DE102013223424A1 - Verfahren für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zur Erkennung einer Überbeanspruchung eines Wankstabilisators - Google Patents

Verfahren für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zur Erkennung einer Überbeanspruchung eines Wankstabilisators Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zur Erkennung einer Überbeanspruchung eines sich verdrehbar an einer Fahrzeugkarosserie abstützenden Wankstabilisators mit zwei gegeneinander um einen Torsionswinkel (Φ) mittels eines zwischen diesen angeordneten Drehantriebs relativ verdrehbaren Stabilisatorteilen. Um rechtzeitig eine Fahrsicherheitsbeeinträchtigung des Fahrzeugs zu erkennen, wird ein Verhältnis des Torsionswinkels (Φ) zu einer einem aufgewendeten Drehmoment (M) des Drehantriebs äquivalenten Größe ermittelt und eine Überbeanspruchung festgestellt, wenn das Verhältnis außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zur Erkennung einer Überbeanspruchung eines sich verdrehbar an einer Fahrzeugkarosserie abstützenden Wankstabilisators mit zwei gegeneinander um einen Torsionswinkel mittels eines zwischen diesen angeordneten Drehantriebs relativ verdrehbaren Stabilisatorteilen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Wankstabilisatoren, wie sie beispielsweise aus den Veröffentlichungen WO 07/054 489 A1 , WO 12/041 556 A2 und EP 2 543 528 A2 bekannt sind, werden in Kraftfahrzeugen zur Wankstabilisierung eingesetzt. Hierbei werden beispielsweise einer Torsionsfeder entsprechende Stabilisatorteile von einem Drehantrieb um einen Torsionswinkel gegeneinander verdreht, wobei die Stabilisatorteile an der Fahrzeugkarosserie verdrehbar aufgehängt sind. Durch die Verdrehung der Stabilisatorteile relativ gegeneinander wird eine Achse des Kraftfahrzeugs in einer gewünschten Ebene stabilisiert, indem die Stabilisatorteile von dem Drehantrieb verdreht und damit die Räder beziehungsweise die diese aufnehmenden Radträger gegeneinander angehoben und abgesenkt werden. Im Falle einer Überbeanspruchung, beispielsweise einer plastischen Verformung oder eines Bruchs der Bauteile des Wankstabilisators, beispielsweise des Drehantriebs, der Abstützung und/oder der Stabilisatorteile können die Abstützkräfte des Wankstabilisators gegenüber den Radträgern und/oder der Abstützung gegenüber der Fahrzeugkarosserie schlagartig entfallen, wodurch das Kraftfahrzeug in einen unsicheren Zustand, beispielsweise in starkes Übersteuern geraten kann. Weiterhin kann eine Steuerung des Wankstabilisators während einer aktiven Wankstabilisierung den Entfall von Abstützkräften beispielsweise bei einem gebrochenen Stabilisatorteil überkompensieren, so dass der Wankstabilisator schnell und unkontrolliert verdrehen kann. Beispielsweise können im Falle eines Bruchs der mechanischen Anbindung des Wankstabilisators an der Fahrzeugkarosserie sicherheitskritische Folgefehler entstehen, indem beispielsweise ein Kabelbaum des Wankstabilisators oder benachbarter Einrichtungen, beispielsweise Kabel von Raddrehzahlsensoren, Bremsleitungen und dergleichen abgerissen oder beschädigt werden.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren für ein Kraftfahrzeug zur Erkennung einer Überbeanspruchung eines Wankstabilisators vorzuschlagen.
  • Allgemeine Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens des Anspruchs 1 wieder. Das vorgeschlagene Verfahren dient der Erkennung von Überbeanspruchungen von Bauteilen des Wankstabilisators sowie dessen Befestigungen an der Fahrzeugkarosserie und den Radträgern. Umfasst sind beispielsweise plastische Verformungen und Brüche der Stabilisatorteile beispielsweise in Form von Drehstabfedern, dem Drehantrieb, beispielsweise dessen Gehäuse, mechanischen Verbindungen oder Fixierungen des Wankstabilisators an Fahrzeugbauteilen, beispielsweise der Fahrzeugkarosserie, Radträgern, Pendelstützen, Stabilisatorlagern oder dergleichen. Das vorgeschlagene Verfahren sieht zur Erkennung einer Überbeanspruchung eines sich verdrehbar an einer Fahrzeugkarosserie abstützenden Wankstabilisators mit zwei gegeneinander um einen Torsionswinkel gegeneinander mittels eines zwischen diesen angeordneten Drehantriebs relativ verdrehbaren Stabilisatorteilen vor, ein Verhältnis des Torsionswinkels zu einer einem aufgewendeten Drehmoment des Drehantriebs äquivalenten Größe zu ermitteln und eine Überbeanspruchung festzustellen, wenn das Verhältnis außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen eignen sich als äquivalente Größen alle Größen, aus denen das zwischen den Stabilisatorteilen wirksame, von dem Drehantrieb zur Verdrehung der Stabilisatorteile um einen zur Wankstabilisierung des Kraftfahrzeugs notwendigen Torsionswinkel aufzuwendende Drehmoment abgeleitet, abgeschätzt oder ermittelt werden kann. Beispielsweise kann äquivalente Größe mittels eines das Drehmoment des Drehantriebs erfassenden Drehmomentsensors ermittelt werden. Ein derartiger Drehmomentsensor kann in den Drehantrieb integriert sein. In vorteilhafter Weise kann auf weitere Bauteile im Wankstabilisator verzichtet werden, wenn das Drehmoment indirekt unter Ableitung aus bereits vorhandenen Signalen und Größen bereits vorhandener Einrichtungen wie beispielsweise Sensoren ermittelt wird. Beispielsweise kann die äquivalente Größe bei einem hydraulischen Drehantrieb, der das Drehmoment durch Aufbau eines Drucks wie Betriebsdrucks bereitstellt, durch die Auswertung des Drucks bei einem zwischen den Stabilisatorteilen eingestellten Torsionswinkel bereitgestellt werden. Der Druck kann hierbei mittels der Signale eines in einen hydraulischen Kreislauf des Drehantriebs integrierten Drucksensors erfasst werden. Bei Verwendung eines elektromechanischen Drehantriebs kann die äquivalente Größe zur Ermittlung des Drehmoments mittels zumindest einer elektrischen Größe des Drehantriebs, beispielsweise eines Stroms wie Betriebsstroms, einer Spannung, eines Spannungsabfalls, einer elektrischen Leistung, einer Pulsweite eines pulsweitengesteuerten Elektromotors des Drehantriebs und/oder dergleichen bei eingestelltem Torsionswinkel gebildet werden.
  • Weiterhin kann die äquivalente Größe aufgrund eines Zusammenhangs der Abstützkräfte des Wankstabilisators an der Fahrzeugkarosserie erfolgen. Hierzu kann die äquivalente Größe mittels eines an der Abstützung des Wankstabilisators an der Fahrzeugkarosserie angeordneten, Abstützkräfte des Wankstabilisators gegenüber der Fahrzeugkarosserie erfassenden Kraftsensors ermittelt werden. Weiterhin kann in dem Kraftfahrzeug mit dem Wankstabilisator aus übergreifenden Daten aus Sensoren und Einrichtungen ein Fahrzeugmodell gebildet sein. Hierzu können im Kraftfahrzeug vorhandene Steuergeräte zur Steuerung einzelner Aggregate und Einrichtungen, beispielsweise zur Steuerung des Motors, des Getriebes, des Fahrwerks und dergleichen über ein Netzwerk wie CAN-Bus mit einander kommunizieren und beispielsweise Daten mittels Sensoren gewonnenen Betriebszuständen und dergleichen, so dass ein Fahrzeugmodell in einer Recheneinheit eines oder mehrerer Steuergeräte abgebildet werden kann. Aufgrund dieser Daten kann in dem Fahrzeugmodell das Drehmoment des Drehantriebs bei vorgegebenem Torsionswinkel abgebildet werden und dem vorgeschlagenen Verfahren als äquivalente Größe zur Verfügung gestellt werden. Alternativ können anhand des Fahrzeugmodells aus Betriebsgrößen und Sensoren des Fahrzeugmodells Abstützkräfte des Wankstabilisators gegenüber der Fahrzeugkarosserie ermittelt werden, wobei die ermittelten Abstützkräfte die äquivalente Größe bilden können. Das Verfahren wird bevorzugt in einem Steuergerät zur Steuerung des Wankstabilisators oder in einer übergeordneten Steuereinrichtung, beispielsweise in einer Fahrwerksteuerung durchgeführt. Aus dem Drehmoment und dem Torsionswinkel wird dabei bevorzugt eine Torsionskennlinie mit einer von dieser parallel beabstandeten Toleranzkennlinie mit verringerten Drehmomenten gebildet. Bei Unterschreiten der Drehmomente bei diesen zugeordneten Torsionswinkeln wird eine Überbeanspruchung festgestellt. Die Toleranzkennlinie ist bevorzugt als Gerade des Drehmoments gegen den Torsionswinkel ausgebildet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Torsionswinkel zur Ermittlung der Überbeanspruchung mittels eines an den Enden der Stabilisatorteile ermittelten externen Torsionswinkels abzüglich eines internen Torsionswinkels des Drehantriebs ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich zu einer drehmomentabhängigen Ermittlung der Überbeanspruchung kann eine Überschreitung des Torsionswinkels über einen maximalen, beispielsweise von einer Bauraumsituation des Wankstabilisators vorgegebenen Torsionswinkel erfolgen. Eine Überschreitung des maximalen Torsionswinkels ist dabei nur möglich, wenn beispielsweise das Gehäuse des Drehantriebs oder zumindest einer der Stabilisatorteile wie – arme plastisch verformt oder gebrochen ist. Weiterhin kann die Art der Überbeanspruchung mittels des Verfahrens ermittelt werden, indem bei einem Drehmoment bei vorgegebenem Torsionswinkel unterhalb einer ersten Schwelle eine plastische Verformung zumindest eines Stabilisatorteils festgestellt wird. Hierbei ist über den eingestellten Torsionswinkel ein vermindertes Drehmoment notwendig, das aber einer Verdrehung der Stabilisatorteile gegeneinander noch aufwendet. Fällt das aufzuwendende Drehmoment unter eine zweite, gegenüber der ersten Schwelle weiter verringerte Schwelle, wird ein Bruch zumindest eines Stabilisatorteils, beider Stabilisatorteile und/oder des Gehäuses des Drehantriebs festgestellt. Hierbei entsprechen die aufzuwendenden Drehmomente im Wesentlichen Reibungskräften des Wankstabilisators. Eine Abstützung des Torsionswinkels zwischen beiden Radträgern findet dabei nicht mehr statt.
  • Kurze Beschreibung der Figur
  • Das vorgeschlagene Verfahren wird anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt das aufzuwendende Drehmoment bei einem zwischen zwei Stabilisatorteilen wie Stabilisatorarmen eingestellten Torsionswinkel.
  • Ausführliche Beschreibung der Figur
  • Die Figur zeigt das Diagramm 1 mit dem von einem Drehantrieb eines Wankstabilisators zur Einstellung des Torsionswinkels Φ von Stabilisatorteilen wie Torsionsfedern, Stabilisatorarmen und dergleichen aufzuwendenden Drehmoment M. Die als Gerade dargestellte Torsionswinkelkennlinie 2 stellt dabei den Zusammenhang des störungsfrei arbeitenden Wankstabilisators zwischen Drehmoment M und Torsionswinkel Φ her. Mit zunehmender Verdrehung der Stabilisatorarme steigt hierbei das von dem Drehantrieb aufzubringende Drehmoment M. Der Torsionswinkel Φ ist als effektiver Torsionswinkel Φ aus der Differenz Φintern – Φextern des internen Torsionswinkels Φintern und des externen Torsionswinkels Φextern gebildet. Hierbei bedeutet der interne Torsionswinkel Φintern die Winkelverdrehung der Bauteile des Drehantriebs und der externe Torsionswinkel Φextern den Verdrehwinkel der Enden der Stabilisatorarme. Aufgrund von Alterung, Verschleiß und Fertigungsstreuungen resultiert neben der Torsionswinkelkennlinie 2 die bei entsprechenden Torsionswinkeln Φ mit vermindertem Drehmoment M – hier parallel – verlaufende Toleranzkennlinie 3, welche das noch zulässige Verhalten des Wankstabilisators zeigt. Liegen die über die eingestellten Torsionswinkel Φi bis zum maximalen Torsionswinkel Φmax aufzubringenden Drehmomente M zwischen den regulären Momenten Mn und den Toleranzmomenten Mt, wird ein störungsfreier Betrieb des Wankstabilisators festgestellt. Hierbei ist aufgrund von Reibung und dergleichen das Grundmoment Mg von dem Drehantrieb aufzubringen. Um bei kleinen Torsionswinkeln Φ Fehlfeststellungen einer Überbeanspruchung des Wankstabilisators zu verhindern, wird das Verfahren zur Erkennung einer Überbeanspruchung erst bei Torsionswinkeln Φ, beispielsweise bei den Torsionswinkel Φi überschreitenden Torsionswinkeln Φ gestartet, bei denen signifikant über dem Grundmoment Mg aufzuwendende Drehmomente M notwendig sind. Liegen die aufzubringenden Drehmomente M bis zum maximalen Torsionswinkel Φmax unterhalb der Toleranzkennlinie 3, die hier als Schwelle Ms vorgesehen ist, wird eine Überbeanspruchung des Wankstabilisators beispielsweise eine plastische Verformung oder ein Bruch festgestellt und beispielsweise das Kraftfahrzeug stillgelegt, eine maximale Fahrgeschwindigkeit festgelegt (limp-home) oder eine andere Maßnahme ergriffen, um die Insassen vor einer Gefährdungssituation durch das Kraftfahrzeug zu schützen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überbeanspruchung auch festgestellt werden, wenn ein Torsionswinkel Φ größer als der maximale Torsionswinkel Φmax eingestellt werden kann, da derartige Torsionswinkel außerhalb der Spezifikation des Wankstabilisators liegen und damit eine plastische Verformung oder ein Bruch von Bauteilen des Wankstabilisators vorliegen müssen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Diagramm
    2
    Torsionswinkelkennlinie
    3
    Toleranzkennlinie
    M
    Drehmoment
    Mg
    Grundmoment
    Mn
    reguläres Moment
    Ms
    Schwelle
    Mt
    Toleranzmoment Torsionswinkel
    Φextern
    externer Torsionswinkel
    Φintern
    interner Torsionswinkel
    Φmax
    maximaler Torsionswinkel
    Φi
    Torsionswinkel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 07/054489 A1 [0002]
    • WO 12/041556 A2 [0002]
    • EP 2543528 A2 [0002]

Claims (9)

  1. Verfahren für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs zur Erkennung einer Überbeanspruchung eines sich verdrehbar an einer Fahrzeugkarosserie abstützenden Wankstabilisators mit zwei gegeneinander um einen Torsionswinkel mittels eines zwischen diesen angeordneten Drehantriebs relativ verdrehbaren Stabilisatorteilen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des Torsionswinkels (Φ) zu einer einem aufgewendeten Drehmoment (M) des Drehantriebs äquivalenten Größe ermittelt wird und eine Überbeanspruchung festgestellt wird, wenn das Verhältnis außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äquivalente Größe mittels eines das Drehmoment des Drehantriebs erfassenden Drehmomentsensors ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äquivalente Größe mittels eines einen Druck zur Bereitstellung des Drehmoments eines hydraulischen Drehantriebs erfassenden Drucksensors oder zumindest einer elektrischen Größe eines elektromechanischen Drehantriebs ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äquivalente Größe mittels eines an der Abstützung des Wankstabilisators an der Fahrzeugkarosserie angeordneten, Abstützkräfte des Wankstabilisators gegenüber der Fahrzeugkarosserie erfassenden Kraftsensors ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines aus Betriebsgrößen und Sensoren gebildeten Fahrzeugmodells des Kraftfahrzeugs Abstützkräfte des Wankstabilisators gegenüber der Fahrzeugkarosserie ermittelt werden und die ermittelten Abstützkräfte die äquivalente Größe bilden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Drehmoment (M) und dem Torsionswinkel (Φ) eine Torsionswinkelkennlinie (2) mit einer von dieser beabstandeten Toleranzkennlinie (3) mit verringerten Drehmomenten (M) gebildet wird und bei Unterschreiten der Drehmomente (M) der Toleranzkennlinie (3) bei diesen Kennlinien zugeordneten Torsionswinkeln (Φ) eine Überbeanspruchung festgestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionswinkel (Φ) mittels eines internen Torsionswinkels (Φintern) des Drehantriebs abzüglich eines an den Enden der Stabilisatorteile ermittelten externen Torsionswinkels (Φextern) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überbeanspruchung festgestellt wird, wenn der Torsionswinkel (Φ) einen maximalen, vorgegebenen Torsionswinkel (Φmax) überschreitet.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überbeanspruchung bei Torsionswinkeln (Φ) größer als einem vorgegebenen Torsionswinkel (Φi) bei ein reibungsbedingtes Grundmoment (Mg) übersteigendem Drehmoment (M) gestartet wird.
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