DE102014011162A1

DE102014011162A1 - Verfahren zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks

Info

Publication number: DE102014011162A1
Application number: DE102014011162.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Unger; Christoph Göhrle
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-26
Also published as: US20160023531A1; US9868333B2; DE102014011162B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks (8) eines Kraftfahrzeugs, wobei das aktive Fahrwerk (8) zwischen einem Rad (2) und einem Aufbau (4) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und mindestens ein aktives Stellelement aufweist, wobei das mindestens eine aktive Stellelement zum Dämpfen einer Bewegung des Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung bei einer Fahrt über einen Untergrund (6) durch Zufuhr von Energie beaufschlagt wird, wobei mindestens eine aktive Stellgröße des Fahrwerks (8), die in vertikaler Richtung orientiert ist, beeinflusst wird, wobei ein Signal einer Geschwindigkeit des Aufbaus (4) in vertikaler Richtung sowie ein Signal der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, erfasst werden und eine Phasenverschiebung zwischen dem Signal der Geschwindigkeit des Aufbaus (4) und der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, ermittelt werden, wobei ein Wert der Phasenverschiebung mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert verglichen und für die Bewegung in vertikaler Richtung eine Anfachung nachgewiesen wird, wenn der Wert der Phasenverschiebung zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert abweicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zum Betreiben mehrerer aktiver Fahrwerke eines Kraftfahrzeugs und ein System zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.
Mit Hilfe eines aktiven Fahrwerks, mit dem bspw. eine 4-Quadranten-Regelung umzusetzen ist, kann eine Aufbaubewegung eines Kraftfahrzeugs bei einer Fahrt über eine unebene Straße deutlich reduziert werden. Hierbei ist eine Ansteuerung von aktiven Stellelementen des aktiven Fahrwerks so gestaltet, dass die Stellelemente einen Aufbau beruhigen, wobei eine Aufbaubewegung gedämpft wird. Im Unterschied zu einem passiven oder semiaktiven Fahrwerk wird den Stellelementen des aktiven Fahrwerks zur Aufbauberuhigung zeitweise auch Energie zugeführt und nicht nur dissipiert, wodurch eine Effektivität der Aufbauberuhigung gesteigert wird.
Während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs können diverse Fehler auftreten, die beispielsweise durch fehlerhaft verbaute Sensoren, Rechenfehler eines Steuergeräts, Übertragungsfehler in einem Netzwerk (Bus) usw. verursacht werden, was zu einer fehlerhaften Ansteuerung von Aktuatoren des Kraftfahrzeugs führen kann.
Sofern ein Fehlerfall auftritt, besteht die Möglichkeit, dass Stellgrößen auf eine Bewegung des Aufbaus nicht mehr dämpfend wirken, sondern den Aufbau stattdessen anfachen. Das bedeutet, dass die Energie einer Schwingung des Aufbaus immer weiter steigt und es zu einer sog. Resonanzkatastrophe kommt, wobei die Bewegung des Aufbaus instabil wird. Dies ist jedoch nur bei einem aktiven Fahrwerk möglich, da im Gegensatz zu passiven oder semiaktiven Fahrwerken nur bei einem aktiven Fahrwerk Energie in das System eingebracht werden kann. Konventionelle Techniken zur Vermeidung von Fehlern sind nicht auf das Verhalten des Kraftfahrzeugs im geschlossenen Regelkreis fokussiert, sondern finden auf einer unteren Ebene statt, z. B. durch eine Berechnung von Checksummen für eine Signalübertragung oder eine gegenseitige Plausibilisierung von mehreren Signalen.
Da jedoch ein Profil eines befahrenen Untergrunds, üblicherweise einer befahrenen Straße, durch die das Kraftfahrzeug bei einer Fahrt angeregt wird, unbekannt ist, und nur eine Reaktion des Kraftfahrzeugs auf die Straße gemessen werden kann, ist schwierig zu überprüfen, ob eine Anfachung stattfindet oder nicht. So kann nicht unterschieden werden, ob eine Messgröße, wie z. B. die Beschleunigung, deshalb immer größer wird, weil das Kraftfahrzeug durch die Straße angeregt wird, was bedeutet, dass eine Funktion zur Dämpfung des Kraftfahrzeugs in Ordnung ist, oder weil durch Aktuatoren des Fahrwerks aufgrund einer fehlerhaften Regelung immer größer werdende Stellgrößen verursacht werden, was bedeutet, dass die Funktion nicht in Ordnung ist. Falls keine Möglichkeit besteht, eine Anfachung zu detektieren, kann die Funktion im Fehlerfall nicht abgeschaltet werden, so dass ein Stromkreislauf unterbrochen werden muss, um entstandene Schwingungen wieder zu reduzieren.
Die Druckschrift DE 10 2005 014 237 A1 beschreibt eine Dämpfungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit der eine Dämpfkraft durch Ansteuern einer Stelleinrichtung verändert wird, um Anregungen aufgrund von Fahrbahnunebenheiten während einer Fahrt zu dämpfen. Dazu wird eine Kontrolleinheit verwendet, mit der eine Größe einer Vertikalgeschwindigkeit ermittelt und eine Dämpfkraft erhöht wird, falls die ermittelte Vertikalgeschwindigkeit größer als ein vorgegebener Mindestwert ist.
Aus der Druckschrift DE 10 2008 046 876 A1 ist ein Verfahren zur Gestaltung einer Dämpfungscharakteristik in einem Fahrwerk bekannt. Hierbei wird eine Dämpfung eines Aufbaus durch ein Skyhook-System mit einer phasenkorrigierten und frequenzmodulierten Dämpfung kombiniert.
Zusätzlich zeigt die Druckschrift DE 103 20 809 A1 Sensoren zum Erfassen einer Anregung eines Kraftfahrzeugs, die über dessen Fahrwerk auf dessen Karosserie wirkt. Hierbei werden von den Sensoren ermittelte Werte zum Dämpfen der Anregung berücksichtigt.
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausführungsformen der Verfahren und des Systems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei das aktive Fahrwerk zwischen einem Rad und einem Aufbau des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und mindestens ein aktives Stellelement aufweist, wobei das mindestens eine aktive Stellelement zum Dämpfen einer Bewegung des Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung bei einer Fahrt über einen Untergrund durch Zufuhr von Energie beaufschlagt wird, wobei mindestens eine aktive Stellgröße des Fahrwerks, die in vertikaler Richtung orientiert ist, beeinflusst wird. Bei dem Verfahren werden ein Signal einer Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung sowie ein Signal der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, erfasst und eine Phasenverschiebung zwischen dem Signal der Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung und dem Signal der mindestens einen aktiven Stellgröße ermittelt. Außerdem wird ein Wert der Phasenverschiebung mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert verglichen und für die Bewegung in vertikaler Richtung eine Anfachung nachgewiesen, wenn als mindestens eine Bedingung hierfür der Wert der Phasenverschiebung zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert abweicht, was üblicherweise dann der Fall ist, wenn der Wert für die Phasenverschiebung größer als der Schwellwert ist.
Ein aktives Stellelement des aktiven Fahrwerks, über das das Rad mit dem Aufbau verbunden ist, ist als Dämpfer, für den ein Dämpfungsgrad variabel einstellbar ist, als Feder oder Aktuator ausgebildet. Mindestens ein aktives Stellelement wird im Rahmen des Verfahrens kontrolliert und somit gesteuert und/oder geregelt, wobei dem mindestens einen Stellelement Energie zugeführt wird, wodurch eine Dämpfung einer Bewegung des Aufbaus in vertikaler Richtung zu erreichen ist. Durch einen Anfachungswächter wird im Rahmen des Verfahrens überprüft, ob für die Bewegung in vertikaler Richtung eine Anfachung vorliegt oder nicht. Eine Anfachung entsteht bspw. dann, wenn eine üblicherweise periodische Anregung durch das mindestens eine aktive Stellelement eine zu starke Bewegung des Aufbaus in vertikaler Richtung verursacht.
Als die mindestens eine aktive Stellgröße des Fahrwerks und/oder des mindestens einen aktiven Stellelements wird bzw. werden ein in vertikaler Richtung zurückgelegter Weg und/oder eine in vertikaler Richtung wirkende Kraft berücksichtigt.
In Ausgestaltung wird eine Beschleunigung des Aufbaus von einem Sensor gemessen und daraus durch Integration über die Zeit die Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung berechnet.
Außerdem werden sowohl das Signal der Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung als auch das Signal der mindestens einen aktiven Stellgröße jeweils mit einem Hochpass-Filter gefiltert und mit einem Tiefpass-Filter gefiltert.
Wie voranstehend angeführt, wird als die mindestens eine Bedingung für ein Vorliegen der Anfachung ein Wert der Phasenverschiebung mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert verglichen. Dabei kann das Signal der Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung jeweils mit einem Signal von mehreren sensorisch messbaren Stellgrößen, die vertikal orientiert sind, verglichen werden. Als mindestens eine weitere Bedingung wird, wie nachfolgend beschrieben, eine bei der Bewegung in vertikaler Richtung umgesetzte Energie überwacht.
Hierbei wird eine aus der Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung resultierende Energie bestimmt und mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert verglichen, wobei für diese Bewegung eine Anfachung nachgewiesen wird, wenn der Wert der bestimmten Energie zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert abweicht, was üblicherweise dann der Fall ist, wenn der Wert größer als der Schwellwert ist. Alternativ oder ergänzend wird eine aus der mindestens einen aktiven Stellgröße resultierende Energie bestimmt und mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert verglichen, wobei für die Bewegung eine Anfachung nachgewiesen wird, wenn der Wert der bestimmten Energie zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert abweicht, was üblicherweise dann der Fall ist, wenn der Wert größer als der Schwellwert ist.
Um auf Grundlage der überwachten Bedingungen zu beurteilen, ob die Anfachung vorliegt oder nicht, werden die Bedingungen in Ausgestaltung nach einer Relevanz gewichtet. Demnach ist das Vorliegen der Anfachung bereits dann nachzuweisen, wenn lediglich eine Bedingung, üblicherweise eine Abweichung der Phasenverschiebung von dem Sollwert, erfüllt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass eine Anfachung erst dann nachgewiesen wird, wenn mindestens eine weitere Bedingung erfüllt ist bzw. sämtliche Bedingungen erfüllt sind.
Bei einer optionalen Variante des Verfahrens wird davon ausgegangen, dass der Aufbau nach dem Skyhook-Prinzip über einen virtuellen Dämpfer mit einem Referenzsystem verbunden wird. Dabei bildet das Skyhook-Prinzip eine Basis für den Anfachungswächter.
Die Skyhook-Funktion basiert auf einer gezielten Dämpfung des Aufbaus des Kraftfahrzeugs mit dem virtuellen Dämpfer, der eine Dämpfungskonstante d_sky aufweist. Zur Umsetzung der Skyhook-Funktion wird als Betriebsparameter eine Beschleunigung des Aufbaus in vertikaler Richtung ermittelt, über die Zeit integriert und gefiltert. Dabei wird eine Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung berechnet und durch Beaufschlagung des Aktuators mit der Skyhook-Funktion eine zu der Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung proportionale Kraft als Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, bereitgestellt. Eine aus der Skyhook-Funktion resultierende Wirkung wird dem virtuellen Dämpfer bereitgestellt, der mit dem Aufbau und dem inertialen Referenzsystem, z. B. dem Himmel, verbunden ist, weshalb die Funktion auch als ”Skyhook” bzw. ”Himmelshaken” bezeichnet wird, da der Aufbau des Kraftfahrzeugs nach vorgesehener Definition über den virtuellen Dämpfer mit dem Himmel verbunden ist, wodurch das Kraftfahrzeug bei einer Fahrt über den üblicherweise als Straße ausgebildeten Untergrund zu schweben scheint. Unter Berücksichtigung dessen wird die Phase der Geschwindigkeit des Aufbaus mit der Phase der aktiven Stellgrößen verglichen.
Wenn eine Anfachung für die Bewegung in vertikaler Richtung nachgewiesen wird, wird eine Gegenmaßnahme eingeleitet. Hierzu wird bspw. eine Ansteuerung des mindestens einen aktiven Stellglieds angepasst, wobei Energie, die dem mindestens einen aktiven Stellglied zum Dämpfen der Bewegung des Aufbaus in vertikaler Richtung zugeführt wird, wieder reduziert wird.
Weiterhin ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben mehrerer aktiver Fahrwerke eines Kraftfahrzeugs, das mehrere Räder aufweist, wobei jeweils ein aktives Fahrwerk zwischen einem Rad und einem Aufbau des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, vorgesehen, dass jeweils ein aktives Fahrwerk durch das voranstehend beschriebene Verfahren betrieben wird. Somit wird berücksichtigt, dass die Bewegung des Aufbaus in vertikaler Richtung durch sämtliche aktiven Fahrwerke des Kraftfahrzeugs beeinflusst wird, wobei jeweils ein aktives Fahrwerk jeweils ein Rad mit dem Aufbau des Kraftfahrzeugs verbindet.
Das erfindungsgemäße System ist zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs ausgebildet, wobei das aktive Fahrwerk zwischen einem Rad und einem Aufbau des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und mindestens ein aktives Stellelement aufweist, wobei das mindestens eine aktive Stellelement zum Dämpfen einer Bewegung des Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung bei einer Fahrt über einen Untergrund durch Zufuhr von Energie zu beaufschlagen ist, wobei mindestens eine aktive Stellgröße des Fahrwerks beeinflusst wird. Das System weist ein Kontrollgerät auf, das dazu ausgebildet ist, ein Signal einer Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung sowie ein Signal der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, zu erfassen und eine Phasenverschiebung zwischen dem Signal der Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung und dem Signal der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, zu ermitteln. Das Kontrollgerät ist weiterhin dazu ausgebildet, einen Wert der Phasenverschiebung mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert zu vergleichen und für die Bewegung in vertikaler Richtung eine Anfachung nachzuweisen, wenn der Wert der Phasenverschiebung zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert abweicht.
Mit dem Kontrollgerät sind sämtliche Schritte der vorgestellten Verfahren zu kontrollieren, wobei das Kontrollgerät dazu ausgebildet ist, das mindestens eine aktive Stellelement durch Zufuhr von Energie zu beaufschlagen, wodurch zunächst eine Dämpfung der Bewegung des Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung erreicht werden soll. Falls sich dadurch jedoch die Anfachung ergeben sollte, ist ein Wert der zunächst zugeführten Energie wieder zu reduzieren. Ferner sind mit dem System sämtliche Schritte der beiden vorgestellten Verfahren durchführbar.
Mit den beiden Verfahren ist unter Berücksichtigung der Skyhook-Funktion bzw. eines Skyhook-Prinzips eine Anfachung des Aufbaus des Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung zu erkennen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems und ein Beispiel für ein aktives Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bei Durchführung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt ein Diagramm zu einer Funktion eines Anfachungswächters, der zur Umsetzung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
In 1 sind ein Rad 2 und ein Aufbau 4 eines Kraftfahrzeugs, das einen Untergrund 6 befährt, schematisch dargestellt. Das hier vorgesehene Beispiel des aktiven Fahrwerks 8 umfasst Stellelemente, über die das Rad 2 und der Aufbau 4 miteinander verbunden sind sowie mechanisch Wechselwirken. Bei diesen aktiven Stellelementen des aktiven Fahrwerks 8 handelt es sich um einen Aktuator 10 und eine erste Feder 12, die zwischen dem Rad 2 und dem Aufbau 4 in Reihe angeordnet bzw. geschaltet sind, und um eine zweite Feder 14 und einen Dämpfer 16, dessen Dämpfungsgrad variabel einstellbar ist. Dabei sind die zweite Feder 14 und der Dämpfer 16 jeweils zwischen dem Rad 2 und dem Aufbau 4 sowie parallel zueinander sowie auch parallel zu dem Aktuator 10 und der ersten Feder 12 angeordnet bzw. geschaltet.
Eine Wechselwirkung zwischen dem Rad 2 und dem befahrenen Untergrund 6 ist hier durch eine Radfeder 18, die auch als Reifenfeder bezeichnet werden kann, und durch einen Raddämpfer 20 bzw. Reifendämpfer, die hier zueinander parallel geschaltet sind, dargestellt.
Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 26 umfasst ein Kontrollgerät 28, mit dem zumindest Funktionen der Stellelemente des aktiven Fahrwerks 8 zu kontrollieren und somit zu steuern und/oder zu regeln sind. Dabei ist hier vorgesehen, dass die Stellelemente des aktiven Fahrwerks 8 ebenfalls als Komponenten der Ausführungsform des Systems 26 ausgebildet sind. Je nach Definition können auch das Rad 2 und der Aufbau 4, aber auch die Radfeder 18 und der Raddämpfer 20 als Komponenten der Ausführungsform des Systems 26 ausgebildet sein.
Ferner zeigt 1 mehrere hier durch Vektoren angedeutete Betriebsparameter, nämlich einen von dem Aufbau 4 bei der Fahrt über den Untergrund in vertikaler Richtung zurückgelegten Weg z_a des Aufbaus 4, eine Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung, ein in vertikaler Richtung zurückgelegter Weg z_act mindestens einer Komponente des aktiven Fahrwerks 8, ein in vertikaler Richtung zurückgelegter Weg z_r des Rads 2 sowie ein relativ zu dem Rad 2 in vertikaler Richtung zurückgelegter und/oder sich ändernder Weg z_s des hier als Straße ausgebildeten Untergrunds 6.
Sämtliche im Rahmen der hier vorgestellten Ausführungsform des Verfahrens zu berücksichtigenden Betriebsparameter, die sämtliche Stellgrößen umfassen, sind von mindestens einem nicht weiter dargestellten Sensor zu erfassen. Werte dieser sensorisch erfassten Betriebsparameter werden dem Kontrollgerät 28 über Signale bereitgestellt.
Im Rahmen der Ausführungsform des Verfahrens wird mit dem Kontrollgerät 28 eine Funktion mindestens eines aktiven Stellelements, d. h. des Aktuators 10, mindestens einer Feder 12, 14 und/oder des Dämpfers 16 des aktiven Fahrwerks 8 kontrolliert und durch Zufuhr von Energie beaufschlagt, wodurch eine Bewegung des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung gedämpft wird. Hierbei wird von dem Kontrollgerät 26 die Skyhook-Funktion berücksichtigt. Außerdem wird mit dem Kontrollgerät 26 ein Anfachungswächter bereitgestellt, der dazu ausgebildet ist, eine dämpfende Wirkung des mindestens einen aktiven Stellelements des Fahrwerks 8 auf den Aufbau 4 zu beurteilen, wobei der Anfachungswächter auf der Skyhook-Funktion und somit auf einem Skyhook-Prinzip basiert. Dieser von dem Kontrollgerät 26 im Rahmen des Verfahrens bereitgestellte und/oder realisierte Anfachungswächter sowie dessen Funktion sind anhand des Diagramms 30 aus 2 dargestellt.
Zumindest eine Reaktion des Aufbaus 4 und somit auch eine Reaktion des Kraftfahrzeugs ist von einer Anregung durch den Untergrund 6, die sich durch die Radfeder 18 und den Raddämpfer 20 entlang des von dem Untergrund 6 in vertikaler Richtung zurückgelegten Wegs z_s ergibt, sowie von Kräften als aktive Stellgrößen, die durch die aktiven Stellelemente des Fahrwerks 8 eingeleitet werden, abhängig. Überschreitet eine Phasenverschiebung bzw. ein Phasenversatz von zwei Betriebsparametern einen definierbaren Schwellwert, so liegt ein erstes Indiz für eine Anfachung vor. Steigt zudem eine Amplitude eines Signals mindestens eines Betriebsparameters, d. h. mindestens von der Geschwindigkeit v_a des Aufbaus und/oder mindestens eines zurückgelegten Wegs bzw. mindestens einer sich ändernden Höhe z_act als aktive Stellgröße stark an, liegt ein weiteres Indiz für eine Anfachung vor. Durch einen Wert der Amplitude des mindestens einen Signals ist abzuleiten, wieviel mechanische Energie durch eine Bewegung, die mit dem mindestens einen Betriebsparameter verbunden ist, erzeugt wird.
Während eine Reaktion des Kraftfahrzeugs, d. h. des Aufbaus 4 und des Rads 2, und aktive Stellgrößen als Betriebsparameter der aktiven Stellelemente von mindestens einem Sensor gemessen werden und somit bekannt sind, ist eine Anregung durch den Untergrund 6 unbekannt. Mit dem vorgeschlagenen Anfachungswächter werden die gemessenen und zur Verfügung stehenden Betriebsparameter und/oder Stellgrößen berücksichtigt. Außerdem ist der Anfachungswächter von einer Regelstruktur des aktiven Fahrwerks 8 unabhängig.
Ein sich bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs über den Untergrund 6 ergebender Wert für einen in vertikaler Richtung zurückgelegten Weg bzw. einer geänderten Höhe z_act oder einer sich in vertikaler Richtung ergebenden Kraft F_act als aktive Stellgröße des aktiven Fahrwerks 8 wirkt dämpfend, wenn sie zur Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 gleichsinnig ist.
Bei dem Diagramm 30 aus 2 zur Darstellung des Anfachungswächters und dessen Funktion wird einem ersten Modul 32, das dazu ausgebildet ist, eine Integration sowie eine Filterung mit einem Hochpass-Filter als auch eine Filterung mit einem Tiefpass-Filter, hier bei 1 Hz, durchzuführen, ein gemessenes Signal 34 zum Darstellen eines zeitlichen Verlaufs einer Beschleunigung des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung bereitgestellt, aus dem von dem ersten Modul 32 durch Integration des Signals 34 des zeitlichen Verlaufs der Beschleunigung ein Signal 36 zum Darstellen eines zeitlichen Verlaufs der Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung berechnet wird.
Ein zweites Modul 38 des Anfachungswächters ist dazu ausgebildet, eine Filterung mit einem Hochpass-Filter sowie eine Filterung mit einem Tiefpass-Filter, hier bei 1 Hz, durchzuführen. Dem zweiten Modul 38 wird ein Signal 40 zum Darstellen eines zeitlichen Verlaufs mindestens einer messbaren Stellgröße, d. h. eines Wegs z_act, der von einem Stellelement des aktiven Fahrwerks 8, des Rads 2 oder des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung zurückgelegt wird, und/oder einer in vertikaler Richtung wirkenden Kraft, bereitgestellt und von dem zweiten Modul 38 gefiltert, wobei ein Signal 42 mit einem gefilterten zeitlichen Verlauf der mindestens einen sensorisch messbaren, aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, bereitgestellt wird.
Einem dritten Modul 44, das zum Schätzen einer Phase und einer Amplitude eines Signals ausgebildet ist, wird von dem ersten Modul 32 das Signal 36 zum Darstellen des zeitlichen Verlaufs 36 der Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 und von dem zweiten Modul 38 das Signal 42 mit dem gefilterten zeitlichen Verlauf der messbaren Stellgröße bereitgestellt.
Von dem dritten Modul 44 wird ein Signal 46 für eine Phasenverschiebung und somit für einen zeitlichen Unterschied bzw. Versatz zwischen den Signalen 36, 42, also des Signals 36 für die Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 und des gefilterten Signals 42 für die mindestens eine sensorisch messbare Stellgröße berechnet. Diese Phasenverschiebung 46 wird mit einem hierfür vorgesehenen, definierbaren Schwellwert 48 für die Phasenverschiebung 46 verglichen. Weiterhin wird von dem dritten Modul 44 ein Wert für eine Energie 50 der Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 ermittelt und mit einem hierfür vorgesehenen, definierbaren Schwellwert 52 verglichen. Zudem ist vorgesehen, dass von dem dritten Modul 44 ein Wert für eine Energie 54 der messbaren, aktiven Stellgröße ermittelt und mit einem hierfür vorgesehenen, definierbaren Schwellwert 56 verglichen wird.
Mit einem vierten Modul 58 zum Auswerten der Phasenverschiebung 46 und der Energien 50, 54 unter Berücksichtigung eines jeweils vorgesehenen Schwellwerts 48, 52, 56 wird ein Anfachungsindex 60 ermittelt, der darüber Auskunft gibt, ob im Rahmen des Verfahrens für das Kraftfahrzeug, hier für die Bewegung des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung, eine Anfachung vorliegt oder nicht.
In Ausgestaltung des Verfahrens wird mit mindestens einem Sensor des Kraftfahrzeugs die vertikale Beschleunigung des Aufbaus 4 gemessen und das daraus resultierende Signal 34 von dem ersten Modul 32 über die Zeit integriert, wobei die vertikale Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 ermittelt wird. Um einen möglichen Drift bei der Integration zu verhindern, wird die berechnete Beschleunigung des Aufbaus 4 zunächst mit einem Hochpass-Filter des ersten Moduls 32 gefiltert. Mit einem nachgelagerten Tiefpass-Filter des ersten Moduls 32 wird sichergestellt, dass nur für eine Anfachung relevante Frequenzanteile im Signal 36 für die vertikale Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 enthalten sind. Eckfrequenzen beider Filter, d. h. des Hochpass-Filters und des Tiefpass-Filters, werden auf einen Wert einer Eigenfrequenz der Bewegung des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung eingestellt, die z. B. 1 Hz beträgt. Dabei ist die Eigenfrequenz der Bewegung des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung von einer Masse des Aufbaus 4, einer Federsteifigkeit von Federn 12, 14 des Fahrwerks 8 und von einem Dämpfungsmaß bzw. Dämpfungsgrad des Fahrwerks 8 abhängig, das bzw. der von dem variabel einstellbaren Dämpfungsgrad des Dämpfers 16 abhängig ist.
Das Signal 40 für die mindestens eine aktive Stellgröße, wobei je nach Ausführungsform des aktiven Fahrwerks 8 eine Kraft und/oder ein Weg des aktiven Fahrwerks 8, die bzw. der in vertikaler Richtung orientiert ist, verwendet wird, wird von dem zweiten Modul 38 im selben Maße und/oder Umfang wie das von dem ersten Modul 32 zu filternde Signal für die Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung gefiltert. Somit wird für das Signal 36 zum Darstellen eines zeitlichen Verlaufs der Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung und für das Signal 42 mit dem gefilterten zeitlichen Verlauf der mindestens einen messbaren aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, eine vergleichbare Phasenlage bereitgestellt.
Bei dem nachgelagerten Verarbeitungsschritt, der mit dem dritten Modul 44 durchgeführt wird, werden die Phase und die Amplitude der beiden Signale 36, 42 geschätzt. Die Phase beschreibt dabei, ob eines der Signale 36, 42 dem anderen voraus- oder nacheilt. Bei einer gegensinnigen Schwingung beider Signale 36, 42 beträgt ein Wert der Phasenverschiebung 46 180°. Die Amplitude jeweils eines Signals 36, 42 wird über einen quadratischen Effektivwert bzw. Mittelwert, den sog. RMS-Wert (root mean square), ermittelt. Aus der Amplitude ist ein Wert für mechanische Energie abzuleiten, die sich durch eine Bewegung ergibt, die mit dem jeweiligen Signal 36, 42 beschrieben wird.
Die Werte für die Phasenverschiebung 46 und die Energie 50, 54 werden in einem gleitenden Fenster ermittelt, wobei eine Breite des gleitenden Fensters durch einen definierbaren Einstellparameter festzulegen ist. Ein breiteres gleitendes Fenster führt zu glatteren Signalen aber auch zu einer trägeren Reaktion auf Ereignisse. In Ausgestaltung weist das Fenster bspw. eine Breite von 2 Sekunden auf.
Üblicherweise sollten sich das Signal 36 für die Geschwindigkeit v_a des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung und das Signal 42 der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, in einem einstellbaren Toleranzband befinden, das durch den Schwellwert 48 sowie einen Toleranzwert festzulegen ist. Die beiden Signale 36, 42 sollten keinesfalls gegenphasig sein, weshalb die Phasenverschiebung 46 zwischen beiden Signalen 36, 42 nicht 180° betragen darf, wenn Werte für die Energie 50, 54 von Bewegungen, die durch beide Signale 36, 42 beschrieben werden, die hierfür vorgesehenen, einstellbaren Schwellwerte 52, 56 überschreiten.
Um diese Bedingung zu überprüfen, werden in Ausgestaltung geschätzte Werte für die Phasenverschiebung 46 und die Energie 50, 54 mit den hierfür jeweils vorgesehenen Schwellwerten 48, 52, 56 verglichen. Dabei ist ein maximal zulässiger Schwellwert 48 für die Phasenverschiebung 46 definierbar, der bspw. 140° betragen kann. Falls der Wert für die Phasenverschiebung 46 zwischen den Signalen 36, 42 geringer als der definierte Schwellwert 48 ist, liegt im Rahmen der Ausführungsform keine Anfachung vor, weshalb sich für den Anfachungsindex 60 der Wert null ergibt. Falls der Wert der Phasenverschiebung 46 jedoch größer als der Schwellwert 48 ist und falls zudem Werte der Amplituden der Signale 36, 42 zusätzlich die hierfür jeweils vorgesehenen und/oder definierbaren Schwellwerte 52, 56 überschreiten, ergibt sich für den Anfachungsindex 60 der Wert eins, durch den signalisiert wird, dass zum Reduzieren der identifizierten Anfachung Gegenmaßnahmen zu ergreifen sind. Somit wird in der hier vorgestellten Ausführungsform eine Anfachung identifiziert, wenn durch Überschreiten von drei Schwellwerten 48, 52, 56 drei Bedingungen erfüllt sind. Zum Durchführen einer Gegenmaßnahme ist hier eine zum Dämpfen der Bewegung des Aufbaus 4 in vertikaler Richtung zugeführte Energie wieder zu reduzieren.
In einer alternativen Ausführungsform ist möglich, dass der Anfachungsindex 60 den Wert eins annimmt und eine Anfachung identifiziert wird, wenn bereits mindestens ein einziger hier zu überwachender Wert, bspw. der Wert für die Phasenverschiebung 46, zumindest um den Toleranzwert um einen hierfür vorgesehenen Schwellwert abweicht.
In der vorgestellten Ausführungsform wird ein Verhalten des Aufbaus 4 des Kraftfahrzeugs und eines Fahrwerks 8, das einem Rad 2 zugeordnet ist, überwacht. Demnach wird das Verfahren zumindest für ein Teilfahrzeugmodell, bspw. ein Viertelfahrzeugmodell durchgeführt, falls das Kraftfahrzeug insgesamt vier Räder 2 zu dessen Fortbewegung aufweist. In weiterer Ausgestaltung ist das Verfahren auch auf ein Vollfahrzeugmodell übertragbar, wobei ein Verhalten der Fahrwerke 8, die sämtlichen Räder 2 zugeordnet sind, und des Aufbaus 4 überwacht wird. Hierzu sind insgesamt vier Anfachungswächter vorgesehen, wobei jeweils einem Fahrwerk 8 eines Rads 2 ein Anfachungswächter an einer Ecke des Kraftfahrzeugs zugeordnet wird. Eine Geschwindigkeit v_a für den Aufbau 4 wird in diesem Fall unter Zuhilfenahme einer Nickrate und/oder einer Wankrate des gesamten Kraftfahrzeugs berechnet. In alternativer Ausgestaltung sind drei Anfachungswächter vorzusehen, die modal aktiviert und/oder realisiert werden und jeweils zur Überwachung einer Hubrate, einer Nickrate und einer Wankrate des Aufbaus 4 ausgebildet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005014237 A1 [0006]
DE 102008046876 A1 [0007]
DE 10320809 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks (8) eines Kraftfahrzeugs, wobei das aktive Fahrwerk (8) zwischen einem Rad (2) und einem Aufbau (4) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und mindestens ein aktives Stellelement aufweist, wobei das mindestens eine aktive Stellelement zum Dämpfen einer Bewegung des Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung bei einer Fahrt über einen Untergrund (6) durch Zufuhr von Energie beaufschlagt wird, wobei mindestens eine aktive Stellgröße des Fahrwerks (8), die in vertikaler Richtung orientiert ist, beeinflusst wird, wobei ein Signal (36) einer Geschwindigkeit des Aufbaus (4) in vertikaler Richtung sowie ein Signal (42) der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, erfasst werden und eine Phasenverschiebung (46) zwischen dem Signal (36, 42) der Geschwindigkeit des Aufbaus (4) und der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, ermittelt werden, wobei ein Wert der Phasenverschiebung (46) mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert (48) verglichen und für die Bewegung in vertikaler Richtung eine Anfachung nachgewiesen wird, wenn der Wert der Phasenverschiebung (46) zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert (48) abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als die mindestens eine aktive Stellgröße des aktiven Fahrwerks (8) ein in vertikaler Richtung zurückgelegter Weg berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als die mindestens eine aktive Stellgröße des aktiven Fahrwerks (8) eine in vertikaler Richtung wirkende Kraft berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine Beschleunigung des Aufbaus (4) in vertikaler Richtung gemessen und daraus durch Integration die Geschwindigkeit des Aufbaus (4) in vertikaler Richtung berechnet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem das Signal (36) der Geschwindigkeit des Aufbaus (8) in vertikaler Richtung und das Signal (42) der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, jeweils mit einem Hochpass-Filter und einem Tiefpass-Filter gefiltert werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine aus der Geschwindigkeit des Aufbaus in vertikaler Richtung resultierende Energie (50) bestimmt und mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert (52) verglichen wird, wobei für die Bewegung in vertikaler Richtung eine Anfachung nachgewiesen wird, wenn der Wert der bestimmten Energie (50) zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert (52) abweicht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine aus der mindestens einen aktiven Stellgröße resultierende Energie (54) bestimmt und mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert (56) verglichen wird, wobei für die Bewegung in vertikaler Richtung eine Anfachung nachgewiesen wird, wenn der Wert der bestimmten Energie (54) zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert (56) abweicht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Aufbau (4) nach dem Skyhook-Prinzip über einen virtuellen Dämpfer mit einem Referenzsystem verbunden wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem eine Gegenmaßnahme eingeleitet wird, wenn eine Anfachung für die Bewegung in vertikaler Richtung nachgewiesen wird.
Verfahren zum Betreiben mehrerer aktiver Fahrwerke (8) eines Kraftfahrzeugs, das mehrere Räder (2) aufweist, wobei jeweils ein aktives Fahrwerk (8) zwischen einem Rad (2) und einem Aufbau (4) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei jeweils ein aktives Fahrwerk (8) durch ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche betrieben wird.
System zum Betreiben eines aktiven Fahrwerks (8) eines Kraftfahrzeugs, wobei das aktive Fahrwerk (8) zwischen einem Rad (2) und einem Aufbau (4) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und mindestens ein aktives Stellelement aufweist, wobei das mindestens eine aktive Stellelement zum Dämpfen einer Bewegung des Kraftfahrzeugs in vertikaler Richtung bei einer Fahrt über einen Untergrund (6) durch Zufuhr von Energie zu beaufschlagen ist, wobei mindestens eine aktive Stellgröße des Fahrwerks (8), die in vertikaler Richtung orientiert ist, zu beeinflussen ist, wobei das System (26) ein Kontrollgerät (28) aufweist, das dazu ausgebildet ist, ein Signal (36) einer Geschwindigkeit des Aufbaus (4) in vertikaler Richtung sowie ein Signal (42) der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung zu orientieren ist, zu erfassen und eine Phasenverschiebung (46) zwischen dem Signal (36, 42) der Geschwindigkeit des Aufbaus (4) in vertikaler Richtung und dem Signal der mindestens einen aktiven Stellgröße, die in vertikaler Richtung orientiert ist, zu ermitteln, wobei das Kontrollgerät (28) weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Wert der Phasenverschiebung (46) mit einem hierfür vorgesehenen Schwellwert (48) zu vergleichen und für die Bewegung in vertikaler Richtung eine Anfachung nachzuweisen, wenn der Wert der Phasenverschiebung (46) zumindest um einen Toleranzwert von dem Schwellwert (48) abweicht.