DE102017212356B4

DE102017212356B4 - Verfahren zur Einstellung einer Dämpferkraft eines Schwingungsdämpfers sowie Steuervorrichtung für einen Schwingungsdämpfer und Kraftfahrzeug mit einem Schwingungsdämpfer und einer Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE102017212356B4
Application number: DE102017212356.7A
Authority: DE
Inventors: Krzysztof Dabrowski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-07-20
Also published as: DE102017212356A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Dämpferkraft eines Schwingungsdämpfers, wobei die Einstellung mittels einer Zwei-Zustands-Steuerung in einem Stellbereich mit einem unteren Stellwert (15) und einem oberen Stellwert (14) erfolgt, und die Stellwerte (14, 15) je adaptiv an eine vorbestimmte Fahrsituation, die wenigstens von einer Straßenunebenheitsklasse (22), einer Aufbaumasse (21) des Fahrzeugaufbaus und einer Fahrgeschwindigkeit (23) abhängig ist, angepasst werden, wobei in dem Verfahren zur Anpassung der Stellwerte (14, 15) die Aufbaumasse (21) des Fahrzeugaufbaus in einem vorbestimmten Schätzvorgang (11) geschätzt wird; mittels einer Bestimmung einer Häufigkeit (53) eines vorbestimmten Einfedervorgangs die Straßenunebenheitsklasse (22) ermittelt wird; der untere (15) und obere Stellwert (14) zur Anpassung an die jeweilige Fahrsituation in Abhängigkeit von der Aufbaumasse (21) und der Straßenunebenheitsklasse (22) zyklisch berechnet wird; und eine jeweils zu einem der Stellwerte (14, 15) korrespondierende Dämpferkraft eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung einer Dämpferkraft zumindest eines Schwingungsdämpfers eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuervorrichtung zum Einstellen einer Dämpferkraft eines Schwingungsdämpfers eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen Steuervorrichtung und zumindest einem Schwingungsdämpfer.
Aus der DE 101 20 918 B4 ist ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Dämpferkraft für einen oder mehrere Schwingungsdämpfer einer Fahrzeugradaufhängung bekannt. Ein Dämpfungskoeffizient ist dabei aus einem Stellbereich wischen einer unteren Grenze und einer oberen Grenze wählbar. Bei semi-aktiven Dämpfern kann die Dämpferkraft über den Dämpfungskoeffizienten elektrisch oder pneumatisch eingestellt werden. Der Stellbereich des Dämpfers wird an eine konkrete Fahrsituation angepasst. Eine Veränderung des Regelbereichs kann dabei an vorgegebene Fahrzeug-Messgrößen gekoppelt werden, die zum Beispiel eine Änderung des Bremsdrucks, eine Änderung des Bremslichtsignals ein Fahrerwunschmoment, ein Motorantriebsmoment oder eine Gaspedalstellung sind.
Aus der DE 10 2011 000 508 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung der Dämpfkraft für mindestens einen zwischen einem Fahrzeugaufbau und ein Rad geschalteten Schwingungsdämpfer eines Kraftfahrzeugs bekannt. Für jeden Schwingungsdämpfer wird abhängig von einer vertikalen Bewegung des Fahrzeugaufbaus und einer vertikalen Bewegung des jeweiligen Rades eine Dämpfkraft innerhalb eines durch einen unteren Grenzwert und einen oberen Grenzwert definierten Stellbereichs ermittelt und eingestellt. Die Grenzwerte sind dabei abhängig von der jeweiligen vertikalen Bewegung. Es ist offenbart, wie nach dem sogenannten Sky-Hook-Verfahren eine Einstellung der Dämpfkraft innerhalb des Stellbereichs, der durch den unteren Grenzwert und den oberen Grenzwert definiert ist, eingestellt wird.
Aus der DE 42 05 223 C2 ist ein Dämpfungskraftregelsystem für eine Radaufhängung eines Fahrzeugs zum Einstellen einer Dämpfungskraft bekannt. Zur Ermittlung der Dämpfungskraft wird eine Schwingungsfrequenz und eine Vertikalbeschleunigung der Fahrzeugkarosserie sowie eine Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeugkarosserie und Fahrzeugrad herangezogen.
Aus der DE 10 2015 202 405 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen eines Fahrwerks eines Fahrzeugs bekannt. Hierzu wird ein Fahrbahnprofil eines dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrbahnabschnitts ermittelt, wobei das Fahrbahnprofil vertikale Auslenkungen entlang des Fahrbahnabschnitts zeigt. Anhand der maximalen Auslenkung des Fahrbahnprofils wird der Fahrbahnabschnitt einer Profilklasse zugewiesen, welche einzelne Einstellungen des Fahrwerks bestimmt.
Aus der DE 10 2005 014 569 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Masse eines Fahrzeugs bekannt. Die Schätzung der Masse wird mittels eines auf der Vertikaldynamik des Fahrzeugs basierenden Zustandsbeobachters durchgeführt.
Nachteilig an den bekannten Verfahren und Steuerungen zur Einstellung der Dämpferkraft ist, dass diese eine Vielzahl von Sensoren benötigen. Weiterhin ist allein eine Steuerung der Dämpferkraft in Abhängigkeit von einer Straßenunebenheitsklasse offenbart, die Dämpferkraft wird nicht auf Grundlage einzelner Hindernisse eingestellt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Einstellung einer Dämpferkraft eines Schwingungsdämpfers einer Radaufhängung eines Rades eines Kraftfahrzeugs ein Verfahren bereitzustellen, das eine geringe Anzahl an Sensoren verwendet und das die Dämpferkraft in Abhängigkeit einer aktuellen Fahrsituation einstellt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
Die Erfindung stellt dafür ein Verfahren zur Einstellung der Dämpferkraft eines Schwingungsdämpfers bereit, um zumindest eine Vertikalschwingung des Fahrzeugaufbaus während einer Fahrt zu dämpfen. Damit ist gemeint, dass durch den Schwingungsdämpfer zum Beispiel dann, wenn das Kraftfahrzeug über eine Straßenunebenheit fährt, das Kraftfahrzeug nicht in Schwingung gerät oder der Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs nicht in Schwingung gerät, sondern die Schwingung gedämpft wird. Die Einstellung der Dämpferkraft erfolgt mittels einer Zwei-Zustands-Steuerung in einem Stellbereich mit einem unteren Stellwert und einem oberen Stellwert. Damit ist gemeint, dass zum Einstellen der Dämpferkraft jeweils entweder der untere oder der obere Stellwert verwendet wird. Die beiden Stellwerte und damit auch der Stellbereich werden adaptiv an eine bestimmte Fahrsituation angepasst. Diese Fahrsituation ist wenigstens von einer Straßenunebenheitsklasse, einer Aufbaumasse des Fahrzeugaufbaus und einer Fahrgeschwindigkeit abhängig. Je nachdem, in welcher Fahrsituation sich das Kraftfahrzeug bei der Fahrt befindet, werden die Stellwerte also entsprechend der Fahrsituation angepasst. Somit ist es beispielsweise in einer ersten Fahrsituation auf Asphalt, auf dem nur geringe Unebenheiten vorhanden sind möglich, die Dämpferkraft durch den berechneten, entsprechend geänderten Stellbereich situationsgerecht einzustellen und in einer zweiten Fahrsituation auf einem unebenen Geländeweg, die Dämpferkraft wiederum an diese Fahrsituation zu adaptieren, indem der Stellbereich oder dessen Stellwerte entsprechen durch eine Neuberechnung, die kontinuierlich geschieht, angepasst werden. In der ersten Fahrsituation ist die Dämpferkraft beispielsweise stärker eingestellt, da hier mehr Unebenheiten die zur Resonanzfrequenz korrespondieren gedämpft werden müssen und im Aufbauresonanzbereich eine stärkere Einstellung komfortabler ist. In der zweiten Situation dagegen kann die Dämpferkraft weniger stark eingestellt werden, da bei einer höheren Erregungsfrequenz eine niedrigere oder weniger starke Dämpfercharakteristik komfortabler ist.
Die Stellwerte des Stellbereichs werden erfindungsgemäß dadurch angepasst, dass in einem Schätzvorgang die Aufbaumasse des Fahrzeugaufbaus geschätzt wird, weiterhin die Straßenunebenheitsklasse ermittelt wird, der untere und der obere Stellwert zur Anpassung an die jeweilige Fahrsituation in Abhängigkeit der geschätzten Aufbaumasse und der bestimmten Straßenunebenheitsklasse zyklisch berechnet wird. Dann wird die optimale Steuerung bzw. Berechnung von der Zwei-Zustands-Steuerung zwischen dem unteren und dem oberen adaptiven Stellwert berechnet. Dies geschieht dabei nur dann, wenn die Haupterregungsfrequenz kleiner ist als technische Umschaltmöglichkeiten oder eine jeweilige Ansprechgeschwindigkeit des jeweiligen Schwingungsdämpfers. Am Ende wird das jeweils kontinuierlich veränderte optimale Dämpfungsmaß je nach Dämpfercharakteristik in eine korrespondierende Dämpferkraft umgewandelt und auf ein entsprechendes Ausgangssignal (z.B. einen Strom mit einer entsprechenden Signalform) des jeweiligen Schwingungsdämpfers umgewandelt.
Die Aufbaumasse wird dabei für jeden Schwingungsdämpfer in einem vorbestimmten Schätzvorgang geschätzt. Somit wird die Aufbaumasse nach einem Viertelfahrzeugmodell geschätzt, damit ist gemeint, dass jeder von vier Schwingungsdämpfern des Kraftfahrzeugs jeweils ein Viertel der Aufbaumasse schätzt. Ein solcher Aufbaumaßeschätzer benötigt dabei nur eine Einfederung als Eingangssignal. Ein Aufbaubeschleunigungssensor muss dagegen nicht berücksichtigt werden, da die Annäherung verwendet wird, dass eine Aufbaubeschleunigung einen Mittelwert von näherungsweise Null aufweist. Daraus ergibt sich, dass Aufbaubeschleunigung nach einer entsprechenden Filterung des Signals keine Rolle in der Aufbaumasseschätzung spielt. Bei einer Geschwindigkeit der Aufbaumasse wirkt eine entsprechende, masseabhängige Kraft auf den jeweiligen Schwingungsdämpfer. Diese Kraft ist abhängig von der Aufbaumasse, daher ist es vorteilhaft, die Dämpferkraft auch in Abhängigkeit dieser Aufbaumasse einzustellen. Insbesondere bei einer höheren Fahrzeugbeladung steigt insbesondere die auf die Schwingungsdämpfer einer Hinterachse wirkende Kraft. Da die Fahrzeugbeladung aber bei jeder Fahrt unterschiedlich sein kann, ist es notwendig, die sich daraus ergebende Aufbaumasse bei jeder Fahrt zu schätzen. Der Vorteil, der sich daraus ergibt ist, dass die Dämpferkraft bei verschiedenen Fahrzeugbeladungen optimal eingestellt werden kann. So wird die Dämpferkraft zum Beispiel bei einer Aufbaumasse, deren Viertel 420 kg beträgt, stärker eingestellt, als bei einer Aufbaumasse, deren Viertel nur 250 kg beträgt.
Erfindungsgemäß wird in dem Verfahren mittels einer Bestimmung einer Häufigkeit eines vorbestimmten Einfedervorgangs oder von Einfedergeschwindigkeitswerten außerhalb einer vorbestimmten Grenzbereichs eine Straßenunebenheitsklasse ermittelt. Diese Straßenunebenheitsklasse ist eine Unebenheitsklasse, welche eine Straße oder ein Weg, auf der sich das Kraftfahrzeug während der Fahrt befindet, aufweist. Eine Straßenunebenheitsklasse kann beispielsweise Werte zwischen 0 und 1 aufweisen, wobei ein Wert 0 eine sehr gute Straßenqualität bezeichnet und ein Wert größer 0,5 eine sehr schlechte Straßenqualität bezeichnet. Je mehr Messwerte sich in einer bestimmten Zeit außerhalb des Grenzbereichs befinden, desto größer wird ein S-Wert Koeffizient. Wenn 50% der Messungen außerhalb des Grenzbereichs liegen, dann ist der S-Wert 0,5. Eingestellte Dämpferkennlinie und Fahrgeschwindigkeit sind auch während der Ermittlung einer Straßenunebenheitsklasse (S-Wert) berücksichtigt. Zum Beispiel gilt, dass je größere die Fahrgeschwindigkeit ist, desto größer sind auch die gemessenen Einfedergeschwindigkeiten und es können sich größere S-Werte ergeben. Dies soll kompensiert werden, um einen Hauptcharakter der Straßenunebenheiten besser zu ermitteln. Am Ende wird eine Filterung durchgeführt, wobei auch die zurückliegenden oder letzten S-Werte mit abnehmender Verstärkung berücksichtigt sind. Ein Einfedervorgang kann beispielsweise auch durch einen Einfederweg des Schwingungsdämpfers, eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung des Schwingungsdämpfers definiert sein. Ein solcher Einfedervorgangs weist eine bestimmte Eigenfrequenz oder einen Erregungshauptfrequenzbereich auf. Der Vorteil daran, dass die Straßenunebenheitsklasse bekannt ist, ist, dass dadurch die Dämpferkraft entsprechend angepasst werden kann. Durch die allgemeine Kenntnis der Straßenunebenheitsklasse ist es möglich, dass die Dämpferkraft nicht nur auf einzelne, nur selten vorkommende Unebenheiten eingestellt wird, obwohl diese gar nicht den Hauptcharakter, also die vorwiegende Straßenunebenheitsklasse der Straße oder des Weges ausmachen. Dadurch wird die Dämpferkraft immer optimal an die tatsächliche Fahrbahnbeschaffenheit angepasst. Eine Straßenunebenheitsklasse kann dabei nur an einem Schwingungsdämpfer einer Vorderachse bestimmt werden, da Hinterräder durch ähnliche Unebenheiten wie Vorderräder fahren. Ein Vorteil daraus ist, dass Ressourcen oder Kapazitäten der Berechnung durch einen Mikrokontroller gespart werden können.
Verfahrensgemäß wird der untere und der obere Stellwert des Stellbereichs zur Anpassung an die jeweilige Fahrsituation in Abhängigkeit der geschätzten Aufbaumasse und der ermittelten Straßenunebenheitsklasse zyklisch berechnet. Damit ist gemeint, dass die Stellwerte mindestens regelmäßig mit einem vorbestimmten Zeitabstand wiederholt berechnet werden. Die Stellwerte können auch kontinuierlich berechnet werden, wobei auch ein digitale Berechnung eingesetzt werden kann, die aufgrund ihres digitalen Rechenwerkes zu einer quasi-kontinuierlichen Berechnung führt. Der Vorteil daran ist, dass in der Realität eine Straßenunebenheitsklasse niemals konstant bleibt. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dämpferkraft kontinuierlich oder in regelmäßigen Zeitabständen an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden.
Von der Zwei-Zustands-Steuerung wird eine jeweils zu einem der Stellwerte korrespondierende, mittels einer Dämpfercharakteristik des jeweiligen Schwingungsdämpfers ermittelte Dämpferkraft eingestellt. Der obere und der untere Stellwert sind also allgemeine Dämpfungsmaße, die in Verbindung mit einer Dämpfercharakteristik verschiedener Schwingungsdämpfer eine Dämpferkraft definieren. Der Vorteil daran ist, dass das Verfahren für jede Art von Schwingungsdämpfern verwendet werden kann, deren Dämpferkraft einstellbar ist. Da die jeweilige Dämpfercharakteristik dieser Schwingungsdämpfer bekannt ist, kann auch die Dämpferkraft des jeweiligen Schwingungsdämpfers den beiden ermittelten Stellwert eingestellt werden. Das Verfahren ist also nicht auf einen bestimmten Schwingungsdämpfer oder ein bestimmtes Kraftfahrzeug beschränkt, sondern vielmehr von diesen unabhängig einsetzbar.
Um zu entscheiden, welcher Stellwert momentan einen optimalen Komfort geben kann, wurde eine Zwei-Zustands-Steuerung entwickelt. Diese wählt zwischen zwei Stellwerten, die kontinuierlich an eine Fahrsituation angepasst wird (auf Basis der Aufbaumasse, der Geschwindigkeit der Fahrzeug und der Straßenunebenheitsklasse). Die Zwei-Zustand-Steuerung wurde auf Basis eines Viertelfahrzeugmodell entwickelt und berücksichtigt dabei zwei Kräfte (Federkraft und Dämpferkraft). Voraussetzung für diese Steuerung ist das Minimieren von Zusatzleistung zwischen Aufbaumasse und Radmasse, die durch die Federkraft, die Dämpferkraft und Einfedergeschwindigkeit beschrieben wurde. Die Zwei-Zustand-Steuerung steuert zwischen unterem und oberem Stellwert, die je vorher ermittelt wurden.
Die Steuerung auf Basis des Viertelfahrzeugmodells benutzt nur eine Einfederung als Eingangssignal. Ausgangssignal (z.B. Aufbaugeschwindigkeit oder Aufbaubeschleunigung) ist nicht relevant, da ein entsprechendes Modell eine Verstärkungsfunktion bereitstellt und somit keine Ausgangssignale benötigt sind. Ohne Ausgangsignale kann die Steuerung vorteilhafterweise schneller auf einzelne Hindernisse reagieren. Um die Zwei-Zustand-Steuerung (abgekürzt: 2ZS) zu betreiben wurde zusätzlich ein Dämpfungskoeffizient b_2ZS für die Zwei-Zustand-Steuerung entwickelt, welcher in einer Berechnung der Werte gemäß einer mathematischen Formel, die hier nicht näher dargestellt ist, relevant ist.
Für die Effizienz der Steuerung sind nicht nur die Stellwerte adaptiv angepasst, sondern auch der Dämpfungskoeffizient der Zwei-Zustand-Steuerung, d. h. der Dämpfungskoeffizient b_2ZS ist nicht konstant, sondern ebenso abhängig von Straßenunebenheitsklasse und Aufbaumasse. Je schlechter die Straßenqualität und größer das Aufbaumassenviertel, desto größere b_2ZS werden zwischen dem minimalen und maximalen Dämpferkoeffizienten gewählt.
Die Zwei-Zustand-Steuerung kann auch temporär deaktiviert sein. Wenn eine Erregungshauptfrequenz größer ist als eine technische Dämpferumschaltmöglichkeit, kann die Zwei-Zustand-Steuerung aussetzen oder deaktiviert werden. In diesem Fall wird nur obere adaptive kontinuierliche Dämpfersteuerung auf Basis Aufbaumasseschätzung, Straßenunebenheitsklasse und Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet.
Die Erregungshauptfrequenz wird dabei vorteilhafterweise und erfindungsgemäß nicht direkt berechnet. Die Erregungshauptfrequenz wird vielmehr durch einen entsprechend vereinfachten Kalman-Filter und ein Hysteresemodul geschätzt. Die Filterung ist so eingestellt, dass wenn die Schwingungsdämpfer z. B eine minimale Umschaltzeit von 50 ms aufweisen, auch die Steuerung nicht schneller als jede 50 ms pro einem Sinusviertel zwischen oberem und unterem Stellwert umschalten, d. h. nicht schneller als 5 Hz.
Erfindungsgemäß wird die Aufbaumasse in Abhängigkeit eines Höhenstandes des Schwingungsdämpfers geschätzt. Der Höhenstand ist ein Einfederweg des Schwingungsdämpfers. Ist der Schwingungsdämpfer also gedehnt, ergibt sich ein großer Höhenstand, ist der Schwingungsdämpfer gestaucht, ergibt sich ein geringer Höhenstand. Wenn die Aufbaumasse beispielsweise durch eine Fahrzeugbeladung größer wird, ändert sich korrespondierend zu dieser Fahrzeugbeladung, also zur Aufbaumasse, der Höhenstand des Schwingungsdämpfers. Der Vorteil an dieser Weiterbildung ist, dass aufgrund der beschriebenen Abhängigkeit eine jeweils aktuelle Aufbaumasse des Kraftfahrzeugs in einfacher Weise durch den Höhenstand der jeweiligen Schwingungsdämpfer ermittelt werden kann. Ein weiterer Vorteil, der sich daraus ergibt, ist, dass für die Ermittlung des Höhenstandes nur ein einziger Sensor benötigt wird. Durch die Weiterbildung ergibt sich erfindungsgemäß also die Möglichkeit, mit nur einem Sensor statt einer Vielzahl von Sensoren die Aufbaumasse zu schätzen.
Zur Erfindung gehören auch Weiterbildungen des Verfahrens, durch die sich weitere Vorteile des Verfahrens ergeben.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass zur Schätzung der Aufbaumasse weiterhin eine Dämpfergeschwindigkeit genutzt wird. Die Dämpfergeschwindigkeit ist eine zeitabhängige Änderung des Höhenstandes des jeweiligen Schwingungsdämpfers. Wenn sich das Fahrzeug beispielweise in einer Fahrt befindet, bewegen sich die Schwingungsdämpfer, sodass sich auch der Höhenstand jeweils ändert. Dabei ändert sich allerdings nicht die Aufbaumasse, diese ist nur durch Straßenunebenheiten beschleunigt und bewegt. Die Dämpfergeschwindigkeit kann beispielsweise zeitlich gemittelt werden, sodass insgesamt für die Schätzung der Aufbaumasse der Höhenstand oder die Geschwindigkeit des Dämpfers ermittelt werden kann. Weiterhin werden in dieser Weiterbildung des Verfahrens fahrdynamische Merkmale für die Schätzung der Aufbaumasse berücksichtigt. Diese können eine Querbeschleunigung und/oder eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs sein. Die fahrdynamische Merkmale können bereits von anderen, vorhandenen Sensoren eines Fahrdynamikreglers des Kraftfahrzeugs erfasst werden. Der Vorteil daran ist, dass diese bereits vorhandenen Sensorsignale auch für die Schätzung der Aufbaumasse verwendet werden und somit in effizienter Weise verwendet werden oder wiederverwendet werden. Wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise bremst, verändert sich der Höhenstand der Schwingungsdämpfer in Abhängigkeit der Bremsgeschwindigkeit aufgrund der negativen Beschleunigung im Bremsvorgang. Um diese fahrdynamischen Effekte kompensieren zu können, werden sie bei der Schätzung der Aufbaumasse berücksichtigt. Der Vorteil daran ist, dass die Aufbaumasse auch während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs genau geschätzt werden kann.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass für die Ermittlung der Straßenunebenheitsklasse ein Schwellenwertzähler verwendet wird. Dieser erfasst mit einer vorbestimmten Rate einen zu einer Beschleunigung der Aufbaumasse des Kraftfahrzeugs korrespondierenden Wert. Damit ist gemeint, dass der korrespondierende Wert in vorbestimmten zeitlichen Abständen regelmäßig erfasst wird. Der Wert kann zum Beispiel der Wert des Höhenstandes des Schwingungsdämpfers sein. Wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise über eine Straßenunebenheit fährt, wird der Schwingungsdämpfer gestaucht, sodass sich die Dämpfergeschwindigkeit verändert. Die Dämpfergeschwindigkeit ist dabei korrespondierend zu einer jeweiligen Beschleunigung der Aufbaumasse, die durch die Fahrt durch die Straßenunebenheit hervorgerufen wird. Der Wert kann auch eine Radbeschleunigung sein. Der Schwellenwertzähler signalisiert, falls dieser Wert zumindest einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann zum Beispiel der reziproke Wert einer Dämpfergeschwindigkeit eines Schwingungsdämpfers sein. Wenn dieser Wert gering ist, ist die korrespondierende Beschleunigung der Aufbaumasse gering und somit die Straßenunebenheit ebenfalls gering. Wenn dieser Wert größer ist, ist auch die Beschleunigung der Aufbaumasse größer und somit die Straßenunebenheiten größer. Der Schwellenwertzähler bildet in vorbestimmten Zeitschritten einen Häufigkeitswert, der anzeigt wie häufig der jeweilige vorbestimmte Schwellenwert in einem bestimmten Zeitintervall überschritten wurde. Aus diesem Häufigkeitswert wird die Straßenunebenheitsklasse ermittelt. Wenn beispielsweise in einem Zeitintervall von 10 gezählten Werten 9 Werte davon den Schwellenwert überschreiten und einer davon den Schwellenwert nicht überschreitet, kann sich ein Häufigkeitswert von 90 % ergeben. Dieser Häufigkeitswert zeigt an, wie oft der Schwellenwert überschritten wurde und korrespondiert somit zur Straßenunebenheitsklasse, die aus ihm ermittelt werden kann. Der Vorteil daran ist, dass immer der aktuelle Zustand der Straße, auf der das Kraftfahrzeug fährt und somit die jeweils aktuelle Straßenunebenheitsklasse ermittelt wird.
Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass Werte die im Zeitintervall weiter zurückliegen für die Berechnung des Häufigkeitswertes skaliert werden. Für diese Skalierung wird ein Verringerungsfaktor verwendet. Dadurch haben im Zeitintervall weiter zurückliegende Werte durch einen daraus resultierenden Glättungseffekt bei der Ermittlung der Straßenunebenheitsklasse einen geringeren Einfluss. Somit ergibt sich der Vorteil, dass Änderungen der Straßenunebenheitsklasse schneller erfasst werden und in die Einstellung der Dämpferkraft einfließen, es jedoch nicht zu einem ruckartigen Umstellen der Dämpferkraft kommen kann.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass am Kraftfahrzeug jeweils ein Schwingungsdämpfer an einem Vorderrad und einem Hinterrad bereitgestellt ist. Eine Dämpferkraft des Schwingungsdämpfers oder ein Dämpfersteuerungssignal der Zwei-Zustand-Steuerung am Hinterrad wird in einer Vorausschau in Abhängigkeit eines Dämpfvorganges am Vorderrad und in Abhängigkeit einer Fahrgeschwindigkeit eingestellt. Unterer und oberer Stellwert sind je aus Einfedersensoren der Hinterachse berechnet, ähnlich wie an der Vorderachse Daraus ergibt sich vor allem bei Straßenunebenheiten, die nicht im Rahmen der geschätzten oder ermittelten Straßenunebenheitsklasse liegen, der Vorteil, dass auf diese individuell mit einer Vorausschau die Dämpferkraft am Hinterrad eingestellt werden kann. Wenn beispielsweise ein Kraftfahrzeug auf einer ebenen Straße über einen Stein fährt, wird dies am Schwingungsdämpfer des Vorderrades erfasst. In Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit kann dieser Dämpfvorgang für das Hinterrad vorausgesehen werden, sodass die Dämpferkraft des Hinterrades optimal eingestellt werden kann, um die Fahrt des Hinterrades über den Stein und die sich daraus ergebende Schwingung optimal zu dämpfen. Der Vorteil daraus ist, dass die Dämpferkraft in Abhängigkeit einzelner Hindernisse und nicht allein in Abhängigkeit einer statistischen Straßenunebenheitsklasse eingestellt werden kann.
Zur Erfindung gehört auch eine Steuervorrichtung für einen jeweiligen zumindest bezüglich der Dämpferkraft einstellbaren Schwingungsdämpfer eines Rades eines Kraftfahrzeugs. Diese Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das vorher beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Zur Erfindung gehört weiterhin auch ein Kraftfahrzeug mit Rädern, von denen zumindest eines einen bezüglich der Dämpferkraft einstellbaren Schwingungsdämpfer aufweist. Vorzugsweise weist jedes der Räder des Kraftfahrzeuges einen bezüglich der Dämpferkraft einstellbaren Schwingungsdämpfer auf. Die Dämpferkraft der Schwingungsdämpfer des Kraftfahrzeuges ist dabei in Abhängigkeit einer Fahrsituation mittels einer Zwei-Zustands-Steuerung eingestellt. Die Einstellung der Dämpferkraft erfolgt dadurch, dass je Schwingungsdämpfer eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung bereitgestellt ist.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine Darstellung eines Blockschaltbildes des Verfahrens zur Einstellung einer Dämpferkraft eines Schwingungsdämpfers an einem Viertelfahrzeug;
2 eine Darstellung eines Blockschaltbildes zur Schätzung einer Aufbaumasse eines Kraftfahrzeugs an einem Viertelfahrzeug;
3 eine schematische Darstellung einer Ermittlung einer Straßenunebenheitsklasse;
4 eine schematische Darstellung einer Berechnung eines optimalen Dämpfungsmaßes eines oberen Stellwertes und eines unteren Stellwertes;

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Dämpfersteuerungssystems 10 mit einem Aufbaumasseschätzer 11 und einer Straßentyperkennung 12. Ein Dämpfungsfaktorberechner 13 ist dazu ausgebildet, einen oberen Stellwert 14 und einen unteren Stellwert 15 zu berechnen. Auf Grundlage dieser Stellwerte 14 und 15 wie auch einer Einfederung 19, die allgemein ein Höhenstand des Dämpfers sein kann, Dämpfergeschwindigkeit 20, Straßenunebenheitsklasse 22 und Viertelaufbaumasse 21 stellt eine Zwei-Zustands-Steuerung 16 einen Stellstrom 17 so ein, dass eine jeweilige Dämpferkraft eines nicht dargestellten Schwingungsdämpfers eines Kraftfahrzeugs 18 eingestellt wird. Die Schwingungsdämpfer sind dann so eingestellt, dass eine Schwingung des Kraftfahrzeugs 18, die durch eine Straßenunebenheit 24 bei einer Fahrt hervorgerufen wird, optimal gedämpft wird. Der Aufbaumasseschätzer 11 schätzt in Abhängigkeit einer Aufbaumassebeschleunigung, einer Einfederung 19 und einer Dämpfergeschwindigkeit 20 eine Aufbaumasse 21. Die Dämpfergeschwindigkeit 20 wird durch eine zeitliche Ableitung der Einfederung 19 gebildet. Die Straßentyperkennung 12 ermittelt eine Straßenunebenheitsklasse 22 in Abhängigkeit des Stellstroms 17, der Dämpfergeschwindigkeit 20 und der Fahrgeschwindigkeit 23, die die Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs mit dem einzustellenden Schwingungsdämpfer ist.
Die Dämpfungskraft eines Schwingungsdämpfers eines Kraftfahrzeugs wird über den Stellstrom 17 eingestellt. Der Stellstrom 17 wird durch die Zwei-Zustands-Steuerung 16 auf Grundlage des oberen Stellwertes 14 und des unteren Stellwertes 15 gebildet. Diese Stellwerte werden durch den Dämpfungsfaktorberechner 13 gebildet. Der Dämpfungsfaktorberechner 13 bildet die Stellwerte auf Grundlage eines Häufigkeitswertes 53, mit anderen Worten auf Grundlage einer Qualität einer Straße oder einer Straßenunebenheitsklasse, und einer Fahrgeschwindigkeit 23. Die Dämpferkraft wird also durch das Verfahren in der beschriebenen kausalen Weise auf Grundlage der Fahrgeschwindigkeit 23 des Kraftfahrzeugs 18 und der Straßenunebenheitsklasse eingestellt. Sowohl eine Änderung der Fahrgeschwindigkeit 23 als auch eine Änderung der Straßenunebenheitsklasse, die durch den Häufigkeitswert 53 ausgedrückt ist, führt also zu einer geänderten Einstellung der Dämpferkraft. Der obere und der untere Stellwert ändern sich also in Abhängigkeit der Straßenunebenheitsklasse und der Fahrgeschwindigkeit. Dadurch wird die Einstellung der Dämpferkraft adaptiv angepasst.
Weiterhin ist die Berechnung des oberen Stellwertes 14 und des unteren Stellwertes 15 in Abhängigkeit von der Aufbaumasse 21 berechnet, die vom Aufbaumasseschätzer 11 geschätzt wird. Das bedeutet, dass dann, wenn zum Beispiel die Aufbaumasse aufgrund einer unterschiedlichen Fahrzeugbeladung geändert wird, auch die Dämpferkraft des Schwingungsdämpfers geändert wird, dadurch dass durch die geänderten Stellwerte 14, 15 auch der Stellstrom 17 geändert wird. Die Aufbaumasse 21 wird dabei allein aus der Einfederung 19 berechnet, wobei aus der Einfederung 19 durch eine zeitliche Ableitung auch die Dämpfergeschwindigkeit 20 ermittelt werden kann. Der Vorteil daran ist, dass die Aufbaumasse 21 auf Grundlage eines einzigen Sensors, nämlich des Sensors, der die Einfederung 19 des Schwingungsdämpfers misst, ermittelt werden kann.
2 zeigt eine Darstellung eines Blockschaltbildes des Aufbaumasseschätzer 11. Dieser ist dazu eingerichtet, die Aufbaumasse 21 in Abhängigkeit der Einfederung 19, einer Längsbeschleunigung 31 und einer Querbeschleunigung 32 zu ermitteln oder zu schätzen. In der weiteren Beschreibung ist damit stets eine Aufbaumasse eines Viertelfahrzeus gemeint. Eine Beschleunigungskraft oder Fahrwerkkraft 33 wird aus einer Federkraft 34, einer Pufferkraft 35 und einer Dämpferkraft 36 ermittelt. Die Federkraft 34 wird auf Grundlage eines Federweges 37 und einer Federcharakteristik 38 ermittelt. Die Pufferkraft 35 wird auf Grundlage des Federweges 37 und einer Puffercharakteristik 39 ermittelt. Die Dämpferkraft 36 wird auf Grundlage des Federweges 37, der Dämpfergeschwindigkeit 20, des Stellstromes 17 und einer Dämpfercharakteristik 40 ermittelt. Das Signal der Längsbeschleunigung 31 wird von einer ersten Signalbearbeitungseinheit 41 bearbeitet, das Signal der Querbeschleunigung 32 wird von einer zweiten Signalbearbeitungseinheit 42 bearbeitet. Die Aufbaubeschleunigung und die Beschleunigungskraft 33 werden von einer dritten Signalbearbeitungseinheit 43 bearbeitet. Die Signale der drei Signalbearbeitungseinheiten 41, 42 und 43 werden durch ein Filter 44 gefiltert, woraus sich als Ausgangssignal des Filters die Aufbaumasse 21 ergibt.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Straßentyperkennung 12, also ein Verfahren zur Straßenqualitätsbewertung 54. Die Straßentyperkennung 12 oder Straßenqualitätsbewertung 54 erfolgt auf Grundlage eines Häufigkeitswertes 53. Dieser wird auf Grundlage der Fahrgeschwindigkeit 23, der Dämpfergeschwindigkeit 20 und des Stellstroms 17 gebildet. Die Straßentyperkennung 12 erhält als Eingangssignal eines aus drei Möglichkeiten: die Aufbaumassebeschleunigung, eine Radbeschleunigung eines Rades mit einem jeweiligen Schwingungsdämpfer oder die Dämpfergeschwindigkeit 20. Diese werden in einem Signalfilter bearbeitet. Um die Straßenunebenheitsklasse genauer ermitteln, wurden zwei Koeffizienten eingeführt. Der erste ist mit der Fahrgeschwindigkeit verbunden. Je größer ist die Fahrgeschwindigkeit desto kleiner ist ein Fahrgeschwindigkeitskoeffizient 70. Der zweite ist mit dem aktuellen Stellstrom (einer Dämpfercharakteristik) verbunden. Je härtere Dämpferkraftcharakteristiken verwendet werden, desto größere Dämpferkraftkoeffizienten 71 werden verwendet.
Ein Eingangssignal 72 wird auf einen Schwellenwert geprüft, wobei dieser Schwellenwert negativ oder positiv sein kann und der negative oder positive Wert betragsmäßig gleich ist. Aus einer vorbestimmten Anzahl von Zeitpunkten, zu denen geprüft wird, ob das jeweilige Eingangssignal den Schwellenwert überschreitet oder nicht, wird ein Häufigkeitswert 53 gebildet, welcher die Anzahl der Überschreitungszeitpunkte der Eingangssignal beschreibt. Der Häufigkeitswert 53 kann auch als Wahrscheinlichkeitswert oder als Wahrscheinlichkeit bezeichnet werden. Basierend auf diesem Häufigkeitswert 53 bewertet die Straßenqualitätsbewertung 54, ob die gerade befahrene Straße eine gute und eine schlechte Qualität hat. Dabei bedeutet beispielsweise ein erster Häufigkeitswert eine gute Straßenqualität und ein zweiter Häufigkeitswert eine schlechtere Straßenqualität. Zwischen dem ersten Häufigkeitswert und dem zweiten Häufigkeitswert kann beispielsweise eine vorbestimmte Abstufung erfolgen, wobei pro Stufe der Abstufung des Häufigkeitswertes die korrespondierende Straßenqualität entsprechend schlechter ist.
Auf Grundlage des Häufigkeitswertes 53 beurteilt die Straßenqualitätsbewertung 54 die Qualität der Straßenoberfläche, oder in anderen Worten den Grad oder das Ausmaß der Unebenheiten der Straßenoberfläche. Am Ende wird der Straßenunebenheitsfaktor gefiltert um auch den vorhergehenden Verlauf berücksichtigen, da für Straßenunebenheitsklasse statistische Oberflächenqualität ist wichtig, die ein Einzelhindernis nicht stark verändert.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Dämpfungsfaktorberechner 13, der auch ein Dämpfungsmaßberechner sein kann. Sowohl der obere Stellwert 14 als auch der untere Stellwert 15 werden auf Grundlage des Häufigkeitswertes 53 und der Fahrgeschwindigkeit 23 gebildet. Ein oberer Zwischenwert 60 wird durch die dem Häufigkeitswert 53 und eine Straßentypcharakteristik 61 gebildet. Der obere Stellwert 14 wird auf Grundlage des oberen Zwischenwertes 60, der Fahrgeschwindigkeit 23 und optimalen Dämpfungsmaßmatrizen abhängig von einer Fahrgeschwindigkeitscharakteristik 62 gebildet. Ein unterer Zwischenwert 63 wird aus dem Häufigkeitswert 53 und einer zweiten Straßentypcharakteristik 64 gebildet. Der untere Stellwert 15 wird auf Grundlage der Fahrgeschwindigkeit 23, des unteren Zwischenwertes 63 und einer Fahrgeschwindigkeitscharakteristik 65 gebildet, die eine Fahrgeschwindigkeitsmatrix sein kann.
Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung stellt ein erstes Modul bereit, das die Aufbaumasse nach einem sogenannten Viertelfahrzeugmodell schätzt. Das Viertelfahrzeugmodell rechnet mit einem Viertel der gesamten Aufbaumasse eines Kraftfahrzeugs. Es wird verwendet, da ein Kraftfahrzeug vier Räder und daher auch vier Schwingungsdämpfer mit einer jeweiligen Steuervorrichtung aufweist. Ein zweites Modul der Steuervorrichtung ist dazu ausgestaltet, eine Straßenunebenheitsklasse nach einer Wahrscheinlichkeitsdichte von einer Einfedergeschwindigkeit einer Vorderachse bzw. eines Schwingungsdämpfers eine Vorderachse zu schätzen. Ein drittes Modul der Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, zwei optimale Dämpfungsmaße, also einen oberen Stellwert und einem unteren Stellwert, aus der geschätzten Aufbaumasse und der Straßenunebenheitsklasse und der Fahrgeschwindigkeit zu berechnen. Ein viertes Modul der Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet bildet, eine optimale Dämpfung, das bedeutet Dämpferkraft, mittels einer Dämpfercharakteristik eines Schwingungsdämpfers und der optimalen Dämpfungsmaße, also der berechneten Stellwerte, einzustellen. Durch die Zwei-Zustands-Steuerung wird der jeweilige Schwingungsdämpfer zwischen den beiden berechneten optimalen Stellwerten angesteuert. Das Verfahren verwendet insgesamt nur vier Sensoren im Fahrzeug, wodurch im Gegensatz zu bekannten Systemen Sensoren zur Einstellungen der Dämpferkraft eingespart werden können.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen einer Dämpferkraft eines Schwingungsdämpfers bereitgestellt ist. Dabei werden allgemeine Stellwerte oder Dämpfungsmaße berechnet, sodass verschiedene Schwingungsdämpfer in verschiedenen Kraftfahrzeugen aufgrund dieser berechneten Stellwerte und der jeweiligen Dämpfercharakteristiken der jeweiligen Schwingungsdämpfer eingestellt werden können. Das Verfahren eignet sich also zur Anwendung in allen Fahrzeugen mit elektronisch oder pneumatisch regelbaren oder einstellbaren Schwingungsdämpfern und ist nicht fahrzeugabhängig.

Claims

Verfahren zur Einstellung einer Dämpferkraft zumindest eines Schwingungsdämpfers, der zwischen einem Rad und einem Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeugs (18) zumindest eine Vertikalschwingung des Fahrzeugaufbaus während einer Fahrt dämpft, wobei die Einstellung mittels einer Zwei-Zustands-Steuerung in einem Stellbereich mit einem unteren Stellwert (15) und einem oberen Stellwert (14) erfolgt, und die Stellwerte (14, 15) je adaptiv an eine vorbestimmte Fahrsituation, die wenigstens von einer Straßenunebenheitsklasse (22) und einer Aufbaumasse (21) des Fahrzeugaufbaus abhängig ist, angepasst werden, wobei in dem Verfahren zur Anpassung der Stellwerte (14, 15) - die Aufbaumasse (21) des Fahrzeugaufbaus in einem vorbestimmten Schätzvorgang (11) in Abhängigkeit einer Einfederung (19) des Schwingungsdämpfers, der einen Einfederweg des Schwingungsdämpfers angibt, geschätzt wird; - eine Häufigkeit (53) eines vorbestimmten Einfedervorgangs bestimmt wird, der als Dämpfergeschwindigkeitswert je einen Grenzbereich überschreitet, und aus der Häufigkeit (53) die Straßenunebenheitsklasse (22) ermittelt wird; - der untere (15) und obere Stellwert (14) zur Anpassung an die sich in Abhängigkeit von der Aufbaumasse (21) und der Straßenunebenheitsklasse (22) ergebende Fahrsituation zyklisch berechnet wird; und von der Zwei-Zustands-Steuerung eine jeweils zu einem der Stellwerte (14, 15) korrespondierende, mittels einer Dämpfercharakteristik (40) des jeweiligen Schwingungsdämpfers ermittelte Dämpferkraft eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine zur Schätzung der Aufbaumasse (21) benötigte Dämpfergeschwindigkeit (20) aus der Einfederung (19) geschätzt wird und zur Reduktion eines Einflusses einer Quer- und/oder Längsbeschleunigung (32, 33) des Kraftfahrzeugs (18) auf die Schätzung der Aufbaumasse (21) die jeweils mittels eines Sensors eines Fahrdynamikreglers erfasste Quer- und/oder Längsbeschleunigung (32, 33) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Ermittlung der Straßenunebenheitsklasse (22) ein Schwellenwertzähler verwendet wird, der mit einer vorbestimmten Rate einen zu einer Beschleunigung der Aufbaumasse (21) oder zu einer Dämpfergeschwindigkeit eines Schwingungsdämpfers des Kraftfahrzeugs korrespondierenden Wert erfasst, und signalisiert, falls dieser Wert zumindest einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, und in vorbestimmten Zeitschritten ein Häufigkeitswert (53) gebildet wird, der anzeigt, wie häufig der Schwellenwert in einem bestimmten Zeitintervall überschritten wurde und aus dem Häufigkeitswert (53) die Straßenunebenheitsklasse (22) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Werte, die im Zeitintervall weiter zurückliegen, für die Berechnung des Häufigkeitswertes (53) um einen Verringerungsfaktor skaliert werden, sodass weiter zurückliegende Werte bei der Ermittlung der Straßenunebenheitsklasse (22) einen geringeren Einfluss haben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Kraftfahrzeug (18) je ein Schwingungsdämpfer an einem Vorderrad und einem Hinterrad bereitgestellt ist und eine Dämpferkraft des Schwingungsdämpfers am Hinterrad in einer Vorausschau in Abhängigkeit eines Dämpfvorganges am Vorderrad und einer Fahrgeschwindigkeit (23) eingestellt wird.
Steuervorrichtung (10) für einen jeweiligen bezüglich der Dämpferkraft einstellbaren Schwingungsdämpfer zumindest eines Rades eines Kraftfahrzeugs (18), dadurch gekennzeichnet, dass eine Prozessoreinrichtung der Steuervorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Kraftfahrzeug (18) mit Rädern, von denen zumindest eines über einen bezüglich der Dämpferkraft einstellbaren Schwingungsdämpfer mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass je Schwingungsdämpfer eine Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 6 bereitgestellt ist.