DE102012019619A1

DE102012019619A1 - Steuereinrichtung für ein Niveauregelsystem und Niveauregelsystem

Info

Publication number: DE102012019619A1
Application number: DE201210019619
Authority: DE
Inventors: Matthias Hahn
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2012-10-06
Filing date: 2012-10-06
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-10-07
Also published as: DE102012019619B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Niveauregelsystem eines Fahrzeugs (1), die mindestens aufweist: eine Schnittstelleneinrichtung zur Aufnahme von Höhenstands-Messsignalen (S1, S2, S3, S4) und Fahrdynamik-Signalen (S9, S10, S11, S12) und zur Ausgabe von Steuersignalen zur Einstellung von Luftfedern des Niveauregelsystems (3), ein Tiefpassfilter, das die aufgenommenen Höhenstands-Messsignale (S1, S2, S3, S4) oder hieraus abgeleitete Signale filtert, eine Filteranpassungs-Einrichtung, die die Fahrdynamik-Signale (S9, S10, S11, S12) aufnimmt und in Abhängigkeit der aufgenommenen Fahrdynamik-Signale eine Anpassung oder Einstellung des Tiefpassfilters (10) vornimmt. Hierbei ist vorgesehen, dass die Filteranpassungs-Einrichtung eine Gewichtungseinrichtung (20) aufweist, die jeweils für eine Vorderachse und eine Hinterachse des Fahrzeugs zu jedem der Fahrdynamik-Signale einen Gewichtungswert (Gw_ax, Gw_ay, Gw_v, Gw_delta) ermittelt und für jeweils die Vorderachse und die Hinterachse aus den mehreren Gewichtungswerten einen maximalen Gewichtungswert (GWmax_VA, GWmax_HA) ermittelt, wobei die Filteranpassungs-Einrichtung die Anpassung des Tiefpassfilters auf Grundlage der beiden maximalen Gewichtungswerte (GWmax_VA, GWmax_HA) vornimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Niveauregelsystem eines Fahrzeugs, ein derartiges Niveauregelsystem sowie ein Verfahren zum Einstellen bzw. Parametrieren eines derartigen Niveauregelsystems.
Pneumatische Niveauregelsysteme weisen im Allgemeinen Luftfedern bzw. Luftbälge, eine Steuereinrichtung und Niveaustandssensoren zum Ermitteln eines Abstands des Aufbaus des Fahrzeugs von einem Fahrwerk bzw. Achsen auf. Die Luftfedern dienen der Einstellung des Niveaus bzw. Abstands des Aufbaus gegenüber den Achsen und im Allgemeinen auch der Einstellung einer Federung und einer Dämpfung. Die Steuereinrichtung steuert im Allgemeinen pneumatische Ventile an, um die Luftfedern zu befüllen oder Luft abzulassen.
Das Niveauregelsystem stellt im Allgemeinen ein Zielniveau als Abstand zwischen Achse und Aufbau ein, und korrigiert dies aufgrund von Beladungs-Änderungen oder anderen Einflussfaktoren. Während der Fahrt des Fahrzeugs unterliegen diese Messwerte dynamischen Einflüssen, z. B. einer hochfrequenten Vertikaldynamik aus der Fahrbahnanregung und einer niederfrequenter Längs- bzw. Querdynamik, z. B. in Kurvenfahrten, bei Fahrzeugbeschleunigung sowie aufgrund von Auf- und Abtriebseffekten. Derartige dynamische Einflüsse behindern im Allgemeinen eine schnelle und korrekte Niveaukorrektur.
Um zu häufige Regelungen zu vermeiden, ist es bekannt, die von den Niveaustandssensoren ausgegebenen Höhenstands-Messsignale durch ein Tiefpassfilter zu filtern. Hierzu kann z. B. ein Tiefpassfilter erster Ordnung mit vorgegebener Filtereckfrequenz bzw. mit vorgegebenen Filterparametern vorgesehen sein.
Bei der Auslegung der Filtercharakteristik des Tiefpassfilters sollen zum einen statische Vertikalabweichungen möglichst kurzfristig erkannt werden, um diese einzuregeln, d. h. ihnen durch entsprechende Ansteuerung der Luftfedern entgegenzuwirken. Somit wird eine schnelle Signalfilterung verlangt, die derartige Änderungen schnell erkennt. Hochfrequente Schwingungen, z. B. durch Fahrbahnanregung, sollen hingegen ausgefiltert werden. Andererseits liegen Niveauabweichungen durch Längs- und Querdynamik längerfristig an und führen bei einer schnellen Signalfilterung zu unerwünschten Regelvorgängen.
Die DE 102 25 940 B4 beschreibt ein Niveauregelsystem, bei dem Höhenstands-Messsignale in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit oder einer anderen Fahrdynamik-Größe korrigiert werden, d. h. das aktuelle Messsignal eines jeden Höhensensors bzw. Niveaustandssensors wird korrigiert. Hierzu werden z. B. bei einer Rückwärtsfahrt mit relativ hoher Geschwindigkeit einer die angezeigten Messsignale bzw. die von diesen angezeigte Höhe verringert, um die Höhenänderung durch Auftriebskräfte zu berücksichtigen.
Die EP 0 398 873 B1 beschreibt ein Höhenregulierungssystem für ein Fahrzeug, bei dem zwei verschiedene Filter zur Filterung der Höhenstands-Messsignale vorgesehen sind.
Die DE 10 2007 042 480 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen eines mittleren Chassisniveaus eines Kraftwagens, bei dem Chassisniveauwerte ermittelt und eine Eckfrequenz eines Tiefpassfilters in Abhängigkeit davon angepasst wird, ob ein Stillstand oder eine Fahrt vorliegt. So sollen bei einer von Null verschiedenen Fahrgeschwindigkeit die Chassisniveauwerte mit einer deutlich kleineren Eckfrequenz tiefpassgefiltert werden, damit nur dauerhafte Chassisniveauänderungen relevant eingehen.
Die DE 41 18 867 C2 zeigt eine aktive Aufhängungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Filtereinrichtung zur Herabsetzung der durch die Steuereinrichtung bestimmbaren Steuermenge auf Basis eines vorbestimmten Zustands und in Abhängigkeit von durch Bewegungszustands-Detektoren erfassten Signalen. Die Zeitkonstante der Filtereinrichtung ist veränderbar.
Die DE 199 14 647 C2 beschreibt ein Federungssystem für Landfahrzeuge, bei dem Sollwerte für die Lagen der Räder und zeitliche Mittelwerte der Istwerte der vorgenannten Lagen gebildet werden. Die Sollwerte werden entsprechend den zu erwartenden Bewegungen des Aufbaus verändert, so dass die aufgrund von Längs- und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs zu erwartenden Bewegungen des Aufbaus nicht ausgeregelt werden.
Die EP 0530755 B1 zeigt eine Niveauregelung für Kraftfahrzeuge mit Schwingungsdämpfern zwischen den Rädern und dem Aufbau. Es werden Längs- und Querbeschleunigungssignale erfasst, um einen Ruck des Fahrzeugaufbaus bei einer zeitlichen Änderung der Längs- oder Querbeschleunigung zu ermitteln und in Abhängigkeit davon den Sollwert der Aufbauhöhe zu ändern.
Weiterhin sind Systeme und Verfahren zur Einstellung der Dämpfungswirkung von Schwingungsdämpfern bekannt. Die EP 0 530 755 B1 beschreibt die Einstellung eines derartigen Schwingungsdämpfers, wobei ein Stellwert für eine Regelung eingestellt wird. Die DE 101 26 933 B4 beschreibt die Einbeziehung von Abstandssensorsignalen in die Dämpferregelung. Hierbei wird ein Dämpfergeschwindigkeitssignal mittels zweier unterschiedlicher Tiefpassfilter ermittelt, und anhand von Parametern eine Auswahl getroffen, welches der beiden Dämpfergeschwindigkeitssignale der Regelung unter Steuerung der Dämpfung zugrunde gelegt wird.
Die EP 2 227 400 B1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Fahrwerks, bei dem die Dämpfungskraft in Abhängigkeit von fahrdynamischen Größen verändert wird. Hierbei wird eine adaptive Tiefpassfilterung eingesetzt. Die EP 2 022 655 A1 beschreibt eine Steuervorrichtung zur Einstellung einer variablen Dämpfungskraft. Hierbei ist vorgesehen, einen ersten und zweiten Tiefpassfilter mit unterschiedlicher Ansprechcharakteristik zu verwenden. Es werden Dynamikzustände des Fahrzeugs erfasst, und entweder das Signal des ersten Tiefpassfilters oder das Signal des zweiten Tiefpassfilters zur Regelung des Dämpfers herangezogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für ein Niveauregelsystem, ein derartiges Niveauregelsystem und ein Verfahren zur Einstellung des Niveauregelsystems zu schaffen, die gute Regeleigenschaften in unterschiedlichen Fahrzuständen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Steuereinrichtung nach Anspruch 1, ein Niveauregelsystem nach Anspruch 11 und ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Somit werden Filterkoeffizienten bzw. Filtereigenschaften des Tiefpassfilters, das in der Niveauregelung eingesetzt wird, in Abhängigkeit von Fahrdynamik-Signalen geändert bzw. eingestellt. Die Filtereigenschaften des Tiefpassfilters werden nachfolgend vorzugsweise der Einfachheit halber durch die „Eckfrequenz” oder „Filterkoeffizienten” beschrieben. So kann bei statischer Geradeausfahrt des Fahrzeugs eine höhere Filtereckfrequenz gewählt werden, d. h. eine nicht so starke Tiefpassfilterung. Regelungsrelevante Niveauabweichungen werden somit schnell erkannt.
Bei Vorliegen von Störeinwirkungen durch Längs- und Querdynamik kann hingegen eine niedrigere Filtereckfrequenz gewählt werden, d. h. ein langsamerer Filter bzw. eine stärkere Tiefpassfilterung. Vorliegende Niveauabweichungen ohne Ausregelwunsch durch dynamische Einflüsse werden somit stärker gefiltert und wirken sich weniger stark aus.
Erfindungsgemäß werden hierbei diese Änderungen bzw. Einstellungen für die Vorderachse und die Hinterachse getrennt ermittelt. Bei einem Fahrzeug mit mehreren Hinterachsen können diese gemeinsam, für die mehreren Hinterachsen oder jeweils auch achsweise getrennt eingestellt werden.
Der Erfindung liegt hierbei der Gedanke zugrunde, für die Vorderachse und Hinterachse getrennt zunächst zu ermitteln, welcher Fahrdynamik-Einfluss aktuell am relevantesten ist. Für diese Ermittlung werden den Fahrdynamik-Signalen Gewichtungswerte zugeordnet, die nachfolgend – jeweils achsweise – miteinander verglichen werden können.
Somit kann durch einen Vergleich der ermittelten Gewichtungswerte die jeweils relevanteste eingehende Größe für jede Achse bestimmt werden.
Es wird erfindungsgemäß somit erkannt, dass die achsweise unterschiedliche Bestimmung der Filterkoeffizienten der Tiefpassfilterung besondere Vorteile bringt. Es zeigt sich, dass hierdurch eine deutliche Verbesserung erreicht werden kann.
Als Eingangsgrößen bzw. Fahrdynamik-Signale kann zunächst insbesondere die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. eine diese repräsentierende Größe wie die Referenzgeschwindigkeit des ABS herangezogen werden, da die Fahrgeschwindigkeit selbst bereits durch die Auftriebskräfte und Antriebskräfte relevante Höhenstands-Änderungen hervorruft. Weiterhin wird vorzugsweise eine Querdynamik-Größe, insbesondere die Querbeschleunigung herangezogen. Als weiteres Eingangssignal wird vorteilhafterweise eine das Lenkverhalten des Fahrzeugs darstellende Größe, z. B. ein Lenkwinkel-Signal oder ein Lenkradwinkel-Signal, herangezogen. Bereits durch diese drei Signale kann eine gute Anpassung der Filtereigenschaften erreicht werden. Vorteilhafterweise wird ergänzend die Fahrzeug-Längsbeschleunigung als direkt ermittelte Größe oder auch als aus der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelte Größe herangezogen.
Die eingegebenen Fahrdynamik-Signale bzw. deren Werte werden achsweise mit vorzugsweise einer linearen, oder auch einer affin linearen oder auch komplexeren Funktion auf Gewichtungswerte abgebildet, von denen nachfolgend der maximale Gewichtungswert ermittelt und herangezogen wird.
So kann bei einer dynamischen Kurvenfahrt mit hoher Fahrgeschwindigkeit z. B. erkannt werden, dass eine Filterung der Tiefpasseigenschaften für die Vorderachse insbesondere unter Berücksichtigung der Fahrgeschwindigkeit, hingegen die Koeffizienten für die Tiefpassfilterung der Hinterachse eher von der Querbeschleunigung geprägt werden bzw. der Einfluss zu berücksichtigen ist.
Die somit achsweise ermittelten maximalen Gewichtungswerte können nachfolgend auf unterschiedliche Weise zur Bestimmung der Filtereckfrequenz bzw. der Filterkoeffizienten herangezogen werden. Gemäß einer Ausbildung kann dies durch eine Frequenzbestimmungs-Funktion in einer Frequenzbestimmungs-Einrichtung erfolgen, wobei hier eine lineare oder affine Gerade verwendet werden kann. Alternativ hierzu ist eine Klassierung in Bereichswerte möglich, d. h. die achsweisen maximalen Gewichtungswerte werden in mehrere Teilbereiche unterteilt, wobei jedem dieser Bereiche ein entsprechender Koeffizientensatz zugeordnet ist. Bei der Gewichtung kann insbesondere eine zwischen zwei Grenzwerten bzw. Gewichtungsschwellen lineare Funktion zur Interpolation herangezogen werden.
Somit bestimmt der Maximalwert der Gewichtung aus den z. B. vier Eingangssignalen die zu wählende Filtereckfrequenz für den jeweiligen Tiefpassfilter, getrennt für Vorder- und Hinterachse.
Gemäß einer weiteren Ausbildung wird berücksichtigt, dass bei einigen Fahrzeugen der geschwindigkeitsabhängige Auftrieb nicht nur direkt über die Gewichtungsfunktion auf die Einstellung des Tiefpassfilters für jede Achse separat berücksichtigt werden kann, sondern dass die Niveauabweichung einen Grad erreichen kann, bei dem negative Einflüsse auf das Fahrzeugverhalten und die Fahrzeugsicherheit, z. B. die Wankabstützung und den Fahrzeugschwerpunkt, auftreten können. Falls dies erkannt wird, ist eine weitere Korrektur des Fahrzeugniveaus möglich. Hierzu wird die Niveauregelung nicht lediglich mit jeweils einer Ein- und Ausschaltgrenze für das Heben und Senken, d. h. als Dreipunktregler sowohl für den Hebe-Vorgang als auch für den Senk-Vorgang ausgelegt, sondern diese drei Punkte – Soll-Niveau, Ausschaltgrenze und Einschaltgrenze – werden jeweils für Senken und Heben des Höhenstands-Messsignals bei gleichen Regelabständen gemeinsam geschwindigkeitsabhängig geändert. Hierbei wird vorteilhafterweise oberhalb eines ersten Geschwindigkeitswertes eine lineare Erhöhung bis zu einem zweiten Geschwindigkeitswert vorgenommen, nachfolgend eine stärkere lineare Erhöhung bis zu einem dritten Geschwindigkeitswert, und anschließend auch bei steigender Fahrgeschwindigkeit konstant bleibende Grenzen.
Es zeigt sich, dass dieses im Zusammenwirken mit der Filteranpassung besondere Vorteile bringt. Eine derartige Berücksichtigung der absoluten Niveauänderung ermöglicht bei jedem eingestellten Niveau eine gute achsweise angepasste Tiefpassfilterung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Niveauregelsystem in Aufsicht und Seitenansicht;
2 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung des Niveauregelsystems gemäß einer Ausführungsform;
3 eine Ausführungsform einer Filteranpassungs-Einrichtung aus 2; und
4 ein Diagramm der zeitlichen Änderung von Schaltgrenzen in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit gemäß einer Ausführungsform.
Ein Fahrzeug 1 weist gemäß 1 einen Aufbau 2, ein pneumatisches Niveauregelsystem 3, eine Vorderachse 4 und eine Hinterachse 5 auf. Das pneumatische Niveauregelsystem 3 weist hierbei an der Vorderachse 4 angebrachte vordere Luftfedern (Luftbälge) 4-1 und 4-2, und an der Hinterachse 5 hintere Luftfedern 5-1 und 5-2 auf. Weiterhin weist das Niveauregelsystem 3 eine Steuereinrichtung 6 und zwischen der Vorderachse 4 und dem Aufbau 2 angebrachte vordere Niveaustandsensoren 7-1, 7-2 sowie zwischen der Hinterachse 5 und dem Aufbau 2 angebrachte hintere Niveaustandsensoren 7-3, 7-4 auf. Die Niveaustandsensoren 7-1, 7-2, 7-3, 7-4 messen Abstände x1, x2 x3, x4 zwischen den Achsen 4, 5 und dem Aufbau 2 und geben diese als Höhenstands-Messsignale S1, S2, S3, S4 an die Steuereinrichtung 6. Diese Abstände können durch Befüllen oder entsprechendes Entlüften der Luftfedern 4-1, 4-2, 5-1, 5-2 entsprechend erhöht und verringert werden können. Die Luftfedern 4-1, 4-2, 5-1, 5-2 werden über ein hier nicht detaillierter gezeigtes pneumatisches System, das als solches bekannt ist und elektropneumatische Schaltventile 8-1, 8-2, 8-3 und 8-4, z. B. 3/2-Wegeventile aufweist, befüllt und entleert. Somit geben die Niveaustandsensoren 7-1 bis 7-4 Höhenstands-Messsignale S1, S2, S3, S4 an die Steuereinrichtung 6 des Niveauregelungssystems 3, die wiederum Regelungsvorgänge ermittelt und Steuersignale S5, S6, S7, S8 an die elektropneumatischen Schaltventile 8-1, 8-2, 8-3 und 8-42, 8-3, 8-4 zum Befüllen und Entlüften der Luftfedern 4-1, 4-2, 5-1, 5-2 ausgibt, um die Abstandswerte x1 bis x4 zu erhöhen oder zu verringern.
Die Steuereinrichtung 6 nimmt hierbei eine Tiefpassfilterung der aufgenommenen Höhenstands-Messsignale S1, S2, S3, S4 bzw. der von diesen angezeigten Abstandswerte x1, x2, x3, x4 vor, um nicht auf kurzzeitige Schwankungen der Höhenstands-Messsignale S1, S2, S3, S4 zu reagieren und somit unnötige und zu schnelle Regelvorgänge zu vermeiden.
Somit weist die Steuereinrichtung 6 gemäß 2 ein Tiefpassfilter 10 auf, das die Höhenstands-Messsignale S1 bis S4 jeweils filtert. Nachfolgend werden gefilterte Höhenstands-Messsignale S1-1 bis S4-1 einer Berechnungseinrichtung 12 zugeführt, die in an sich bekannter Weise die in den gefilterten Höhenstands-Messsignalen S1-1 bis S4-1 enthaltenen Abstandswerte x1 bis x4 jeweils mit Sollwerten vergleicht, und die Steuersignale S5 bis S8 an die Ventile 8-1 bis 8-4 ausgibt, um das Fahrzeugniveau einzuregeln.
Das Tiefpassfilter 10 kann insbesondere ein Tiefpassfilter erster Ordnung oder auch höherer Ordnung eingesetzt werden. Im Allgemeinen werden Frequenzen oberhalb der Filtereckfrequenz stark oder ganz gedämpft. Das Tiefpassfilter 10 kann mathematisch z. B. als Butterworth-Filter ausgebildet sein. Derartige Filterfunktionen sind als solche bekannt und werden bereits bei der Tiefpassfilterung von Höhenstandssignalen eingesetzt. Hierbei wird jedes derartige Filter durch einen charakteristischen Filterkoeffizientensatz bestimmt, insbesondere durch einen Koeffizientensatz K_VA und K_HA mit jeweils drei Koeffizienten.
Die Filter-Koeffizientensätze K_VA und K_HA werden jeweils aktuell ermittelt. Vorzugsweise ist das Tiefpassfilter 10 in Abhängigkeit von aktuell aufgenommenen Fahrdynamikdaten einstellbar oder parametrisierbar. Hierzu nimmt die Steuereinrichtung 6 über z. B. den CAN-BUS des Fahrzeugs 1 und ihre Schnittstelle 9a fortlaufend Fahrdynamik-Signale S9 bis S12 auf. Die Steuereinrichtung 6 weist hierzu eine in 3 detaillierter gezeigte Filteranpassungs-Einrichtung 14 auf, die mehrere Fahrdynamik-Signale S9 bis S12 aufnimmt. Diese Fahrdynamik-Signale S9 bis S12 können gemäß der gezeigten Ausführungsform insbesondere ein von einem Längsbeschleunigungssensor 16 erzeugtes Längsbeschleunigungs-Signal S9 sein, das eine ermittelte Längsbeschleunigung ax wiedergibt, weiterhin ein von einem Geschwindigkeitsmesser 17 erzeugtes Fahrzeuggeschwindigkeits-Signal S10, das eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit v anzeigt, weiterhin ein von einem Querbeschleunigungs-Sensor 18 ermittelte Querbeschleunigung ay als Querbeschleunigungs-Signal S11, und ein von einem Lenkwinkelsensor 19 erzeugtes Lenkwinkel-Signal S12 zur Darstellung eines aktuellen Lenkwinkels delta (δ). Somit werden vier aktuelle fahrdynamische Größen aufgenommen, nämlich ax, v, ay, delta. Je nach zur Verfügung stehenden Sensoren können auch andere aktuelle Fahrdynamik-Größen aufgenommen werden, z. B. statt des Lenkwinkels delta ein Lenkradwinkel-Sensor, je nach verfügbaren Sensoren. Einige oder mehrere dieser Größen können auch nicht direkt gemessen, sondern indirekt ermittelt werden; so kann die Längsbeschleunigung ax auch durch zeitliche Differenzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelt werden, wobei vorzugsweise ergänzend Kartendaten über eine Fahrbahnneigung ergänzt werden; weiterhin kann die Querbeschleunigung aus einer Gierrate und der Fahrgeschwindigkeit ermittelt werden. Die Fahrzeug-Geschwindigkeit kann insbesondere auch als ABS-Referenzgeschwindigkeit aufgenommen werden, die aus den Raddrehzahlen der Räder ermittelt wird.
Die Steuereinrichtung 6 weist eine Filteranpassungs-Einrichtung 14 auf, die die Fahrdynamik-Signale S9 bis S12 aktuell aufnimmt und Einstellsignale S14 mit dem Koeffizientensatz K_VA und S15 mit dem Koeffizientensatz K_HA an das Tiefpassfilter 10 ausgibt. Die Filteranpassungs-Einrichtung 14 ist detaillierter in 3 dargestellt.
Die Filteranpassungs-Einrichtung 14 weist eine Gewichtungseinrichtung 20, eine Frequenzbestimmungs-Einrichtung 22 mit Teileinrichtungen 22_VA und 22_HA und eine Koeffizientenbestimmungseinrichtung 24 mit Teileinrichtungen 24_VA und 24_HA auf. Die Gewichtungseinrichtung 20 nimmt die Fahrdynamik-Signale S9 bis S12 auf und ermittelt jeweils getrennt für die Vorderachse 4 und Hinterachse 5 für jedes Fahrdynamik-Signal S9 bis S12 einen Gewichtungs-Wert GWax_HA, GWay_HA, GWv_HA, GWdelta_HA und GWax_VA, GWay_VA, GWv_VA, GWdelta_VA; es werden somit zunächst für die Vorderachse 4 und die Hinterachse 5 jeweils vier Gewichtungswerte bestimmt. Hierzu weist die Gewichtungseinrichtung 20 Gewichtungs-Funktionen G_9_VA bis G_12_VA für die Vorderachse 4 und entsprechend G_9_HA bis G_12_HA für die Hinterachse 5 auf. Zur Veranschaulichung sind die Gewichtungsfunktionen G_9_VA bis G_12_VA für die Vorderachse 4 hier derartig dargestellt, dass auf der horizontalen Abszisse die Funktionswerte und auf der vertikalen Ordinate die Eingangswerte dargestellt sind; als Eingangswerte werden jeweils die Beträge (positiven Werte) der Signale S9 bis S12 genommen, d. h. positive Werte der Längsbeschleunigung ax, der Fahrzeuggeschwindigkeit v, der Querbeschleunigung ay und des Lenkwinkels δ. Die Gewichtungsfunktionen sind vorteilhafterweise innerhalb von Bereichsgrenzen lineare oder affine Geraden, die jeweils für die Vorderachse 4 und Hinterachse 5 eingehende Werte innerhalb eines Eingangs-Minimalwertes und eines Eingang-Maximalwertes linear auf einen Wertebereich zwischen einem Gewichtungs-Minimalwert und Gewichtungs-Maximalwert abbilden; diese Wertebereiche sind somit jeweils für die Vorderachse und Hinterachse
GW_ax_min bis GW_ax_max,
GW_ay_min bis GW_ay_max
GW_v_min bis GW_v_max
GW_delta_min bis GW_delta_max
Eingehende Werte unterhalb des Eingang-Minimalwertes werden gemäß dieser Ausführungsform auf den Gewichtungs-Minimalwert, entsprechend eingehende Werte oberhalb des Eingang-Maximalwertes auf den Gewichtungs-Maximalwert abgebildet.
Somit wird z. B. für die Vorderachse 4 der Betrag |a_x| der Längsbeschleunigung a_x zwischen den Werten a_x1 und a_x2 linear auf Gewichtungswerte GW_ax_min bis GW_ax_max abgebildet. Grundsätzlich sind auch andere Gewichtungsfunktionen statt der Geraden möglich. Die Gewichtungswerte können insbesondere skalar sein und im Bereich zwischen 0 und 1 liegen; relevant ist insbesondere, dass die vier Werte nachfolgend achsweise miteinander verglichen werden können.
Aus den vier Gewichtungs-Werten GWax_VA, GWay_VA, GWv_VA, GWdelta_VA für die Vorderachse 4 wird nachfolgend der höchste Wert als maximaler Gewichtungswert GWmax_VA der Vorderachse 4 ermittelt; entsprechend wird aus den vier Gewichtungs-Werten GWax_HA, GWay_HA, GWv_HA, GWdelta_HA für die Hinterachse 5 nachfolgend der höchste Wert als maximaler Gewichtungswert GWmax_HA für die Hinterachse 5 ermittelt.
Nachfolgend werden für den maximalen Gewichtungswert GWmax_VA der Vorderachse 4 und den maximalen Gewichtungswert GWmax_HA der Hinterachse 5 in einer Frequenzbestimmungs-Einrichtung 22 mit Teileinrichtungen 22_VA für die Vorderachse 4 und 22_HA für die Hinterachse 5 jeweils eine Filtereckfrequenz Fg_VA und Fg_HA ermittelt; die hierfür herangezogenen Funktionskurven sind wiederum zur Veranschaulichung mit Funktionswerten auf der horizontalen Abszisse dargestellt. Es geht somit jeweils der maximale Gewichtungswert GWmax_VA für die Vorderachse 4 und GWmax_HA für die Hinterachse 5 mit seinem Wert zwischen 0 und 1 bzw. 0% und 100% ein, woraus eine jeweilige Filtereckfrequenz Fg_VA und Fg_HA ermittelt wird. Auch hier können z. B. affine Geraden bzw. Geraden als Funktionskurven gewählt werden.
Von der Frequenzbestimmungs-Einrichtung 22 werden jeweils für die Vorderachse 4 und Hinterachse 5 separat zwei Filtereckfrequenzen F_g1 und F_g2 als Parameter definiert, die jeweils den Bereichsgrenzen des maximalen Gewichtungsfaktors, d. h. 0% und 100%, entsprechen. Somit entspricht die erste Filtereckfrequenz F_g1 dem Wert 0% von GWmax_VA bzw. GWmax_HA, und die zweite Filtereckfrequenz F_g2 dem Wert 100%. Es wird neben linearer Abhängigkeit kontinuierlich die optimale Filtereckfrequenz berechnet, d. h. als lineare Funktion. Somit liegt z. B. bei einem ermittelten maximalen Gewichtungsfaktor GWmax_VA = 0,5 (50%) die so ermittelte Filtereckfrequenz Fg_VA genau mittig zwischen den beiden parametrierten Filtereckfrequenzen F_G1 und F_g2, d. h. (F_g1 + F_g2)/2.
Es ist jedoch auch die Verwendung anderer Funktionen möglich.
Aus den von der Frequenzbestimmungs-Einrichtung 22 gelieferten zwei Filtereckfrequenzen F_g1 und F_g2 für die Vorderachse 4 und die Hinterachse 5 werden dann jeweils Koeffizientensätze K_VA und K_HA für die Butterworth-Filter 10 ermittelt, d. h. wiederum separat für die beiden Achsen HA, VA.
Diese Koeffizientenbestimmung kann gemäß unterschiedlicher Verfahren durchgeführt werden. Insbesondere sind vorteilhafterweise zwei Arten vorgesehen:
a) Klassierung mittels einer Zuordnungs-Tabelle bzw. „Look-up Table”:
Die Filtereckfrequenzen F_VA für die Vorderachse 4 und F_HA für die Hinterachse 5 werden jeweils klassiert, indem sie in eine vor einer Anzahl n von Teilbereichen F1 bis Fn linear aufgeteilt werden. Dementsprechend wird gemäß dem oberen Block 24_VA, Alternative a) jedem Teilbereich F1 bis Fn ein Koeffizientensatz K_VA von Filterkoeffizienten zugeordnet. Einer eingehenden Filtereckfrequenz Fg_VA wird somit ein Koeffizientensatz K_VA von (drei) Filterkoeffizienten zugeordnet und als Signal S14 (K_VA) ausgegeben. Entsprechend wird in dem unteren Block 24_HA, Alternative a) jedem Teilbereich F1 bis Fn ein Satz K_HA von Filterkoeffizienten zugeordnet und als Signal S15 (K_HA) ausgegeben.
b) Bestimmung durch stetige Funktion
Statt einer Klassierung wird eine stetige Funktion gewählt. Aus den zuvor in den Teileinrichtungen 22_VA und 22_HA ermittelten Filtereckfrequenzen F_VA für die Vorderachse 4 und F_HA für die Hinterachse 5 werden jeweils gemäß den Teilbereichen b) von 24_VA und 24_HA durch stetige Funktionen Koeff = f(F) Koeffizientensätze K_VA und K_HA ermittelt.
Aus diesen Varianten a) und b) werden für somit für die Vorderachse VA und Hinterachse HA separat die Koeffizientensätze K_VA und K_HA ermittelt und als Signale S14 und S15 an das Tiefpassfilter 10 übermittelt.
Je nach der gewählten Ausführungsform bzw. dem gewählten Verfahren gibt somit die Filteranpassungseinrichtung 14 Koeffizientensignale S14 für die Vorderachse VA und S15 für die Hinterachse HA als Ausgangssignale an die beiden Teileinrichtungen des Tiefpassfilters 10, insbesondere Butterworth-Tiefpassfilters 10 aus, so dass dieses hierdurch festgelegt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden Schaltgrenzen der Niveauregelung abhängig von der Fahrgeschwindigkeit v gewählt, um einwirkende Auftriebs- und Abtriebskräfte – separat für die Vorderachse 4 und Hinterachse 5 – zu berücksichtigen.
Hierzu werden die tiefpassgefilterten Höhenstands-Messsignale S1-1, S2-1, S3-1, S4-1 jeweils mit Schaltgrenzen ES1, ES2, ES3, ES4 verglichen, die abhängig von der Fahrgeschwindigkeit v sind, vorzugsweise mit steigendem v steigen. Diese Schaltgrenzen sind eine obere Einschaltgrenze ES1 zum Senken des Aufbaus 2, eine obere Ausschaltgrenze ES2 zum Senken des Aufbaus 2, eine untere Ausschaltgrenze ES3 zum Heben des Aufbaus 2, eine untere Einschaltgrenze ES4 zum Heben des Aufbaus 2. Somit erfolgt die Niveauregelung in Abhängigkeit dieser Vergleiche, d. h. die Steuersignale zum Verstellen der Luftfedern 4-1, 4-2, 5-1, 5-2 werden in Abhängigkeit der Vergleiche ausgegeben:
Bei Überschreiten der oberen Einschaltgrenze ES1 wird ein Steuersignal zum Entlüften mindestens einer Luftfeder 4-1, 4-2, 5-1, 5-2,
bei Unterschreiten der oberen Ausschaltgrenze ES2 zum Senken des Aufbaus 2 wird ein Steuersignal zum Beenden eines Entlüftungsvorgangs mindestens einer Luftfeder 4-1, 4-2, 5-1, 5-2,
bei Unterschreiten der unteren Einschaltgrenze ES4 zum Heben des Aufbaus 2 ein Steuersignal zum Befüllen mindestens einer Luftfeder 4-1, 4-2, 5-1, 5-2,
bei Überschreiten der unteren Ausschaltgrenze ES3 zum Heben des Aufbaus 2 wird ein Steuersignal zum Beenden eines Befüllvorgangs mindestens einer Luftfeder 4-1, 4-2, 5-1, 5-2 ausgegeben.
Hierbei sind Höhenabstände Δx zwischen den mehreren Schaltgrenzen ES1, ES2, ES3, ES4 von der Fahrgeschwindigkeit v unabhängig, d. h. die Abstände der Kurven in 4 bleibt konstant.
Eine höhenabhängige Auftriebskraft kann gemäß 4 bereichsweise z. B. durch lineare Funktionsabschnitte wiedergegeben werden. vorzugsweise sind parametrierbare Stützstellen v1, v2, v3, ... vorgesehen, um eine ermittelte Auftriebskurve nachzubilden.
So bleiben z. B. für jedes der Höhenstands-Messsignale xi mit i = 1, 2, 3, 4, d. h. der Werte der Höhenstands-Messsignale S1, S2, S3, S4, jeweils bis zum Erreichen einer ersten Fahrgeschwindigkeit v1 die Schaltgrenzen ES1, ES2, ES3, ES4 unverändert, zwischen der ersten Geschwindigkeit v1 und einer nachfolgenden, höheren zweiten Geschwindigkeit v2 werden die Schaltgrenzen ES1, ES2, ES3, ES4 linear erhöht, und zwischen der zweiten Geschwindigkeit v2 und einer höheren dritten Geschwindigkeit v3 werden die Schaltgrenzen ES1, ES2, ES3, ES4 nachfolgend stärker in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v erhöht.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Aufbau
3: pneumatisches Niveauregelsystem
4: Vorderachse
4-1, 4-2: Luftfedern (Luftbälge)
5: Hinterachse
5-1, 5-2: Luftfedern
6: Steuereinrichtung
S1, S2, S3, S4: Höhenstands-Messsignale
S9 bis S12: Fahrdynamik-Signale
7-1, 7-2: vordere Niveaustandsensoren
7-3, 7.4: hintere Niveaustandsensoren
8-1, 8-2, 8-3, 8-4: elektropneumatische Schaltventile
9a: Schnittstelle
10: Tiefpassfilter
12: Berechnungseinrichtung
14: Filteranpassungs-Einrichtung
16: Längsbeschleunigungssensor
17: Geschwindigkeitsmesser
18: Querbeschleunigungs-Sensor
20: Gewichtungseinrichtung
22: Frequenzbestimmungs-Einrichtung
24: Koeffizientenbestimmungseinrichtung
δ: Lenkwinkel
ax: Längsbeschleunigung
v: Fahrgeschwindigkeit
ay: Querbeschleunigung
delta (δ).: Lenkwinkel
GWax_HA, GWay_HA, GWv_HA, GWdelta_HA und GWax_VA, GWay_VA, GWv_VA, GWdelta_VA: Gewichtungs-Werte
ES1, ES2, ES3, ES4: Schaltgrenzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10225940 B4 [0006]
EP 0398873 B1 [0007]
DE 102007042480 A1 [0008]
DE 4118867 C2 [0009]
DE 19914647 C2 [0010]
EP 0530755 B1 [0011, 0012]
DE 10126933 B4 [0012]
EP 2227400 B1 [0013]
EP 2022655 A1 [0013]

Claims

Steuereinrichtung (6) für ein Niveauregelsystem (3) eines Fahrzeugs (1), wobei die Steuereinrichtung (6) mindestens aufweist: eine Schnittstelleneinrichtung (9a, 9b) zur Aufnahme von Höhenstands-Messsignalen (S1, S2, S3, S4) und Fahrdynamik-Signalen (S9, S10, S11, S12) und zur Ausgabe von Steuersignalen (S5, S6, S7, S8) zur Einstellung von Luftfedern (4-1, 4-2, 5-1, 5-2) des pneumatischen Niveauregelsystems (3), ein Tiefpassfilter (10), das die aufgenommenen Höhenstands-Messsignale (S1, S2, S3, S4) oder hieraus abgeleitete Signale filtert, eine Filteranpassungs-Einrichtung (14), die die Fahrdynamik-Signale (S9, S10, S11, S12) aufnimmt und in Abhängigkeit der aufgenommenen Fahrdynamik-Signale eine Anpassung oder Einstellung des Tiefpassfilters (10) vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranpassungs-Einrichtung (14) eine Gewichtungseinrichtung (20) aufweist, die – jeweils für eine Vorderachse (4) und eine Hinterachse (5) des Fahrzeugs (1) zu jedem der Fahrdynamik-Signale (S9, S10, S11, S12) einen Gewichtungswert (Gw_ax, Gw_ay, Gw_v, Gw_delta) ermittelt und – für jeweils die Vorderachse (4) und die Hinterachse (5) aus den mehreren Gewichtungswerten (Gw_ax, Gw_ay, Gw_v, Gw_delta) einen maximalen Gewichtungswert (GWmax_VA, GWmax_HA) ermittelt, wobei die Filteranpassungs-Einrichtung (14) die Anpassung des Tiefpassfilters (10) auf Grundlage der beiden maximalen Gewichtungswerte (GWmax_VA, GWmax_HA) vornimmt.
Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtungseinrichtung (20) für jedes Fahrdynamik-Signal (S9, S10, S11, S12) für jeweils die Vorderachse (4) und die Hinterachse (5) eine eigene Gewichtungsfunktion (GW9, GW10, GW11, GW12) aufweist, mit der sie die Gewichtungswerte ermittelt.
Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wertebereiche der maximalen Gewichtungswerte (GWmax_VA, GWmax_HA) der Vorderachse (4) und der Hinterachse (5) jeweils in eine vorgegebene Anzahl von Teilbereichen aufgeteilt sind und der ermittelte maximale Gewichtungswert (GWmax_VA, GWmax_HA) der Vorderachse (4) und der Hinterachse (5) jeweils einem der Teilbereiche zugeordnet wird, wobei jedem der Teilbereiche ein Satz von Filterkoeffizienten zur Einstellung des Tiefpassfilters (10) zugeordnet ist.
Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wertebereiche der maximalen Gewichtungswerte (GWmax_VA, GWmax_HA) der Vorderachse (4) und der Hinterachse (5) jeweils linear in die vorgegebene Anzahl von Teilbereichen aufgeteilt sind.
Steuereinrichtung (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filteranpassungs-Einrichtung (14) eine Frequenzbestimmungs-Einrichtung (22) aufweist, die für die ermittelten maximalen Gewichtungswerte (GWmax_VA, GWmax_HA) der Vorderachse (4) und der Hinterachse (5) jeweils durch Zuordnungsfunktionen eine Filtereckfrequenz ermittelt, vorzugsweise durch eine lineare Abhängigkeit zwischen einer unteren und oberen Filtereckfrequenz, und mit der Filtereckfrequenz (Fg_VA, Fg_HA) das Tiefpassfilter (10) einstellt.
Steuereinrichtung (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Gewichtungswerte (Gw_ax, Gw_ay, Gw_v, Gw_delta) und/oder die Ermittlung der Filtereckfrequenz (Fg_VA, Fg_HA) auf Grundlage unterschiedlicher Abhängigkeiten oder Funktionen für die Vorderachse (4) und für die Hinterachse (5) erfolgt.
Steuereinrichtung (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) über ihre Schnittstelleneinrichtung (9a, 9b) mindestens drei verschiedene Fahrdynamik-Signale (S9, S10, S11, S12) aufnimmt und zur Anpassung oder Einstellung des Tiefpassfilters (10) heranzieht, wobei von den Fahrdynamik-Signalen (S9, S10, S11, S12) ein Fahrdynamik-Signal (S10) eine Fahrgeschwindigkeit (v) des Fahrzeugs (1) anzeigt, ein weiteres Fahrdynamik-Signal (S11) zur Darstellung eines Querverhaltens eine Querbeschleunigung (ay) des Fahrzeugs (1) anzeigt, und ein weiteres Fahrdynamik-Signal (S12) ein Lenkverhalten des Fahrzeugs (1) anzeigt, z. B. als Lenkwinkel-Signal (S12) oder Lenkradwinkel-Signal.
Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinrichtung (9a, 9b) als viertes Fahrdynamik-Signal (S9) ein Längsbeschleunigungs-Signal (S9) zur Darstellung einer Längsbeschleunigung (ax) des Fahrzeugs (1) aufnimmt oder aus der Fahrgeschwindigkeit (v) ermittelt.
Steuereinrichtung (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie die tiefpassgefilterten Höhenstands-Messsignale mit jeweils mehreren Schaltgrenzen (ES1, ES2, ES3, ES4) vergleicht und die Steuersignale zum Verstellen der Luftfedern (4-1, 4-2, 5-1, 5-2) in Abhängigkeit der Vergleiche ausgibt, wobei bei Überschreiten einer oberen Einschaltgrenze (ES1) zum Senken des Aufbaus (2) ein Steuersignal zum Entlüften mindestens einer Luftfeder (4-1, 4-2, 5-1, 5-2), bei Unterschreiten einer oberen Ausschaltgrenze (ES2) zum Senken des Aufbaus (2) ein Steuersignal zum Beenden eines Entlüftungsvorgangs mindestens einer Luftfeder (4-1, 4-2, 5-1, 5-2), bei Unterschreiten einer unteren Einschaltgrenze (ES4) zum Heben des Aufbaus (2) ein Steuersignal zum Befüllen mindestens einer Luftfeder (4-1, 4-2, 5-1, 5-2) ausgegeben wird, bei Überschreiten einer unteren Ausschaltgrenze (ES3) zum Heben des Aufbaus (2) ein Steuersignal zum Beenden eines Befüllvorgangs mindestens einer Luftfeder (4-1, 4-2, 5-1, 5-2) ausgegeben wird, wobei die mehreren Schaltgrenzen (ES1, ES2, ES3, ES4) jeweils in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit (v) geändert werden und Höhenabstände (Δx) zwischen den mehreren Schaltgrenzen (ES1, ES2, ES3, ES4) von der Fahrgeschwindigkeit (v) unabhängig sind.
Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltgrenzen durch parametrierbare Stützstellen (v1, v2, v3, v4) einstellbar sind, wobei bis zum Erreichen einer ersten Fahrgeschwindigkeit (v1) die Einschaltgrenzen (ES1, ES2) des Höhenstands-Messsignals unverändert bleiben, zwischen der ersten Geschwindigkeit (v1) und einer nachfolgenden, höheren zweiten Geschwindigkeit (v2) die Einschaltgrenzen (ES1, ES2, ES3, ES4) linear erhöht werden, und zwischen der zweiten Geschwindigkeit (v2) und einer höheren dritten Geschwindigkeit (v3) nachfolgend stärker in Abhängigkeit der Geschwindigkeit (v) erhöht werden.
Niveauregelsystem (3) für ein Fahrzeug (1), das mindestens aufweist: eine Steuereinrichtung (6) nach einem der vorherigen Ansprüche, mindestens zwei Luftfedern (4-1, 4-2) für eine Vorderachse (4) des Fahrzeugs (1), mindestens zwei Luftfedern (5-1, 5-2) für eine Hinterachse (5) des Fahrzeugs (1), von der Steuereinrichtung (6) angesteuerte pneumatische Ventile (8-1, 8-2, 8-3, 8-4) zum Befüllen und Entleeren der Luftfedern (4-1, 4-2, 5-1, 5-2), und Niveaustandssensoren (7-1, 7-2, 7-3, 7-4), die einen Abstand eines Aufbaus (2) des Fahrzeugs (1) gegenüber den Achsen (4, 5) messen und die Höhenstands-Messsignale (S1, S2, S3, S4) an die Steuereinrichtung (6) ausgeben.
Verfahren zum Einstellen eines pneumatischen Niveauregelsystems (3) eines Fahrzeugs (1), mit mindestens folgenden Schritten: Aufnehmen von Fahrdynamik-Signalen (S9, S10, S11, S12) des Fahrzeugs (1) für eine Filteranpassung, für eine Vorderachse (4) und eine Hinterachse (5) jeweils getrenntes Ermitteln von Gewichtungswerten (GW_ay, GW_ax, GW_v, GW_δ) für jedes der aufgenommenen Fahrdynamik-Signale (S9, S10, S11, S12) und Ermitteln eines maximalen Gewichtungswertes durch Vergleich der ermittelten Gewichtungswerte, Ermitteln von Filterkoeffizienten des Tiefpassfilters aus dem ermittelten maximalen Gewichtungswert der Vorderachse (GWmax_VA) und der Hinterachse (GWmax_HA).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Gewichtungsfunktionen zur Ermittlung der Gewichtungswerte (GW_ay, GW_ax, GW_v, GW_δ) aus den aufgenommenen Fahrdynamik-Signalen für die Vorderachse (4) und Hinterachse (5) verschieden sind, vorzugsweise in linearer Abhängigkeit.