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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Niveauregelung eines mehrere Luftfederelemente aufweisenden Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Die
DE 10 2012 001 243 A1 beschreibt ein ähnliches Verfahren, das zur Verhinderung der Verengung von Luftfederungsbälgen bei Fahrzeugen dienen soll.
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Ein weiteres solches Verfahren ist aus der
DE 101 64 948 A1 bekannt. Dabei wird das zum Anheben des Höhenniveaus des jeweiligen Luftfederelements erforderliche Gas von einem Druckspeicher in das entsprechende Luftfederelement oder zum Senken des Höhenniveaus von dem jeweiligen Luftfederelement zurück in den Druckspeicher gepumpt. Um das Kraftfahrzeug vom tiefsten Höhenniveau auf das höchste anzuheben, muss die Luftmenge bzw. Luftmasse in dem Druckspeicher ausreichend hoch sein, um die Luftfederelemente entsprechend füllen zu können.
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Die
DE 103 47 072 A1 beschreibt einen zweistufigen Kompressor, der bei einer derartigen Vorrichtung eingesetzt werden kann. Dabei wird über eine Vorverdichtung der Druck über einen weiteren Verdichtungszyklus angehoben.
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Aus der
EP 2 112 009 A1 ist die Funktionsprüfung eines Umgebungsventils bekannt, die anhand eines Druckvergleichs durchgeführt wird. Mittels eines dabei vorhandenen Drucksensors können sowohl die Drücke der einzelnen Luftfederelemente als auch derjenige eines Druckspeichers bestimmt werden. Eine Regelung eines Höhenniveaus findet dabei allerdings nicht statt.
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Problematisch bei den bekannten Lösungen ist der Umstand, dass die Niveausensoren aufgrund kinematischer und äußerer Einflüsse bei Geländeeinsätzen des Kraftfahrzeugs häufig nur unpräzise Daten liefern. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine oder mehrere Achsen des Kraftfahrzeugs stark verschränkt sind und möglicherweise einzelne Räder den Boden nicht berühren. In solchen Fällen kommt es entweder zu einer unpräzisen Regelung, die häufige Korrekturen erfordert, oder es ist erforderlich, die von den Niveausensoren ausgegebenen Signale aufwändig zu korrigieren. Aufgrund der Elastokinematik dieser mit Luftfederelementen ausgestatteten Fahrwerke erfordert eine Regelung mit korrigierten Niveauwerten jedoch eine aufwändige Entwicklung und führt aufgrund der Hysterese der Elastokinematik zu keiner ausreichenden Genauigkeit.
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Dadurch können sich auch für den Fahrer des Kraftfahrzeugs Probleme bzw. unangenehme Situationen ergeben, wenn beispielsweise das Kraftfahrzeug nicht ausreichend weit angehoben wird und es bei einer Geländefahrt zu Schäden am Unterboden kommt oder wenn das Fahrzeug zu weit angehoben wird und sich ein unkomfortables Fahrverhalten bis hin zur Kippgefahr einstellt. Bei zu hoch angehobenem Fahrzeug kann es außerdem zu unangenehmen Geräuschen oder dazu kommen, dass fälschlicherweise ein Radwechselmodus erkannt wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Niveauregelung eines mehrere Luftfederelemente aufweisenden Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, das auch bei extremen Stellungen des Fahrwerks zuverlässig arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß wird zur Regelung des Höhenniveaus der Luftfederelemente also nicht nur das mittels der Niveausensoren gemessene Höhenniveau, sondern auch der mit dem wenigstens einen Drucksensor ermittelte Druck der Luftfederelemente berücksichtigt. Auf diese Weise ist es möglich, das erforderliche Zielniveau, also das Höhenniveau, auf das die Luftfederelemente gebracht werden sollen, einzustellen, wodurch letztendlich eine sehr viel genauere Regelung möglich ist. Aus dieser verbesserten Genauigkeit der Regelung des Höhenniveaus der Luftfederelemente ergibt sich unter anderem eine Sicherstellung der gewünschten Bodenfreiheit und damit ein verbesserter Bauteilschutz.
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Vorteilhafterweise werden außerdem aufwändige Korrekturregelungen und zum Beispiel das fälschliche Erkennen eines Radwechselmodus, was zu einem unerwünschten Abschalten der Niveauregelung führen kann, vermieden und es kann ein verbesserter Schutz der einzelnen Bauteile der Luftfederelemente erreicht werden. Des Weiteren ergibt sich bei Änderungen oder Abweichungen, die beispielsweise aufgrund von Fahrwerksvarianten oder geringfügig geänderten Abstimmungen des Fahrwerks auftreten können, ein geringerer Abstimm- und Parametrieraufwand.
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Erfindungsgemäß ist des Weiteren vorgesehen, dass für jeden Niveauregelvorgang eine Druckkurve über den Radhub oder Federweg berechnet wird und der Gasdruck in dem jeweiligen Luftfederelement so geregelt wird, dass er auf der Druckkurve liegt, wobei die Niveausensoren das auf der Druckkurve liegende Druckziel für die Regelung vorgeben. Dies stellt eine sehr exakte Regelung dar, da über eine solche Druckkurve das jeweilige Regelziel genau eingestellt und die Regelung entsprechend ausgeführt werden kann. Des Weiteren ist dabei ein ideales Zusammenwirken der Niveausensoren und des wenigstens einen Drucksensors gegeben.
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Um einen möglichst geringen zusätzlichen Aufwand hinsichtlich der im Fahrzeug eingesetzten Bauteile und der damit verbundenen Kosten zu verursachen, kann in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass ein zentraler Drucksensor den Gasdruck ermittelt und der Gasdruck in jedem Luftfederelement berechnet wird.
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Dabei kann es im Sinne einer einfachen Regelung und einer möglichst systematischen Vorgehensweise besonders vorteilhaft sein, wenn die Niveauregelung für die einzelnen Luftfederelemente nacheinander oder achsweise durchgeführt wird.
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Alternativ ist es auch möglich, dass jedem Luftfederelement ein Drucksensor zugeordnet ist, mit welchem der Gasdruck in dem jeweiligen Luftfederelement unmittelbar gemessen wird. Auf diese Weise wird eine erheblich verbesserte Genauigkeit bei der Niveauregelung erzielt.
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Diese Genauigkeit kann zur Beschleunigung des Verfahrens genutzt werden, indem die Niveauregelung für sämtliche Luftfederelemente gleichzeitig durchgeführt wird. Selbstverständlich ist in diesem Fall jedoch auch eine achsweise Niveauregelung oder eine Niveauregelung für die einzelnen Luftfederelemente nacheinander möglich.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Niveauregelung im Stand des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Eine solche Niveauregelung der Luftfederelemente während das Kraftfahrzeug steht ist vergleichsweise einfach durchzuführen, weshalb es zu sehr genauen Ergebnissen führt.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Verfahren durchgeführt wird, während das Kraftfahrzeug bewegt wird. Gegebenenfalls erfordert dies zwar einen höheren Regelungsaufwand, andererseits ist es auf diese Weise möglich, das gewünschte Höhenniveau der Luftfederelemente auch während der Fahrt des Kraftfahrzeugs einzustellen. Hierbei kann eine Differenzierung zwischen unterschiedlichen Fahrzuständen, insbesondere hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, stattfinden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1 eine sehr schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs, in dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
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1 zeigt eine sehr schematische Darstellung eines Fahrwerks 1 eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Fahrwerk 1 weist eine Vorderachse 2 und eine Hinterachse 3 auf, denen jeweilige Räder 2a und 2b bzw. 3a und 3b zugeordnet sind. Die Vorderachse 2 weist des Weiteren zwei den Rädern 2a und 2b zugeordnete Luftfederelemente 4 und 5 und die Hinterachse 3 zwei den Rädern 3a und 3b zugeordnete Luftfederelemente 6 und 7 auf. Den Luftfederelementen 4, 5, 6 und 7 sind in an sich bekannter Weise jeweils Dämpfer zugeordnet, die in 1 jedoch nicht dargestellt sind.
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Des Weiteren weist das Fahrwerk 1 eine Druckquelle 8 auf, die im vorliegenden Fall mit einem Druckspeicher 9 verbunden ist. Die Druckquelle 8 und/oder der Druckspeicher 9 sind über jeweilige Druckleitungen 10, 11, 12 und 13 mit den Luftfederelementen 4, 5, 6 und 7 verbunden. Des Weiteren ist ein Drucksensor 14 vorgesehen, der in der Lage ist, den Druck in den Luftfederelementen 4, 5, 6 und 7 bzw. in den Druckleitungen 10, 11, 12 und 13 zu ermitteln. Gegebenenfalls kann mit dem Drucksensor 14 auch der Druck der Druckquelle 8 und/oder des Druckspeichers 9 ermittelt werden. Statt des einen zentralen Drucksensors 14 ist es auch möglich, jedes einzelne der Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 mit einem separaten Drucksensor auszustatten. Dies ist in 1 jedoch nicht dargestellt.
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An den Luftfederelementen 4, 5, 6 und 7 befinden sich in an sich bekannter Weise jeweilige Niveausensoren 15, 16, 17 und 18, mit denen das Höhenniveau der Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7, d.h. der Höhenstand der entsprechenden Räder 2a, 2b, 3a und 3b bestimmt werden kann. Des Weiteren ist in jeder Druckleitung 10, 11, 12 und 13 ein Ventil 19, 20, 21 und 22 angeordnet, welches die Zufuhr des von der Druckquelle 8 bzw. dem Druckspeicher 9 gelieferten Gases, insbesondere Luft, zu den Luftfederelementen 4, 5, 6 und 7 ermöglicht oder verhindert. Die Ventile 19, 20, 21 und 22 können von einer nicht dargestellten Regel- bzw. Steuereinrichtung gesteuert werden. Dasselbe gilt auch für die Druckquelle 8 und den Druckspeicher 9. Dagegen kann der Drucksensor 14 bzw. die Niveausensoren 15, 16, 17 und 18 mit der Steuereinrichtung verbunden sein, um eine nachfolgend beschriebene Niveauregelung der Luftfederelemente 4 des Fahrwerks 1 durchzuführen.
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Zur Regelung des Höhenniveaus der Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 und damit auch der relativen Lage der Räder 2a, 2b, 3a und 3b des Fahrwerks 1 zur Karosserie des Kraftfahrzeugs wird das Höhenniveau der Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 anhand von Messwerten der Niveausensoren 15, 16, 17 und 18 einzeln verstellt. Zusätzlich werden bei der Einstellung des Höhenniveaus der Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 auch die Messwerte des Drucksensors 14 berücksichtigt. Im vorliegenden Fall misst der zentrale Drucksensor 14 den Gasdruck und berechnet den Gasdruck in jedem Luftfederelement 4, 5, 6 und 7. Zur Berechnung des in dem jeweiligen Luftfederelement 4, 5, 6 und 7 herrschenden Drucks können geeignete Korrekturfaktoren eingesetzt werden. Alternativ wäre es, wie oben angedeutet, auch möglich, jedem Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 einen Drucksensor zuzuordnen, mit dem dann der Gasdruck in dem jeweiligen Luftfederelement 4, 5, 6 und 7 unmittelbar gemessen werden könnte.
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Im vorliegenden Fall wird die Regelung des Höhenniveaus der Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 im Stand des Kraftfahrzeugs durchgeführt, es ist jedoch auch möglich, das Verfahren durchzuführen, während das Kraftfahrzeug bewegt wird. Die hierfür eingesetzte Regel- bzw. Steuereinrichtung kann dabei in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Fahrzeugs unterschiedliche Regelungskonzepte einsetzen. Beispielsweise kann dies auch in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit durchgeführt werden, wobei insbesondere zwischen langsamerer Fahrt, z.B. < 5km/h, und schnellerer Fahrt unterschieden werden kann.
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In dem Fall, in dem der oben genannte zentrale Drucksensor 14 vorgesehen ist, ist es im Sinne einer einfachen Regelung zu bevorzugen, wenn die Niveauregelung für die einzelnen Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 nacheinander oder gegebenenfalls achsweise durchgeführt wird. Dagegen kann die Niveauregelung für sämtliche Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 insbesondere dann gleichzeitig durchgeführt werden, wenn jedes der Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 einen eigenen Drucksensor aufweist. Auch in diesem Fall ist jedoch eine achsweise Niveauregelung oder eine Niveauregelung für die einzelnen Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 nacheinander möglich.
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Für jeden Niveauregelvorgang der Luftfederelemente 4, 5, 6 und 7 wird eine Druckkurve über den Radhub bzw. Federweg berechnet und der Gasdruck in dem jeweiligen Luftfederelement 4, 5, 6 und 7 wird so geregelt, dass er auf der Druckkurve liegt, wobei die Druckkurve für jedes Luftfederelement 4, 5, 6 und 7 einzeln berechnet werden kann. Dabei geben die Niveausensoren 15, 16, 17 und 18 das auf der Druckkurve liegende Druckziel für die Regelung vor. Mit anderen Worten wird zur Berechnung also ein bestimmter Druck im Zielniveau festgelegt, der sich auf der Druckkurve befindet.
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Als Grundlage zur Berechnung der Druckkurve kann die folgende, auch als Isentropengleichung bekannte Gleichung verwendet werden:
wobei:
- p(h) = benötigter Druck in Abhängigkeit des Federwegs
- pZiel = benötigter Druck im Zielniveau
- VZiel = Volumen des Luftfederelements 4, 5, 6, 7 im Zielniveau
- V(h) = Volumen des Luftfederelements 4, 5, 6, 7 in Abhängigkeit des Radhubs oder Federwegs
- K = Isentropenexponent für Luft (1,402)
- h = aktuell gemessener Höhenstand des einzelnen Rades 2a, 2b, 3a, 3b bzw. Radhub oder Federweg.
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Der Druck im Zielniveau wird durch die benötige Federkraft bestimmt, wobei gilt:
wobei:
- FFed = benötigte Kraft des Luftfederelements 4, 5, 6, 7 im Zielniveau
- AZiel = wirksame Fläche des Luftfederelements 4, 5, 6, 7 im Zielniveau.
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Bei ausreichendem Druck innerhalb des Druckspeichers 9 wird derselbe bevorzugt als Regelquelle verwendet, da dies Vorteile hinsichtlich der Akustik und der Verstellgeschwindigkeit mit sich bringt. Auch in den Fällen, in denen der Druck innerhalb des Druckspeichers 9 nicht ausreicht, um die Regelung alleine durchführen zu können, kann der Druckspeicher 9 den Regelvorgang unterstützen, so dass die Regelzeit kurz gehalten wird. Selbstverständlich können auch Fälle auftreten, in denen die Druckquelle 8 die Regelung alleine durchführt.
