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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Dämpferelementen eines Kraftfahrzeugs. Eine andere Bezeichnung für Dämpferelement ist auch Schwingungsdämpfer oder Stoßdämpfer. Eine Dämpferhärte des Dämpferelements wird eingestellt, indem ein Sollwert für eine Dämpferhärte vorgegeben wird. Eine andere Bezeichnung für Dämpferhärte ist auch Dämpferkraft. Zu der Erfindung gehören auch ein Steuergerät zum Steuern von Dämpferelementen sowie ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät.
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In der
DE 10 2008 050 142 A1 ist ein solches Dämpferelement mit einem elektromechanischen Drosselventil beschrieben. Die Stromstärke zum Einstellen der Ventilstellung wird hierbei in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel und einer Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs eingestellt, um die Dämpferhärte immer dann zu vergrößern, wenn das Kraftfahrzeug durch eine Kurve fährt oder beschleunigt wird. Es kann auch eine Anpassung der Dämpferhärte in Abhängigkeit von einem Fahrbahnreibwert einer Straße erfolgen.
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Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass keine Anpassung der Dämpferhärte in Abhängigkeit von einer Vertikaldynamik des durch die Dämpferelemente getragenen Aufbaus des Kraftfahrzeugs erfolgt. Mit anderen Worten muss ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Grundhärte der Dämpferelemente hinnehmen, die dann lediglich in Abhängigkeit von der Längsdynamik und Querdynamik des Kraftfahrzeugs angepasst wird.
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Aus der
DE 10 2009 046 055 A1 ist eine Fahrwerksregelung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Dämpferhärte des Dämpfers steuert oder regelt und hierbei eine aktuelle Dämpferauslenkung berücksichtigt, wobei anstelle von Sensoren zum Ermitteln der Dämpferauslenkung ein Zustandsbeobachter verwendet wird, welcher die Dämpferauslenkung als unbekannte physikalische Größe auf der Grundlage eines Dämpferdruckes ermittelt. Eine weitere Anpassung der Dämpferhärte kann in Abhängigkeit von einem Bremsdruck, einem Lenkwinkel und einem Zustand des Gaspedals erfolgen.
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Das Beobachten einer aktuellen Dämpferauslenkung mittels eines Zustandsbeobachters und das dazu nötige Erfassen des Dämpferdruckes mittels eines Sensors ist eine technisch sehr aufwendige Lösung, die das Bereitstellen der Dämpfersteuerung technisch aufwendig und damit unerwünscht kostspielig macht.
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Aus der
DE 199 22 745 A1 ist ein Verfahren bekannt, um eine Dämpferhärte von Dämpferelementen elektrisch steuerbar zu verändern, indem anstelle von mechanisch verstellbaren Schrauben jeweils eine Schrittmotor oder eine Piezoelement vorgesehen ist.
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Aus der
DE 195 08 302 A1 ist ein Verfahren bekannt, um elektrisch einstellbare Dämpferelemente eines Kraftfahrzeugs zu steuern, wobei ein vertikaldynamischer Bewegungszustand des Kraftfahrzeugs mittels Beschleunigungssensoren erfasst werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Dämpferelemente eines Kraftfahrzeugs zu steuern und hierbei auch eine Reaktion auf eine Vertikaldynamik, das heißt ein Auf- und Abfedern des Kraftfahrzeugs, variabel zu gestalten.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern von Dämpferelementen eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Um einem Fahrer des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, dass sich das Kraftfahrzeug auch in Bezug auf eine Vertikaldynamik, also ein Auf- und Abfedern, variabel verhält, wird ein Grundhärtewert für eine Dämpferhärte jedes Dämpferelements in Abhängigkeit von einem Stellsignal einer Bedieneinrichtung ausgewählt. Das Stellsignal signalisiert eine Benutzerauswahl, also beispielsweise eine Auswahl des Fahrers. Die Auswahl erfolgt hierbei aus mehreren vorgegebenen Grundhärtewerten. Beispielsweise können ein Grundhärtewert für eine sportliche Fahrweise und ein Grundhärtewert für eine komfortable Fahrweise angegeben werden. Des Weiteren kann ein Grundhärtewert für einen Kompromiss zwischen sportlicher Fahrweise und komfortabler Fahrweise vorgesehen sein. Im Zusammenhang mit dem Grundhärtewert kann vorgesehen sein, dass für alle vier Räder derselbe Grundhärtewert eingestellt oder ausgewählt wird. Die Grundhärtewerte der Dämpferelemente können sich aber auch unterscheiden.
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Um die Dämpferhärte einzustellen, wird dann in der beschriebenen Weise ein Sollwert für ein die Dämpferhärte festlegendes Verstellventil des jeweiligen Dämpferelements ermittelt. Das Verstellventil kann als elektromechanisches oder elektrohydraulisches Ventil ausgestaltet sein, durch welches in Abhängigkeit von dem Sollwert ein durchströmbarer Querschnitt für ein Dämpferfluid oder eine Querschnittsgeometrie eingestellt wird. Der Sollwert kann z.B. für eine Stromregelung des Verstellventils vorgegeben werden. Durch den dabei geregelten Strom wird beispielsweise ein Elektromagnet gesteuert, der dann in dem Verstellventil einen Kolben zum Einstellen des durchströmbaren Querschnitts bewegt. Durch Einstellen der Stromstärke in dem Verstellventil ist also die Dämpferhärte kontinuierlich verstellbar oder einstellbar. Es kann auch eine gestufte Dämpferhärte vorgesehen sein, wobei mindestens zwei Härtestufen vorgesehen sind. Das Verstellventil kann auch dazu eingerichtet sein, ein Magnetfeld für eine magnetorheologische Dämpferflüssigkeit oder ein elektrisches Feld für eine elektrorheologische Dämpferflüssigkeit einzustellen, wodurch die Viskosität der Dämpferflüssigkeit festgelegt wird.
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Der Sollwert gibt somit die immer wieder eingestellte Dämpferhärte an. Der Sollwert wird nicht nur in Abhängigkeit von dem Grundhärtewert ermittelt, sondern es wird zusätzlich zumindest ein Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs empfangen und der Sollwert wird dann sowohl aus dem ausgewählten Grundhärtewert als auch dem zumindest einen Betriebsparameterwert erzeugt. Durch den zumindest einen Betriebsparameter ergibt sich somit ein Korrektursignal oder ein Korrekturfaktor, der mit dem Grundhärtewert kombiniert wird, um hierdurch den Sollwert einzustellen. Die Korrektursignale können für die Verstellventile gleich oder unterschiedlich sein.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein Benutzer des Kraftfahrzeugs das vertikaldynamische Verhalten des Dämpferelements mittels der Bedieneinrichtung vorgeben kann und dennoch eine Korrektur seiner Auswahl in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs erfolgt, sodass auch eine Fehlauswahl oder eine Fehleinschätzung des Benutzers bei der Auswahl des Grundhärtewerts nicht zu einem sicherheitsgefährdenden Dämpfungsverhalten oder einer sicherheitsgefährdenden Dämpferhärte der Dämpferelemente führt. Mit anderen Worten kann die Auswahl des Benutzers in Form des Grundhärtewerts für unterschiedliche Fahrsituationen noch korrigiert oder angepasst werden, indem die jeweilige Fahrsituation anhand des zumindest einen Betriebsparameters ermittelt wird und dann der Sollwert zusätzlich zum Grundhärtewert noch in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameterwert erzeugt oder korrigiert wird. Zum Kombinieren des Grundhärtewerts mit dem zumindest einen Betriebsparameterwert kann beispielsweise jeder Betriebsparameterwert beispielsweise mittels eines Faktors skaliert werden. Der Grundhärtewert und der zumindest eine dann skalierte Betriebsparameterwert können dann beispielsweise additiv oder multiplikativ kombiniert werden.
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Die Erfindung sieht vor, dass für die Dämpferelemente der jeweilige Sollwert unabhängig von einer tatsächlichen vertikalen Beschleunigung und/oder vertikalen Bewegung des Aufbaus eingestellt wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine technisch besonders einfach zu realisierende Steuerung der Dämpferelemente bereitgestellt werden kann. Dennoch kann für eine Vielzahl von fahrdynamisch relevanten Situationen durch Auswerten des zumindest einen Betriebsparameterwerts eine sichere Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
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Zu der Erfindung gehören auch optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Gemäß einer Weiterbildung wird für zumindest eines der Dämpferelemente der jeweilige Sollwert an eine Beladung des Kraftfahrzeugs angepasst. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass eine Fahrsicherheit auch dann gewährleistet ist, wenn der Benutzer des Kraftfahrzeugs aus Komfortgründen eine besonders geringe Dämpferhärte als Grundhärtewert einstellt und dann aufgrund einer Beladung die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs verschlechtert wird.
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Eine Weiterbildung hierzu sieht vor, dass der zumindest eine empfangene Betriebsparameterwert einen Einfederwert eines Radwegsensors umfasst, der einen Einfederweg eines Rades des Kraftfahrzeugs erfasst. Eine andere Bezeichnung für den Radwegsensor ist auch Niveausensor. Der Sollwert wird auf eine umso größere Dämpferhärte eingestellt, je größer der beladungsbedingte Einfederweg ist. Insbesondere ist bei der Weiterbildung vorgesehen, dass lediglich ein einziger Radwegsensor ausgewertet wird, das heißt der Einfederwert von einem einzigen Radwegsensor empfangen wird. Der beladungsbedingte Einfederweg kann beispielsweise ermittelt werden, während das Kraftfahrzeug stillsteht. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der beladungsbedingte Einfederweg ermittelt werden, indem zeitlich nacheinander mehrere Einfederwerte empfangen werden und dann ein zeitlicher Mittelwert aus den Einfederwerten gebildet wird. Das Anpassen des Sollwerts in Abhängigkeit von dem Einfederweg kann auch auf ein vorbestimmtes Werteintervall begrenzt sein, sodass die Dämpferhärte nicht beliebig groß werden kann, je mehr das Kraftfahrzeug beladen wird. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass der Grundhärtewert in Abhängigkeit von dem Einfederwert korrigiert wird, das heißt der Sollwert aus dem Grundhärtewert und zumindest dem Einfederwert gebildet wird. Bei der Weiterbildung ist insbesondere vorgesehen, dass bei unbeladenem Kraftfahrzeug eine Minimierung der Dämpferhärte erfolgt, das heißt dass sich kein zusätzlicher ein Korrekturwert aufgrund der Beladung ergibt, sodass sich ein hoher Fahrkomfort ergibt.
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In diesem Zusammenhang sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform vor, dass der Einfederwert aus einer Leuchtweitenregulierung des Kraftfahrzeugs empfangen wird. Mit anderen Worten ist kein dedizierter Radwegsensor oder Niveausensor ausschließlich für das Anpassen der Dämpferhärte vorgesehen, sondern es wird ein Sensor genutzt, der bereits im Zusammenhang mit der Leuchtweitenregulierung bereitgestellt ist. Insbesondere kann auch gleich die beschriebene zeitliche Mittelung genutzt werden, wie sie in der Leuchtweitenregulierung durchgeführt wird.
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Die beschriebene Anpassung in Abhängigkeit von der Beladung stellt eine Anpassung an fahrdynamisch irrelevante Situation dar, da sie bereits beispielsweise im Stillstand des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden kann.
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Eine andere Weiterbildung berücksichtigt dagegen eine Fahrsituation. Bei dieser Weiterbildung wird für zumindest eines der Dämpferelemente der jeweilige Sollwert an eine von dem Kraftfahrzeug befahrene Fahrbahn angepasst, indem der zumindest eine Betriebsparameterwert eine Zeitreihe von Raddrehzahlwerten zumindest eines Rades umfasst und aus der Zeitreihe eine Raddrehzahlschwankung ermittelt wird und der Sollwert auf eine umso geringere Dämpferhärte eingestellt wird, je größer die Raddrehzahlschwankung ist. Auch hierbei kann diese Anpassung innerhalb eines vorgegebenen Werteintervalls erfolgen oder auf dieses begrenzt sein. Durch die Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass eine Anpassung der Dämpferhärte oder Dämpferkraft an die Fahrbahn erfolgt. Die Fahrbahninformation über den Straßenzustand wird hierbei aus der Raddrehzahlschwankung ermittelt.
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Die aktuelle Vertikaldynamik des Kraftfahrzeugs kann auch sensorisch erfasst werden. Dabei umfasst der zumindest eine Betriebsparameterwert einen Beschleunigungswert, der mit einer vertikalen Beschleunigung des Aufbaus des Kraftfahrzeugs korreliert ist. Der Aufbau des Fahrzeugs entspricht der gefederten Masse des Kraftfahrzeugs. Zum Erfassen des Beschleunigungswerts kann z.B. ein Beschleunigungssensor eines anderen Fahrzeugsystems genutzt werden. Es kann aber auch ein Sensorsignal eines anderen Sensortyps dahingehend ausgewertet werden, dass indirekt auf die Vertikalbeschleunigung rückgeschlossen wird. Beispielsweise kann in einer Bildsequenz einer Videokamera eine Relativbewegung des Aufbaus bezüglich der Fahrzeugumgebung erkannt werden, wodurch ein Rückschluss auf die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus möglich ist. Für zumindest eines der Dämpferelemente wird dann, falls der Beschleunigungswert außerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs oder Werteintervalls liegt, der jeweilige Sollwert auf eine Dämpferhärte eingestellt, bei welcher zumindest ein nachfolgend empfangener Beschleunigungswert innerhalb des Wertebereichs liegt. Mit anderen Worten wird bei einer Auf- und Abbewegung oder Auf- und Ab-Beschleunigung des Aufbaus, die derart groß ist, dass der Beschleunigungswert außerhalb des Wertebereichs liegt, reagiert, indem die Dämpferhärte gezielt verändert wird, sodass nachfolgende Aufbaubewegungen einen kleineren Beschleunigungswert ergeben. Es ergibt sich der Vorteil, dass auch bei einer Veränderung der Eigenschaft des Fahruntergrunds der Fahrkomfort angepasst wird, ohne dass der Fahrer an der Bedieneinrichtung eine andere Auswahl des Grundhärtewerts vornehmen muss. Die beschriebene Variante erfasst oder misst die Aufbaubeschleunigung und erfordert somit einen zusätzlichen Sensor zum Erfassen der Vertikalbeschleunigung. Die Vertikalbeschleunigung ist hierbei die Beschleunigung entlang der Fahrzeughochachse.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass der zumindest eine Betriebsparameterwert einen Bremsdruckwert und/oder einen Gradienten des Bremsdruckwerts umfasst und für die Dämpferelemente von Rädern des Kraftfahrzeugs der jeweilige Sollwert und damit die Dämpferhärte vergrößert wird, falls der Bremsdruckwert und/oder der Gradient des Bremsdruckwerts ein vorbestimmtes Bremskriterium erfüllt. Mit anderen Worten wird auf der Grundlage des Bremsdrucks und/oder des Bremsdruckanstiegs oder der Bremsdruckveränderungsgeschwindigkeit ein Nickverhalten des Kraftfahrzeugs angepasst. Das Bremskriterium besagt, dass auf der Grundlage des Bremsdruckwerts und/oder des Bremsdruckgradienten ein Bremsmanöver des Kraftfahrzeugs zu erwarten ist. Entsprechende Bremskriterien können durch einfache Versuche anhand von Zeitreihen von Bremsdruckwerten und/oder Zeitreihen für den Gradienten ermittelt werden. Beispielsweise kann jeweils ein Schwellenwert für den Bremsdruckwert und den Gradienten festgelegt werden. Bei erfülltem Bremskriterium, wenn also ein Bremsmanöver eingeleitet wird oder bevorsteht, wird durch Vergrößern der Dämpferhärte der Räder das Nickverhalten oder die Nickneigung des Kraftfahrzeugs verringert und hierdurch eine Verteilung der Bremskraft auf alle vier Räder des Kraftfahrzeugs begünstigt. Der Bremsdruckwert kann mittels eines Kraftsensors oder Drucksensors ermittelt werden, der eine auf das Bremspedal ausgeübte Bremskraft oder Fußkraft des Fahrers erfasst. Der Gradient kann als eine mathematische Ableitung nach der Zeit berechnet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst der zumindest eine Betriebsparameterwert ein jeweiliges Aktivitätsflag oder Aktivitätssignal einer elektronischen Stabilitätskontrolle (ESC) und/oder eines Antiblockiersystems (ABS) und/oder eines Bremslichts. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass eine vom Benutzer eingestellte Dämpferhärte, die ungeeignet für einen Eingriff eines Fahrerassistenzsystems oder ein Bremsmanöver ist, durch Auswerten der genannten Aktivitätsflags oder Aktivitätssignale kompensiert oder ausgeglichen werden kann. Insbesondere das Auswerten des Aktivitätsflags für das Bremslicht stellt eine technisch besonders einfache Lösung dar. Das Auswerten des Aktivitätsflags des Bremslichts kann auch im Zusammenhang mit der beschriebenen Einstellung der Dämpferelemente der Räder des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Dann ist keine Auswertung eines Bremsdruckwerts eines Sensors nötig.
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Gemäß einer Weiterbildung wird für zumindest eines der Dämpferelemente der jeweilige Sollwert an eine fahrtbedingte Längsdynamik und/oder Querdynamik des Kraftfahrzeugs angepasst. Mit fahrtbedingt ist gemeint, dass sich das Kraftfahrzeug aufgrund eines Fahrmanövers neigt, also nickt, wankt und/oder giert. Die Anpassung erfolgt, indem der zumindest eine Betriebsparameterwert eine Fahrgeschwindigkeit und/oder einen Lenkwinkel und/oder eine Gierrate angibt. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Dämpferhärte vergrößert wird, je größer die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist. Durch diese Weiterbildung ergibt sich eine für den Fahrer antizipierbare oder vorhersehbare Reaktion auf fahrdynamisch relevante Situationen. In Abhängigkeit von dem beschriebenen Lenkwinkel können beispielsweise Dämpferelemente der Räder auf eine im Vergleich zur Geradeausfahrt größere Dämpferhärte eingestellt werden. Eine vorteilhafte Alternative zur Auswertung des Lenkwinkels ist hierbei die Auswertung der Gierrate. Durch sie wird präziser die tatsächlich wirksam werdende Gierrate beschrieben. Die kann aus der beschriebenen elektronischen Stabilitätskontrolle empfangen werden.
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Um eine Antizipierbarkeit der Reaktion des Kraftfahrzeugs auf eine Veränderung des zumindest einen Betriebsparameters zu verbessern, ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass das Einstellen des Sollwerts als Steuerung und nicht als Regelung erfolgt. Mit anderen Worten erfolgt eine stets gleichbleibende Abbildung des jeweiligen aktuellen Betriebsparameterwerts auf zumindest einen Korrekturwert, der dann zusammen mit dem Grundhärtewert kombiniert wird. Hierdurch sind Einregelvorgänge vermieden, die beispielsweise ein zeitlich veränderliches Dämpfungsverhalten der Dämpferelemente verursachen könnten. Bei dieser Weiterbildung wird zum Erzeugen des Sollwerts bevorzugt eine Abbildungsvorschrift aus mehreren vorgegebenen Abbildungsvorschriften in Abhängigkeit von dem Stellsignal ausgewählt. Mit anderen Worten wird je nach Grundhärtewert, den der Benutzer einstellt, eine passende Abbildungsvorschrift ausgewählt. Anhand der ausgewählten Abbildungsvorschrift wird dann aus dem zumindest einen Betriebsparameterwert zumindest ein Korrekturwert ermittelt und der ermittelte zumindest eine Korrekturwert mit dem Grundhärtewert zu dem Sollwert kombiniert. Die Abbildungsvorschrift kann beispielsweise eine Kennlinie oder ein Kennfeld sein. Falls mehrere Betriebsparameterwerte empfangen werden, können diese über die Abbildungsvorschrift zu einem einzigen Korrekturwert kombiniert werden oder es kann beispielsweise für jeden Betriebsparameterwert ein einzelner eigener Korrekturwert ermittelt werden. Die Kombination des zumindest einen Korrekturwerts mit dem Grundhärtewert kann beispielsweise in der beschriebenen Weise additiv oder multiplikativ erfolgen. Indem in Abhängigkeit von dem zumindest einen Betriebsparameterwert nur ein Stellen des Sollwerts für die Dämpferhärte erfolgt und eben keine Bewegungsüberwachung des Kraftfahrzeugs, wird unabhängig von einer aktuellen oder vertikaldynamisch bedingten Einfederung oder Dämpferkompression der Sollwert eingestellt. Hierdurch kommt es nicht zu den beschriebenen, zeitlich veränderlichen Sollwerten, die einen Benutzer des Kraftfahrzeugs beim Fahren beispielsweise ablenken oder irritieren könnten.
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Gemäß einer Weiterbildung wird als der zumindest eine Betriebsparameterwert ausschließlich jeweils ein solcher Wert empfangen, der zusätzlich durch eine andere Komponente des Kraftfahrzeugs für eine Steuerung und/oder Regelung verwendet wird. Der zumindest eine Betriebsparameterwert kann hierzu beispielsweise über einen Kommunikationsbus, insbesondere einen CAN-Bus (CAN - controller area network), empfangen werden. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass das erfindungsgemäße Verfahren ohne Bereitstellen eines eigenen Sensors erfolgen kann. Hierdurch ist es technisch besonders einfach in einem Kraftfahrzeug realisierbar oder bereitstellbar.
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Gemäß einer Weiterbildung umfasst der zumindest eine Betriebsparameterwert mehrere Betriebsparameterwerte, die eine Zeitreihe aus mehreren Werten desselben Betriebsparameters darstellen. Es wird eine zeitliche Ableitung der Zeitreihe gebildet und der Sollwert in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung erzeugt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auch ein Gradient oder eine Änderungsrate eines Betriebsparameters berücksichtigt wird, wodurch beispielsweise zwischen einer langsam eingeleiteten Bremsung und einer schnell eingeleiteten Bremsung unterschieden werden kann, indem beispielsweise ein Schwellwert für den Gradienten oder die zeitliche Ableitung genutzt wird. Genauso kann beispielsweise bei einer zeitlichen Veränderung des Lenkwinkels in Abhängigkeit von einem Schwellwert zwischen zwei unterschiedlichen Lenksituationen unterschieden werden und entsprechend eine andere Einstellung des Sollwerts erfolgen. Hierdurch kann beispielsweise bei einer hektischen oder spontanen oder drastischen Reaktion des Fahrers mit einer adäquaten Dämpferhärte reagiert werden.
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Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Steuergerät zum Steuern von Dämpferelementen eines Kraftfahrzeugs. Das erfindungsgemäße Steuergerät kann beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor umfassen. Durch das erfindungsgemäße Steuergerät werden Verstellventile der Dämpferelemente gesteuert, indem ein Sollwert für die Dämpferhärte vorgegeben oder ermittelt wird. Das Steuergerät ist hierbei dazu eingerichtet, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit den beschriebenen Dämpferelementen, von denen jedes ein Verstellventil aufweist, durch welches eine jeweilige Dämpferhärte des Dämpferelements festgelegt wird. Jedes Verstellventil kann in der beschriebenen Weise ausgestaltet sein. Insbesondere ist bei jedem Verstellventil die Dämpferhärte kontinuierlich verstellbar oder einstellbar. Es kann auch eine gestufte Dämpferhärte vorgesehen sein, wobei mindestens zwei Härtestufen vorgesehen sind. Das Kraftfahrzeug weist eine Bedieneinrichtung zum Auswählen eines Grundhärtewerts für die jeweilige Dämpferhärte auf. Die Bedieneinrichtung kann hierzu beispielsweise einen Taster oder eine Tastenleiste oder einen Drehsteller umfassen. Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts bereitgestellt, welches mit der Bedieneinrichtung und den Dämpferelementen gekoppelt ist.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist insbesondere als Kraftwagen, beispielsweise als Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen, oder als Motorrad ausgestaltet.
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Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 und 3 jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräts, das in dem Kraftfahrzeug von 1 bereitgestellt sein kann.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen handeln kann. Das Kraftfahrzeug 1 kann mit einer Fahrgeschwindigkeit v z.B. auf einer Straße oder Fahrbahn R rollen.
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Ein Aufbau 2 des Kraftfahrzeugs 1 ist bezüglich Räder 3 des Kraftfahrzeugs 1 federnd gelagert. Zum Dämpfen einer Relativbewegung zwischen Aufbau 2 und Rädern 3 sind die Räder 3 über Dämpferelemente 4 in an sich bekannter Weise an dem Aufbau 2 befestigt. Die Dämpferelemente 4 sind in 1 durch ihre Lage im Kraftfahrzeug 1 wie folgt unterschieden: vorne links VL, vorne rechts VR, hinten links HL, hinten rechts HR. Bei den Dämpferelementen 4 kann es sich beispielsweise um Zweirohr-Schwingungsdämpfer handeln.
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Bei den Dämpferelementen 4 ist eine Dämpferhärte oder Dämpferkraft einstellbar. Hierzu weist jedes Dämpferelement 4 ein elektromechanisches Verstellventil 5 auf, dessen Ventilstellung durch einen Strom festgelegt ist, dessen Stromstärkewert durch eine Stromregelung eingestellt wird. Dämpferelemente mit einem solchen elektromechanischen Verstellventil sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Für die Stromregelung wird ein jeweiliger Sollwert 6 durch eine Steuereinrichtung 7 vorgegeben. Die Sollwerte 6 für die unterschiedlichen Verstellventile 5 können gleich sein oder sich unterscheiden. Das Verstellventil 5 stellt beispielsweise einen durchströmbaren Querschnitt für ein Dämpferfluid ein. Das Verstellventil kann auch dazu eingerichtet sein, ein Magnetfeld für eine magnetorheologische Dämpferflüssigkeit oder ein elektrisches Feld für eine elektrorheologische Dämpferflüssigkeit einzustellen.
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Die Steuereinrichtung 7 ist des Weiteren mit einem Kommunikationsbus 8 gekoppelt, bei dem es sich beispielsweise um einen CAN-Bus (CAN - controller area network) handeln kann. Die Steuereinrichtung 7 kann als Steuergerät ausgestaltet sein. Über den Kommunikationsbus 8 kann die Steuereinrichtung 7 Betriebsparameterwerte 9 empfangen, die beispielsweise durch weitere Steuergeräte 10 des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt sein können. Die Steuergeräte 10 sind in 1 lediglich durch ein einzelnes Element symbolisch repräsentiert. Die Steuergeräte 10 können z.B. eine elektronische Stabilitätskontrolle, ein Antiblockiersystem und/oder eine Bremslichtsteuerung umfassen. Die Betriebsparameterwerte 9 der Steuergeräte 10 können beispielsweise einen oder mehrere oder alle der folgenden Werte umfassen: einen aktuellen Lenkwinkel eines (nicht dargestellten) Lenkrads des Kraftfahrzeugs 1, eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit v, einen an einem (nicht dargestellten) Bremspedal des Kraftfahrzeugs von einem (nicht dargestellten) Fahrer erzeugten Bremsdruck, eine Gierrate, eine aktuelle Raddrehzahl eines der Räder 3 oder mehrerer der Räder 3. Durch die Steuereinrichtung 7 kann des Weiteren eine zeitliche Ableitung dieser Betriebsparameterwerte ermittelt werden. Durch die Betriebsparameterwerte 9 kann auch beispielsweise ein Aktivitätsflag einer elektronischen Stabilitätskontrolle oder eines Antiblockiersystems oder eines Bremslichts signalisiert sein.
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Das Kraftfahrzeug 1 kann des Weiteren weitere Betriebsparameterwerte 9 von einem Radwegsensor 11 und einem Beschleunigungssensor 12 empfangen. Die Betriebsparameter 9 des Radwegsensors 11 beschreiben einen aktuellen Einfederweg 13 eines der Dämpferelemente 4, beispielsweise des Dämpferelements HR. Der Radwegsensor 13 kann z.B. durch eine Leuchtweitenregulierung bereitgestellt sein. Der Beschleunigungssensor 12 erzeugt Betriebsparameterwerte 9, welche Beschleunigungswerte 14 darstellen, die eine Beschleunigung des Aufbaus 2 entlang einer Fahrzeughochachse, das heißt in vertikaler Richtung, angeben.
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Die Dämpferhärte der Dämpferelemente 4 wird durch die Stromregelung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Sollwert 6 jedes Dämpferelements 4 eingestellt. Hierbei gibt ein Fahrer seinen Fahrerwunsch für eine Dämpferhärte mittels einer Bedieneinrichtung 15 an. Die Bedieneinrichtung 15 kann hierzu beispielsweise eine mechanische Taste oder mehrere mechanische Tasten bereitstellen. Die Bedieneinrichtung 15 kann auch beispielsweise durch ein Bedienmenü in einem Infotainmentsystem (Informations-Unterhaltungssystem) bereitgestellt sein. Die Bedieneinrichtung 15 signalisiert die Fahrerauswahl als Stellsignal 16 an die Steuereinrichtung 7.
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Im Folgenden ist anhand von 2 und 3 veranschaulicht, wie durch die Steuereinrichtung 7 aus den Betriebsparameterwerten 9 und dem Stellsignal 16 der Sollwert 6 gebildet werden kann. 2 bis 3 zeigt hierzu jeweils die Steuereinrichtung 7. Die Steuereinrichtung 7 kann beispielswiese einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor 17 aufweisen, welcher Programmmodule 18 ausführen kann.
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In 2 ist eine Ausführungsform der Steuereinrichtung 7 veranschaulicht, bei welcher die Sollwerte 6 für die Stromregelungen der Verstellventile 5 durch ein Sollwertmodul 19 jeweils aus einem Grundhärtewert 20 und einem Korrekturwert 21 gebildet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass für jedes Dämpferelement 4 ein eigener Grundhärtewert 20 bereitgestellt wird. In der 2 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Grundhärtewert 20 dargestellt. Der Grundhärtewert 20 wird durch ein Anpassungsmodul 22 aus dem Stellsignal der Bedieneinrichtung 15 erzeugt. Das Anpassungsmodul 22 kann beispielsweise in Abhängigkeit vom Stellsignal 16 aus mehreren vorgegebenen Grundhärtewerten 23 einen auswählen. Bei den Grundhärtewerten 23 kann es sich beispielsweise um eine Auswahl für eine Dämpferhärte für Komfort, Normalfahrt und Sport handeln. Der ausgewählte Grundhärtewert 23 wird dann als der Grundhärtewert 20 dem Sollwertmodul 19 bereitgestellt.
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Um den Sollwert 6 für jedes Verstellventil 5 zu erzeugen, wird der Grundhärtewert 20 durch das Sollwertmodul 19 mit dem Korrekturwert 21 kombiniert oder verrechnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass mehrere Korrekturwerte 21 und damit für die Verstellventile 5 unterschiedliche Sollwerte 6 bereitgestellt werden. In 2 wird der Übersichtlichkeit halber nur ein Korrekturwert 21 angenommen. Der Korrekturwert 21 wird durch ein Stellmodul 24 aus Betriebsparameterwerten 9 gebildet, die über den Kommunikationsbus 8 empfangen werden. Die hierbei verwendeten Betriebsparameterwerte 9 sind insbesondere der Lenkwinkel, der Bremsdruck, die Gierrate, die Fahrgeschwindigkeit sowie deren zeitliche Ableitungen sowie die Aktivitätsflags für elektronische Stabilitätskontrolle, das Antiblockiersystem und/oder das Bremslicht. Es kann auch eine Auswahl aus diesen Betriebsparametern berücksichtigt werden. Das Erzeugen eines Korrekturwerts 21 aus diesen Betriebsparameterwerten 9 ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt, wie er beispielsweise im einleitenden Teil dieser Beschreibung genannt worden ist. Der Grundhärtewert 20 und der Korrekturwert 21 können beispielsweise miteinander multipliziert werden oder miteinander addiert werden.
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Durch die in 2 veranschaulichte Ausführungsform der Steuereinrichtung 7 ist die Vertikaldynamik des Aufbaus 2 nicht aktiv mittels einer Regelung beeinflusst. Das heißt mit anderen Worten, dass ein aktueller Einfederweg oder eine aktuelle vertikale Bewegung oder Beschleunigung des Aufbaus 2 gegenüber den Rädern 3 nicht berücksichtigt wird. Stattdessen wird durch das Anpassungsmodul 22 der Grundhärtewert 20 bereitgestellt, den der Fahrer bei Bedarf mittels der Bedienrichtung 15 anpassen kann und der mittels des Korrekturwerts 21 an die Fahrsituation nach den Prinzip einer Steuerung angepasst wird.
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Wesentliches Merkmal ist somit hier der Verzicht auf die Vertikalregelung bei gleichzeitigem Erhalt der adaptiven und kontinuierlichen Reaktion, die mittels der kontinuierlich verstellbaren Verstellventile 5 ermöglicht werden kann. Die Reaktion erfolgt hierbei auf die Fahrsituation, beispielsweise durch Steigerung der Dämpfung mit steigender Fahrgeschwindigkeit sowie durch eine Reaktion auf die Längs- und Querdynamik, beispielsweise durch Beschleunigen und/oder Lenken verursacht.
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Die Zuordnung der Betriebsparameterwerte 9 zu den Korrekturwerten 21 erfolgt dabei nicht durch eine Regelung, sondern bevorzugt durch eine direkte Zuordnung mittels einer mathematischen Funktion oder Abbildungsvorschrift 25. Die Abbildungsvorschrift 25 kann beispielsweise als Kennlinie oder Kennfeld oder als Formel oder mathematische Gleichung bereitgestellt sein. Die Abbildungsvorschrift 25 kann dabei aus mehreren vorgegebenen Abbildungsvorschriften 26 in Abhängigkeit beispielsweise von dem Stellsignal 16 ausgewählt sein, um abhängig von dem eingestellten Grundhärtewert 20 auch eine entsprechende Reaktion des Kraftfahrzeugs auf Längs- und Querdynamik ebenfalls beispielsweise in einem Modus Komfort, Normalfahrt oder Sport bereitzustellen.
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Durch Vorsehen einer vorbestimmten Abbildungsvorschrift 25 ergibt sich eine harmonische und vorsehbare Reaktion des aus den Dämpferelementen 4 gebildeten Dämpfersystems auf fahrdynamisch relevante Situationen, wie Beschleunigen, Bremsen und Lenken.
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3 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Steuereinrichtung 7, die ebenfalls das Sollwertmodul 19, das Anpassungsmodul 22 und das Stellmodul 24 aufweist. Als weitere Programmmodule 18 können ein Beladungsmodul 27 und ein Fahrbahnmodul 28 bereitgestellt sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass nur eines der beiden Module 27, 28 bereitgestellt ist.
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Durch das Beladungsmodul 27 wird eine Beladungsinformation bereitgestellt, das heißt es wird ermittelt, wie viel Gewicht dem Kraftfahrzeug 1 zugeladen wurde. Hierzu wird aus dem Radwegsensor 11 der Einfederweg 13 empfangen.
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Durch das Fahrbahnmodul 28 kann von dem Beschleunigungssensor 12 eine Aufbaubeschleunigung des Aufbaus 2 in vertikaler Richtung empfangen werden, also das Beschleunigungssignal oder der Beschleunigungswert 14. Es kann auch beispielsweise eine Zeitreihe von Raddrehzahlen zumindest eines Rades 3 empfangen werden. Anhand einer Raddrehzahlschwankung kann dann beispielsweise auf der Grundlage von Schwellenwerten ermittelt werden, über was für einen Fahrbahnoberflächentyp das Kraftfahrzeug 1 momentan rollt. Dies ist dann also ohne einen Beschleunigungssensor 12 möglich.
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein kostenoptimiertes adaptives Dämpfungssystem bereitgestellt werden kann.
