-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft mindestens eines zwischen einen Fahrzeugaufbau und ein Rad geschalteten Stoßdämpfers eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
-
Aus der
DE 101 20 918 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft für mindestens einen Stoßdämpfer nach dem sogenannten Skyhook-Verfahren bekannt. Nach dem Skyhook-Verfahren erfolgt die Einstellung der Dämpfkraft für einen zwischen einen Fahrzeugaufbau und ein Rad geschalteten Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs derart, dass abhängig von einer Bewegung des Fahrzeugaufbaus und abhängig von einer Bewegung des Rads eine Dämpfkraft für den Stoßdämpfer ermittelt und eingestellt wird, nämlich innerhalb eines Stellbereichs, der durch einen unteren Grenzwert und einen oberen Grenzwert definiert ist.
-
Aus der
EP 1 876 042 B1 ist ein weiteres Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft für einen Stoßdämpfer bekannt. Nach diesem Verfahren wird eine minimale Dämpfkraft, die durch den Stoßdämpfer erzeugt werden kann, um eine variable Dämpfkraft ergänzt, wobei die minimale Dämpfkraft berechnet wird, wobei nachfolgend eine Abweichung zwischen einem Dämpfkraft-Sollwert und der minimalen Dämpfkraft berechnet wird, und wobei dann ein Dämpfkraft-Änderungsmechanismus entsprechend der Abweichung zwischen dem Dämpfkraft-Sollwert und der minimalen Dämpfkraft angesteuert wird, sodass die durch den Stoßdämpfer erzeugte Dämpfkraft dem Dämpfkraft-Sollwert entspricht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft mindestens eines zwischen einen Fahrzeugaufbau und ein Rad geschalteten Stoßdämpfers eines Kraftfahrzeugs und eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit Hilfe derer die Dämpfqualität verbessert werden kann, indem die vorgegebene Dämpfung besser erreicht wird.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Steuerungseinrichtung gemäß Patentanspruch 6 gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird abhängig von der Soll-Dämpfkraft eine Soll-Dämpfleistung ermittelt, wobei abhängig von der Soll-Dämpfkraft und einem Ist-Kennfeld des Stoßdämpfers eine Ist-Dämpfkraft und abhängig von Ist-Dämpfkraft eine Ist-Dämpfleistung ermittelt wird, wobei abhängig von einer Abweichung zwischen der Soll-Dämpfleistung und der Ist-Dämpfleistung ein Differenz-Dämpfenergie ermittelt wird, wobei abhängig von der Differenz-Dämpfenergie ein Skalierungsfaktor ermittelt wird, mit dem die Soll-Dämpfkraft skaliert wird, sodass die Ist-Dämpfkraft abhängig von der skalierten Soll-Dämpfkraft und dem Ist-Kennfeld des Dämpfers ermittelt wird, und wobei abhängig von der Ist-Dämpfkraft die Dämpfkraft eingestellt wird.
-
Die Erfindung nutzt eine Differenz-Dämpfenergie zur Verbesserung der bereitstellbaren Dämpfqualität. Abhängig von der Soll-Dämpfkraft wird eine Soll-Dämpfleistung berechnet. Abhängig von der Soll-Dämpfkraft und einem Ist-Kennfeld des Dämpfers wird eine Ist-Dämpfkraft und abhängig von dieser Ist-Dämpfkraft eine Ist-Dämpfleistung berechnet. Die Abweichung zwischen der Soll-Dämpfleistung und der Ist-Dämpfleistung wird zur Bestimmung der Differenz-Dämpfenergie genutzt, um abhängig von der Differenz-Dämpfenergie den Skalierungsfaktor für die Soll-Dämpfkraft zu bestimmen.
-
Die Ist-Dämpfkraft wird demnach abhängig von der mit dem Skalierungsfaktor skalierten Soll-Dämpfkraft sowie abhängig vom Ist-Kennfeld bestimmt. Abhängig von dieser Ist-Dämpfkraft, die abhängig vom Ist-Kennfeld und der skalierten Soll-Dämpfkraft bestimmt wird, wird die Dämpfkraft eingestellt, die der jeweilige Stoßdämpfer bereitstellt. Hiermit kann das Schwingungsverhalten des Fahrzeugaufbaus verbessert werden. Die Dämpfqualität kann in der Art erhöht werden, dass das vorgegebene Schwingverhalten unter verschiedenen Bedingungen besser erreicht wird.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Skalierungsfaktor abhängig von der Differenz-Dämpfenergie über eine Kennlinie oder ein Kennfeld ermittelt. Eine derartige Bestimmung des Skalierungsfaktors ist einfach und zuverlässig.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Soll-Dämpfleistung abhängig von der Soll-Dämpfkraft und abhängig von einer die Bewegung des Fahrzeugaufbaus repräsentierenden Größe ermittelt, wobei die Ist-Dämpfleistung abhängig von der Ist-Dämpfkraft und abhängig von einer die Bewegung des Fahrzeugaufbaus repräsentierenden Größe ermittelt wird, und wobei die Differenz-Dämpfenergie durch Integration der Abweichung zwischen der Soll-Dämpfleistung und der Ist-Dämpfleistung über der Zeit ermittelt wird. Hiermit kann die Differenz-Dämpfenergie besonders vorteilhaft bestimmt werden.
-
Vorzugsweise wird die Integration nach einer definierten Schwingungsanzahl des Fahrzeugaufbaus oder nach einer definierten Zeit zurückgesetzt. Das Zurücksetzen der Integration bei der Bestimmung der Differenz-Dämpfenergie verbessert die bereitstellbare Dämpfqualität.
-
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 einen Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeug;
- 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Steuerungskonzepts zur Einstellung der Dämpfkraft mindestens eines zwischen einen Fahrzeugaufbau und ein Rad geschalteten Stoßdämpfers des Kraftfahrzeugs; und
- 3 Zeitdiagramme zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung.
-
1 zeigt im Sinne eines Viertel-Fahrzeugmodells eines Kraftfahrzeugs einen stark schematisierten Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeug im Bereich eines Rads 10 des Kraftfahrzeugs und eines Fahrzeugsaufbaus 11 desselben, wobei gemäß 1 zwischen den Fahrzeugaufbau 11 und das Rad 10 einerseits ein Stoßdämpfer 12 und andererseits ein Federelement 13 geschaltet ist.
-
Gemäß 1 kann die Dämpfkraft des zwischen das Rad 10 und den Fahrzeugaufbau 11 geschalteten Stoßdämpfers 12 eingestellt werden.
-
Zur Einstellung der Dämpfkraft, die der Stoßdämpfer 12 bereitstellt, wird insbesondere von einer Steuerungseirichtung des Kraftfahrzeugs eine Soll-Dämpfkraft bestimmt, und zwar abhängig von mindestens einer eine Bewegung des Fahrzeugaufbaus 11 repräsentierenden Größe und/oder abhängig von mindestens einer eine Bewegung des jeweiligen Rads 10 repräsentierenden Größe.
-
Dann, wenn die Dämpfkraft nach dem sogenannten Skyhook-Prinzip eingestellt wird, bestimmt ein Regler der Steuerungseinrichtung abhängig von mindestens einer die Bewegung des Fahrzeugaufbaus 11 repräsentierenden Größe sowie abhängig von mindestens einer eine Bewegung des jeweiligen Rads repräsentierenden Größe eine Soll-Dämpfkraft für den jeweiligen Stoßdämpfer 10. Dies kann für eine oder mehrere Modalrichtungen des Fahrzeugaufbaus erfolgen, also für ein modales Heben des Fahrzeugaufbaus 11, ein modales Nicken des Fahrzeugaufbaus 11 sowie ein modales Wanken des Fahrzeugaufbaus 11.
-
Die grundsätzliche Bestimmung einer Soll-Dämpfkraft für den jeweiligen Stoßdämpfer 12 über einen Regler insbesondere nach dem Skyhook-Verfahren ist dem hier angesprochenen Fachmann grundsätzlich bekannt und bedarf keiner näheren Erläuterung.
-
Nach dem Stand der Technik wird auf Basis einer solchen von einem Regler bestimmten Soll-Dämpfkraft die Dämpfkraft des jeweiligen Stoßdämpfers unmittelbar eingestellt, wobei hierbei jedoch unberücksichtigt bleibt, dass der jeweilige Stoßdämpfer 12 aufgrund seines Ist-Kennfelds die vom Regler bestimmte Soll-Dämpfkraft unter Umständen nicht bereitstellen kann, zum Beispiel dann, wenn der Stoßdämpfer 12 in einem ungültigen Quadranten seines Kennfelds zu betreiben ist, in welchem Soll-Dämpfkraft und Dämpfergeschwindigkeit unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Daher ist die Ansteuerung von Stoßdämpfern eines Kraftfahrzeugs alleine auf Grundlage der von einem Regler bestimmten Soll-Dämpfkraft ungenau. Es besteht daher Bedarf daran, physikalische und systembedingte Einschränkungen des Dämpferverhaltens zu berücksichtigen. Diesbezügliche erfindungsgemäße Details werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
-
2 zeigt eine bereitgestellte Soll-Dämpfkraft FD-SOLL für einen Stoßdämpfer 12 eines Kraftfahrzeugs. Dann, wenn die Erfindung das Skyhook-Verfahren nutzt, wird diese Soll-Dämpfkraft FD-SOLL von einem Regler bereitgestellt, der die Soll-Dämpfkraft FD-SOLL abhängig von mindestens einer eine Bewegung des Fahrzeugaufbaus 11 repräsentierenden Größe und abhängig von mindestens einer eine Bewegung des jeweiligen Rads 10 repräsentierenden Größe bestimmt, zum Beispiel abhängig von einer vertikalen Bewegungsrichtung und/oder abhängig von einer vertikalen Geschwindigkeit und/oder abhängig von einer vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus 11 sowie des jeweiligen Rads 10. Hierbei können auch rotatorische Bewegungen, also rotatorische Winkelbeschleunigungen eines sogenannten Nickens und Wankens, berücksichtigt werden.
-
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird abhängig von der Soll-Dämpfkraft FD-SOLL eine Soll-Dämpfleistung PD-SOLL berechnet. Die Berechnung der Soll-Dämpfleistung PD-SOLL erfolgt in 2 in einem Block 14, in welchem die Soll-Dämpfkraft FD-SOLL mit mindestens einer die Bewegung des Fahrzeugaufbaus 11 repräsentierenden Größe 15 multipliziert wird, insbesondere mit der vertikalen Hubgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 11.
-
Dann, wenn Wanken oder Nicken berücksichtigt wird, kann es sich bei der Größe 15 um entsprechende Winkelgeschwindigkeiten handeln. Vorzugweise wird die Soll-Dämpfleistung P
D-SOLL wie folgt ermittelt:
wobei v
Z die vertikale Hubgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 11 ist.
-
Ferner wird abhängig von der Soll-Dämpfkraft FD-SOLL sowie abhängig von einem Ist-Kennfeld 16 des jeweiligen Stoßdämpfers 12 eine Ist-Dämpfkraft FD-IST ermittelt, wobei hierzu dem Kennfeld 16 als weitere Eingangsgröße 17 die Dämpfergeschwindigkeit des jeweiligen Stoßdämpfers 12 zugeführt wird.
-
Nur dann, wenn die vorgegebene Soll-Dämpfkraft FD-SOLL sowie die Dämpfergeschwindigkeit 17 gleiche Vorzeichen aufweisen, wenn der Stoßdämpfer 12 also in den Quadranten Q1 und Q3 seines Ist-Kennfelds 16 betrieben wird, kann der Stoßdämpfer 12 eine entsprechende Dämpfkraft überhaupt bereitstellen. Dies ist in den Quadranten Q2 und Q4, in welchen die Soll-Dämpfkraft FD-SOLL und die Dämpfergeschwindigkeit 17 unterschiedliche Vorzeichen aufweisen, nicht der Fall.
-
Abhängig von der so ermittelten Ist-Dämpfkraft F
D_IST sowie abhängig von der die Bewegung des Fahrzeugaufbaus repräsentierende Größe 15 wird in einem Block 18 eine Ist-Dämpfleistung P
D-IST berechnet, und zwar in Übereinstimmung zum Block 14 wiederum durch Multiplikation der die Bewegung des Fahrzeugaufbaus 11 repräsentierenden Größe 15 mit der entsprechenden Dämpfkraft. Vorzugweise wird die Ist-Dämpfleistung P
D-IST wie folgt ermittelt:
wobei v
Z die vertikale Hubgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 11 ist.
-
In einem Block 19 wird nachfolgend eine Differenz ΔPD zwischen der ermittelten Soll-Dämpfleistung PD-SOLL sowie der ermittelten Ist-Dämpfleistung PD-IST ermittelt.
-
Abhängig von dieser Differenz-Dämpfleistung ΔP
D wird eine Differenz-Dämpfenergie ΔE
D ermittelt wird, nämlich in
2 in einem Block 20 durch Integration der Differenz-Dämpfleistung ΔP
D über der Zeit t. Hierbei gilt insbesondere:
-
Abhängig von der Differenz-Dämpfenergie ΔE
D wird nachfolgend ein Skalierungsfaktor K
S ermittelt, wobei hierzu in
2 die Differenz-Dämpfenergie ΔE
D zunächst in einem Filter 21 gefiltert wird, um nachfolgend in einem Block 22 aus der gefilterten Differenz-Dämpfenergie den Skalierungsfaktor K
S zu ermitteln, vorzugsweise abhängig von einem Kennfeld bzw. einer Kennlinie. Es gilt also:
-
In einem Block 23 wird die Soll-Dämpfkraft FD-SOLL mit dem Skalierungsfaktor KS durch Multiplikation skaliert, wobei die skalierte Soll-Dämpfkraft FD-SOLL dem Ist-Kennfeld 16 als Eingangsgröße zugeführt wird.
-
Die Ist-Dämpfkraft F
D-IST wird demnach vom Ist-Kennfeld 16 abhängig von der mit dem Skalierungsfaktor K
S skalierten Soll-Dämpfkraft F
D-SOLL ermittelt. Es gilt:
-
Abhängig von dieser Ist-Dämpfkraft FD-IST, die von der skalierten Soll-Dämpfkraft abhängig ist, wird nachfolgend für den Stoßdämpfer 12 bzw. am Stoßdämpfer 12 die Dämpfkraft eingestellt.
-
Hierzu wird die Ist-Dämpfkraft FD-IST gemäß dem Pfeil 24 einem Stellelement zugeführt, mit Hilfe dessen letztendlich die Dämpfkraft, die vom jeweiligen Stoßdämpfer 12 bereitgestellt wird, eingestellt werden kann. Bei diesem Stellelement kann es sich um einen Stromregler zur Bestromung des jeweiligen Stoßdämpfers 12 handeln.
-
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach eine Soll-Dämpfleistung PD-SOLL, die ausschließlich von der von einem Regler vorgegebenen Soll-Dämpfkraft FD-SOLL abhängig ist, mit einer Ist-Dämpfleistung PD-IST verglichen, die zusätzlich vom Ist-Kennfeld 16 des jeweiligen Stoßdämpfers 12 abhängig ist. Abhängig von der Differenz zwischen der Soll-Dämpfleistung und der Ist-Dämpfleistung wird eine Differenz-Dämpfenergie ΔED ermittelt, auf Grundlage derer der Skalierungsfaktor KS zur Skalierung der Soll-Dämpfkraft bestimmt wird.
-
Letztendlich wird dann die Ist-Dämpfkraft abhängig vom Ist-Kennfeld 16 und der skalierten Soll-Dämpfkraft bestimmt, auf Grundlage derer dann letztendlich die Dämpfkraft am jeweiligen Stoßdämpfer 12 eingestellt wird.
-
Der Skalierungsfaktor, der abhängig von der Differenz-Dämpfenergie ΔE
D bestimmt wird, beträgt 1 oder ist größer als 1, und zwar abhängig vom Betrag der Differenz-Dämpfenergie. Es gilt:
-
In Zeitintervallen, in welchen der jeweilige Stoßdämpfer 12 in seinen Quadranten Q1 und Q3 betrieben wird, in welchen derselbe eine Dämpfungsanforderung umsetzen kann, wird dann Differenz-Dämpfenergie abgebaut.
-
In Zeitintervallen hingegen, in denen systembedingt infolge des Betriebs des jeweiligen Stoßdämpfers in seinen Quadranten Q2 und Q4 keine Dämpfung bereitgestellt werden kann, wird Differenz-Dämpfenergie aufgebaut.
-
Es ist vorzugsweise vorgesehen, die Integration der Differenz-Dämpfleistung ΔPD gemäß dem Pfeil 25 über der Zeit im Block 20 nach einer definierten Schwingungsanzahl oder nach einer definierten Zeit nach Beginn der jeweiligen Integration zurückzusetzen. Die Schwingungsanzahl oder die Zeit, nach welcher das Zurücksetzen der Integration in Block 20 erfolgt, ist frei parametrierbar.
-
3 verdeutlicht mit Zeitdiagrammen die mit der Erfindung erzielbare Qualitätssteigerung für die Dämpfung des Fahrzeugaufbaus 11.
-
So sind in 3 über der Zeit t mehrere zeitliche Kurvenverläufe gezeigt, wobei der Kurvenverlauf 26 eine sprunghafte Anregung des Fahrzeugaufbaus 11 bei Überfahren zum Beispiel einer Bordsteinkante zeigt. Der Kurvenverlauf 27 zeigt ein ideales, gewünschtes Schwingungsverhalten des Fahrzeugaufbaus 11, welches sich infolge der Anregung im Sinne des Kurvenverlaufs 26 einstellen sollte, und zwar unter Annahme eines idealen Stoßdämpfers, der eine vorgegebene Soll-Dämpfkraft ideal umsetzen kann.
-
Wie bereits ausgeführt, verfügt ein Stoßdämpfer 12 über ein Ist-Kennfeld, infolge dessen derselbe eine angeforderte Soll-Dämpfkraft nicht vollständig umsetzen kann, sodass sich dann nach dem Stand der Technik ein Schwingungsverhalten im Sinne des Kurvenverlaufs 28 ausbildet.
-
Ferner zeigt 3 die vorgegebene Soll-Dämpfkraft FD-SOLL mit dem Kurvenverlauf 29. Wie bereits ausgeführt, kann der jeweilige Stoßdämpfer 12 diese Soll-Dämpfkraft 29 jedoch nicht tatsächlich bereitstellen, sondern infolge seines Ist-Kennfelds 16 lediglich eine Ist-Dämpfkraft 30. Dabei würde sich dann die durch den Kurvenverlauf 31 gezeigte Differenz-Dämpfenergie aufbauen.
-
Erfindungsgemäß wird jedoch auf Grundlage der ermittelten Differenz-Dämpfenergie die Soll-Dämpfkraft 29 mit Hilfe des Skalierungsfaktors skaliert, um abhängig hiervon eine neue, erhöhte Ist-Dämpfkraft gemäß dem Kurvenverlauf 32 zu bestimmen, auf Grundlage derer dann der jeweilige Stoßdämpfer angesteuert wird.
-
Hierdurch kann die sich aufbauende Differenz-Dämpfenergie gemäß dem Kurvenverlauf 33 reduziert werden, wodurch sich letztendlich das durch den Kurvenverlauf 34 gezeigte, verbesserte Dämpfungsverhalten für den Fahrzeugaufbau 11 ausbildet. Das sich durch Nutzung der Erfindung im Sinne des Kurvenverlaufs 34 ausbildende Dämpfungsverhalten ist gegenüber dem durch den Kurvenverlauf 28 visualisierten, sich nach dem Stand der Technik ausbildenden Dämpfungsverhalten verbessert.