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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung einer Dämpfkraft eines verstellbaren Schwingungsdämpfers, eines Fahrzeugs sowie einen verstellbaren Schwingungsdämpfer zur Verwendung dieses Verfahrens.
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In dem Stand der Technik sind bereits mehrere Verfahren zum Ermitteln von benötigten Dämpfkräften und zum entsprechenden Verstellen von Schwingungsdämpfern bekannt. Dabei werden die in Fahrzeugen verwendeten Schwingungsdämpfer unter anderem dem aktuellen Beladungszustand sowie dem Zustand der Fahrbahn angepasst. Hierfür werden meist eine Vielzahl von Sensoren an dem jeweiligen Fahrzeug verbaut.
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Im Weiteren wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem durch eine vorteilhafte Sensoranordnung und ein entsprechendes Verfahren ein Schwingungsdämpfer optimal auf wechselnde äußere Anregungen auf das Fahrzeug eingestellt werden kann.
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Bei dem Verfahren wird zunächst ein Sensorsignal mit Hilfe eines Sensors ermittelt. Dieses Sensorsignal kann beispielsweise eine Bewegung des Fahrzeugaufbaus beschreiben, insbesondere eine Aufbaubeschleunigung des Aufbaus entlang einer Hochachse des Fahrzeugs aus der eine Aufbaugeschwindigkeit des Aufbaus ermittelt werden kann. Aus der Kenntnis der Bewegung des Aufbaus lassen sich zudem Rückschlüsse auf die in dem Fahrzeug, insbesondere auf die in dem Aufbau und dem Fahrwerk, gespeicherte Energie ziehen.
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Dieser Sensor kann beispielsweise lineare Beschleunigungen und / oder Rotationsbeschleunigungen in eine oder mehrere Richtungen und / oder um eine oder mehrere Rotationsachsen ermitteln. Die Bewegung des Aufbaus lässt sich beispielsweise auch durch Rotationsbewegungen des Aufbaus beschreiben. Mit Vorteil wird in dem Fahrzeug lediglich ein Sensor verwendet. Es können jedoch auch mehrere Sensoren, insbesondere ein Sensor zur Ermittlung des Aufbauwerts sowie ein Sensor zur Ermittlung des Fahrbahnwerts verwendet werden. Dabei können der Sensor oder die Sensoren beispielsweise einzeln, in einer Sensoreinheit oder auch in einer Steuereinheit angeordnet sein. Im Weiteren wird die Verwendung eines Sensors, der ein Sensorsignal ermittelt, zugrunde gelegt. Die folgenden Ausführungen sind jedoch auch auf die Verwendung von mehreren Sensoren verallgemeinerbar.
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Aus dem Sensorsignal wird daraufhin ein Aufbauwert und ein Fahrbahnwert ermittelt. Diese Werte sind veränderlich und werden kontinuierlich ermittelt. Der Aufbauwert beschreibt hierbei die bereits erwähnte Bewegung des Fahrzeugaufbaus, insbesondere die Schwingung des Aufbaus entlang einer Hochachse des Fahrzeugs. Der Fahrbahnwert gibt wiederum Rückschluss auf eine Qualität der Fahrbahn, die das Fahrzeug gerade überfährt. Der Fahrbahnwert wird dabei günstigerweise aus einem bestimmten Frequenzband des Sensorsignals ermittelt. Die Anregungen bzw. die Bewegung des Aufbaus ist dabei vorzugsweise hauptsächlich durch diesen Frequenzbereich begründet. Bei der Verwendung eines Sensors kann dieser beispielsweise nahe oder direkt an einem Anbindungsbereich eines Schwingungsdämpfers an der Fahrzeugkarosserie bzw. des Aufbaus angeordnet sein. Dieser Anbindungsbereich wird auch Topmount genannt. Hierdurch werden die Frequenzanteile zur Ermittlung des Fahrbahnwerts, die insbesondere in einem Frequenzbereich um die Radeigenfrequenz liegen, optimal von dem Sensor erfasst. Der Fahrbahnwert wird günstigerweise aus einem Frequenzband des Sensorsignals ermittelt, der die Radeigenfrequenzen umfasst.
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Aus dem Aufbauwert und dem Fahrbahnwert wird ein Aufbauenergiewert ermittelt, der ein Verhältnis zwischen einem Anregungszustand des Aufbaus und einer Anregungsfähigkeit durch die Fahrbahn bzw. die Fahrbahnqualität beschreibt. Ist beispielsweise bei einer guten Fahrbahnqualität ein Anregungszustand des Aufbaus sehr hoch, so ist ein entsprechender Aufbauenergiewert ebenfalls groß. In Abhängigkeit des Aufbauenergiewerts wird entsprechend ein Schwingungsdämpfer bzw. dessen Dämpfkraft verstellt. Dabei soll eine Anregung bzw. ein Schwingen des Fahrzeugaufbaus möglichst gering gehalten werden. Dabei soll eine hohe Sicherheit bei hohem Komfort ermöglicht werden.
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In den abhängigen Ansprüchen sowie in den weiteren Ausführungen sind vorteilhafte Ausführungsvarianten dargestellt.
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Dabei wird vorgeschlagen, dass der Aufbauwert einer Aufbaugeschwindigkeit des Aufbaus entlang seiner Hochachse entspricht.
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Die momentane Aufbaugeschwindigkeit des Aufbaus lässt Rückschlüsse auf die von dem Aufbau ausgeführten Schwingungen und auf die in dem Aufbau und dem Fahrwerk gespeicherte Energie zu. Das Fahrwerk umfasst hierbei unter anderem Schwingungsdämpfer und Federelemente, wobei im Folgenden zur Vereinfachung lediglich von Schwingungsdämpfern gesprochen wird.
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Es ist auch denkbar, dass andere Größen wie beispielsweise eine Nick-, eine Roll- oder eine Gier-Bewegung bzw. eine Nick-, eine Roll- oder eine Giergeschwindigkeit als Aufbauwert herangezogen werden können. Dabei ist es auch möglich, dass lediglich eine dieser Größen einzeln oder auch mehrere dieser Größen gleichzeitig zur Beurteilung der in dem Aufbau gespeicherten Energie herangezogen werden.
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Mit besonderem Vorteil kann der Aufbauenergiewert über die Fahrgeschwindigkeit normiert werden. Hierdurch wird eine Abstimmung des Fahrwerks wesentlich vereinfacht.
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Günstigerweise liegt eine untere Grenze des Frequenzbandes, welches zur Ermittlung des Fahrbahnwertes verwendet wird, bei 5 Hz, 6 Hz, 7 Hz oder 8 Hz.
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Bei der Ermittlung des Fahrbahnwerts werden hierdurch insbesondere niederfrequente Anteile des Sensorsignals, die nicht charakteristisch für die Radschwingungen und im Wesentlichen auch nicht charakteristisch für die Anregung des Aufbau sind, herausgefiltert. Diese niederfrequenten Anteile des Sensorsignals beschreiben im Wesentlichen die Schwingung bzw. den Anregungszustand des Aufbaus. Eine obere Grenze des Frequenzbandes kann beispielsweise bei 20 Hz, 30Hz oder 40 Hz liegen.
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Mit besonderem Vorteil beschreibt die von dem Sensor als Sensorsignal ermittelte Bewegung eine Beschleunigung des Aufbaus entlang einer Hochachse des Fahrzeugs oder eine Beschleunigung um eine Rotationsachse des Aufbaus.
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Dabei können als Sensorsignal unter anderem Rotationsbeschleunigungen, insbesondere um eine Nick-, eine Gier und / oder eine Rollachse, verwendet werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass eine Grunddämpfkraft des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit des Aufbauenergiewerts verändert wird, insbesondere angehoben oder abgesenkt.
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Die Grunddämpfkraft entspricht dabei einer Minimaldämpfkraft, die in dem Schwingungsdämpfer eingestellt oder gefordert wird, wenn keine zusätzliche Dämpfkraft benötigt wird. Diese Erhöhung der Grunddämpfkraft ist Grundsätzlich bei erhöhter Beladung des Fahrzeugs von Vorteil. Der Aufbauenergiewert bzw. der Aufbauwert ist in einem schwer beladenden Fahrzeug gegenüber einem normal beladenen Fahrzeug bei gleicher Fahrstrecke größer.
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In einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens wird eine Dämpfkraftveränderung des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit des Aufbauenergiewerts verstärkt oder abgeschwächt. Die Dämpfkraft ergibt sich im Normalfall aus einer Grunddämpfkraft und einer geforderten zusätzlichen Dämpfkraft, die von dem Steuergerät ermittelt und an dem Schwingungsdämpfer zusätzlich zur Grunddämpfkraft gefordert wird. Dabei wird die ermittelte Änderung der Dämpfkraft oder der zusätzlichen Dämpfkraft um einen additiven Wert und / oder um einen multiplikativen Faktor und / oder auf sonstige Weise verstärkt oder abgeschwächt.
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Die Ermittlung der von dem Schwingungsdämpfer benötigten Dämpfkraft wird hierbei weiterhin in konventioneller Weise durchgeführt. Diese konventionell ermittelte Veränderung wird dabei zudem in Abhängigkeit des Aufbauenergiewerts verstärkt oder abgeschwächt.
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Mit besonderem Vorteil wird der Aufbauenergiewert AE aus einer Anzahl von N ermittelten Werten des Aufbauwerts A und des Fahrbahnwerts F über die Formel
ermittelt.
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Hierdurch wird der Aufbauwert, der wie bereits erläutert eine Anregung des Aufbaus beschreibt, gegenüber dem Fahrbahnwert F in Relation gesetzt, der eine Anregungsintensität durch die Fahrbahn beschreibt. Dabei wird über eine Anzahl von N Werten, also über einen definierten Zeitraum, in dem die N Werte ermittelt werden, gemittelt. Dadurch wird in einem momentanen und in einer begrenzten Zeitspanne die tatsächliche Anregung des Aufbaus mit der Anregungsintensität durch die Fahrbahn verglichen.
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Zudem wird ein verstellbarer Schwingungsdämpfer zur Verwendung des Verfahrens nach zumindest einer der vorherigen Ausführungen oder nach einem der Ansprüche 1 bis 7 vorgeschlagen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie der verstellbare Schwingungsdämpfer wird im Folgenden anhand der 1 ausführlicher erläutert. In der 1 ist ein Fahrzeug mit verstellbaren Schwingungsdämpfern und einem Sensor dargestellt.
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Die 1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Aufbau 12 und Rädern 14. Die Räder 14 sind dabei über verstellbare Schwingungsdämpfer 16 mit dem Fahrzeugaufbau 12 wirksam verbunden. Die Schwingungsdämpfer 16 werden hier vereinfacht für ein Fahrwerk dargestellt. Des Weiteren ist an dem Aufbau 12 eine Sensoreinheit 18 bzw. ein Sensor 18 angeordnet. Diese Sensoreinheit 18 ist in einem Bereich des Anbindungspunktes 20 eines der Schwingungsdämpfer 16, auch Topmount genannt, angeordnet. Die Sensoreinheit 18 kann dabei direkt an dem Anbindungspunkt 20 befestigt oder über einen Halter an diesem angeordnet sein. Zudem ist in der 1 eine Hochachse 22 des Aufbaus 12 eingezeichnet, die senkrecht auf einer Ebene des Aufbaus 12 liegt. Diese Hochachse 22 des Aufbaus 12 ist dabei während des Stillstandes des Fahrzeugs 10 im Wesentlichen parallel zu einer Normalen der Fahrbahn 24. Die Fahrbahn 24 und ein zugehöriger Verlauf ist in der 1 schematisch und überzeichnet dargestellt.
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Bei einer Bewegung des Fahrzeugs 10 in einer Fahrtrichtung 26 werden die Räder 14 des Fahrzeugs 10 über den Fahrbahnuntergrund 24 angeregt. Diese Anregung geben die Räder 14 über die verstellbaren Schwingungsdämpfer 16 an den Aufbau 12 weiter. Der Aufbau 12 wird hierbei zu Bewegungen angeregt, beispielsweise entlang der Hochachse 22 des Aufbaus 12. Zudem kann der Aufbau 12 auch Rotationsbewegungen, wie beispielsweise Nickbewegungen, Gierbewegungen, oder Rollbewegungen ausführen. Bei dem im Weiteren zu erläuternden Verfahren wird jedoch ausschließlich die Bewegung des Fahrzeugaufbaus 12 entlang der Hochachse 22 betrachtet. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die lineare Bewegung des Aufbaus 12 entlang der Hochachse, wobei die weiteren Bewegungsmöglichkeiten, insbesondere die genannten, ebenfalls auf diese Erläuterungen anwendbar sind.
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Die Bewegung des Aufbaus 12 entlang der Hochachse 22 wird hierbei über die Sensoreinheit 18 ermittelt. Dabei wird insbesondere die Beschleunigung des Aufbaus 12 entlang der Hochachse 22 ermittelt. Die Sensoreinheit 18 kann wie bereits erwähnt auch weitere oder andere Größen ermitteln, wie beispielsweise Beschleunigungen in Fahrtrichtung, quer zur Fahrtrichtung sowie entsprechende Roll-, Nick- oder Gierbewegungen des Aufbaus 12. Aus der ermittelten Beschleunigung des Aufbaus 12 entlang der Hochachse 22 kann durch Integration die Aufbaugeschwindigkeit des Aufbaus 12 entlang der Hochachse 22 ermittelt werden. Diese Aufbaugeschwindigkeit dient im Weiteren der Bestimmung der Anregung des Aufbaus 12. Die Aufbaugeschwindigkeit wird im Weiteren auch als Aufbauwert bezeichnet. Die Aufbaugeschwindigkeit, die aus dem Sensorsignal der Sensoreinheit 18 ermittelt wird entspricht hierbei im Wesentlichen dem niederfrequenten Anteil des Sensorsignals.
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Aus dem Sensorsignal der Sensoreinheit 18 wird zudem ein Fahrbahnwert ermittelt. Das Sensorsignal wird hierbei über einen Bandpass gefiltert und zu dem Fahrbahnwert weiter verarbeitet. Eine untere Grenze des Bandpasses entspricht hierbei insbesondere 5 Hz, 6 Hz, 7 Hz, oder 8 Hz, wobei eine obere Grenze des Bandpasses beispielsweise bei 20 Hz, 30 Hz oder auch 40 Hz liegen. Die niederfrequenten Anteile des Sensorsignals, die die Bewegung des Fahrzeugaufbaus beschreiben werden hierdurch explizit herausgefiltert. Zurück bleiben die Frequenzanteile, die charakteristisch sind für die Anregung der Räder 14 des Fahrzeugs 10 und den Aufbau 12 sind. Aus diesen Anregungsfrequenzen lässt sich insbesondere die Qualität des Fahrbahnuntergrunds 24 ermitteln und diese anhand des Fahrbahnwerts beschreiben.
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Der Aufbauwert und der Fahrbahnwert werden dabei kontinuierlich ermittelt, um Aufschluss über den jeweils momentanen Zustand von Aufbau 12 und Fahrbahn 24 geben zu können.
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Der Aufbauwert A, der hier durch die Aufbaugeschwindigkeit dargestellt ist, wird anschließend mit dem Fahrbahnwert F, also der Fahrbahnqualität, in Relation gesetzt. Hierdurch wird die Aufbaugeschwindigkeit durch den Fahrbahnwert geteilt. Zum Erhalt des Aufbauenergiewerts AE wird dieses Verhältnis über die Anzahl von N-Werten aufsummiert und entsprechend über die Anzahl von N-Werten gemittelt. Der Aufbauenergiewert AE gibt entsprechend Information über die Anregung des Aufbaus 12 gegenüber der Anregungsintensität die Fahrbahn 24. Die verstellbaren Schwingungsdämpfer 16 können nun in Abhängigkeit des ermittelten Aufbauenergiewerts AE verstellt und somit in ihrer Dämpfkraft angepasst werden. Dabei wird die in den verstellbaren Schwingungsdämpfern 16 einzustellende Dämpfkraft auf konventionelle Weise ermittelt.
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In Abhängigkeit des Aufbauenergiewert AE wird die Grunddämpfkraft sowie eine Dämpfkraftänderung angepasst bzw. beeinflusst. Die Grunddämpfkraft entspricht hier bei einer Dämpfkraft, die mindestens gefordert wird. Dabei kann die Grunddämpfkraft in Abhängigkeit des Aufbauenergiewerts AE erhöht oder verringert werden. Die Dämpfkraftänderung wird beispielsweise aus der Aufbaubewegung ermittelt und kann beispielsweise linear zu dieser sein. Diese ermittelte Dämpfkraftänderung wird beispielsweise in Abhängigkeit des Aufbauenergiewerts AE um einen Wert erhöht oder verringert und / oder um einen Faktor multiplikativ erhöht oder verringert. Die Anpassung der Grunddämpfkraft sowie die Faktorierung der Änderung der Dämpfkraft können unabhängig voneinander, also einzeln, oder gemeinsam angewandt werden.
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Bei der Berechnung des Aufbauenergiewerts AE können verschiedene Fälle eintreten. Bei großen Aufbaugeschwindigkeiten aber kleinen Fahrbahnwerten, die einer guten Fahrbahnqualität und somit einer geringen Anregung der Räder sowie des Fahrzeugs 10 entsprechen, nimmt der Aufbauenergiewert einen hohen Wert an. Bei einem hohen Aufbauenergiewert kann die Grunddämpfkraft erhöht sowie eine sowie die Dämpfkraftänderung verstärkt werden, um die Anregung des Aufbaus 12 zu verringert bzw. abzubauen. Hierdurch wird ein starkes Schwingen oder Nachschwingen des Fahrzeugs vermieden.
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Ist der Aufbauenergiewert sowie der Fahrbahnwert groß, ergibt sich ein normaler oder mittlerer Aufbauenergiewert. Die Grunddämpfkraft und die Dämpfkraftänderung sollten im Wesentlichen unverändert bleiben.
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Bei kleinen Aufbauwerten und kleinen Fahrbahnwerten ergibt sich ebenso ein mittlerer oder normaler Aufbauenergiewert AE. Die Grunddämpfung kann unverändert verbleiben oder gegebenenfalls zur Erhöhung des Komforts abgesenkt werden.
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Bei geringen Aufbauwerten und großen Fahrbahnwerten ergeben sich entsprechend kleine Aufbauenergiewerte. Auch hier kann die Grunddämpfkraft unverändert bleiben oder gegebenenfalls zur Verbesserung des Komforts noch weiter verringert werden.
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Eine Anhebung der Grunddämpfkraft und / oder eine Anhebung der Dämpfkraftänderung ist insbesondere bei großen Aufbauenergiewerten von Vorteil, da hierdurch die Sicherheit erhöht wird. Große Aufbauenergiewerte, also ein starkes Schwingen des Aufbaus 12 kann sich beispielsweise bei hoher Beladung des Fahrzeugs 10 ergeben. Eine besondere mechanische Vorrichtung oder eine Sensorik zur Erfassung des aktuellen Beladungszustandes kann bei Verwendung des erläuterten Verfahrens eingespart werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Aufbau
- 14
- Rad
- 16
- verstellbarer Schwingungsdämpfer
- 18
- Sensoreinheit
- 20
- Anbindungspunkt
- 22
- Hochachse
- 24
- Fahrbahn
- 26
- Fahrtrichtung
- A
- Aufbauwert
- AE
- Aufbauenergiewert
- F
- Fahrbahnwert
