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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Höhe zwischen einem Aufbau eines Kraftfahrzeugs und einem zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Rad und ein System zum Einstellen einer Höhe zwischen einem Aufbau eines Kraftfahrzeugs und einem zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Rad.
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Zum aktiven Verstellen einer Höhe eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, bspw. aufgrund einer Beladung oder eines Wunsches des Fahrers, können unterschiedliche Systeme eingesetzt werden. Dabei wird ein erstes derartiges System als elektrisches und/oder hydraulisches aktives System bezeichnet. Alternativ hierzu kann ein als Luftfedersystem ausgebildetes System eingesetzt werden. Das erstgenannte, üblicherweise hoch dynamische aktive System ist dazu geeignet, eine Höhe eines Aufbaus des Kraftfahrzeugs in einem Eigenfrequenzbereich des Aufbaus beruhigen zu können. Dagegen weist das als Luftfedersystem ausgebildete System im Vergleich zu dem aktiven System eine vergleichsweise geringe Dynamik auf, so dass die Höhe des Aufbaus oder Fahrwerks hiermit nur langsam ausgeregelt werden kann. Weiterhin wird bei dem dynamischen aktiven System eine Grundlast aufgrund eines Gewichts des Kraftfahrzeugs in der Regel über eine Tragfeder getragen. Parallel hierzu wird über einen schnellen Steller bzw. Aktor des aktiven dynamischen Systems eine relative Verstellung der Höhe zur Beruhigung des Aufbaus verwendet.
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Beim Beladen des Kraftfahrzeugs und/oder zum Einstellen einer von dem Fahrer gewünschten Höhe des Fahrwerks wird diese vom aktiven Steller ausgeregelt und gehalten. Um jedoch diese eingestellte Höhe bspw. im Stand einhalten zu können, werden aus Sicherheitsgründen mechanische Sperren eingesetzt. Damit der aktive Steller die eingestellte Höhe bzw. Beladung während einer Fahrt ohne Verwendung der mechanischen Sperren ausgleichen kann, wird vor allem beim Beladen viel Energie benötigt. Um die vorgesehene Höhe dennoch einhalten zu können, kann parallel zum dynamischen aktiven Steller anstatt einer Tragfeder eine Luftfeder verwendet werden, wobei über die Luftfeder als weiteren Steller die Höhe langsam zu verstellen und der dynamische aktive Steller zu entlasten ist.
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Sofern die Regelung der Höhe von der Luftfeder übernommen wird, kann die vergleichsweise hohe Dynamik des schnelleren aktiven Stellers nicht eingesetzt werden. Somit kann es bei kombinierter Verwendung beider Steller bei einer Regelung der Höhe zu einem Konflikt kommen. Sobald der schnellere Steller die Höhe ausgeregelt hat, wird diese Höhe von dem langsameren Steller, der letztendlich die Grundlast bei der Beladung trägt, hinsichtlich eines Unterschieds zwischen einem Sollwert und einem Istwert nicht mehr ausgeglichen. Außerdem ist weiterhin die mechanische Sperre des dynamischen Stellers zu verwenden, um zu verhindern, dass bei einem Ausfall des dynamischen Stellers das Kraftfahrzeug herunterfallen könnte, da die vorgesehene Höhe von dem langsamen Steller nicht nachgeregelt worden ist.
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Ein Federsystem für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs ist aus der Druckschrift
DE 10 2013 012 637 A1 bekannt. Dieses Federsystem umfasst eine Tragfeder, die an einem Aufbau und an einem Radführungselement abgestützt ist, sowie eine erste Stelleinrichtung zur Bereitstellung eines aktiven Fahrwerks für dynamische Belastungsfälle während einer Fahrt. Weiterhin ist eine zweite Stelleinrichtung vorgesehen, mit der der Aufbau für eine statische Niveauausregelung abgesenkt oder angehoben werden kann.
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Ferner ist aus der Druckschrift
WO 2009/064640 A1 ein dynamisches Dämpfungssystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das lineare und rotatorische elektromagnetische Aktuatoren umfasst.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen des Verfahrens und des Systems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Einstellen einer Höhe H zwischen einem Aufbau eines Kraftfahrzeugs und einem zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Rad vorgesehen. Dabei ist vorgesehen, dass diese Höhe H auch als Höhe eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs zu bezeichnen ist. Dabei sind der Aufbau und das Rad über ein Radaufhängungssystem miteinander verbunden. Das Radaufhängungssystem weist einen ersten schnellen Steller und einen zweiten, relativ zu dem ersten Steller langsamen Steller auf, die zwischen dem Aufbau und dem Rad angeordnet sind. Ein Stellweg W_s des schnellen Stellers wird mit einer ersten Geschwindigkeit v_s und ein Stellweg W_l des langsamen Stellers mit einer zweiten Geschwindigkeit v_l verändert, wobei die erste Geschwindigkeit v_s größer als die zweite Geschwindigkeit v_l ist. Bei Durchführung des Verfahrens ist zu einem Startzeitpunkt t0 vorgesehen, dass die Höhe H zwischen dem Aufbau und dem Rad zunächst einen Istwert H_ist aufweist und auf einen Sollwert H_soll einzustellen ist. Dabei wird der Stellweg W_s des schnellen Stellers mit der ersten Geschwindigkeit v_s ausgehend von einem Istwert W_s_ist ab dem Startzeitpunkt t0 um eine Differenz ΔW_s = H_soll - H_ist dynamisch verändert. In Reaktion darauf wird der Stellweg W_l des langsamen Stellers mit der zweiten Geschwindigkeit v_l ausgehend von einem Istwert W_l_ist ab dem Startzeitpunkt t0 unter Berücksichtigung eines modellierten, sich dynamisch ändernden Stellwegs W_s,modell des schnellen Stellers um eine Differenz ΔW_l = H_soll - H_ist - W_s,modell dynamisch verändert, wobei der modellierte Stellweg W_s,modell des schnellen Stellers auf Basis eines Modells dynamisch berechnet wird.
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In Ausgestaltung werden der Stellweg W_s des schnellen Stellers und der Stellweg W_l des langsamen Stellers so lange verändert, bis der Stellweg W_l des langsamen Stellers ausgehend von dem Istwert W_l_ist ab dem Startzeitpunkt t0 um die Differenz ΔW_s = H_soll - H_ist verändert worden ist.
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Am Ende des Regelvorgangs weist der schnelle Steller wieder seinen anfänglichen Stellweg W_s_ist auf, den er zum Startzeitpunkt t0 hatte, während der langsame Steller die Fahrwerks-Sollhöhe H_soll ausgeregelt hat.
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Mit dem Modell wird in der Regel ein Zusammenhang zwischen einer Kraft, die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirkt und durch die beiden Steller bereitgestellt wird, und der Höhe H sowie den Stellwegen W_s, W_l beschrieben.
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Falls beide Steller als Federn ausgebildet sind, weist der schnelle Steller eine Federkonstante c_s und der langsame Steller eine Federkonstante c_l auf. Dabei ist mit dem schnellen Steller zwischen dem Rad und dem Aufbau eine Kraft F_s = c_s * W_s bereitzustellen. Mit dem langsamen Steller wird zwischen dem Rad und dem Aufbau eine Kraft F_l = c_l * W_l bereitgestellt. Falls der Aufbau eine Masse m_a aufweist, wird dieser mit einer Anziehungskraft F_a = m_a * g gegen einen jeweiligen Untergrund „gezogen“. Somit gilt F_a = F_s + F_l. Sobald die Höhe H zwischen dem Aufbau und dem Rad im notwendigen Kräftegleichgewicht den Sollwert H = H_soll erreicht und das Radaufhängungssystem bei Durchführung des Verfahrens eingeschwungen ist, gilt F_s = 0 und F_a = F_l, so dass der schnelle Steller entlastet und die gesamte Anziehungskraft des Aufbaus von dem langsamen Steller auszugleichen ist. In Ausgestaltung ist ein statisches Modell zu berücksichtigen, bei dem ein statisches Gleichgewicht zwischen dem Aufbau und den Stellern einzustellen ist. Bei dem statischen Gleichgewicht der zu berücksichtigenden Kräfte gilt:
bzw.
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Für den Stellweg W_s des schnellen Stellers gilt somit:
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Die Kraft zwischen dem Aufbau und dem Rad wird ab dem Startzeitpunkt t0 während einer Veränderung der Stellwege W_s, W_l beider Steller von beiden Stellern bereitgestellt, wobei die Kraft lediglich von dem langsamen Steller bereitgestellt wird, sobald der Istwert W_l_ist ab dem Startzeitpunkt t0 um die Differenz ΔW_s = H_soll - H_ist verändert worden ist.
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Das erfindungsgemäße Radaufhängungssystem ist zum Einstellen einer Höhe H zwischen einem Aufbau eines Kraftfahrzeugs und einem zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs ausgebildeten Rad ausgebildet, wobei der Aufbau und das Rad über ein Radaufhängungssystem miteinander verbunden sind, wobei das Radaufhängungssystem einen ersten schnellen Steller und einen zweiten, relativ zu dem ersten Steller langsamen Steller, die zwischen dem Aufbau und dem Rad angeordnet sind, aufweist.
Dabei ist ein Stellweg W_s des schnellen Stellers mit einer ersten Geschwindigkeit v_s und ein Stellweg W_l des langsamen Stellers mit einer zweiten Geschwindigkeit v_l zu verändern, wobei die erste Geschwindigkeit v_s größer als die zweite Geschwindigkeit v_l ist. Zu einem Startzeitpunkt t0 ist vorgesehen, dass die Höhe H zwischen dem Aufbau und dem Rad zunächst einen Istwert H_ist aufweist und auf einen Sollwert H_soll einzustellen ist. Der Stellweg W_s des schnellen Stellers mit der ersten Geschwindigkeit v_s ist ausgehend von einem Istwert W_s_ist ab dem Startzeitpunkt t0 um eine Differenz ΔW_s = H_soll - H_ist zu verändern, wobei in Reaktion darauf der Stellweg W_l des langsamen Stellers mit der zweiten Geschwindigkeit v_l ausgehend von einem Istwert W_l_ist ab dem Startzeitpunkt t0 unter Berücksichtigung eines modellierten, sich dynamisch ändernden Stellwegs W_s,modell des schnellen Stellers um eine Differenz ΔW_l = H_soll - H_ist - W_s,modell dynamisch zu verändern ist, wobei der modellierte Stellweg W_s,modell des schnellen Stellers auf Basis eines Modells dynamisch zu berechnen ist.
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Das Radaufhängungssystem umfasst ein Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, den Stellweg W_s des schnellen Stellers und in Abhängigkeit davon den Stellweg W_l des langsamen Stellers vorzugeben. Üblicherweise ist das vorgestellte Verfahren mit dem Steuergerät zu steuern.
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Bei dem erfindungsgemäßen Radaufhängungssystem sind die beiden Steller zwischen dem Aufbau und dem Rad zueinander parallel angeordnet und/oder geschaltet. Alternativ hierzu ist möglich, dass die Steller hintereinander in Reihe angeordnet und/oder geschaltet sind.
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Außerdem ist der schnelle Steller elektronisch und der langsame Steller pneumatisch, hydraulisch und/oder mechanisch einzustellen.
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Mit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit den beiden Stellern, die auch als Aktoren oder Aktuatoren bezeichnet werden können, und unterschiedliche Werte für eine Dynamik aufweisen, eine Höhe des Aufbaus des Kraftfahrzeugs einzuregeln.
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Im Rahmen des Verfahrens wird für den langsamen Steller, der bspw. als Luftfeder ausgebildet ist, eine Regelstrategie verwendet, die unter Berücksichtigung der Dynamik des schnellen Stellers umgesetzt wird. Hierbei wird der langsame Steller um einen Sollwert ΔW_l = H_soll - H_ist - W_s,modell für eine Veränderung des Stellwegs W_l verändert, der von dem dynamischen, modellierten Anteil des Stellwegs W_s,modell des schnellen Stellers abhängig ist. Außerdem wird aus dem vorgegebenen Sollwert für den Stellweg W_l des langsamen Stellers der dynamische, modellierte Stellweg W_s,modell des schnellen Stellers wieder heraus gerechnet. Dabei wird der Istwert des Stellwegs des langsamen Stellers um den um den modellierten Stellweg W_s,modell korrigierten Sollwert H_Soll der Höhe ausgeregelt. Am Ende eines Regelungsvorgangs wird der Stellweg W_l des langsamen Stellers auf den tatsächlich vorgegebenen Sollwert H_Soll der Höhe des Aufbaus für das Kraftfahrzeug eingestellt.
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Somit ergibt sich, dass der Sollwert der Höhe von dem langsamen Steller komplett eingeregelt und der schnelle Steller entlastet wird. Aufgrund der Nachregelung der Höhe durch den langsamen Steller wird im Fall eines Fehlers vermieden, dass das Kraftfahrzeug schnell absinken kann. Durch Einsatz des Verfahrens kann eine ansonsten vorgesehene mechanische Sperre für den schnellen Steller entfallen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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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.
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Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radaufhängungssystems.
- 2 zeigt ein Diagramm zu einer Ausführungsform des Verfahrens, die mit der Ausführungsform des Radaufhängungssystems aus 1 durchgeführt wird.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
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Die in 1 schematisch dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radaufhängungssystem 2 ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, das einen Aufbau 4 und mindestens ein Rad 6 aufweist. Dabei ist das Radaufhängungssystem 2 zwischen dem Aufbau 4 und diesem mindestens einen Rad 6 angeordnet. Das Radaufhängungssystem 2 umfasst einen ersten schnellen Steller 8, zu dem parallel ein langsamer Steller 10, hier eine Luftfeder, geschaltet und/oder angeordnet ist. Außerdem umfasst das Radaufhängungssystem eine Feder 12, die zu dem schnellen Steller 8 in Reihe sowie zu dem langsamen Steller 10 parallel geschaltet ist.
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Dabei ist ein Stellweg W_s des schnellen Stellers 8 mit einer Geschwindigkeit v_s zu verändern. Ein Stellweg W_l des langsamen Stellers 10 ist mit einer Geschwindigkeit v_l zu verändern, wobei die Geschwindigkeit v_s des schnellen Stellers 8 größer als die Geschwindigkeit v_l des langsamen Stellers 10 ist. Hierbei ist ferner vorgesehen, dass die beiden Steller 8, 10 über die Feder 12 hinsichtlich ihrer Stellwege W_s, W_l entkoppelt sind und/oder die Stellwege W_s, W_l kompensiert werden.
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Das Diagramm aus 2 umfasst eine Abszisse 20, entlang der die Zeit aufgetragen ist. Außerdem umfasst das Diagramm eine Ordinate 22, entlang der Werte für eine Strecke aufgetragen sind.
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In dem Diagramm ist durch eine erste Gerade 24 parallel zu der Abszisse 20 ein Istwert H_ist der Höhe zwischen dem Aufbau 4 und dem Rad 6 und somit für eine Höhe eines Fahrwerks des Kraftfahrzeugs angedeutet. Weiterhin ist durch eine dazu parallele zweite Gerade 26 ein mit dem Radaufhängungssystem 2 einzustellender Sollwert H_soll für die Höhe zwischen dem Aufbau 4 und dem Rad 6 angedeutet. Eine erste Kurve 28 in dem Diagramm zeigt einen Verlauf des Stellwegs W_soll des schnellen Stellers 8 bei Durchführung des Verfahrens. Weiterhin zeigt eine zweite Kurve 30 einen Verlauf des Stellwegs W_l des langsamen Stellers 10 bei Durchführung des Verfahrens.
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Dabei zeigt die Kurve 30, dass der Stellweg W_l und somit ein Niveau des langsamen Stellers 10 im Vergleich zu dem Stellweg W_s bzw. Niveau des schnellen Stellers 8 langsam angeglichen wird. Da eine modellbasierte Änderung der Höhe zwischen dem Aufbau 4 und dem Rad 6 durch einen Eingriff des schnellen Stellers 8 aus einer Regelabweichung für den langsamen Steller 10 herausgerechnet wird, wird die Höhe H und/oder der Stellweg W_l des langsamen Stellers 10 von dem langsamen Steller 10 eingeregelt, als wäre der schnelle Steller 8 nicht vorhanden. Dagegen reagiert der schnelle Steller 8 auf eine Regelabweichung des Istwerts H_ist von dem Sollwert H_soll der Höhe H, d. h. der schnelle Steller 8 reagiert auf die tatsächliche Differenz zwischen Sollwert H_soll und Istwert H_ist der Höhe H, wobei der Stellweg W_s des schnellen Stellers 8 an den Sollwert H_soll der Höhe H angepasst wird. Sobald der Stellweg W_l des langsamen Stellers 10 an den Sollwert H_soll der Höhe H angepasst ist, wird ein Anteil des schnellen Stellers 8, wie in 2 gezeigt, auf null reduziert. Dagegen wird die Kraft und somit ein statisches Gewicht des Aufbaus 4 komplett von dem langsamen Seiler 10 getragen.
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Demnach wird der Stellweg W_s des schnellen Stellers 8 um eine Differenz ΔW_s = H_soll - H_ist und der Stellweg W_l des langsamen Stellers 10 um eine Differenz ΔW_l = H_soll - (H_ist - W_s,modell) dynamisch verändert, wobei W_s,modell ein von einem Modell abhängiger, modellierter Stellweg ist, der dynamisch zu berechnen ist bis der langsame Steller 10 den Sollwert H_soll für die Höhe zwischen dem Aufbau 4 und dem Rad 6 eingeregelt hat.
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Hierbei wird dem schnellen Steller 8 zunächst eine Stellanforderung für den gewünschten Sollwert H_soll einer Höhe H des Aufbaus 4 bzw. des Fahrwerks bereitgestellt. Dabei wird der Stellweg W_s des schnellen Stellers 8 zum Erreichen des Sollwerts H_soll der Höhe H mit der Geschwindigkeit v_s schnell ausgeregelt. Weiterhin wird ein Sollwert des Stellwegs W_l des langsamen Stellers 10 um einen Anteil des Stellwegs W_s, in Ausgestaltung um den modellierten bzw. von dem Modell abhängigen Stellweg W_s,modell des schnellen Stellers 8 an dem Istwert H_ist der Höhe H bereinigt. Dabei wird der Sollwert H_soll der Höhe H von dem langsamen Steller 10 derart ausgeregelt, als ob der schnelle Steller 8 bei der Regelung der Höhe nicht beteiligt wäre. Die Höhe wird durch den langsamen Steller 10, die um den modellierten Anteil des Stellwegs W_s,modell des schnellen Stellers 8 bereinigt ist, langsam ausgeregelt. Weiterhin wird eine Regelung des langsamen Stellers 10 auf den Sollwert H_soll der Höhe wiederum von dem schnellen Steller 8 ausgeregelt, wobei am Ende der Regelung der schnelle Steller 8 einen Stellweg W_s von null bzw. den Wert W_s_ist, den der Steller 8 zum Startzeitpunkt t0 hatte, aufweist und der langsame Steller 10 den Aufbau 4 auf den Sollwert H_soll der Höhe H ausgeregelt hat. Somit ist am Ende der Regelung die Höhe H zwischen dem Aufbau 4 und dem Rad 6 auf den vorgesehenen Sollwert H_soll ausgeregelt und der schnelle Steller 8 entlastet. Dabei wird eine Abweichung einer Regelung des schnellen Stellers 8 durch den langsamen Steller 10 kompensiert.
