DE102014208318A1

DE102014208318A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Dämpfer eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014208318A1
Application number: DE102014208318.4A
Authority: DE
Inventors: Sandor Riebe; Roland Altsinger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2034-05-06
Also published as: DE102014208318B4

Abstract

Ein Verfahren zur Regelung der regelbaren Dämpfer eines adaptiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs beim Überfahren einer Bremsschwelle umfasst die Schritte: – Erhöhen der Dämpfungskraft eines die Bremsschwelle erreichenden Dämpfers zur Überfahrt über die Bremsschwelle um mindestens den Faktor 1,5 gegenüber der Normaleinstellung, und – Herabsetzen der Dämpfungskraft des Dämpfers mit dem Verlassen der Bremsschwelle auf die Normaleinstellung. Ferner wird ein in eine Lernphase und eine Funktionsphase unterteiltes Verfahren sowie Vorrichtung zur Überfahren einer Bremsschwelle mit einem ein adaptives Fahrwerk aufweisendes Fahrzeug erläutert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorausschauenden Regelung der Dämpfer eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Überfahrung von Bremsschwellen mit einem Kraftfahrzeug mit einem adaptiven Fahrwerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Bremsschwellen, die auch als Fahrbahnschwellen, Bodenschwellen oder Speedbumps bezeichnet werden, sind quer zur Fahrtrichtung angeordnete bauliche Erhebungen auf der Fahrbahn, die zu einer Geschwindigkeitsdämpfung führen und auf diese Weise zu einer Verkehrsberuhigung beitragen sollen.
Bei einer zügigen Überfahrt über eine solche Bremsschwelle werden über das Fahrwerk hohe vertikale Kräfte in das Fahrzeug eingeleitet, wobei die Stärke dieses Vertikalstoßes von verschiedenen Faktoren, wie dem Fahrzeug bzw. dessen Fahrwerk, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Hindernisgeometrie abhängt. Eine hohe stoßartige Beschleunigung, wie dies bei Bremsschwellen auftritt, wird vom Fahrzeuginsassen als unkomfortabel wahrgenommen und führt zu entsprechenden Bauteilbelastungen.
Um Beschleunigungen eines Fahrzeugaufbaus, welche aus Fahrbahnunebenheiten resultieren, entgegenzuwirken, sind Regelungen aktiver Fahrwerke bekannt, bei denen vorausliegende Fahrbahnunebenheiten beispielsweise mittels einer Kamera erkannt und aktive Fahrwerke entsprechend angesteuert werden.
So betrifft die Druckschrift DE 10 2010 044 263 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs, umfassend zumindest eine Bilderfassungseinheit zur Erfassung von Fahrbahnunebenheiten und eine Steuereinheit, mittels welcher in Abhängigkeit der Fahrbahnunebenheiten das aktive Fahrwerk steuerbar ist, um Beschleunigungen eines Fahrzeugaufbaus, welche aus den Fahrbahnunebenheiten resultieren, entgegenzuwirken. Dabei ist die Bilderfassungseinheit eine Kamera und zumindest eine Beleuchtungseinheit ist zur gezielten Beleuchtung von vor dem Fahrzeug befindlichen Bereichen einer Fahrbahnoberfläche vorgesehen, wobei die Bereiche im weiteren Fahrverlauf des Fahrzeugs von zumindest einem Rad des Fahrzeugs überfahrene Bereiche sind und im Erfassungsbereich der Kamera liegen, wobei in Abhängigkeit von in den gezielt beleuchteten Bereichen der Fahrbahnoberfläche erfassten und aus den Bildern der Kamera ermittelten Fahrbahnunebenheiten das aktive Fahrwerk steuerbar ist. Dabei werden die Federn, Stoßdämpfer und/oder Stabilisatoren des aktiven Fahrwerks unmittelbar vor dem Überfahren einer Fahrbahnunebenheit weicher eingestellt und unmittelbar nach dem Überfahren bis zur nächsten Unebenheit wieder härter eingestellt.
Die Druckschrift DE 10 2012 218 937 A1 beschreibt ein System und ein Verfahren, die ein bevorstehendes Straßensegment untersuchen und diese Informationen verwenden, um bestimmte Aspekte eines Fahrzeugaufhängungssystems zu steuern. Dabei werden mehrere Kameras verwendet, um ein bevorstehendes Straßensegment zu bewerten und um Straßeninformationen an ein Steuermodul zu liefern, sodass eine Dämpfung und/oder andere Aspekte eines aktiven oder semiaktiven Aufhängungssystems auf eine Weise mit Vorwärtskopplung gesteuert werden können.
Ferner betrifft die Druckschrift DE 10 2010 029 947 A1 ein Verfahren zur Ansteuerung eines aktiven oder semiaktiven vertikaldynamischen Systems in der Radaufhängung eines Fahrzeugs, wobei Abweichungen von einer völlig ebenen Fahrbahn mittels einer Sensorik erkannt werden und daraufhin das vertikaldynamische System zur Erzielung eines komfortablen oder sicheren Fahrverhaltens des Fahrzeugs unter Berücksichtigung dieser Abweichungen geeignet angesteuert wird. Als Sensorik kommt eine Kamera zum Einsatz, die optisch das vorausliegende Fahrbahnprofil erfasst, wobei neben dem sog. vertikalen Fahrbahnprofil, dessen Abweichung insbesondere durch eine Senke oder eine Überhöhung gebildet ist, auch das sog. querliegende Fahrbahnprofil, dessen Abweichung insbesondere eine Seitenneigung darstellt, erfasst wird.
Nachteilig bei den bekannten Regelungsverfahren ist, dass diese bei Bremsschwellen und insbesondere bei einer Überfahrt derartiger Bremsschwellen mit überhöhter Geschwindigkeit nicht zu dem gewünschten Erfolg sowie zu einer Bauteilbelastung führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vorausschauende Regelung der Dämpfer eines Kraftfahrzeugs beim Überfahren von Bremsschwellen mit verringerter Bauteilbelastung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung der regelbaren Dämpfer eines adaptiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs beim Überfahren einer Bremsschwelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren zur Überfahrung von Bremsschwellen mit einem Kraftfahrzeug mit einem adaptiven Fahrwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 4 sowie durch eine entsprechende Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der regelbaren Dämpfer eines adaptiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs beim Überfahren einer Bremsschwelle umfasst die Schritte:

– Erhöhen der Dämpfungskraft eines die Bremsschwelle erreichenden Dämpfers zur Überfahrt über die Bremsschwelle um mindestens den Faktor 1,5 gegenüber der Normaleinstellung, und
– Herabsetzen der Dämpfungskraft des Dämpfers mit dem Verlassen der Bremsschwelle auf die Normaleinstellung.

Insbesondere kann die Einstellung der Dämpfung des Dämpfers so ausfallen, dass sie den Dämpfungsbereich des noch fahrbaren Bereichs überschreitet. Mit anderen Worten, die Dämpfung wird beim Überfahren härter eingestellt, als sie normalerweise im "noch" fahrbaren Bereich verwendet wird.
Vorzugsweise ist die Einstellung der Dämpfungskraft während der Überfahrt über die Bremsschwelle eine Funktion des Ortes auf der Bremsschwelle und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit. Auf diese Weise kann die Dämpfereinstellung während der Überfahrt über die Schwelle an die Fahrzeuggeschwindigkeit und die geometrische Ausgestaltung der Schwelle angepasst werden.
Weiter bevorzugt erfolgt eine Erkennung der vorausliegenden Bremsschwelle mittels einer vorausschauenden Umfeldsensorik. Als vorausschauende Umfeldsensorik kommt beispielsweise ein Kamerasystem infrage, wobei auch Laserscanner und/oder Radarsysteme eingesetzt werden können.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überfahrung von Bremsschwellen mit einem Kraftfahrzeug mit einem adaptiven Fahrwerk ist das Überfahren einer Bremsschwelle in eine Lernphase und eine spätere Funktionsphase unterteilt, wobei

– in der Lernphase ein Überfahren der Bremsschwelle sowie deren Position erfasst und zumindest lokal abgespeichert wird, und
– in der Funktionsphase ein späteres erneutes Anfahren der nunmehr abgespeicherten Bremsschwelle anhand der abgespeicherten Daten der Bremsschwelle erkannt und Maßnahmen zur abgesicherten Überfahrt der Bremsschwelle eingeleitet werden.

Weiter bevorzugt ist in der Funktionsphase die Anfahrt der Bremsschwelle unabhängig von der Richtung des Fahrzeugs. Mit anderen Worten, da die Bremsschwelle räumlich fest angeordnet und deren Position bekannt ist, ist es unerheblich, aus welcher Richtung das Fahrzeug auf die Bremsschwelle zufährt.
Vorzugsweise erfolgt in der Funktionsphase während der Überfahrt über die Bremsschwelle eine Regelung der einstellbaren Dämpfer durch ein Erhöhen der Dämpfungskraft eines die Bremsschwelle erreichenden Dämpfers zur Überfahrt über die Bremsschwelle um mindestens den Faktor 1,5 gegenüber der Normaleinstellung. Mit dem Verlassen der Bremsschwelle, d.h. unmittelbar nach der Beendigung der Überfahrt, erfolgt ein Herabsetzen der Dämpfungskraft des Dämpfers auf die Normaleinstellung.
Weiter bevorzugt erfolgt in der Lernphase während der Überfahrt über die Bremsschwelle eine entsprechende Regelung der einstellbaren Dämpfer, falls das Fahrzeug mit einer vorausschauenden Umfeldsensorik ausgestattet ist.
Weiter bevorzugt erfolgt vor Erreichen der Bremsschwelle eine Warnung an den Fahrer und/oder eine proaktive Bremsenbetätigung und/oder eine Anpassung der regelbaren Dämpfer und/oder eine Vergrößerung des Einfederwegs bei einer Luftfeder. Mit diesen Maßnahmen wird der Fahrer und das Fahrzeug zur Vermeidung von Schaden an den Fahrwerkskomponenten auf die vorausliegende Bremsschwelle vorbereitet.
Eine Vorrichtung zur Überfahrung von Bremsschwellen mit einem Kraftfahrzeug mit einem adaptiven Fahrwerk, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des entsprechenden Verfahrens eingerichtet und ausgelegt ist, umfasst:

– eine Einrichtung zur Positionsbestimmung,
– eine Einrichtung zur Erkennung und Klassifizierung von Bremsschwellen,
– eine Speichereinrichtung zum Erfassen überfahrener Bremsschwellen und deren Position, und
– eine Einrichtung zur abgesicherten Überfahrt einer erfassten Bremsschwelle.

Vorzugsweise weist die Einrichtung zur abgesicherten Überfahrt einer erfassten Bremsschwelle eine Warneinrichtung zur Warnung des Fahrers und/oder eine Einrichtung zur Regelung von Komponenten des aktiven Fahrwerks auf.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert, Dabei zeigt
1 ein Fahrzeug beim Überfahren einer Bremsschwelle,
2 ein erstes Beispiel der Lernphase der vorausschauenden Dämpferregelung.
3 ein zweites Beispiel der Lernphase der vorausschauenden Dämpferregelung, und
4 die Funktionsphase der vorausschauenden Dämpferregelung.
1 zeigt eine übliche Verkehrssituation eines Kraftfahrzeugs 1 beim Überfahren einer auf einer Fahrbahn 4 angeordneten Bremsschwelle 3 mit seinen Vorderrädern, wobei im oberen Teil der 1 aktuelle das linke Vorderrad 2 zu erkennen ist. Der untere Teil der 1 zeigt das Überfahren der Bremsschwelle 3 durch das Vorderrad 2 im Detail, wobei sich das Vorderrad 2 bereits auf der Bremsschwelle 3 befindet.
Beim Überfahren der Bremsschwelle 3 werden über das Fahrwerk des Fahrzeugs 1 hohe vertikale Kräfte in den Fahrzeugaufbau eingeleitet, wobei die Stärke des Vertikalstoßes von dem Zusammenspiel verschiedener Faktoren abhängt, nämlich

– der Art des Fahrzeugs 1 und seines Fahrwerks, z.B. Kleinwagen oder SUV,
– der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1, und
– der Geometrie der Bremsschwelle 3.

Insbesondere kann das Rad, wie hier in 1 das Vorderrad 2, aufgrund des begrenzten Federweges bis in die Endanschläge beschleunigt werden. Mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit wird dabei der in den Fahrzeugaufbau eingeleitete Vertikalstoß größer. Um die Vertikalstöße zu beherrschen wird eine prädiktive elektronische Endlagendämpfung realisiert, die an die geometrischen Besonderheiten von Bremsschwellen oder Speedbumps angepasst ist und eine überhöhte Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt.
Im Vergleich zu einem Normalbetrieb des Dämpferregelungsalgorithmus sind dabei deutlich größerer Dämpfungskräfte nötig, wobei physikalisch zwei Fälle unterschieden werden können, die in Abhängigkeit von den oben genannten Faktoren in der Regelung aktiviert werden:

– Bremsschwellen-Auffahrt (Prädiktive Druckendlagendämpfung):

Durch den Speedbump-Algorithmus wird die Dämpfung in der Dämpferdruckstufe prädiktiv erhöht. Dadurch wird ein Teil der kinetischen Energie dissipiert und Aufbau-Beschleunigungsspitzen werden reduziert.

– Speedbump-Abfahrt (Prädiktive Zugendlagendämpfung):

Wenn das Rad hinter dem Hindernis wieder ausfedert, kann es bei entsprechender Speedbump-Geometrie bis in den unteren Anschlag beschleunigt werden. Dies kann insbesondere bei Fahrzeugen mit geringerem Ausfederweg zu auffälligen Zuganschlaggeräuschen führen. Mit Hilfe des Speedbump-Algorithmus wird in diesem Fall die Dämpfung proaktiv erhöht. Dadurch wird die Ausfederbewegung in die Zuganschläge gebremst, so dass Zuganschlaggeräusche reduziert bzw. vermieden werden.
2 zeigt ein erstes Beispiel einer Lernphase einer vorausschauenden Dämpferregelung, was anhand einer Fahrt des schematischen Kraftfahrzeugs 1 entlang des Zeitpfeils t ausgedrückt wird.
In dieser Lernphase fährt das Fahrzeug 1 auf eine Bremsschwelle 3 zu, wie sie in 1 beispielhaft dargestellt ist. Dabei weist das Fahrzeug keine vorausschauende Umfeldsensorik auf, so dass die Bremsschwelle erst während der Überfahrt mittels einer geeigneten Hinderniserkennung in einer Erkennungsphase 10 erkannt und klassifiziert wird. Dabei kann die Hinderniserkennung und Klassifizierung beispielsweise anhand der Signale von Radwegsensoren erfolgen. Parallel zur Überfahrt der Bremsschwelle in der Erkennungsphase 10 erfolgt eine Positionsbestimmung 11 mittels beispielsweise GPS. Das Überfahrereignis wird zusammen mit der Klassifikation der Bremsschwelle und der Positionsinformation während der Überfahrt in einer Speicherungsphase 12 lokal gespeichert. Durch diese Speicherung 12 ist das Fahrzeug in der Lage bei einer erneuten Annäherung an die Bremsschwelle bei einer späteren Fahrt entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Parallel dazu kann eine externe Speicherung 13 der Position und Klassifikation der Bremsschwelle über eine Funkverbindung in einem externen Server erfolgen, so dass die Information nicht nur vom Egofahrzeug genutzt werden kann.
3 zeigt ein Beispiel einer komplexeren Lernphase der vorausschauenden Dämpferregelung. In diesem Beispiel ist das Fahrzeug 1 mit einer vorausschauenden Umfeldsensorik ausgestattet, so dass die in 1 dargestellte Bremsschwelle 3 in einer Erkennungsphase 14 erkannt wird. Die Erkennung der vorausliegenden Bremsschwelle 3 kann beispielsweise mit Hilfe eines Kamerasystems erfolgen. Basierend auf der Erkennung der Bremsschwelle durch die Umfeldsensorik erfolgt eine Dämpferregelung 15 während der Überfahrt der Bremsschwelle, die ebenfalls eine Federregelung, wie beispielsweise die Regelung einer Luftfederung implizieren kann. In dieser Überfahrphase bzw. Dämpferregelungsphase 15 wird mit der Auffahrt auf die Bremsschwelle die Dämpfung in der Dämpferdruckstufe prädiktiv erhöht und mit dem Verlassen der Bremsschwelle wird die Dämpfung wieder auf normal eingestellt. Ferner erfolgt in dieser Überfahrphase die Klassifizierung 10 der Bremsschwelle und gleichzeitig wird während der Überfahrphase eine Positionsbestimmung 11 durchgeführt. Anschließend erfolgt eine lokale Speicherung 12 der Position der Bremsschwelle sowie deren Klassifizierung und vorzugsweise des positionsabhängigen Fahrverlaufs über die Bremsschwelle. Optional kann parallel dazu eine externe Speicherung 13 der Position und Klassifikation der Bremsschwelle über eine Funkverbindung in einem externen Server erfolgen.
4 zeigt die Funktionsphase der vorausschauenden Dämpferregelung nach Durchlaufen der in den 2 und 3 erläuterten Lernphasen. Fährt das Fahrzeug 1 wieder dieselbe Strecke ab, so wird in einer Aktivierungsphase 16 basierend auf den Positionsinformationen der Positionsbestimmung 11 in einem geeigneten Abstand vor Erreichen der gespeicherten Bremsschwelle die vorausschauende Dämpferregelung aktiviert, da aufgrund der lokalen Speicherung der vorausliegenden Bremsschwelle in der Lernphase deren Position und Klassifizierung bekannt ist. Um dem Fahrer Gelegenheit zu geben eine gegebenenfalls zu hohe Geschwindigkeit herabzusetzen bzw. den Fahrer über die vorausliegende Bremsschwelle zu informieren, wird eine Fahrerinformation 17 in einer geeigneten Anzeige, beispielsweise in einem Head-Up-Display, ausgegeben. Mit dem Erreichen der Bremsschwelle, wird bedingt durch die Ortsinformation der Positionsbestimmung 11 die Dämpferregelung 15 während der Überfahrt der Bremsschwelle durchgeführt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Linkes Vorderrad
3: Bremsschwelle
4: Fahrbahn
10: Überfahrt und Klassifizierung der Bremsschwelle
11: Positionsbestimmung (GPS)
12: Lokale Speicherung Position und Klassifizierung Bremsschwelle
13: Externe Speicherung
14: Vorausschauende Umfeldsensorik zur Erkennung Bremsschwelle
15: Dämpferregelung
16: Aktivierung Funktionsphase
17: Fahrerinformation
t: Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010044263 A1 [0005]
DE 102012218937 A1 [0006]
DE 102010029947 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Regelung der regelbaren Dämpfer eines adaptiven Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs (1) beim Überfahren einer Bremsschwelle (3), gekennzeichnet durch die Schritte: Erhöhen der Dämpfungskraft eines die Bremsschwelle (3) erreichenden Dämpfers zur Überfahrt über die Bremsschwelle (3) um mindestens den Faktor 1,5 gegenüber der Normaleinstellung, und Herabsetzen der Dämpfungskraft des Dämpfers mit dem Verlassen der Bremsschwelle (3) auf die Normaleinstellung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Dämpfungskraft während der Überfahrt über die Bremsschwelle (3) eine Funktion des Ortes auf der Bremsschwelle (3) und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erkennung der vorausliegenden Bremsschwelle (3) mittels einer Umfeldsensorik erfolgt.
Verfahren zur Überfahrung von Bremsschwellen (3) mit einem Kraftfahrzeug (1) mit einem adaptiven Fahrwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das Überfahren einer Bremsschwelle (3) in eine Lernphase und eine spätere Funktionsphase unterteilt ist, wobei in der Lernphase ein Überfahren der Bremsschwelle (3) sowie deren Position erfasst und zumindest lokal abgespeichert wird, und in der Funktionsphase ein späteres erneutes Anfahren der nunmehr abgespeicherten Bremsschwelle (3) anhand der abgespeicherten Daten der Bremsschwelle (3) erkannt und Maßnahmen zur abgesicherten Überfahrt der Bremsschwelle (3) eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Funktionsphase die Anfahrt der Bremsschwelle (3) unabhängig von der Richtung des Fahrzeugs (1) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Funktionsphase während der Überfahrt über die Bremsschwelle (3) eine Regelung der einstellbaren Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2 erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lernphase während der Überfahrt über die Bremsschwelle (3) eine Regelung der einstellbaren Dämpfer nach Anspruch 3 erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor Erreichen der Bremsschwelle (3) eine Warnung an den Fahrer erfolgt und/oder eine proaktive Bremsenbetätigung und/oder eine Anpassung der regelbaren Dämpfer und/oder eine Vergrößerung des Einfederwegs bei einer Luftfeder erfolgt.
Vorrichtung zur Überfahrung von Bremsschwellen (3) mit einem Kraftfahrzeug (1) mit einem adaptiven Fahrwerk, wobei die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 8 eingerichtet und ausgelegt ist, mit einer Einrichtung zur Positionsbestimmung (11), einer Einrichtung (10) zur Erkennung und Klassifizierung von Bremsschwellen (3), einer Speichereinrichtung (12) zum Erfassen überfahrener Bremsschwellen (3) und deren Position, und einer Einrichtung (16) zur abgesicherten Überfahrt einer erfassten Bremsschwelle (3).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) zur abgesicherten Überfahrt einer erfassten Bremsschwelle eine Warneinrichtung (17) zur Warnung des Fahrers und/oder eine Einrichtung (15) zur Regelung von Komponenten des aktiven Fahrwerks aufweist.