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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Niveauregulierung einer beweglichen Radaufhängung einer Karosserie eines Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 und 2. Die Erfindung betrifft ferner eine Regelungsvorrichtung für eine bewegliche Radaufhängung einer Karosserie eines Fahrzeugs gemäß Patentanspruch 6.
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Ein System zur Regelung eines Niveaus zwischen Rädern und einem Aufbau eines Fahrzeugs regelt den Abstand zwischen den Rädern und dem Aufbau, unabhängig vom Untergrund, auf dem das Fahrzeug steht. Eine einzelne Regelung aller vier Räder ist dabei zwar die genaueste Art der Regelung, funktioniert jedoch nur auf ebenem Untergrund. Steht das Fahrzeug auf unebenem Untergrund, muss von der genannten Vierpunkt-Regelung abgewichen werden.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass entweder an einer oder an beiden Achsen des Fahrzeugs eine Mittelwertregelung durchgeführt wird. Dabei werden stets beide Luftfedern einer Achse gleichzeitig angehoben oder abgesenkt, Regelgröße ist dabei ein Mittelwert beider Niveaus einer Achse.
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DE 10 2010 054 703 A1 offenbart eine Mittelwertregelung für eine Luftfederanlage eines Fahrzeugs, bei der sich ein Druck bei dem einer Achse eines Fahrzeugs zugeordneten ersten und zweiten Luftbalg gemäß einem Mittelwert eines Drucks im ersten und zweiten Luftbalg einstellt. Offenbart ist ferner eine so genannte Links-Rechts-Regelung für eine separate Druckeinstellung, mittels der ein Druck im ersten und im zweiten Luftbalg separat einstellbar ist. Auf diese Weise können Luftbälge links und rechts unabhängig voneinander gesteuert und be- oder entlüftet werden, wodurch beispielsweise ein durch eine asymmetrische Beladung hervorgerufener Schiefstand des Fahrzeugs ausgeglichen werden kann.
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DE 102 44 363 B4 offenbart ein Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines aktiven und/oder steuerbaren Fahrwerks. Mittels der Regelung des aktiven Fahrwerks kann eine Mittelwertbildung von auf einer Diagonalen liegenden Räder vorgenommen werden. Auf diese Weise lassen sich Soll-Plungerstellungen aus gegebenen 1st-Federwegen und Ist-Plungerstellungen ermitteln, wodurch sich das aktive und/oder steuerbare Fahrwerk regeln lässt. Auftretende Radlastdifferenzen werden für den Fall minimiert, dass nicht alle vier Radaufstandspunkte in einer Ebene liegen, wodurch eine Verspannung des Fahrzeugs reduziert wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Niveauregulierung einer beweglichen Radaufhängung eines Fahrzeuges bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und 2 sowie die Regelungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
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Ein Vorteil der beschriebenen Verfahren besteht darin, dass die Niveauregulierung eines Fahrzeugs verbessert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass in Abhängigkeit von einer Verschränkung wenigstens einer Achse des Fahrzeugs einem Niveauregler ein korrigierter Istwert zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Mittelwertregelung bei Unterschreiten eines Grenzwerts der Verschränkung gegenüber einer definierten Lage der Achse konventionell durchgeführt werden, wohingegen bei Überschreiten des definierten Grenzwerts der Verschränkung dem Niveauregler ein mathematisch ermittelter Istwert als Istwert zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Niveauregulierung abhängig vom Zustand des Fahrzeuges präziser durchgeführt werden. Im Ergebnis ist dadurch vorteilhaft eine Regelungsgenauigkeit verbessert, so dass eine Betriebscharakteristik des Fahrzeugs individuell an Erfordernisse angepasst werden kann.
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In einer Ausführungsform der Verfahren ist vorgesehen, dass der rechnerisch ermittelte Wert ein arithmetischer Mittelwert der gemessenen Abstände der Räder der Achse oder der beiden Achsen von der Karosserie ist. Dadurch ist eine besonders einfache und schnelle Ermittlung des rechnerisch ermittelten Istwerts möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform der Verfahren ist vorgesehen, dass zu einer Umschaltung zwischen den dem Regler zugeführten Werten jedes Rades der Achse oder der beiden Achsen ein Schaltelement verwendet wird. Dadurch ist auf einfache Weise eine Umschaltung zwischen Istwerten von Niveaus der beiden Räder möglich, so dass dem Regler sehr schnell die jeweils gültigen Werte übermittelt werden können.
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Eine weitere Ausführungsform der Verfahren sieht vor, dass der definierte Wert der Verschränkung bei einer Achse ca. 40 mm beträgt und wobei der definierte Wert einer Summe der Verschränkungen bei zwei Achsen ca. 80 mm beträgt. Dadurch werden zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Praxis bewährte Verschränkungswerte verwendet.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrwerks eines Fahrzeuges,
- 2 eine schematische Seitenansicht einer Radaufhängung des Fahrwerks,
- 3 eine schematische Darstellung einer Regelungsvorrichtung für die Ausführung des Verfahrens, und
- 4 eine schematische Darstellung eines Programmablaufes zur Durchführung einer Niveauregulierung.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug 1 mit einer Karosserie 2, an der über Radaufhängungen 3 Räder 4 beweglich in der Höhe gegenüber der Karosserie 2 gelagert sind. Die Radaufhängung 3 kann insbesondere einen Längslenker, einen Schräglenker und/oder einen Querlenker aufweisen.
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Die Radaufhängung 3 ist elastisch über ein Federelement 5 mit der Karosserie 2 gekoppelt. Bei dem Federelement 5 kann es sich um ein pneumatisches, hydraulisches oder hydropneumatisches Federelement handeln. Zudem kann das Federelement 5 auch in jeder anderen Art von Aktor ausgebildet sein, der eine Federfunktion zwischen der Radaufhängung 3 und der Karosserie 2 mit einer Höhenänderung zwischen der Radaufhängung 3 und der Karosserie 2 ermöglicht. Jeweils zwei Räder 4 sind voneinander beabstandet an einer Achse 11, 12 angeordnet, wobei eine Unterscheidung der Begriffe ,Vorderachse‘ und „Hinterachse“ für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ohne Belang ist.
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Im Folgenden wird unter einer Verschränkung V im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Niveauunterschied zwischen einem Endpunkt einer Achse 11, 12 gegenüber dem anderen Endpunkt der Achse 11, 12 bezogen auf eine Referenzlage der Achse 11, 12 verstanden. Unter der Verschränkung V kann auch eine Verkippung bzw. eine Auslenkung gegenüber einer vorgegebenen Lage, insbesondere einer horizontalen Lage der Achse 11, 12 verstanden werden. Ein Ausmaß der Verschränkung V kann dabei in Winkelgraden oder in einer Längeneinheit (z.B. Millimeter) angegeben werden. Die Verschränkung V kann mittels Sensoren 8 bezogen auf eine einzige Achse 11, 12 gemessen werden. Alternativ kann die Verschränkung V auch zwischen beiden Achsen 11, 12 des Fahrzeugs I gemessen werden, wobei eine Summe der Verschränkungen V der beiden Achsen 11, 12 von Relevanz ist. Unter einer Verschränkung V im Sinne der vorliegenden Erfindung kann somit eine Summe von senkrechten geometrischen Abständen von Enden der Achse 11, 12 bezogen auf eine vorgegebene, insbesondere horizontale Lage der Achse 11,12 verstanden werden. Unter einer Verschränkung V im Sinne der vorliegenden Erfindung kann weiterhin auch eine Summe von senkrechten geometrischen Abständen von Enden der beiden Achsen 11, 12 bezogen auf vorgegebene, insbesondere horizontale Lagen der Achsen 11,12 verstanden werden.
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Das Federelement 5 erlaubt neben einer Federfunktion zusätzlich eine Einstellung eines statischen Abstandes zwischen der Karosserie 2 und der Radaufhängung 3 bzw. dem Rad 4. Das Federelement 5 ist in der Weise ausgebildet, dass physikalische Eigenschaften wie beispielsweise eine Federrate und/oder eine Federhärte des Federelementes 5 und/oder eine Länge des Federelementes 5 eingestellt werden können. Dazu ist das Federelement 5 über eine Steuerleitung 6 mit einem Steuergerät 7 verbunden.
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Das Federelement 5 kann beispielsweise in Form einer Luftfeder ausgebildet sein. Die Luftfeder steht über ein Ventil (nicht dargestellt) mit einem Kompressor (nicht dargestellt) in Verbindung, wobei der Kompressor abhängig von der Stellung des Ventils sowohl die Federrate als auch die Länge der Luftfeder über einen entsprechenden Luftdruck und über einen entsprechenden Luftstrom einstellen kann. In dieser Ausführungsform ist sowohl das Ventil als auch der Kompressor über eine Steuerleitung mit dem Steuergerät 7 verbunden.
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Weiterhin ist für jede Radaufhängung 3 ein Sensor 8 vorgesehen, der einen Abstand in der Höhe zwischen der Radaufhängung 3 und der Karosserie 2 erfasst und an das Steuergerät 7 weiterleitet. Zudem sind weitere Sensoren 9 vorgesehen, die einen Zustand des Fahrzeuges 1 erfassen. Der Zustand des Fahrzeuges 1 kann beispielsweise eine vorgegebene Geschwindigkeit und/oder ein vorgegebener Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeuges 1 sein und/oder ein vorgegebener Lenkwinkeleinschlag und/oder ein vorgegebener Lenkwinkeleinschlagbereich und/oder eine Querbeschleunigung und/oder eine Längsbeschleunigung sein. Zudem kann der Zustand des Fahrzeuges 1 ein aktives System des Fahrzeuges 1, insbesondere eine aktive Fahrwerkkomponente des Fahrzeuges 1 sein.
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Beispielsweise kann eine aktive Wankstabilisierung eine aktive Fahrwerkkomponente darstellen. Mithilfe der weiteren Sensoren 9 kann wenigstens einer der vorgegebenen Zustände des Fahrzeugs 1 erfasst werden. Der erfasste Zustand wird von dem wenigstens einen weiteren Sensor 9 an das Steuergerät 7 gemeldet.
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Weiterhin kann ein Zustand des Fahrzeugs 1 eine vorgegebene Querbeschleunigung, eine vorgegebene Längsbeschleunigung, ein vorgegebenes Antriebsmoment, ein vorgegebenes Bremsmoment und/oder eine vorgegebene Fahrzeugneigung darstellen. Diese Aufzählung der Zustände ist nicht abschließend und kann auch weitere nicht explizit genannte Zustände des Fahrzeugs 1 umfassen. Zur Erfassung der Zustände sind die weiteren Sensoren 9 beispielsweise als Geschwindigkeitssensor, als Lenkwinkelsensor, als Beschleunigungssensor und/ oder als Neigungssensor ausgebildet.
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2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Radaufhängung 3 mit einer Darstellung eines Abstandes d zwischen dem Rad 4 und der Karosserie 2. Da die Radaufhängung in der Höhe gegenüber der Karosserie 2 beweglich an der Karosserie 2 gelagert ist, kann sich der Abstand zwischen dem Rad 4 und der Karosserie 2 bzw. der Achse 11, 12 und der Karosserie 2 im Betrieb des Fahrzeuges 1 ändern.
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3 zeigt ein prinzipielles Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung 100. Die Regelungsvorrichtung 100 umfasst einen Regler 20, der als ein Niveauregler ausgebildet ist und der zu einer Regelung des Abstands d der Räder 4 bzw. der Achse 11, 12 von der Karosserie 2 vorgesehen ist. In 3 ist der Einfachheit halber lediglich der Regler 20 für die beiden Räder 4 der Vorderachse des Fahrzeugs I dargestellt, es versteht sich jedoch von selbst, dass für eine Berücksichtigung der hinteren Räder 4 der Karosserie 2 des Fahrzeugs 1 die Strukturen des Blockschaltbilds von 3 lediglich entsprechend den Strukturen der vorderen Räder 4 zu ergänzen ist.
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Ein Istwert: IWL eines Abstands des linken Vorderrads von der Karosserie 2 wird an ein erstes Schaltelement 50 und an eine Recheneinrichtung 40 zugeführt. Vorzugsweise ist die Recheneinrichtung 40 als ein Mittelwertbildner ausgebildet, kann jedoch auch andere mathematische Funktionen implementieren. Ein Istwert IWR eines Abstands des rechten Vorderrads von der Karosserie 2 wird an ein zweites Schaltelement 51 und an die Recheneinrichtung 40 zugeführt. Dem Regler 20 werden ferner Sollwerte SW zugeführt, die jeweils einem Sollwert des Abstands d des jeweiligen Rades 4 von der Karosserie 2 entsprechen.
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Die Schaltelemente 50, 51 sind in 3 in einer Stellung gezeigt, in der sie die genannten Werte IWL, IWR dem Regler 20 als Eingangsgrößen bzw. Istwerte zuführen, wobei der Regler 20 die Abstände d der beiden Vorderräder zur Karosserie 2 auf die Sollwerte SW regelt.
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Man erkennt in 3 ferner eine Vergleichseinrichtung 30, der ein Wert einer Verschränkung V und ein Referenz- bzw. Vergleichswert REF der Verschränkung V zugeführt wird. Ein Ausgangswert der Vergleichseinrichtung 30 wird als eine Steuergröße jedem der beiden Schaltelemente 50, 51 zugeführt. Für den Fall, dass der Wert der Verschränkung V den vorgebbaren Referenzwert REF überschreitet, wird dies von der Vergleichseinrichtung 30 erkannt und es werden die Schaltelemente 50, 51 umgeschaltet, so dass nunmehr der von der Recheneinrichtung 40 errechnete Rechenwert RW, z.B. ein arithmetischer Mittelwert, der sich aus den Werten IWL und IWR ergibt, an die Schaltelemente 50, 51 und in weiterer Folge an den Regler 20 zugeführt wird. Im Ergebnis erhält dadurch der Regler 20 als Istwert an Stelle eines gemessenen Istwerts (bei V ≤ REF) einen errechneten bzw. korrigierten Istwert (bei V > REF) des Abstands d der Räder 4 der Achse 11, 12 von der Karosserie 2.
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Im Ergebnis wird mittels der erfindungsgemäßen Regelungsvorrichtung 100 somit bei Unterschreiten des Grenzwerts REF der Verschränkung V eine herkömmliche Einzelradregelung durchgeführt, die die gemessenen Istwerte dem Regler 20 zuführt, wobei der Regler 20 einen Sollwert SW entsprechend dem zugeführten Istwert regelt.
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Für den Fall, dass ein Ausmaß der Verschränkung V, das beispielsweise bei einer einzelnen Achse 11,12 ca. 40 mm und bei einer Verschränkung V zwischen zwei Achsen 11, 12 eine Summe der Verschränkungen V ca. 80 mm übersteigt, wird aus den beiden Messwerten ein korrigierter Abstands-Istwert ermittelt und dem Regler 20 zugeführt, so dass auf diese Weise ein Regelungsverhalten des Reglers 20 angepasst wird und als Konsequenz eine Regelungsfunktion des Reglers 20 unter Umständen sogar unterbleiben kann. Dies kann z.B. dann der Fall sein, wenn eine der Achsen 11, 12 an einer Seite zu stark angehoben wird, oder wenn die beiden Achsen 11, 12 zueinander zu stark verschränkt sind.
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4 zeigt einen prinzipiellen Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Niveauregulierung einer beweglichen Radaufhängung einer Karosserie eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug zwei Achsen aufweist, die an jedem Ende jeweils mit einer Radaufhängung verbunden sind.
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In einem Schritt 200 wird einem Regler bei Unterschreiten eines definierten Werts einer Verschränkung wenigstens einer Achse gegenüber einer vorgegebenen Lage der Achse als ein Istwert für jedes Rad der Achse ein gemessener Wert des Abstands des Rades von der Karosserie zugeführt.
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In einem Schritt 210 wird dem Regler bei Überschreiten des definierten Werts der Verschränkung wenigstens einer Achse gegenüber der vorgegebenen Lage der Achse als ein Istwert für jedes Rad der Achse ein aus den gemessenen Werten der Abstände der Räder der Achse von der Karosserie rechnerisch ermittelter Wert zugeführt wird.
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In einem Schritt 220 wird mittels des Reglers auf einen Sollwert des Abstands der Räder der Achse von der Karosserie geregelt.
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Zusammenfassend wird mit der Erfindung eine verschränkungsabhängige Umschaltung einer Einzelradregelung für eine bewegliche Radaufhängung eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Dabei wird der Einzelradregelung jeweils ein Mittelwert als Eingang zur Niveauregelung zugeführt, so dass beide Räder einer Achse gleichzeitig mit dem aus Messwerten gebildeten Mittelwert als Istwert geregelt werden können.
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Gegenüber herkömmlichen Systemen ist auf diese Weise der eigentliche Einzelradregler vorteilhaft weitgehend unverändert, wobei lediglich bei Mittelwertregelung jedem Rad der Mittelwert des Niveaus beider Räder einer Achse zugeordnet wird. Im Ergebnis ist dadurch eine erheblich einfachere Struktur gegenüber der Variante eines eigenen Reglermoduls für jedes Regelkonzept umsetzbar.
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Der Fachmann wird die vorgehend beschriebenen Ausführungsbeispiele geeignet abändern oder miteinander kombinieren ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
