DE102012009882A1

DE102012009882A1 - Verfahren zur Steuerung eines aktiven Fahrwerks

Info

Publication number: DE102012009882A1
Application number: DE201210009882
Authority: DE
Inventors: Andreas Schindler; Christoph Göhrle; Oliver Sawodny
Original assignee: Audi AG; Universitaet Stuttgart
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-11-21
Anticipated expiration: 2032-05-19
Also published as: DE102012009882B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung eines aktiven Fahrwerks (2) eines eine Fahrbahn (9) befahrenden Kraftfahrzeugs (1) wird mittels wenigstens eines an dem Kraftfahrzeug (1) angebrachten Sensors (10) ein Höhenprofil der vor dem Kraftfahrzeug (1) liegenden Fahrbahn (9) ermittelt. In einer mit dem Sensor (10) verbundenen Steuereinrichtung (11) werden aus dem Höhenprofil Ansteuersignale für wenigstens einen auf wenigstens ein Element des aktiven Fahrwerks (2) wirkenden Aktuator (8) erzeugt. In dem Steuergerät (11) werden in aufeinanderfolgenden Zeitschritten eine Prädiktion des Fahrzeugverhaltens und der Auswirkungen des Ansteuersignals auf den wenigstens einen Aktuator (8) mittels eines virtuellen Fahrzeugmodells (14) bewertet und durch Lösen eines linear-quadratischen Optimierungsproblems wird eine optimale Ansteuerung für den wenigstens einen Aktuator (8) des aktiven Fahrwerks (2) zur Beeinflussung wenigstens einer vorgegebenen Eigenschaft berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines aktiven Fahrwerks eines eine Fahrbahn befahrenden Kraftfahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Aus der DE 10 2008 007 657 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt. Dabei wird ein Fahrbahnhöhenprofil ermittelt und das aktive Fahrwerk des Kraftfahrzeugs wird in Abhängigkeit von dem Fahrbahnhöhenprofil beeinflusst. In einem Filterschritt wird aus dem Fahrbahnhöhenprofil in Fahrtrichtung und entgegen der Fahrtrichtung eine gefiltertes Höhenprofil gebildet.
Die DE 10 2006 039 353 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beeinflussung eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, bei welchem eine das Höhenprofil einer in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs vorausliegenden Fahrtstrecke wiedergebende Vorhersagegröße ermittelt wird. Die Federkraftcharakteristik einer Radfedereinrichtung des aktiven Fahrwerks wird in Abhängigkeit der ermittelten Vorhersagegröße an den Verlauf des Höhenprofils angepasst.
Ein Verfahren zum Steuern der Fahrdynamik eines Kraftfahrzeugs ist in der DE 10 2010 013 178 A1 beschrieben. Hierbei wird mittels eines Fahrbahnsensors ein Fahrbahnprofil ermittelt und die Fahrdynamik wird in Abhängigkeit des Fahrbahnprofils gesteuert. Um die Fahrdynamik zu verbessern, werden die Sensordaten für eine zweidimensionale Ausdehnung des Fahrbahnprofils ermittelt und es wird zusätzlich eine auf eine Querdynamik wirkende Störgröße ermittelt.
Ein Verfahren zur Ermittlung des einem Fahrzeug vorausliegenden Straßenprofils ist in der DE 10 2009 033 219 A1 beschrieben. Die erfassten Bilddaten und/oder erfasste Daten bezüglich der eigenen Bewegung des Fahrzeugs werden einer Schätzvorrichtung zugeführt, woraus das Straßenhöhenprofil ermittelt wird.
Bei sämtlichen bekannten Verfahren ist es jedoch nicht möglich, das vorhandene Potenzial bezüglich der Erhöhung des Fahrkomforts oder der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs auszunutzen, da nicht die für den jeweiligen Zeitpunkt optimalen Ansteuersignale und damit nicht die optimalen Stellgrößen für den Aktuator angewendet werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines aktiven Fahrwerks eines eine Fahrbahn befahrenden Kraftfahrzeugs zu schaffen, das eine exaktere Ansteuerung des aktiven Fahrwerks ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem in einem virtuellen Fahrzeugmodell Auswirkungen des Ansteuersignals auf den Aktuator des aktiven Fahrwerks bewertet werden und eine optimale Ansteuerung für den Aktuator berechnet wird, kann stets eine optimale Regelung des aktiven Fahrwerks erzielt werden, wodurch beispielsweise mit Hilfe einer Reduzierung der Beschleunigung der Karosserie der Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs beim Befahren der Straße oder ein anderes vorzugebendes Kriterium wie zum Beispiel dynamische Radlastschwankungen oder ein bestimmter Energiebedarf des Kraftfahrzeugs erheblich verbessert werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das auch als ”Online-Optimierung” bezeichnet werden kann, ermöglicht vorteilhafterweise die Einstellung des Fahrwerks auf das zu erwartende bzw. dem Kraftfahrzeug vorausliegende Höhenprofil der Fahrbahn, so dass einzelne Komponenten des Fahrwerks bereits vor dem Erreichen bestimmter Problembereiche der Fahrbahn so eingestellt werden können, dass diese Problembereiche mit möglichst geringen Auswirkungen auf das Kraftfahrzeug überfahren werden können. Da das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, ist im Prinzip zu jedem Zeitpunkt eine optimale Einstellung des aktiven Fahrwerks auf das Höhenprofil gewährleistet.
Mittels eines virtuellen Fahrzeugmodells kann eine Prädiktion der Auswirkungen der Aktuatorsignale auf das Fahrzeugverhalten erstellt werden. In dem erfindungsgemäß verwendeten linear-quadratischen Optimierungsproblem werden diese Aktuatorsignale mittels geeigneter Löser auf sehr effiziente und somit echtzeitfähige Art und Weise geeignet bestimmt. Durch das Lösen des linear-quadratischen Optimierungsproblems kann eine optimale Abfolge hinsichtlich des Gütemaßes aller Stellgrößen bzw. Ansteuersignale für den Aktuator über einen bestimmten Vorausschauhorizont berechnet werden.
Um die berechneten Ansteuersignale sicher umsetzen zu können, kann in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass bei der Bewertung und/oder der Berechnung bestimmte Grenzen von Stellgrößen des wenigstens einen Aktuators und Grenzen von Fahrzeugrößen berücksichtigt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass als das virtuelle Fahrzeugmodell für die Bewertung und die darauf aufbauende Optimierung ein virtuelles Gesamtfahrzeugmodell verwendet wird. Ein solches virtuelles Gesamtfahrzeugmodell ermöglicht eine besonders realistische Simulation der Auswirkungen des Ansteuersignals auf sämtliche dem aktiven Fahrwerk zugeordnete Aktuatoren.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass als das virtuelle Fahrzeugmodell für die Bewertung und die darauf aufbauende Optimierung ein virtuelles Viertelfahrzeugmodell verwendet wird. Auch ein solches Viertelfahrzeugmodell kann die beschriebene Online-Optimierung zur Steuerung des aktiven Fahrwerks auf die gewünschte Art und Weise durchführen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine sehr schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann;
2 einen Ausschnitt des aktiven Fahrwerks des Kraftfahrzeugs aus 1;
3 ein virtuelles Fahrzeugmodell, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird;
4 einen beispielhaften zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5 eine schematische Darstellung der das linear-quadratische Optimierungsproblem erfindungsgemäßen Verfahrens beeinflussenden Faktoren.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, das unter anderem eine Karosserie 1a und ein aktives Fahrwerk 2 aufweist. Unter einem aktiven Fahrwerk wird im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung auch ein semi-aktives bzw. halbaktives Fahrwerk angesehen. Das aktive Fahrwerk 2 kann grundsätzlich in einer aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Art und Weise ausgebildet sein und umfasst im vorliegenden Fall eine Vorderachse 3 mit Vorderrädern 4, eine Hinterachse 5 mit Hinterrädern 6, jeweilige den Vorderrädern 4 bzw. den Hinterrädern 6 zugeordnete Feder-/Dämpfereinheiten 7 sowie jeweilige den Feder-/Dämpfereinheiten 7 zugeordnete und auf dieselben wirkende Aktuatoren 8. Grundsätzlich weist das aktive Fahrwerk 2 wenigstens einen Aktuator 8 auf, im vorliegenden Fall ist jedoch eine der Anzahl an Rädern entsprechende Anzahl an Aktuatoren 8 vorgesehen, nämlich vier. Selbstverständlich können jedem Rad 4, 6 auch mehrere Aktuatoren 8 zugeordnet sein. Die Aktuatoren 8 können ebenfalls in an sich bekannter Weise ausgeführt sein und sind in der Lage, auf die Feder-/Dämpfereinheiten 7 einzuwirken und bestimmte Parameter derselben zu beeinflussen. Da diese Beeinflussung der Feder-/Dämpfereinheiten 7 durch die Aktuatoren 8 an sich bekannt ist, wird auf entsprechende Details hierzu nicht eingegangen. In den Aktuatoren kann beispielsweise eine Federfußpunktverstellung oder ein Verstelldämpfer oder beides kombiniert werden. Auch eine direkte Wegverstellung zwischen dem jeweiligen Rad 4 bzw. 6 und der Karosserie 1a ist denkbar, wobei zum Beispiel Linearmotoren eingesetzt werden können.
Das Kraftfahrzeug 1 befährt eine Fahrbahn 9, wie zum Beispiel eine Straße. Um ein Höhenprofil der vor dem Kraftfahrzeug 1 liegenden Fahrbahn 9 zu ermitteln, weist das Kraftfahrzeug 1 wenigstens einen, im vorliegenden Fall zwei Sensoren 10 auf, die vorzugsweise in einem außen liegenden Bereich der Karosserie 1a angeordnet sind. Mittels entsprechender Beschleunigungs- und/oder Drehratensensoren oder Sensoren, die in der Lage sind, die Einfederung der Räder 4, 6 zu messen, kann außerdem die Position und/oder die Bewegung des Kraftfahrzeugs 1 zu jedem Zeitschritt bzw. zu jedem diskreten Zeitpunkt bestimmt werden. Da diese nicht dargestellten Sensoren sowie die in 1 dargestellten Sensoren 10 von an sich bekannter Bauart und zum Beispiel als Kamera oder als Laser ausgeführt sein können bzw. derartige Einrichtungen umfassen können, werden diese hierin nicht ausführlich beschrieben. Auch die Art und Weise der Ermittlung des Höhenprofils mittels der Sensoren 10 kann nach bekannten Prinzipien durchgeführt werden.
Mit den beiden Sensoren 10 ist eine Steuereinrichtung 11 verbunden, in welcher aus dem von den Sensoren 10 ermittelten Höhenprofil auf eine nachfolgend noch detailliert beschriebene Art und Weise Ansteuersignale für die Aktuatoren 8 erzeugt werden. Hierzu ist die Steuereinrichtung 11 mit den Aktuatoren 8 verbunden. Für die Steuereinrichtung 11 kann auf an sich bekannte Geräte zurückgegriffen werden, die für das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Steuerung des aktiven Fahrwerks 2 geeignet sind.
In 2 ist ein Teil des aktiven Fahrwerks 2 des Kraftfahrzeugs 1 schematisch und rein beispielhaft dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass zwischen der Karosserie 1a des Kraftfahrzeugs 1 und einem beliebigen der Räder 4 bzw. 6 ein Federelement 12, ein Stoßdämpfer 13 und der Aktuator 8 angeordnet sind. Dabei können das Federelement 12 und der Stoßdämpfer 13 die oben beschriebene Feder-/Dämpfereinheit 7 bilden.
3 zeigt ein virtuelles Fahrzeugmodell 14, das bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren zur Steuerung des aktiven Fahrwerks des die Fahrbahn 9 befahrenen Kraftfahrzeugs 1 verwendet werden kann. Das Koordinatensystem des virtuellen Fahrzeugmodells 14 wird durch die Richtungen x, y und z dargestellt. Mit den Pfeilen z_A, n und w sind die Bewegungen Huben (z_A), Nicken (n) und Wanken (w) der Karosserie 1a des Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Zusätzlich sind in dem virtuellen Fahrzeugmodell 14 die Feder-/Dämpfereinheiten 7 und die Aktuatoren 8 angedeutet.
Gemäß dem Verfahren zur Steuerung des aktiven Fahrwerks 2 ist vorgesehen, mittels des virtuellen Fahrzeugmodells 14 in dem Steuergerät 11 die Auswirkungen der in der Steuereinrichtung 11 aus dem Höhenprofil erzeugten Ansteuersignale auf den Aktuator 8 zu bewerten und durch Lösen eines geeigneten Algorithmus, in diesem Fall eines linear-quadratischen Optimierungsproblems, eine optimale Ansteuerung für den Aktuator 8 über eine bestimmte Zeitdauer zu berechnen, um wenigstens eine vorgegebene Eigenschaft des aktiven Fahrwerks 2 zu berechnen. Vorzugsweise wird das linear-quadratischen Optimierungsproblem in dem Steuergerät 11 zu jedem diskreten Zeitpunkt bzw. in jedem Zeitschritt gelöst. Durch das Lösen des linear-quadratischen Optimierungsproblems in jedem Zeitschritt wird eine Regelung realisiert, die Ungenauigkeiten des virtuellen Fahrzeugmodells 14 und Messrauschen kompensiert. Das Wissen über das System und dessen Umgebung, wie beispielsweise das virtuelle Fahrzeugmodell 14, die Aktuatoren 8 und das Höhenprofil der Fahrbahn 9 werden zur Erzeugung des optimalen Verlaufs der Ansteuersignale für die Aktuatoren 8 in eine Optimierung umgeformt. Das Ergebnis dieser Optimierung ist dann die Abfolge von optimalen Stellgrößen bzw. Ansteuersignale für die Aktuatoren 8. In dem Kraftfahrzeug 1 werden diese Ansteuersignale von dem jeweiligen Aktuator 8 umgesetzt und es wird eine neue Optimierung gestartet. Wenn dabei der Stoßdämpfer 13 des aktiven Fahrwerks 2 eine nicht lineare Kennlinie aufweist, kann diese nach dem Lösen der Optimierungsaufgabe beachtet werden, indem das berechnete Stellsignal entsprechend modifiziert wird.
Ein Beispiel für eine lineare Bewegungsgleichung für das virtuelle Fahrzeugmodell 14 ist nachfolgend angegeben: ẋ = A·x + B_u·u + B_w·w, wobei:
x = Zustände des Systems
A = Systemmatrix
u = Stellgrößen des wenigstens einen Aktuators 8
w = Informationen hinsichtlich der Fahrbahn 9
Diese Gleichung kann nach Aufstellen eines nachfolgend noch näher beschriebenen Gütemaßes in eine QP-Formulierung (quadratic programming), also ein linear-quadratisches Optimierungsproblem umgeformt werden:
wobei
u die Optimierungsvariable darstellt, die in einem Vektor ausgedrückt wird.
Bei der Bewertung der Auswirkungen und/oder der Berechnung der Ansteuerung werden vorzugsweise bestimmte Grenzen von Stellgrößen des Aktuators 8 und Grenzen von Fahrzeugrößen berücksichtigt. Dies können beispielsweise der Verstellweg, die Verstellgeschwindigkeit und/oder die Dynamik des Aktuators 8 sein. Mit dem Verfahren werden optimale Stellgrößen für den Aktuator 8 berechnet, wobei die genannten Grenzen für das Ansteuersignal des Aktuators 8 berücksichtigt werden. Wenn es sich bei den Stoßdämpfern 3 um Verstelldämpfer handelt, können beispielsweise die optimalen Stellkräfte für diese Art der Stoßdämpfer 13 berechnet und im nachfolgenden Schritt die Stellgrößen an den Stoßdämpfern 13 so modifiziert werden, dass diese im möglichen Wirkungsbereich des verstellbaren Stoßdämpfers 13 liegen. Zusätzlich kann zur Ermittlung der bestmöglichen Ansteuerung der Aktuatoren 8 eine Simulation der Fahrt des virtuellen Fahrzeugmodells 14 über das ermittelte Höhenprofil mit dem Ansteuersignal und deren Auswirkungen durchgeführt werden. Die Ansteuersignale können basierend auf einem linearen virtuellen Fahrzeugmodell 14 berechnet werden. Dabei können nichtlineare Anteile des Kraftfahrzeugs 1 nach Berechnung der Ansteuersignale berücksichtigt werden, indem das Ansteuersignal entsprechend angepasst wird.
Bei dieser Simulation werden die unterschiedlichsten Stellgrößen der Aktuatoren 8 verstellt und es werden deren Auswirkungen auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 ermittelt. Je nach der Geschwindigkeit, mit der diese Online-Optimierung ausgeführt werden, kann eine bestimmte Anzahl von Werten für die Stellgrößen der Aktuatoren 8 an die Aktuatoren 8 gesendet werden.
Eine weitere Verbesserung des Verfahrens kann darin bestehen, dass die Berechnung der optimalen Stellgrößen bzw. Ansteuersignale für den Aktuator 8 in jedem Zeitschritt bzw. zu jedem diskreten Zeitpunkt durchgeführt wird und in einer nachfolgenden Optimierung die Ergebnisse der vorhergehenden Optimierung verwendet werden, um die Ansteuersignale anzupassen und dadurch zu verbessern. Die Länge eines Zeitschritts kann zum Beispiel 5–50 ms betragen.
Um die Genauigkeit des Höhenprofils zu verbessern, können die zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten von den Sensoren 10 gemessenen Höhenwerte identischer Bereiche der Fahrbahn 9 zusammengeführt werden. Dabei ist es des Weiteren möglich, zu prüfen, wie gut die jeweiligen Höhenprofile der in den verschiedenen Zeitschritten gemessenen identischen Abschnitte der Fahrbahn 9 zusammenpassen, um die Wahrscheinlichkeit der Genauigkeit des von den Sensoren 10 gemessenen Höhenprofils, die auch als Gütemaß bezeichnet werden kann, zu ermitteln. Die Wahrscheinlichkeit der Genauigkeit ist umgekehrt proportional zur Unsicherheit der Messgröße der Sensoren 10, welche je nach Witterung, Fahrgeschwindigkeit und anderen Einflussgrößen variieren kann. Die Sensoren 10 können also zusätzlich zu dem Höhenprofil der Fahrbahn 9 auch eine Information über die Genauigkeit dieses Höhenprofils liefern. Auf diese Weise können schließlich die Aktuatoren 8 in Abhängigkeit der Genauigkeit des ermittelten Höhenprofils verstellt werden. Hierbei wird bei einer geringeren Genauigkeit des Höhenprofils bzw. des Höhenprofilwerts eine geringere Verstellung der Aktuatoren 8 durchgeführt. Die Beschränkungen der Optimierungsvariablen in dem linear-quadratischen Optimierungsproblem können auf diese Genauigkeit abgestimmt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 11 die Stellgröße der Aktuatoren 8 im gesamten möglichen Bereich variieren kann, wenn die Sensoren 10 sehr gute Informationen liefern. Falls das Gütemaß schlechter wird, kann der Bereich, in dem die Stellgröße geregelt werden kann, eingeschränkt werden. In dem Gütemaß der Optimierung, vorzugsweise in zwei unterschiedlichen Gütemaßen, kann beispielsweise auch die Minimierung der Beschleunigung der Karosserie 1a angegeben werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Steuereinrichtung 11 bei nicht gesicherten Informationen über das Höhenprofil der Fahrbahn 9 nur eine sehr geringe Verstellung der Aktuatoren 8 auslöst und damit das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 1 nicht negativ beeinflussen kann.
Bei dem in 3 dargestellten virtuellen Fahrzeugmodell 14 handelt es sich um ein virtuelles Gesamtfahrzeugmodell, d. h. um ein Modell des gesamten Kraftfahrzeugs 1. Alternativ kann als das virtuelle Fahrzeugmodell 14 auch ein virtuelles Viertelfahrzeugmodell 14 verwendet werden. Hierbei wird vorzugsweise für jedes Rad 4 bzw. 6 des aktiven Fahrwerks 2 eine separate Simulation des Viertelfahrzeugmodells und darauf aufbauend eine separate Optimierung der Ansteuersignale der einzelnen Aktuatoren 8 basierend auf dieser Simulation durchgeführt. Des Weiteren ist es möglich, dass ein derartiges virtuelles Fahrzeugmodell 14 verwendet wird, bei welchem nur die Bewegungen der Karosserie 1a beachtet werden und die Bewegungen der Räder 4 und 6 nicht beachtet werden.
In 4 ist beispielhaft ein zeitlicher Ablauf des Verfahrens zur Steuerung des aktiven Fahrwerks 2 beschrieben. Dabei wird in einem mit S1 bezeichneten ersten Schritt eine vorausschauende Information bezüglich des Höhenprofils der vor dem Kraftfahrzeug 1 liegenden Fahrbahn 9 ermittelt. Die Länge des zum Zeitpunkt t₀ von den Sensoren 10 ermittelten Höhenprofils der Fahrbahn 9 kann eine bestimmte Länge aufweisen, wie zum Beispiel 20 m. In einem Schritt S2 wird mit dem oben beschriebenen virtuellen Fahrzeugmodell 14 eine Simulation der Auswirkungen des Ansteuersignals auf den Aktuator 8 durchgeführt. Diese Simulation kann über eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise t₀ + 0,5 s, erfolgen. In einem dritten Schritt S3 wird die Online-Optimierung der Stellgrößen für den wenigstens einen Aktuator 8 durchgeführt, vorzugsweise für jedes der Räder 4 bzw. 6. Dadurch kann der Aktuator 8, wenn er eine bestimmte Stelle der Fahrbahn 9 erreicht, so eingestellt werden, dass diese Stelle der Fahrbahn 9 auf die gewünschte Art und Weise überfahren wird.
In 5 sind mittels eines Schaubilds die Faktoren dargestellt, die das linear-quadratischen Optimierungsproblem beeinflussen können. Im Einzelnen handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um das oben beschriebene Gütemaß, das mit GM bezeichnet ist, das mit HP bezeichnete Höhenprofil der Fahrbahn 9, das virtuelle Fahrzeugmodell 14, die zur Verfügung stehenden Aktuatoren 8 sowie die Startbedingungen SB für die beschriebene Optimierung, wie zum Beispiel den Zustand des Kraftfahrzeugs 1 zum Zeitpunkt t₀. Mittels des mit QP (Quadratic Programming) bezeichneten linear-quadratischen Optimierungsproblems können dann die optimalen Stellgrößen bzw. Ansteuersignale für den wenigstens einen Aktuator 8 bzw. die Mehrzahl der Aktuatoren 8 über den gesamten Vorausschauhorizont berechnet werden. Diese Ansteuersignale sind durch den mit AS bezeichneten Kreis dargestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008007657 A1 [0002]
DE 102006039353 A1 [0003]
DE 102010013178 A1 [0004]
DE 102009033219 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines aktiven Fahrwerks eines eine Fahrbahn befahrenden Kraftfahrzeugs, wobei mittels wenigstens eines an dem Kraftfahrzeug angebrachten Sensors ein Höhenprofil der vor dem Kraftfahrzeug liegenden Fahrbahn ermittelt wird, und wobei in einer mit dem Sensor verbundenen Steuereinrichtung aus dem Höhenprofil Ansteuersignale für wenigstens einen auf wenigstens ein Element des aktiven Fahrwerks wirkenden Aktuator erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuergerät (11) in aufeinanderfolgenden Zeitschritten eine Prädiktion des Fahrzeugverhaltens und der Auswirkungen des Ansteuersignals auf den wenigstens einen Aktuator (8) mittels eines virtuellen Fahrzeugmodells (14) bewertet werden und durch Lösen eines linear-quadratischen Optimierungsproblems eine optimale Ansteuerung für den wenigstens einen Aktuator (8) des aktiven Fahrwerks (2) zur Beeinflussung wenigstens einer vorgegebenen Eigenschaft berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bewertung und/oder der Berechnung bestimmte Grenzen von Stellgrößen des wenigstens einen Aktuators (8) und Grenzen von Fahrzeugrößen berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als das virtuelle Fahrzeugmodell (14) für die Bewertung und die darauf aufbauende Optimierung ein virtuelles Gesamtfahrzeugmodell verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als das virtuelle Fahrzeugmodell (14) für die Bewertung und die darauf aufbauende Optimierung ein virtuelles Viertelfahrzeugmodell verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Rad (4, 6) des aktiven Fahrwerks (2) eine separate Simulation des Viertelfahrzeugmodells und darauf aufbauend eine separate Optimierung der Ansteuersignale der einzelnen Aktuatoren (8) basierend auf der Simulation durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein virtuelles Fahrzeugmodell (14) verwendet wird, bei welchem nur die Bewegung einer Karosserie (1a) des Kraftfahrzeugs (1) beachtet wird und die Bewegung der Räder (4, 6) nicht beachtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zur Ermittlung der bestmögliche Ansteuerung der Aktuatoren (8) eine Simulation der Fahrt des virtuellen Fahrzeugmodells (14) über das ermittelte Höhenprofil mit dem Ansteuersignal und deren Auswirkungen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der optimalen Stellgrößen für den wenigstens einen Aktuator (8) in jedem Zeitschritt durchgeführt wird, wobei in einer nachfolgenden Optimierung die Ergebnisse der vorhergehenden Optimierung verwendet werden, um die Ansteuersignale anzupassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das linear-quadratische Optimierungsproblem in dem Steuergerät (11) zu jedem diskreten Zeitpunkt gelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und/oder die Bewegung des Kraftfahrzeugs (1) zu jedem Zeitschritt durch in dem Kraftfahrzeug (1) vorgesehenen Sensoren bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zu mehreren unterschiedlichen Zeitpunkten von dem wenigstens einen Sensor (10) gemessene Höhenwerte identischer Abschnitte der Fahrbahn (9) zur Ermittlung eines genaueren Höhenprofils zusammengeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit der Genauigkeit des von dem wenigstens einen Sensor (10) gemessenen Höhenprofils ermittelt wird, indem geprüft wird, wie gut das jeweilige Höhenprofil der in verschiedenen Zeitschritten gemessenen identischen Abschnitte der Fahrbahn (9) zusammenpassen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktuator (8) in Abhängigkeit einer Genauigkeit des ermittelten Höhenprofils verstellt wird, wobei bei einer geringeren Genauigkeit des Höhenprofils eine geringere Verstellung des wenigstens einen Aktuators (8) möglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuersignale basierend auf einem linearen virtuellen Fahrzeugmodell (14) berechnet werden und nichtlineare Anteile des Kraftfahrzeugs (1) nach Berechnung der Ansteuersignale berücksichtigt werden, indem das Ansteuersignal entsprechend angepasst wird.