles eine andere Ansteuerung eines aktiven oder semiaktiven vertikaldynamischen Systems in der Fahrzeug-Radaufhängung sinnvoll als beim Überfahren eines sich nur über eine äußerst kurze Strecke erstreckenden Buckels, weshalb vorliegend zwischen einer beim Befahren eines entsprechenden Fahrbahnabschnitts mit einer gewissen Geschwindigkeit nur kurzzeitigen, „lokalen” vertikalen Abweichung, nämlich im sog. vertikalen Fahrbahnprofil, und einer länger anhaltenden „globalen” vertikalen Abweichung, nämlich im sog. längsliegenden Fahrbahnprofil, unterschieden wird.According to the invention, in addition to this vertical roadway profile, the presently so-called longitudinal roadway profile is detected, the deviation of which from a completely flat roadway is an incline or a gradient. Of course, for driving into a slope or driving on a slope another control of an active or semi-active vertical dynamic system in the vehicle suspension useful than when driving over a very short distance extending hump, why present between a when driving a corresponding Lane section with a certain speed only short-term, "local" vertical deviation, namely in the so-called vertical roadway profile, and a longer-lasting "global" vertical deviation, namely in the so-called longitudinal roadway profile, a distinction.
Was die sinnvolle bzw. geeignete Ansteuerung des aktiven oder semiaktiven vertikaldynamischen Systems in der Fahrzeug-Radaufhängung betrifft, so sind hierfür unterschiedliche Auslegungsphilosophien möglich. Zwar kann zunächst die Komfort-Orientierung im Vordergrund stehen, jedoch sollte einem stabilen, sicheren Fahrverhalten des Fahrzeugs stets der Vorrang eingeräumt werden. Die Ansteuerung sollte daher stets so erfolgen, dass jedes Rad eine ausreichende Bodenhaftung aufweist, um gegebenenfalls benötigte Längskräfte zum Vortrieb und insbesondere zum Abbremsen übertragen zu können.As far as the sensible or suitable activation of the active or semi-active vertical dynamic system in the vehicle suspension is concerned, different design philosophies are possible for this purpose. Although comfort orientation may initially be the focus of attention, a stable, safe handling of the vehicle should always be given priority. The control should therefore always be such that each wheel has sufficient traction in order to transmit any required longitudinal forces for propulsion and especially for braking can.
Neben dem genannten vertikalen Fahrbahnprofil und dem längsliegenden Fahrbahnprofil kann weiterhin das sog. querliegende Fahrbahnprofil, dessen Abweichung insbesondere eine Seitenneigung darstellt, erfasst werden. Zwar wird es in den wenigsten Fällen erwünscht sein, im Falle einer zur Seite hin, d. h. in Querrichtung geneigten Fahrbahn den Fahrzeug-Aufbau durch ein aktives vertikaldynamisches System im wesentlichen horizontal auszurichten, jedoch kann es zur Sicherstellung einer ausreichenden Kraftübertragung zwischen den Rädern und der Fahrbahn durchaus erwünscht oder erforderlich sein, bei erkannter Seitenneigung der Fahrbahn eine hieran angepasste Radlast-Verteilung mittels eines aktiven (oder semiaktiven) vertikaldynamischen Systems einzustellen.In addition to the said vertical roadway profile and the longitudinal roadway profile, the so-called transverse roadway profile, the deviation of which in particular represents a lateral inclination, can furthermore be detected. Although it will be desirable in the fewest cases, in the case of one to the side, d. H. in the transverse direction inclined roadway to align the vehicle body by an active vertical dynamic system substantially horizontally, however, it may be desirable or necessary to ensure sufficient power transmission between the wheels and the road, with recognized lateral inclination of the road a thereto adapted wheel load distribution means an active (or semi-active) vertical dynamic system.
Es kann die Erfassung der genannten Abweichungen von einer völlig ebenen Fahrbahn vorteilhafterweise radindividuell erfolgen, indem mit der Kamera eine individuelle Erfassung für das Vorderrad oder die Vorderräder erfolgen kann und aus dem bekannten Radstand des Fahrzeugs über die Fahrgeschwindigkeit auf den Zeitpunkt geschlossen wird, zu welchem das jeweiligen Hinterrad auf die besagte Abweichung trifft. Alternativ oder in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der jeweiligen Abweichung ist es jedoch auch möglich, beide (oder sämtliche) Räder einer Fahrzeug-Seite quasi zusammenzufassen und deren aktive oder semiaktive vertikaldynamische Systeme gleichartig sowie gleichzeitig geeignet anzusteuern.It can be done wheel individually for the detection of said deviations from a completely flat roadway by the camera with an individual detection for the front wheel or the front wheels and is closed from the known wheelbase of the vehicle on the vehicle speed to the time at which the respective rear wheel meets the said deviation. Alternatively or depending on the configuration of the respective deviation, however, it is also possible to virtually combine both (or all) wheels of a vehicle side and to actuate their active or semiactive vertical dynamic systems in a similar manner and at the same time suitably.
Schließlich ist es unter Berücksichtigung der Querdynamik des Fahrzeugs auch möglich, für jedes Rad des Fahrzeugs einen sog. individuellen „Fahrschlauch” zu erstellen und auszuwerten, in dem sich das Rad bei einer Fortbewegung des Fahrzeugs befinden wird. So kann bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs, die unter den Begriff der Querdynamik zu subsummieren ist, bspw. im Falle einer Rechtskurve durchaus der Fall auftreten, dass zwar das linke Vorderrad des Fahrzeugs durch ein Schlagloch fährt, das linke Hinterrad hingegen nicht, da das Hinterrad einer Fahrzeugseite bekanntlich einen anderen Kurvenradius befährt als das Vorderrad der gleichen Fahrzeugseite. In einem solchen Fall kann und sollte daher nur das vertikaldynamische System des betroffenen Vorderrades aktiviert werden und auf die bevorstehende Schlagloch-Durchfahrt reagieren, das vertikaldynamische System des auf der gleichen Fahrzeugseite befindlichen Hinterrades hingegen nicht.Finally, taking into account the lateral dynamics of the vehicle, it is also possible to create and evaluate a so-called individual "driving tube" for each wheel of the vehicle in which the wheel will be located when the vehicle is moving. Thus, in a cornering of the vehicle, which is subsumed under the concept of lateral dynamics, for example, in the case of a right turn quite possibly the case occur that although the left front wheel of the vehicle drives through a pothole, the left rear wheel, however, not because the rear of a vehicle side known to drive a different turning radius than the front of the same vehicle side. In such a case, therefore, only the vertical dynamic system of the affected front wheel can and should be activated and react to the impending pothole passage, the vertical dynamic system of the rear wheel located on the same side of the vehicle, however, not.
Grundsätzlich kann, wie bereits kurz geschildert wurde, die Ansteuerung der vertikaldynamischen Systeme der Räder bzw. Radaufhängungen über der Zeit erfolgen, indem aus dem über die Bildauswertung der Kamera gemessenen Abstand in Kenntnis der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs der Zeitpunkt ermittelt wird, zu welchem ein betroffenes Rad auf eine erkannte Abweichung auftrifft; alternativ ist selbstverständlich auch die direkte Berücksichtigung der vom Fahrzeug zurückgelegten Distanz möglich, d. h. dass beobachtet und ausgewertet wird, wie weit das Fahrzeug bzw. das betroffene Rad noch von der erkannten Abweichung beabstandet ist.Basically, as already briefly described, the control of the vertical dynamic systems of wheels or suspension over time done by the time measured by the image analysis of the camera with knowledge of the vehicle speed of the time is determined to which an affected wheel encounters a detected deviation; Alternatively, of course, the direct consideration of the distance traveled by the vehicle is possible, d. H. it is observed and evaluated how far the vehicle or the affected wheel is still at a distance from the detected deviation.
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