DE102013203442A1

DE102013203442A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Stellmotors an einem geteilten Querstabilisator eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102013203442A1
Application number: DE201310203442
Authority: DE
Inventors: Andreas Feine; Thorsten Bitter; Stefan Brandhoff
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-08-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines an einem geteilten Querstabilisator im Fahrwerk eines zweispurigen Fahrzeugs vorgesehen elektrischen Stellmotors, mit welchem die beiden Hälften des geteilten Querstabilisators gegeneinander tordierbar sind und wobei für den Stellmotor eine ausschließlich diesem zugeordnete elektronische Steuereinheit vorgesehen ist, welche im Falle einer übergeordneten Störung, aufgrund derer eine an den jeweiligen Fahrzustand des Fahrzeugs angepasste wunschgemäße Positionierung der Stabilisator-Hälften gegeneinander nicht möglich ist, solchermaßen wirksam wird, dass eine ausreichende Fahrstabilität erzielt wird. Es wird zumindest der Stellmotor des an der Vorderachse des Fahrzeugs vorgesehenen Querstabilisators im Störungsfall von der zugeordneten elektronischen Steuereinheit solchermaßen angesteuert, dass sich dieser Querstabilisator wie ein nicht geteilter passiver Querstabilisator verhält, indem derjenige sog. Basiswinkel zwischen den beiden Stabilisatorhälften aktiv gehalten wird, der sich ohne Einwirkung fahrdynamischer Kräfte auf zumindest in Fahrzeug-Querrichtung betrachtet im wesentlichen horizontalem und ebenem Untergrund einstellt, wobei dieser Basiswinkel nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs von der zugehörigen elektronischen Steuereinheit in zumindest einem entsprechenden Betriebszustand ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines an einem geteilten Querstabilisator im Fahrwerk eines zweispurigen Fahrzeugs vorgesehen elektrischen Stellmotors, mit welchem die beiden Hälften des geteilten Querstabilisators gegeneinander tordierbar sind und wobei für den Stellmotor eine ausschließlich diesem zugeordnete elektronische Steuereinheit vorgesehen ist, welche im Falle einer übergeordneten Störung, aufgrund derer eine an den jeweiligen Fahrzustand des Fahrzeugs angepasste wunschgemäße Positionierung der Stabilisator-Hälften gegeneinander nicht möglich ist, solchermaßen wirksam wird, dass eine ausreichende Fahrstabilität erzielt wird. Zum Stand der Technik wird neben der DE 10 2005 021 673 A1 auf die DE 102 21 716 A1 verwiesen.
Systeme zur Regulierung des Wankverhaltens zweispuriger Kraftfahrzeuge, deren vordergründige Zielsetzung in der Reduktion des Wankwinkels und damit einhergehend einer Steigerung Fahrkomfort, Fahrsicherheit und Agilität besteht, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Diese lassen sich grob in passive, schaltbare, semi-aktive und aktive Wankstabilisator-Systeme unterteilen, wobei sich vorliegende Erfindung auf die letztgenannte Gestaltung in Form eines aktiven Querstablisators bezieht. Während die durch einen passiven Querstabilisator aufgebrachten Gegenkräfte unmittelbar aus den Relativbewegungen des Aufbaus zum Rad resultieren, ermöglichen aktive Systeme das gezielte Aufbringen von Gegenmomenten. Deren Ansteuerung erfolgt beispielweise als Funktion der Querbeschleunigung und/oder des Wankwinkels des Kraftfahrzeugs. Neben einer reduzierten Wankbewegung des Fzg.-Aufbaus lässt sich mit einem aktiven geteilten Querstabilisator, dessen beide Hälften gegeneinander tordierbar sind, ein verbessertes Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs durch eine fahrzustandsabhängige Verteilung der Stabilisatormomente zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs erzielen, und es ergeben sich geringere Kopiereffekte bei einseitigen Fahrbahn-Unebenheiten durch eine weitgehende Entkopplung der Stabilisatorhälften. Dabei kann ein o. g. gewünschtes Gegenmoment hydraulisch oder elektromotorisch gestellt werden, indem die linke und rechte Stabilisatorhälfte mittels eines geeigneten Aktors oder Motors gegeneinander verdreht werden. Ein solches elektromechanisches bzw. elektromotorisches Wankstabilisierungssystem ist bspw. in der DE 10 2008 053 481 A1 beschrieben.
Bei aktiven und somit ansteuerbaren Systemen ist grundsätzlich die Möglichkeiten von Störungen im System zu berücksichtigen und eine geeignete Reaktion hierauf vorzusehen. In der o. g. DE 10 2005 021 673 A1 ist eine Notbetriebslösung für elektromechanische Wankstabilisierungs-Aktuatoren in Form einer Blockiereinrichtung beschrieben, die im Notbetrieb ausschließlich bei einer neutralen Winkelstellung (d. h. bei indizierter horizontaler Fahrzeugausrichtung) formschlüssig greift. Eine unerwünschte Schräglage des Fahrzeugaufbaus wird somit vermieden. Als wesentlicher Vorteil wird die Unabhängigkeit der mechanischen Blockiereinrichtung gegenüber einer elektronischen Steuereinheit genannt, welche selbst die Ursache für eine Fehlfunktion darstellen kann. In der eingangs weiterhin genannten DE 102 21 716 A1 ist ein elektronisches Regelsystem für eine entsprechende elektromotorische Wankstabilisierungs-Vorrichtung eines PKWs beschrieben, wobei jedem elektrischen Stellmotor eine Leistungselektronik mit einem Low-Level-Regler und einer Low-Level-Überwachungslogik zugeordnet ist, die über einen Datenbus mit einem High-Level-Steuergerät verbunden sind, das eine übergeordnete Regelung vornimmt und das für die Wankstablisierung erforderliche Stabilisierungsmoment geeignet auf die Vorderachse und Hinterachse des Fahrzeugs aufteilt sowie eine High-Level-Überwachungslogik enthält. Dabei wird in einem sog. Fail-Safe-Modus, wenn also ein mehr oder weniger schwerwiegender Fehler festgestellt wird und das Gesamtsystem in einen sicheren Betriebszustand überführt werden soll, jeder elektrische Stellmotor von der Leistungsendstufe der zugehörigen Leistungselektronik getrennt und über einen definierten Lastwiderstand kurzgeschlossen.
Bei elektromechanischen Wankstabilisierungssystemen stellt eines Fails-Safe-Modus eine größere Herausforderung als bei hydraulisch gegeneinander tordierbaren Stabilisatorhälften dar, da im Fehlerfall eine sichere Momentenverteilung auf mechanischem Weg zumindest nicht sofort und dann auch nur in relativ aufwändiger Weise (vgl. die genannte DE 10 2005 021 673 A1 ) hergestellt werden kann. Zur Steigerung der Fahrsicherheit können zwar automatische Bremseingriffe durchgeführt werden, jedoch bleibt dabei für die Fahrzeug-Insassen ein subjektives Unsicherheitsgefühl aufgrund einer deutlich verringerten Wankabstützung. Im Übrigen können solche Bremseingriffe im Falle einer übergeordneten Störung, die beispielsweise in einer die Vertikaldynamik und die Querdynamik des Kraftfahrzeugs steuernden Steuereinheit oder in deren Kommunikation mit Subsystemen. d. h. in einem Datenbussystem des Fahrzeugs vorliegen könnte, auch nicht durchgeführt werden. Demgegenüber günstiger ist die in der ebenfalls bereits genannten DE 102 21 716 A1 beschriebene Lösung des Kurzschließens der elektrischen Stellmotoren in den geteilten Querstabilisatoren, jedoch ist damit bei Verwendung sinnvoll dimensionierter Elektromotoren nur eine relativ geringe Wankabstützung darstellbar, womit das das subjektive Fahrempfinden für die Insassen des Fahrzeugs ungewohnt oder unangenehm werden kann und möglicherweise auch die Fahrsicherheit auch nicht in gewünschtem Umfang sichergestellt werden kann.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Verfahren zur Ansteuerung eines an einem geteilten Querstabilisator im Fahrwerk eines zweispurigen Fahrzeugs vorgesehenen elektrischen Stellmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Stellmotor des an der Vorderachse des Fahrzeugs vorgesehenen Querstabilisators im Störungsfall von der zugeordneten elektronischen Steuereinheit solchermaßen angesteuert wird, dass sich dieser Querstabilisator wie ein nicht geteilter passiver Querstabilisator verhält, indem derjenige sog. Basiswinkel zwischen den beiden Stabilisatorhälften aktiv gehalten wird, der sich ohne Einwirkung fahrdynamischer Kräfte auf zumindest in Fahrzeug-Querrichtung betrachtet im wesentlichen horizontalem und ebenem Untergrund einstellt, wobei dieser Basiswinkel nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs von der zugehörigen elektronischen Steuereinheit in zumindest einem entsprechenden Betriebszustand ermittelt wird. Vorzugsweise wird hierbei der ermittelte Basiswinkel in der elektronischen Steuereinheit als eine Basis gesetzt, von welcher ausgehend fortlaufend vom Stellmotor durchgeführte Drehwinkel-Änderungen unter Berücksichtigung des Drehsinns aufsummiert werden und hieraus im Bedarfsfall der nötige Verdrehwinkel des Stellmotors zur Einstellung des Basiswinkels bestimmt wird. Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann der an der Hinterachse des Fahrzeugs vorgesehene Stellmotor im Störungsfall nicht aktiviert, d. h. einfach nicht angesteuert werden.
Vorgesehen ist somit, dass dem Stellmotor des bzw. jeden geteilten Querstabilisators eine eigene elektronische Steuereinheit zugeordnet wird, welche den Stellmotor im Hinblick auf die Einstellung eines gewünschten Verdrehwinkels zwischen den beiden Stabilisator-Hälften ansteuern kann.
Vorzugsweise wird im Normalfall dieser elektronischen Steuereinheit von einer übergeordneten und für die Einstellung der Fahrdynamik des Fahrzeugs hinsichtlich Vertikaldynamik und/oder Querdynamik und/oder Längsdynamik zuständigen Steuerung der jeweils zu stellende Verdrehwinkel oder dgl. mitgeteilt. Bleibt aufgrund irgendeiner übergeordneten Störung, welche bspw. durch den Ausfall eines Fahrzustandssensors bedingt sein kann, eine solche Vorgabe aus, so geht diese stabilisatorindividuelle Steuereinheit in einen Sicherheitsmodus, in dem eine Fehlerreaktion umgesetzt wird, aufgrund derer sich der geteilte Querstabilisator wie ein nicht geteilter Stabilisator verhält, indem der elektrische Stellmotor die beiden Stabilisator-Hälften quasi in einer sinnvollen Position aneinander koppelt. Hierfür muss der Stellmotor die beiden Stabilisatorhälften fortlaufend solchermaßen in eine sog. „Nullposition” positionieren, in der sich die beiden Stabilisatorhälften relativ zueinander ohne Einwirkung fahrdynamischer Kräfte auf einer im wesentlichen horizontalen Fahrbahn bzw. auf horizontalem ebenen Untergrund befinden, wobei das Positionieren in diese Nullposition sinnvollerweise über einen Regelprozess durchgeführt wird, so dass keine exakte Positionierung erfolgt, sondern stets eine geringe Regelabweichung für einen hierfür bspw. vorgesehenen einfachen und zuverlässigen P-Regler vorliegen wird. Dabei wird derjenige Drehwinkel zwischen den sich in der besagten Nullposition befindenden Stabilisator-Hälften bzw. der entsprechende Positions-Drehwinkel des Stellmotors vorliegend und im weiteren als „Basiswinkel” bezeichnet. Für die Ermittlung dieses Basiswinkels sollte das Fahrzeug idealerweise auch gleichmäßig beladen sein und vorzugsweise kann sich der Fahrzeug-Aufbau zumindest annähernd in Konstruktionslage befinden; vorrangiges Soll-Kriterium für die Ermittlung des Basiswinkels ist jedoch, dass keine fahrdynamischen Kräfte auf das auf einer im wesentlichen horizontalen Fahrbahn bzw. auf horizontalem ebenen Untergrund stehende Fahrzeug einwirken, so dass in dieser Nullposition im Idealfall der Stabilisator kein Moment zwischen den beiden Fahrzeug-Seiten überträgt.
Falls im System und insbesondere am Stellmotor die Möglichkeit der Messung des Verdrehwinkels zwischen den Stabilisator-Hälften besteht, so ist es besonders einfach, im Bedarfsfall, nämlich im Falle einer Systemstörung, denn Stellmotor so anzusteuern, dass der besagte Basiswinkel und somit die besagte Nullposition eingestellt wird, woraufhin sich der erfindungsgemäß „aktiv betriebene” geteilte Querstabilisator wie ein passiver, nicht geteilter Stabilisator verhält. Jedoch besitzen die üblicherweise für ein Wankstabilisierungssystem eines Fahrzeugs zwischen geteilten Querstabilisatoren verwendeten elektrischen Stellantriebe bzw. Stellmotoren keine derartige Winkel-Mess-Sensorik, welche jederzeit den effektiven Verdrehwinkel zwischen den beiden Stabilisator-Hälften ermitteln und damit als Stellgröße zur Verfügung stellen kann. Vielmehr kann lediglich ein zeitlich betrachtet „relativer” Verdrehwinkel gegenüber einem Startzeitpunkt des (u. a. durch den Stellmotor gebildeten) Systems verfolgt werden, wobei im Rahmen der bzw. als Weiterbildung der vorliegenden Erfindung der genannte Startzeitpunkt beim erstmaligen oder wiederkehrenden Auftreten der besagen Nullposition gesetzt wird. Demnach lernt die dem (jeweiligen) geteilten Querstabilisator zugeordnete elektronische Steuereinheit diese Nullposition, in dem sie diese selbst ermittelt, und verfolgt ausgehend von diesem Lernprozess im regulären ungestörten Betrieb fortlaufend die vom Stellmotor durchgeführten Verdrehbewegungen zwischen den beiden Stabilisator-Hälften, um zu beliebigen Zeitpunkten die aktuelle „Relativposition” der beiden Stabilisator-Hälften zueinander zu kennen. Damit kann die elektronische Steuereinheit im Bedarfsfall, nämlich im Falle einer übergeordneten Störung die beiden Stabilisator-Hälften in die besagte Nullposition bringen, da lediglich um den seit dem Lernprozess fortlaufend unter Berücksichtigung des Drehsinns aufsummierten Drehwinkel-Änderungen über den ermittelten Summenwert rückgängig gemacht werden müssen, um den Basiswinkel bzw. die Nullposition zu erreichen.
Da mit einem Abstellen bzw. Stillsetzen des Fahrzeugs üblicherweise die Versorgung elektronischer Steuereinheiten mit elektrischer Energie soweit als möglich eingestellt wird, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren weiterhin vorgesehen, dass diese besagte Nullposition nach einer Inbetriebnahme des Fahrzeugs von der besagten elektronischen Steuereinheit in einem entsprechenden Betriebszustand des Fahrzeugs, in dem keine fahrdynamische Kräfte auf das Fahrzeug bzw. den Fahrzeug-Aufbau einwirken und sich das Fahrzeug auf einer zumindest in Fzg.-Querrichtung betrachtet im wesentlichen horizontalen ebenen Fahrbahn bzw. auf horizontalem ebenen Untergrund befindet, neu ermittelt wird. Dass keine fahrdynamische Kräfte einwirken, ist für die elektronische Steuereinheit einfach beispielsweise dadurch feststellbar, dass das Fahrzeug stillsteht, während auf üblichen Fahrbahnen, auf denen ein Fahrzeug abgestellt oder beispielsweise vor einer „roten” Verkehrsampel, welche bspw. anhand von Navigationsdaten erkennbar ist, zum Stillstand gebracht wird, von einem in Fzg.-Querrichtung betrachtet im wesentlichen horizontalen Untergrund ausgegangen werden kann. Falls das Fahrzeug mit bekannten Höhenstandsensoren ausgerüstet ist, welche die Aufbauhöhe gegenüber zumindest zwei Rädern zu messen in der Lage sind, kann ggf. auch hieraus mit ausreichender Genauigkeit unter Vernachlässigung der Wirkung einseitiger Beladung auf einen in Fzg.-Querrichtung horizontalen Untergrund geschlossen werden. Dabei sei ausdrücklich erwähnt, dass die besagte Ermittlung des Relativwinkels der „Nullposition” nicht zwangsweise einmalig direkt im Anschluss an eine Inbetriebnahme des Fahrzeugs erfolgen muss, sondern in geeigneten Betriebszuständen auch nach einer gewissen Betriebsdauer oder durch geeignete Berücksichtigung der relevanten Fahrzustandsinformationen auch während der Fahrt quasi fortlaufend ermittelt werden kann.
Zur Sicherstellung einer maximalen Verteilung des wirksamen Stabilisator-Moments an die Vorderachse des Fahrzeugs, woraus sich bekanntlich eine maximal mögliche Gierstabilität ergibt, kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße sog. Nullpositions-Regelung, mit welcher im Störungsfall der Stellmotor wie beschrieben arbeitet, ausschließlich an der Vorderachse des Fahrzeugs umgesetzt wird, während an dessen Hinterachse der Stellmotor deaktiviert, d. h. einfach nicht angesteuert wird, woraufhin die beiden Stabilisator-Hälften der Hinterachse nahezu unabhängig voneinander verdrehbar sind. Auch damit ist für einen solchen Fehlerfall noch eine einen vertretbaren Komfort gewährleistende Wankstabilisierung darstellbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005021673 A1 [0001, 0003, 0004]
DE 10221716 A1 [0001, 0003, 0004]
DE 102008053481 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines an einem geteilten Querstabilisator im Fahrwerk eines zweispurigen Fahrzeugs vorgesehen elektrischen Stellmotors, mit welchem die beiden Hälften des geteilten Querstabilisators gegeneinander tordierbar sind und wobei für den Stellmotor eine ausschließlich diesem zugeordnete elektronische Steuereinheit vorgesehen ist, welche im Falle einer übergeordneten Störung, aufgrund derer eine an den jeweiligen Fahrzustand des Fahrzeugs angepasste wunschgemäße Positionierung der Stabilisator-Hälften gegeneinander nicht möglich ist, solchermaßen wirksam wird, dass eine ausreichende Fahrstabilität erzielt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Stellmotor des an der Vorderachse des Fahrzeugs vorgesehenen Querstabilisators im Störungsfall von der zugeordneten elektronischen Steuereinheit solchermaßen angesteuert wird, dass sich dieser Querstabilisator wie ein nicht geteilter passiver Querstabilisator verhält, indem derjenige sog. Basiswinkel zwischen den beiden Stabilisatorhälften aktiv gehalten wird, der sich ohne Einwirkung fahrdynamischer Kräfte auf zumindest in Fahrzeug-Querrichtung betrachtet im wesentlichen horizontalem und ebenem Untergrund einstellt, wobei dieser Basiswinkel nach Inbetriebnahme des Fahrzeugs von der zugehörigen elektronischen Steuereinheit in zumindest einem entsprechenden Betriebszustand ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Basiswinkel in der elektronischen Steuereinheit als Basis gesetzt wird, von welcher ausgehend fortlaufend vom Stellmotor durchgeführte Drehwinkel-Änderungen unter Berücksichtigung des Drehsinns aufsummiert werden und hieraus der nötige Verdrehwinkel des Stellmotors zur Einstellung des Basiswinkels bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der an der Hinterachse des Fahrzeugs vorgesehene Stellmotor im Störungsfall nicht aktiviert wird.