-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstellung eines Fahrwerkselements eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug zur Anwendung dieses Verfahrens.
-
Bei Kraftfahrzeugen sind verschiedene Systeme zur Verstellung von verstellbaren Fahrwerkselementen bekannt. Dabei ist meist eine Vielzahl an Sensoren notwendig, die speziell hierfür an dem Kraftfahrzeug verbaut werden. Beispielweise Wegsensoren oder Beschleunigungssensoren an jedem Fahrwerkselement. Dabei basiert die Verstellung der jeweiligen Fahrwerkskomponente auf dem ermittelten Sensorwerten des zugehörigen Sensors. Derartige Systeme lassen sich nicht problemlos auf Motorräder übertragen, da Fahrbahneinflüsse wesentlich direkter in den Fahrzeugaufbau übertragen werden. Aufgrund des besonderen Fahrverhaltens von Motorrädern wirken zusätzliche Störeinflüsse auf die Sensoren, beispielsweise bei hohen Schräglagen. Ebenso sind derartig aufwändig gestaltete Systeme entsprechend aufwändig abzustimmen und erfordern einen hohen Aufwand um dieses an das jeweilige Kraftfahrzeug anzupassen.
-
Es ist daher Aufgabe ein Verfahren zur Verstellung eines Fahrwerkselements eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Motorrads bereit zu stellen, bereitzustellen, welches kostengünstig bei geringer Abhängigkeit von Störeinflüssen möglichst einfach an das jeweilige Kraftahrzeug anzupassen ist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausführungsvarianten beschrieben.
-
Dabei weist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Motorrad oder ein PKW, einen ersten Sensor zur Ermittlung einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs auf. Derartige Sensoren sind zumeist bereits in Kraftfahrzeugen vorhanden. Des Weiteren ist an dem Kraftfahrzeug ein zweiter Sensor ausgebildet, der zur Ermittlung eines Fahrbahnwerts verwendet wird. Die Geschwindigkeit und der Fahrbahnwert werden hierbei im Wesentlichen in Echtzeit ermittelt. Dabei beschreibt der Fahrbahnwert eine Beschaffenheit des Untergrunds, auf dem sich das Kraftfahrzeug fortbewegt. Je nach Ausführung und Anordnung des zweiten Sensors an dem Kraftfahrzeug, kann eine gute Fahrbahn einem geringen Fahrbahnwert und eine schlechte Fahrbahn, beispielsweise ein Schotterweg oder eine Straße mit Schlaglöchern, einem großen Fahrbahnwert entsprechen oder auch umgekehrt.
-
Im Weiteren werden die Begriffe Grunddämpfkraft, Differenzdämpfkraft und geforderte Dämpfkraft verwendet. Diese stehen hierbei stellvertretend für Parameter, die innerhalb einer Steuereinheit ermittelt und zur weiteren Verarbeitung verwendet werden, um letzten Endes an dem Fahrwerkselement eine bestimmte Dämpfwirkung bereitzustellen. Damit soll unabhängig von dem tatsächlich im System hinterlegten Parameter in der Beschreibung erkennbar sein, wie sich dieser Parameter auf die Dämpfkraft des zu verstellenden Fahrwerkselements auswirkt. Ein hoher Wert für die geforderte Dämpfkraft kann dabei beispielsweise einer hohen Dämpfwirkung entsprechen sowie ein niedriger Wert einer geringen Dämpfwirkung der verstellbaren Fahrwerkskomponente.
-
Dabei wird eine Grunddämpfkraft ermittelt, die zumindest von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, gegebenenfalls auch ausschließlich von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, abhängt. Dabei kann beispielsweise eine Grunddämpfkraft-Geschwindigkeit-Kennlinie in dem Steuergerät hinterlegt sein. Beispielsweise steigt die Grunddämpfkraft mit ansteigender Geschwindigkeit an.
-
Zusätzlich zu der Grunddämpfkraft wird eine Differenzdämpfkraft ermittelt. Aus der Grunddämpfkraft und der Differenzdämpfkraft wird durch mathematischen Zusammenhang eine geforderte Dämpfkraft bestimmt, beispielsweise durch Addition oder Multiplikation. Die Differenzdämpfkraft wird zumindest aus dem Fahrbahnwert, gegebenenfalls auch ausschließlich aus dem Fahrbahnwert, bestimmt. Dabei kann die Differenzdämpfkraft ein positiven Wert, einen negativen Wert sowie den Wert Null annehmen. Gegebenenfalls kann die Differenzkraft auch einem Faktor entsprechen. Dementsprechend wird die Grunddämpfkraft erhöht, verringert oder unverändert belassen. Die geforderte Dämpfkraft wird somit durch eine Grunddämpfkraft bestimmt, die durch die Differenzdämpfkraft beeinflusst wird. Das Fahrwerkselement wird anschließend anhand der geforderten Dämpfkraft eingestellt bzw. durch den Parameter der geforderten Dämpfkraft verstellt.
-
Die Ermittlung der geforderten Dämpfkraft und die Verstellung des Fahrwerkselements erfolgt günstigerweise kontinuierlich. Zumindest die ermittelte Differenzdämpfkraft verändert sich mit dem ermittelten Fahrbahnwert, der wiederrum durch Verstellung des Fahrwerkselements beeinflusst wird. Dementsprechend das Fahrwerkselement durch den Fahrbahnwert geregelt.
-
Mit Vorteil ist der zweite Sensor an dem Aufbau des Kraftfahrzeugs angeordnet. Dieser zweite Sensor ist mit dem Aufbau wirkverbunden, insbesondere fest mit dem Aufbau verbunden. Dabei ermittelt der zweite Sensor ein Sensorsignal. Der zweite Sensor kann hierbei als einachsiger oder als mehrachsiger Beschleunigungssensor ausgebildet sein. Günstigerweise kann der zweite Sensor Linear- und / oder Rotationsbeschleunigungen erfassen.
-
Der Aufbau und der zweite Sensor sind über Fahrwerkselemente des Kraftfahrzeugs mit einer Fahrbahn wirkverbunden. Die Fahrbahn regt hierbei ein Rad bzw. mehrere Räder des Kraftfahrzeugs an, wobei diese Anregungen über die Fahrwerkselemente, insbesondere über den Schwingungsdämpfer und dessen Anbindung an den Aufbau, auf den zweiten Sensor übertragen werden. Wie bereits erwähnt, ist die Übertragung von Anregungen der Fahrbahn auf den Aufbau bei Motorrädern sehr direkt.
-
Das von dem zweiten Sensor ermittelte Sensorsignal umfasst aufgrund der Wirkverbindung zwischen dem zweiten Sensor und der Fahrbahn über Aufbau, Fahrwerkselemente und Räder daher auch Informationen über die Anregung der Räder durch die Fahrbahn. Die Anregungen der Räder durch die Fahrbahn wird dementsprechend über die Fahrwerkselemente und den Aufbau auf den Sensor übertragen. Mithilfe eines Bandpasses wird das Sensorsignal gefiltert. Hierbei erhält man aus dem Sensorsignal ein Fahrbahnsignal.
-
Der Bandpass wird hierbei derart gewählt, dass die Frequenzbereiche, die Informationen über die Anregung der Räder, insbesondere die Radeigenfrequenzen, in dem Fahrbahnsignal erhalten bleiben. Weitere, für die Ermittlung der Qualität der Fahrbahn, unnütze Informationen, wie beispielsweise eine Schwingungsbewegung des Aufbaus, werden durch den Bandpass herausgefiltert oder entfernt.
-
Aus diesem Fahrbahnsignal lässt sich nun ein Fahrbahnwert ermitteln, der die Qualität der Fahrbahn beschreibt. Zur Ermittlung des Fahrbahnwerts können beispielsweise die durch Fahrbahnsignal kontinuierlich ermittelten und aufeinanderfolgenden Fahrbahnsignalwerte betragsmäßig aufsummiert wird und gegebenenfalls eine Mittelung durchgeführt wird. Das Fahrbahnsignal beschreibt wie bereits mehrfach erläutert die Radanregung durch die Fahrbahn, wobei die Fahrbahnsignalwerte im Wesentlichen die auf das Rad wirkende Beschleunigung beschreiben. Gegebenenfalls kann das Fahrbahnsignal auch direkt als Fahrbahnwert verwendet werden.
-
Es wird zudem vorgeschlagen, dass der Bandpass, der zur Ermittlung des Fahrbahnsignals verwendet wird, eine Bandbreite von 8 bis 20 Hz aufweist.
-
Diese Bandbreite entspricht im Wesentlichen den Schwingungsanregungen der Räder durch den Fahrbahnuntergrund, die über die Fahrwerkselemente an den Aufbau und den zweiten Sensor weiter vermittelt werden.
-
Es wird weiter vorgeschlagen, dass zur Ermittlung des Fahrbahnsignals ein Bandpass der dritten Ordnung oder der vierten Ordnung verwendet wird.
-
Ein derartiger Bandpass der dritten oder vierten Ordnung verläuft sehr steil und schneidet damit die unerwünschten Frequenzen scharf ab, wobei die gewünschten Frequenzbereiche erhalten bleiben. Der Bandpass kann hierbei als Hardware-Filter oder als Software-Filter ausgeführt sein.
-
Günstigerweise ist der zweite Sensor aufbauseitig unmittelbar oder mittelbar mit einem Anschlusspunkt des Fahrwerkselements wirkverbunden ist.
-
Das Fahrwerkselement ist dabei vorzugsweise fest mit dem Aufbau und dementsprechend auch fest mit dem zweiten Sensor wirkverbunden. Der Sensor wird hierbei möglichst nahe an dem Anschlusspunkt, auch Top Mount genannt, des Fahrwerkselements mit dem Aufbau angeordnet. Dabei kann der zweite Sensor einen Abstand von bis zu 5 cm oder bis zu 10 cm von dem Anschlusspunkt aufweisen. Der zweite Sensor kann dabei direkt, also unmittelbar an dem Fahrwerkselement oder an dem Anschlusspunkt des Fahrwerkselements angeordnet sein. Zudem kann der zweite Sensor indirekt, also mittelbar mit dem Anschlusspunkt des Fahrwerkselements fest wirkverbunden sein, beispielsweise durch Anordnung des zweiten Sensors an dem Aufbau oder durch Anordnung des zweiten Sensors mit einem Halter an dem Aufbau oder dem Anschlusspunkt. Durch eine nahe Anordnung des zweiten Sensors an dem Anschlusspunkt des Schwingungsdämpfers oder des Fahrwerkselements wird eine optimale Übertragung der Anregungsfrequenzen des Rades ermöglicht. Wie bereits erwähnt, kann der zweite Sensor bei Motorrädern beispielsweise am Aufbau, insbesondere an einem Rahmen des Motorrads, angeordnet sein, da der Rahmen bei Motorrädern im Normalfall besonders steif ist und Anregungen der Fahrbahn gut überträgt.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante weist eine Baugruppe, die den Halter und den Sensor umfasst, eine Eigenfrequenz von mindestens 80 Hz auf.
-
Durch diese steife Ausführung der Baugruppe ist eine optimale Übertragung der Radschwingungen bzw. der Anregungen des Rades durch den Fahrbahnuntergrund gegeben.
-
Mit Vorteil ist der zweite Sensor als Beschleunigungssensor oder als Drehratensensor ausgebildet.
-
Die Ausführungen zur Anordnung des zweiten Sensors sind hierbei besonders Vorteilhaft, um ein kostengünstiges Gesamtsystem bereitzustellen. Dabei ist die erläuterte Anordnung zur Ermittlung des Fahrbahnwerts optional. Dementsprechend kann jeder bekannte Aufbau zur Ermittlung eines geeigneten Fahrbahnwerts verwendet werden.
-
Zudem wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, insbesondere ein Motorrad oder ein Auto, zur Anwendung des Verfahrens gemäß ein der Patentansprüche 1 bis 2 oder zumindest einer der zuvor erläuterten Ausführungsvarianten des Verfahrens.
-
Das Verfahren und das Kraftfahrzeug werden im Weiteren nochmals ausführlicher und beispielhaft anhand der beiden Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Motorrads mit einem Aufbau, einem ersten Sensor und einem zweiten Sensor;
-
2 eine Anordnung eines zweiten Sensors an einem Aufbau eines Kraftfahrzeugs;
-
3 ein Ablaufdiagramm.
-
In der 1 ist schematisch ein Motorrad 10 dargestellt, wobei es sich hierbei auch um ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen PKW handeln kann. Dabei umfasst das Motorrad 10 mehrere Fahrwerkselemente 12. Diese Fahrwerkselemente 12 können an dem Motorrad 10 beispielsweise als Federgabel oder als Federbein ausgebildet sein. In dieser schematischen Darstellung sind die Fahrwerkselemente 12 als Schwingungsdämpfer dargestellt.
-
Zudem ist an dem Motorrad 10 ein erster Sensor 14 ausgebildet. Dieser erste Sensor 14 ist benachbart zu einem Vorderrad 16 angeordnet, wobei der erste Sensor eine Rotationsbewegung des Vorderrads 16 ermittelt, aus der eine Geschwindigkeit v des Motorrads 10 ermittelt werden kann.
-
Zudem ist an einem Aufbau 18 des Motorrads, der über die Fahrwerkselemente 12 mit den Rädern und somit einer Fahrbahn 22 verbunden ist, ein zweiter Sensor 20 angeordnet. Dieser zweite Sensor 20 kann beispielsweise innerhalb eines Steuergeräts des Motorrads 10 angeordnet sein, wobei die Bezugsziffer 20 hierbei stellvertretend für den zweiten Sensor sowie ein Steuergerät mit einem zweiten Sensor steht. Der zweite Sensor 20 kann beispielsweise als Beschleunigungssensor ausgeführt sein, der von der Fahrbahn über die Räder und das Fahrwerk übertragende Vibrationen auswertet, um einen Fahrbahnwert F zu ermitteln, beispielsweise gemäß der Ausführungen im allgemeinen Beschreibungsteil.
-
Eine allgemeinmögliche Anordnung des zweiten Sensors 20 an einem Aufbau 18 eines Kraftfahrzeugs 10 ist in der 2 schematisch dargestellt. Gleichwirkende Bauteile werden hierbei mit denselben Bezugsziffern versehen. Dabei wird dies anhand der Ausführungen an einem PKW beschrieben, wobei dies im Wesentlichen identisch auf alle Kraftfahrzeuge 10 übertragbar ist.
-
Dabei ist der Aufbau 18 über ein Fahrwerkselement 12 mit einem Vorderrad 16 wirkverbunden. Dabei ist das Fahrwerkselement 12 über dessen Topmount 28 an dem Aufbau sowie an einem Halter 24 angeordnet. Der Halter 24 trägt hierbei den zweiten Sensor 20, wobei Halter 24 und zweiter Sensor 20 gemeinsam eine Baugruppe bilden.
-
Der zweite Sensor 20 steht über den steif ausgebildeten Halter 24, das Fahrwerkselement 12 und das Vorderrad 16 in Wirkverbindung mit der Fahrbahn 22. Durch den Steif ausgebildeten Halter 24 und das Fahrwerkselement 12 werden Schwingungsanregungen durch die Fahrbahn besonders effektiv in den zweiten Sensor 20 eingeleitet, wodurch der Fahrbahnwert detailliert ermittelt werden kann. Dabei wurden bereits in der Allgemeinen Beschreibung weiterführende Ausführungen gemacht.
-
Der Fahrbahnwert kann allerdings auch mit Hilfe anderer Methoden ermittelt werden.
-
Zur Ermittlung des Fahrbahnwerts f kann beispielsweise ausschließlich ein einziger oder gegebenenfalls auch mehrere zweite Sensoren 20 an dem Motorrad 10, insbesondere dessen Aufbau 18, angeordnet sein. Dabei ist bei Verwendung eines einzelnen zweiten Sensors 20 insbesondere die Verringerung der Anzahl der benötigten Sensoren von Vorteil. Entsprechende Beschleunigungs- / Rotationssensoren sind zumeist bereits in Kraftfahrzeugen vorhanden, sodass deren Sensorwerte verwendet werden können.
-
Dabei zeigt die 3 ein Ablaufschema, welches die Verstellung der Fahrwerkselemente 12 beschreibt. Dabei wird in einem Schritt 40 zumindest die von dem ersten Sensor 14 ermittelte Geschwindigkeit v verwendet, um eine Grunddämpfkraft G zu ermitteln, beispielsweise anhand einer hinterlegten Geschwindigkeit-Grunddämpfkraft-Kennlinie.
-
Zudem wird in einem Schritt 42 eine Differenzdämpfkraft D aus dem momentanen Fahrbahnwert bestimmt. Diese Differenzdämpfkraft D kann beispielsweise positiv, negativ oder Null sein.
-
In einem Schritt 44 wird die Grunddämpfkraft G mit der Differenzdämpfkraft D addiert, um die geforderte Dämpfkraft T zu ermitteln. Alternativ, jedoch nicht abschließend, kann die Differenzdämpfkraft D einen Faktor bereitstellen, er die Grunddämpfkraft durch Multiplikation verändert. Hierbei sind viele Möglichkeiten zur Ermittlung e geforderten Dämpfkraft T aus der Grunddämpfkraft G und der Differenzdämpfkraft D denkbar.
-
Grundsätzlich stellt die Grunddämpfkraft G und die Differenzdämpfkraft D jeweils einen Parameter bereit, aus denen sich mithilfe eines mathematischen Verfahrens die geforderte Dämpfkraft T bzw. ein Parameter für die geforderte Dämpfkraft ermitteln lässt.
-
Dabei wird gemäß Schritt 46 das Fahrwerkselement 12 anhand der geforderten Dämpfkraft T bzw. dessen Parameter verstellt. Dadurch wir an dem Fahrwerkselement eine definierte Dämpfwirkung bereitgestellt. Dieses Ablaufschema wird dabei kontinuierlich ausgeführt.
-
Dabei kann die Differenzdämpfkraft D optional auch von der tatsächlichen Geschwindigkeit V abhängen, wie dies schematisch in der 3 dargestellt ist. Aus sicherheitstechnischen Gründen kann beispielsweise ein Absinken der geforderten Dämpfkraft T unter einen bestimmten Wert, der beispielsweise Geschwindigkeitsabhängig ist, verhindert werden, in dem die Differenzdämpfkraft D ab einer bestimmten Geschwindigkeit einen definierten Wert nicht mehr unterschreiten darf.
-
Dies kann beispielsweise auch bei Schritt 44 verwirklicht sein, indem die geforderte Dämpfkraft T bei einer definierten Geschwindigkeit v einen Mindestwert annehmen muss.
-
Dabei wird beispielhaft die Grunddämpfkraft G durch die Differenzdämpfkraft D verringert, wenn ein schlechter Fahrbahnzustand ermittelt wird. Dementsprechend wird die Grunddämpfkraft G über die Differenzdämpfkraft D erhöht, wenn ein guter Zustand der Fahrbahn ermittelt wird. Dabei wird die Verstellung der Fahrwerkselemente im Wesentlichen durch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs festgelegt und durch den Fahrbahnwert f geregelt. Dadurch wird eine aktive Regelung auf einen mit möglichst einfachen Mitteln bestimmten Fahrbahnwert f erreicht.
-
Dieses System ist relativ leicht zu applizieren, da dessen Aufbau einfach und effizient ausgeführt sein kann. Dabei kann dieses Verfahren im Wesentlichen unverändert auch für PKWs, NKWs sowie sonstige Kraftfahrzeuge verwendet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Motorrad / Kraftfahrzeug
- 12
- Fahrwerkselement
- 14
- erster Sensor
- 16
- Vorderrad
- 18
- Aufbau
- 20
- zweiter Sensor
- 22
- Fahrbahn
- 24
- Halter
- 26
- Baugruppe
- 28
- Topmount
- 40
- Schritt / Ermittlung Grunddämpfkraft G
- 42
- Schritt / Ermittlung Differenzdämpfkraft D
- 44
- Schritt / Berechnung geforderte Dämpfkraft T
- 46
- Schritt / Verstellung Fahrwerkselement
