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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.
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Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft von Stoßdämpfern eines Kraftfahrzeugs sind aus der Praxis hinlänglich bekannt. So erfolgt nach dem Skyhook-Prinzip die Einstellung der Dämpfkraft für einen zwischen einem Fahrzeugaufbau und ein Rad geschalteten Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs derart, dass abhängig von einer Bewegung des Fahrzeugaufbaus und/oder abhängig von einer Bewegung des jeweiligen Rads eine Dämpfkraft für den jeweiligen Stoßdämpfer ermittelt und eingestellt wird, nämlich innerhalb eines definierten Stellbereichs.
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Dabei werden nach der Praxis für die Modalbewegungsrichtungen Heben, Nicken und Wanken benötigte Dämpfkräfte bzw. Dämpfmomente im Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs berechnet. Dämpfmomente können in Dämpfkräfte umgerechnet werden. Die für die Modalbewegungsrichtungen Heben, Nicken und Wanken berechneten und auf den Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs bezogenen Dämpfkräfte werden auf die Achsen des Kraftfahrzeugs bzw. auf die Fahrzeugecken und damit auf die einzelnen Räder verteilt und aufsummiert. Die Verteilung der auf den Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs bezogenen Dämpfkräfte auf die Achsen und Fahrzeugecken erfolgt dabei auf Grundlage fest vorgegebener Parameter.
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Bei aus der Praxis bekannten Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft werden die Dämpfkräfte für die Modalbewegungsrichtungen Heben, Nicken und Wanken abhängig von Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen angepasst. Bislang werden eine sich verändernde Masse des Kraftfahrzeugs sowie sich verändernde Federsteifigkeiten nicht berücksichtigt. Dies führt zu einem inkonsistenten Schwingungsverhalten des Kraftfahrzeugs.
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Aus der
US 4,916,632 A sowie aus der
US 5,944,763 A sind aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft von Stoßdämpfern offenbart.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft für Stoßdämpfer eines Kraftfahrzeugs und eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit Hilfe derer die Dämpfqualität verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird für mindestens eine der Modalrichtungen Heben, Nicken und Wanken die jeweilige Dämpfkraft abhängig von einem vorgegeben, konstant gehaltenen Dämpfungsmaß der jeweiligen Modalrichtung bestimmt.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, ein Dämpfungsmaß konstant zu halten, welches an sich infolge einer sich ändernden Fahrzeugmasse und/oder einer sich ändernden Federsteifigkeit im Betrieb einer Veränderung unterliegt. Hierdurch kann ein konsistentes Dämpfungsverhalten bzw. Schwingungsverhalten des Kraftfahrzeugs gewährleistet und die Dämpfqualität verbessert werden.
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Vorzugsweise wird für alle Modalrichtungen Heben, Nicken und Wanken die jeweilige Dämpfkraft abhängig von einem vorgegeben, konstant gehaltenen Dämpfungsmaß der entsprechenden Modalrichtung bestimmt. Dies ist zur Bereitstellung eines konsistenten Schwingungsverhaltens des Kraftfahrzeugs und zur Verbesserung der Dämpfqualität besonders bevorzugt.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird für die Modalrichtung Heben das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Heben derart konstant gehalten wird, dass abhängig von einer sich ändernden Hub-Federsteifigkeit und/oder einer sich ändernden Masse des Kraftfahrzeugs eine Dämpfungskonstante für die Modalrichtung Heben angepasst wird, sodass das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Heben konstant bleibt, und/oder es wird für die Modalrichtung Nicken das Dämpfungsmaß derart konstant gehalten, dass abhängig von einer sich ändernden Nick-Federsteifigkeit und/oder einer sich ändernden Nick-Massenträgheitsmoment des Kraftfahrzeugs eine Dämpfungskonstante für die Modalrichtung Nicken angepasst wird, sodass das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Nicken konstant bleibt, und/oder es wird für die Modalrichtung Wanken das Dämpfungsmaß derart konstant gehalten, dass abhängig von einer sich ändernden Wank-Federsteifigkeit und/oder einer sich ändernden Wank-Massenträgheitsmoment des Kraftfahrzeugs eine Dämpfungskonstante für die Modalrichtungen Wanken angepasst wird, sodass das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Wanken konstant bleibt. Dies erlaubt eine Konstanthaltung der Dämpfungsmaße für die Modalrichtungen Heben, Nicken und Wanken, und zwar unabhängig von sich verändernden Federsteifigkeiten und/oder sich verändernden Massenträgheitsmomenten und/oder einer sich verändernden Fahrzeugmasse. Dies ist zur Bereitstellung eines konsistenten Schwingungsverhaltens des Kraftfahrzeugs und zur Verbesserung der Dämpfqualität besonders bevorzugt.
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Die jeweilige Dämpfungskonstante wird fortlaufend aktualisiert berechnet, um das Dämpfungsmaß konstant zu halten.
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Die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 10 definiert.
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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 erstes Zeitdiagramm zur Verdeutlichung des Stand der Technik;
- 3 ein zweites Zeitdiagramm zur Verdeutlichung des Stand der Technik;
- 4 ein erstes Zeitdiagramm zur Verdeutlichung der Erfindung; und
- 5 ein zweites Zeitdiagramm zur Verdeutlichung der Erfindung.
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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.
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Gemäß 1 kann die Dämpfkraft des zwischen das Rad 10 und den Fahrzeugaufbau 11 geschalteten Stoßdämpfers 12 eingestellt werden.
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Zur Einstellung der Dämpfkraft, die der Stoßdämpfer 12 bereitstellt, wird insbesondere von einer Steuerungseirichtung des Kraftfahrzeugs eine 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.
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Dann, wenn die Dämpfkraft nach dem sogenannten Skyhook-Prinzip eingestellt wird, bestimmt ein entsprechender Regler der Steuerungseinrichtung abhängig von mindestens einer die Bewegung des Fahrzeugaufbaus 11 repräsentierenden Größe und/oder abhängig von mindestens einer eine Bewegung des jeweiligen Rads repräsentierenden Größe eine Dämpfkraft, und zwar für mehrere Modalbewegungsrichtungen des Fahrzeugaufbaus 11, nämlich für ein modales Heben des Fahrzeugaufbaus 11, ein modales Nicken des Fahrzeugaufbaus 11 sowie ein modales Wanken des Fahrzeugaufbaus 11. Diese Dämpfkraft ist zunächst auf den Schwerpunkt des Fahrzeugaufbaus 11 bzw. Kraftfahrzeugs bezogen und muss zwischen den Achsen und Rändern aufgeteilt werden.
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Die grundsätzliche Bestimmung einer auf den Schwerpunkt des Fahrzeugaufbaus 11 bzw. Kraftfahrzeugs bezogenen Soll-Dämpfkraft über einen Regler insbesondere nach dem Skyhook-Verfahren ist dem hier angesprochenen Fachmann grundsätzlich bekannt.
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An dieser Stelle sei der Vollständigkeit darauf hingewiesen, dass bei aus dem Stand der Technik bekannten Skyhook-Verfahren für die modalen Bewegungsrichtungen Heben, Nicken und Wanken entsprechende Dämpfkräfte F
HEBEN, F
NICKEN und F
WANKEN sowie translatorische Modalgeschwindigkeit v
HEBEN, v
NICKEN und v
WANKEN unter Berücksichtigung der folgenden Gleichungen berechnet werden:
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Nach dem Stand der Technik werden diese Dämpfkräfte FHEBEN, FNICKEN und FWANKEN im Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs berechnet und auf die einzelnen Fahrzeugecken des Kraftfahrzeugs und damit die einzelnen Räder des Kraftfahrzeugs aufgeteilt und für jede Fahrzeugecke zu einer Summen-Dämpfkraft für die jeweilige Fahrzeugecke aufsummiert.
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Bei der obigen Berechnung der Dämpfkräfte F
HEBEN, F
NICKEN und F
WANKEN für die Modalrichtungen Heben, Nicken und Wanken werden für die Modalrichtungen die jeweiligen Dämpfungsmaße D
HEBEN, D
NICKEN und D
WANKEN berücksichtigt, für die folgende Beziehungen gelten:
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Dabei werden nach dem Stand der Technik konstante Dämpfungskonstanten dHEBEN, dNICKEN und dWANKEN steuerungsseitig vorgegeben.
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Sich ändernde Federsteifigkeiten cHEBEN, cNICKEN, cWANKEN, eine sich ändernde Masse m sowie sich ändernde Massenträgheitsmomente JNICKEN und JWANKEN bleiben nach dem Stand der Technik bislang unberücksichtigt.
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Die Auswirkungen dieser aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweise auf das Schwingungsverhalten eines Kraftfahrzeugs bei einer sich ändernden Masse sowie bei einer sich ändernden Federsteifigkeit für die Modalrichtung Heben zeigen 2 und 3, wobei in 2 und 3 über der Zeit t für die Modalrichtung Heben der Schwingungsweg z aufgetragen ist. Ein Schwingungsverlauf 14 verdeutlicht in 2 und 3 jeweils das Schwingungsverhalten für die Modalrichtung Heben, welches sich dann ausbildet, wenn die tatsächliche Federsteifigkeit für die Modalrichtung Heben sowie die tatsächliche Masse des Kraftfahrzeugs den entsprechenden steuerungsseitig vorgegebenen Größen entspricht, sodass sich dann ein durch die Kurvenverläufe 15 visualisiertes Abklingverhalten ausbildet.
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Sollte sich jedoch zum Beispiel infolge eines Zuladung die Masse des Kraftfahrzeugs erhöhen, zeigt der Kurvenverlauf 16 der 2, wie sich durch eine erhöhte Masse der Schwingungsverlauf bzw. das Schwingungsverhalten unter Annahme einer konstanten Federsteifigkeit sowie konstanten Dämpfungskonstante verändert. In 2 ist am zweiten Überschwinger zu erkennen, dass die Dämpfung in Form des zeitlichen Abklingverhaltens und des Abklingverhaltens pro Schwingspiel geringer wird.
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Der Kurvenverlauf 17 der 3 visualisiert eine Veränderung des Schwingungsverlaufs für den Fall, in welchem sich die Federsteifigkeit für die Modalrichtung Heben erhöht und zwar unter Annahme einer konstanten Masse des Kraftfahrzeugs sowie einer konstanten Dämpfungskonstante. Die Federsteifigkeit kann sich zum Beispiel aufgrund der Federungskinematik ändern. So lässt sie zum Beispiel bei Luftfedern durch Zuschalten und Abschalten von Luftvolumen die Federsteifigkeit verändern.
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Der Kurvenverlauf 17 der 3 zeigt, wie sich eine verändernde Federsteifigkeit auf den Schwingungsverlauf auswirkt. Eine in 3 erhöhte Federsteifigkeit hat zwar keinen Einfluss auf das zeitliche Abklingen, jedoch auf das relative Abklingen pro Schwingspiel. Aus den 2 und 3 folgt demnach dass das Schwingungsverhalten eines Kraftfahrzeugs für die Modalrichtung Heben von einer sich ändernden Fahrzeugmasse sowie einer sich ändernden Federsteifigkeit für die Modalrichtung Heben abhängig ist. Mit einer sich ändernden Masse und einer ändernden Federsteifigkeit verändert sich auch der Dämpfungsbedarf.
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Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird für mindestens eine der Modalrichtungen Heben, Nicken und Wanken, vorzugsweise für alle Modalrichtungen Heben, Nicken und Wanken, die jeweilige Dämpfkraft FHEBEN, FNICKEN, FWANKEN abhängig von einem vorgegebenen und kontant gehaltenen Dämpfungsmaß DHEBEN, DNICKEN, DWANKEN bestimmt. Dabei wird bei einer sich ändernden Fahrzeugmasse und/oder bei einer sich ändernden Massenträgheit und/oder bei einer sich ändernden Federsteifigkeit für die jeweilige Modalrichtung die jeweilige Dämpfungskonstante angepasst, sodass das Dämpfungsmaß für die jeweilige Modalrichtung konstant bleibt.
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Die Dämpfungskonstante für die Modalrichtung Heben wird vorzugsweise derart angepasst, dass das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Heben konstant bleibt, nämlich
wobei
- DHEBEN
- das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Heben ist,
- dHEBEN
- die Dämpfungskonstante für die Modalrichtung Heben ist,
- cHEBEN
- die Hub-Federsteifigkeit ist, und
- m
- die Masse ist.
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Die Dämpfungskonstante für die Modalrichtung Nicken wird vorzugsweise derart angepasst, dass das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Nicken konstant bleibt, nämlich
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wobei
- DNICKEN
- das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Nicken ist,
- dNICKEN
- die Dämpfungskonstante für die Modalrichtung Nicken ist,
- cNICKEN
- die Nick-Federsteifigkeit ist, und
- JNICKEN
- das Nick-Massenträgheitsmoment ist.
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Die Dämpfungskonstante für die Modalrichtung Wanken wird vorzugsweise derart angepasst, dass das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Wanken konstant bleibt, nämlich
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wobei
- DWANKEN
- das Dämpfungsmaß für die Modalrichtung Wanken ist,
- dWANKEN
- die Dämpfungskonstante für die Modalrichtung Wanken ist,
- cWANKEN
- die Wank-Federsteifigkeit ist, und
- JWANKEN
- das Wank-Massenträgheitsmoment ist.
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Der Erfindung liegt demnach der Grundgedanke zugrunde, die Dämpfungskonstante d für die jeweilige Modalrichtung anzupassen, und zwar abhängig von einer sich ändernden Fahrzeugmasse und/oder sich ändernden Massenträgheitsmomenten und/oder sich ändernden Federsteifigkeiten, um so das Dämpfungsmaß konstant zu halten. Hiermit kann ein konsistentes Schwingungsverhalten des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden.
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Eine sich ändernde Federsteifigkeit kann zum Beispiel kennlinienabhängig ermittelt werden. Eine sich ändernde Masse kann entweder über einen Ladungssensor messtechnisch erfasst oder alternativ berechnet werden. Abhängig von einer sich ändernden Fahrzeugmasse kann mit dem sogenannten Steinerschen Ansatz, der dem hierangesprochenen Fachmann geläufig ist, das Massenträgheitsmoment entsprechend skaliert werden.
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4 und 5 belegen für die Modalrichtung Heben die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in 4 und 5 über der Zeit t wiederum mehrere zeitliche Kurvenverläufe gezeigt sind, wobei die Kurvenverläufe 14 und 15 der 4 und 5 den Kurvenverläufen 14 und 15 der 2 und 3 entsprechen, also ein Schwingungsverlauf 14 sowie ein Abklingverhalten 15 für den Fall zeigen, in welchem eine tatsächliche Masse und eine tatsächliche Federsteifigkeit für die Modalrichtung Heben steuerungsseitig vorgegebenen Größen entsprechen.
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In 4 verdeutlicht der zeitliche Kurvenverlauf 18 einen Schwingungsverlauf, der sich dann ausbildet, wenn in Übereinstimmung zur 2 die Fahrzeugmasse zum Beispiel infolge einer Zuladung erhöht wird, jedoch erfindungsgemäß die Dämpfungskonstante dHEBEN nicht konstant gehalten wird, sondern vielmehr so angepasst wird, dass trotz sich der ändernden Fahrzeugmasse das Dämpfungsmaß DHEBEN konstant bleibt.
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Durch diese Maßnahme kann das auf das Schwingspiel bezogene Abklingen gegenüber der Variante des Kurvenverlaufs 14 unverändert gehalten werden. Die mit der Masse kleiner gewordene Eigenfrequenz wird durch die vergrößerte Dämpfungskonstante geringfügig kleiner.
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5 zeigt die Wirksamkeit des Verfahrens bei einer sich ändernden Federsteifigkeit für die Malrichtung Heben, wobei der Kurvenverlauf 19 einen Schwingungsverlauf für den Fall zeigt, in welchem in Analogie zur 3 die Federsteifigkeit der Modalrichtung Heben größer wird, jedoch gleichzeitig zum Konstanthalten des Dämpfungsmaßes DHEBEN die Dämpfungskonstante dHEBEN angepasst wird.
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5 kann entnommen werden, dass bei dem sich der unter Nutzen der Erfindung ausbildenden Schwingungsverlauf 19 das auf das Schwingspiel bezogene Abklingen gegenüber dem Verlauf 14 unverändert bleibt. Die durch die höhere Federsteifigkeit größer gewordene Eigenfrequenz wird durch das Erhöhen der Federsteifigkeit geringfügig kompensiert.
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Mit der Erfindung kann ein konsistentes Schwingungsverhalten für sich verändernde Fahrzeugmassen und/oder sich verändernde Massenträgheitsmomente und/oder sich verändernde Federsteifigkeiten gewährleistet werden. Dies hat zur Folge, dass ein Dämpfungsregler lediglich für eine Variante appliziert werden muss und jede andere Variante das applizierte Verhalten aufweist. Ein Applikationsaufwand kann hierdurch deutlich reduziert werden. Das Schwingungsverhalten des Kraftfahrzeugs kann optimal abgestimmt werden, ohne dass eine Überdämpfung oder Unterdämpfung auftritt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Steuerungseinrichtung führt das erfindungsgemäße Verfahren steuerungsseitig aus und verfügt hierzu über Mittel, und zwar einerseits über hardwareseitige Mittel und andererseits über softwareseitige Mittel.
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Zu den hardwareseitigen Mitteln gehören Datenschnittstellen, um mit den an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen Daten auszutauschen. Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen weiterhin ein Datenspeicher zur Speicherung von Daten und ein Prozessor zur Verarbeitung von Daten. Zu den softwareseitigen Mitteln gehören Programmbausteine zur Durchführung des Verfahrens.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4916632 A [0005]
- US 5944763 A [0005]