DE102017207699A1

DE102017207699A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Schätzen eines Torsionsmoments

Info

Publication number: DE102017207699A1
Application number: DE102017207699.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Stephan; Andreas Füßl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2018-11-08
Also published as: EP3621831A1; WO2018206207A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen eines Torsionsmoments (102) an einem aktiven Stabilisator (104) eines Fahrzeugs (106), wobei das Verfahren einen Schritt des Erfassens eines eine Bewegung des Stabilisators (104) abbildenden Bewegungssignals (120) und eines eine Winkelposition eines Schwenkmotors (114) des Stabilisators (104) abbildenden Positionssignals (122), sowie einen Schritt des Bestimmens des Torsionsmoments (102) unter Verwendung des Bewegungssignals (120), des Positionssignals (122) und zumindest eines Bauteilkennwerts (124) des Stabilisators (104) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen eines Torsionsmoments an einem Stabilisator eines Fahrzeugs.
Bei einem Fahrzeug mit einem Stabilisator wird beim ungleichen Einfedern der Räder einer Achse der Stabilisator tordiert. Durch den Stabilisator wird ein Wanken des Fahrzeugs beispielsweise bei Querbeschleunigungen reduziert.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Schätzen eines Torsionsmoments, eine verbesserte Vorrichtung zum Schätzen eines Torsionsmoments, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ein Stabilisator ist eine Feder. Die Feder wird auf Torsion belastet, wie eine Schraubenfeder. Der Stabilisator weist eine bekannte Federrate auf. Für eine Torsion ist pro Längeneinheit also ein bestimmtes Torsionsmoment erforderlich, um einen bestimmten Winkelversatz hervorzurufen. Umgekehrt kann auf das Torsionsmoment geschlossen werden, wenn der durch das Torsionsmoment hervorgerufene Winkelversatz und die tordierte Länge bekannt sind.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz werden sowohl die Torsion des Stabilisators als auch eine Winkelstellung eines Schwenkmotors des Stabilisators erfasst. Die Winkelstellung des Schwenkmotors kann dabei zusätzliches Torsionsmoment in den Stabilisator einleiten oder das Torsionsmoment auf den Stabilisator verringern.
Es wird ein Verfahren zum Schätzen eines Torsionsmoments an einem aktiven Stabilisator eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Erfassen eines eine Bewegung des Stabilisators abbildenden Bewegungssignals und eines eine Winkelposition eines Schwenkmotors des Stabilisators abbildenden Positionssignals;
Bestimmen des Torsionsmoments unter Verwendung des Bewegungssignals, des Positionssignals und zumindest eines Bauteilkennwerts des Stabilisators.

Unter einer Bewegung können insbesondere Teilkomponenten der Bewegung verstanden werden, die zu einer Torsion des Stabilisators führen. Die Maße des Stabilisators sind bekannt und sind beispielsweise in dem Bauteilkennwert repräsentiert. Je nach Vorzeichen der Winkelposition erhöht oder verringert der Schwenkmotor die Torsion und damit das Torsionsmoment des Stabilisators.
Das Bewegungssignal kann ferner an zwei gegenüberliegenden Seiten des Stabilisators erfasst werden. Durch eine beidseitige Erfassung kann eine momentenfreie Rotation des drehbar gelagerten Stabilisators von der Torsion unterschieden werden.
Das Bewegungssignal kann an zwei Endpunkten des Stabilisators erfasst werden. An den Endpunkten ist eine Koppelstelle zu einer Fahrwerkskomponente angeordnet. Damit sind hier die Bewegungen maximal und einfach erfassbar.
Das Bewegungssignal kann an zwei je mit dem Stabilisator gekoppelten Fahrwerkskomponenten erfasst werden. Die einzelnen Fahrwerkskomponenten sind direkt mit dem Stabilisator gekoppelt. Die Kopplung resultiert in einer bekannten Übertragungsfunktion. Daher kann die Bewegung der Fahrwerkskomponente in die Bewegung des Stabilisators umgerechnet werden.
Das Bewegungssignal kann eine momentane Beschleunigung, eine momentane Geschwindigkeit, eine momentane Position und/oder einen momentanen Drehwinkel des Stabilisators abbilden. Beispielsweise kann das Bewegungssignal unter Verwendung zumindest eines Beschleunigungssensors, eines Drehratensensors, eines Wegesensors und/oder eines Winkelsensors erfasst werden. Beschleunigung, Geschwindigkeit und Position sind über die Weg/Zeit Zusammenhänge miteinander verknüpft.
Der Bauteilkennwert kann einen Steifigkeitswert des Stabilisators und/oder einen Dämpfungswert des Stabilisators abbilden. Die Steifigkeit des Stabilisators kann beispielsweise nichtlinear verlaufen. Beispielsweise können Geometriesprünge Steifigkeitssprünge hervorrufen. Am Stabilisator kann ein Anteil der Torsion durch Reibung in Wärme umgewandelt werden und so ein Rückfedern des Stabilisators dämpfen. Anzumerken ist, dass der Bauteilkennwert hierbei auf den „reinen“ Stabilisator bezogen wird. Der Stabilisator ist normalerweise in elastischen Stabilisatorlagern gelagert, die eine zusätzliche Elastizität und Dämpfung einbringen. Zusätzlich kann auch noch ein Steifigkeitskennwert und ein Dämpfungskennwert der Lagerstellen berücksichtigt werden.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Schätzen eines Torsionsmoments an einem aktiven Stabilisator eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ein Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Schätzen eines Torsionsmoments gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Schätzen eines Torsionsmoments gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 100 zum Schätzen eines Torsionsmoments 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 ist dazu ausgebildet, das Torsionsmoment 102 an einem Stabilisator 104 eines Fahrzeugs 106 zu schätzen. Der Stabilisator 104 koppelt eine rechte Radaufhängung des Fahrzeugs 106 mit einer linken Radaufhängung des Fahrzeugs 106. Der Stabilisator 104 weist eine Torsionsfeder 108, wie beispielsweise eine Drehstabfeder 108 und zwei abgewinkelte Arme 110, 112 auf. Die Torsionsfeder 108 ist drehbar gelagert. Wenn ein Rad weiter einfedert, als das andere Rad, wird ein Arm 110 weiter angehoben, als der andere Arm 112. Der Stabilisator 104 wird durch den Hebel der Arme 110, 112 mit dem Torsionsmoment 102 belastet und die Torsionsfeder 108 tordiert. Über den Stabilisator 104 wird die Einfederbewegung um den resultierenden Torsionswinkel reduziert, beziehungsweise in abgeschwächter Form auf das andere Rad übertragen.
Der Stabilisator 104 ist ein aktiver Stabilisator 104 und weist einen Schwenkmotor 114 auf. Der Schwenkmotor 114 ist dabei zwischen einem rechten Teilbereich der Torsionsfeder 108 und einem linken Teilbereich der Torsionsfeder 108 angeordnet und kann die Teilbereiche gegeneinander um einen Winkel verdrehen.
Die Vorrichtung 100 zum Schätzen weist eine Erfassungseinrichtung 116 und eine Bestimmungseinrichtung 118 auf. Die Erfassungseinrichtung 116 ist dazu ausgebildet, ein Bewegungssignal 120 und ein Positionssignal 122 zu erfassen. Das Bewegungssignal 120 bildet dabei eine Bewegung des Stabilisators 104 ab. Das Positionssignal 122 bildet eine Winkelposition des Schwenkmotors 114 ab. Die Bestimmungseinrichtung 118 ist dazu ausgebildet, unter Verwendung des Bewegungssignals 120, des Positionssignals 122 und zumindest einem Bauteilkennwert 124 des Stabilisators 104 das Torsionsmoment 102 zu bestimmen. Der Bauteilkennwert 124 kann beispielsweise eine Federrate der Torsionsfeder 108 sein. Ein Bauteilkennwert kann auch ein Dämpfungswert der Torsionsfeder 108 sein.
In einem Ausführungsbeispiel wird für das Bewegungssignal 120 die Bewegung des Stabilisators 104 nur einseitig erfasst. Alternativ dazu wird die Bewegung beidseitig erfasst. Beispielsweise wird je eine Beschleunigung an den beweglichen Enden der Arme 110, 112 erfasst. Ebenso kann ein Weg beziehungsweise eine Position der Enden erfasst werden. Über die Beschleunigung oder den Weg kann auch eine Geschwindigkeit erfasst werden. Alternativ oder ergänzend kann eine Winkelstellung eines Arms 110 oder beider Arme 110, 112 relativ zum Fahrzeug 106 erfasst werden. Da die Enden der Arme 110, 112 über Koppelstangen 126 mit je einer Fahrwerkskomponente 128 gekoppelt sind, können die Beschleunigungen und/oder die Wege auch an der jeweiligen Fahrwerkskomponente 128 erfasst werden.
Durch die Winkelstellung des Schwenkmotors 114 kann die Torsion der Torsionsfeder 108 reduziert oder erhöht werden. Damit kann auch das Torsionsmoment 102 der Torsionsfeder 108 verringert oder erhöht werden. In der Bestimmungseinrichtung 118 wird also die an den Armen 110, 112 erfasste Torsion des Stabilisators 104 in Bezug zu der Winkelstellung des Schwenkmotors 114 gerechnet.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Schätzen eines Torsionsmoments gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann beispielsweise auf einer Vorrichtung, wie sie in 1 abgebildet ist, ausgeführt werden. Das Verfahren weist einen Schritt 200 des Erfassens eines eine Bewegung des Stabilisators abbildenden Bewegungssignals und des Erfassens eines eine Winkelposition eines Schwenkmotors des Stabilisators abbildenden Positionssignals, sowie einen Schritt 202 des Bestimmens des Torsionsmoments unter Verwendung des Bewegungssignals, des Positionssignals und zumindest eines Bauteilkennwerts des Stabilisators auf.
Mit anderen Worten erfolgt bei dem hier vorgestellten Ansatz eine Schätzung des Stabilisatormoments unter Verwendung von Stabilisatorkenngrößen und Bauteilsignalen. Dabei kann der Stabilisator konventionell passiv, elektrohydraulisch oder elektromechanisch sein. Das Ist-Stabilisatormoment kann alternativ durch zusätzliche Sensorik beziehungsweise einen zusätzlichen Momentensensor gemessen werden.
Durch an einem oder beiden Stabilisatorenden oder auch anderen Positionen am Stabilisator oder an mit den Stabilisatorenden verbundenen Fahrwerkskomponenten erfassten Bewegungssignale, wie Beschleunigung, Geschwindigkeit, Position und/oder Winkel, wird unter Zuhilfenahme des im Schwenkmotor verwendeten Motorpositionssensors das aktuelle Stabilisatormoment errechnet. Hierzu werden beispielsweise die Steifigkeit des Stabilisators oder des Systems und Dämpfungswerte herangezogen. Alternativ kann eine Schätzung der Fahrwerkssteifigkeit unter Zuhilfenahme der Höhenstandssignale erfolgen.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zum Schätzen
102: Torsionsmoment
104: Stabilisator
106: Fahrzeug
108: Torsionsfeder
110: erster Arm
112: zweiter Arm
114: Schwenkmotor
116: Erfassungseinrichtung
118: Bestimmungseinrichtung
120: Bewegungssignal
122: Positionssignal
124: Bauteilkennwert
126: Koppelstange
128: Fahrwerkskomponente
200: Schritt des Erfassens
202: Schritt des Bestimmens

Claims

Verfahren zum Schätzen eines Torsionsmoments (102) an einem aktiven Stabilisator (104) eines Fahrzeugs (106), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erfassen (200) eines eine Bewegung des Stabilisators (104) abbildenden Bewegungssignals (120) und eines eine Winkelposition eines Schwenkmotors (114) des Stabilisators (104) abbildenden Positionssignals (122); Bestimmen (202) des Torsionsmoments (102) unter Verwendung des Bewegungssignals (120), des Positionssignals (122) und zumindest eines Bauteilkennwerts (124) des Stabilisators (104).
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem im Schritt des Erfassens (200) das Bewegungssignal (120) ferner an zwei gegenüberliegenden Seiten des Stabilisators (104) erfasst wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt (200) des Erfassens das Bewegungssignal (120) an zwei Endpunkten des Stabilisators (104) erfasst wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt (200) des Erfassens das Bewegungssignal (120) an zwei Endpunkten einer mit dem Stabilisator (104) gekoppelten Fahrwerkskomponente (128) erfasst wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt (200) des Erfassens das Bewegungssignal (120) eine momentane Beschleunigung, eine momentane Geschwindigkeit, eine momentane Position und/oder einen momentanen Drehwinkel des Stabilisators (104) abbildet.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Schritt (202) des Bestimmens der Bauteilkennwert (124) einen Steifigkeitswert des Stabilisators (104) und/oder einen Dämpfungswert des Stabilisators (104) abbildet.
Vorrichtung (100), die eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (116, 118) auszuführen.
Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.