DE102018200442B3

DE102018200442B3 - Kompensationsverfahren für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018200442B3
Application number: DE102018200442.0A
Authority: DE
Inventors: Marcus Kalabis; Martin Saeger; Michael Seemann; Felix Weinreich; Simon Baales; Alex FISCHER; Matthias Dehmel; Uwe Hoffmann
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2038-01-13
Also published as: CN110027377A; US20190217678A1

Abstract

Es wird ein Kompensationsverfahren (20) zur Vermeidung einer Hüpfbewegung eines Rades (15) eines Kraftfahrzeugs (10) bereitgestellt. Das Kraftfahrzeug (10) umfasst eine an einer gefederten Masse (11) beweglich angebrachten ungefederte Masse (m), wobei die ungefederte Masse (m) das Rad (15) umfasst, und einen Aktuator (16), der ausgebildet ist, eine Kraft (K) zwischen der gefederten Masse (11) und der ungefederten Masse (m) aufzubringen. Erfindungsgemäß wird bei dem Kompensationsverfahren (20) bei einer Bewegung der ungefederten Masse (m) relativ zur gefederten Masse (11) in einer Kraftaufbringung (23) mittels Steuerung des Aktuators (16) eine Kraft (K) zwischen der gefederten Masse (11) und der ungefederten Masse (m) zur Dämpfung der Bewegung aufgebracht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung einer Hüpfbewegung eines Rades eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug zur Ausübung des Kompensationsverfahrens.
Es ist aus der DE 11 2012 007 083 T5 ein Verfahren zur Kompensation von Beeinträchtigungen der Geradeausfahrt eines Kraftfahrzeugs während des Befahrens einer quer zur Straßenlängsrichtung geneigten und/oder gewölbten Straße bekannt, welche eine Geschwindigkeitsregelung für ein automatisch gelenktes Kraftfahrzeug offenbart, die eine Wanksteuerung zur Minderung des Neigungswinkels auf einer zur Seite geneigten Straße beinhaltet, wobei die Straßenneigung mittels Sensoren ermittelt wird.
Aus der DE 10 2008 046 876 A1 ist ein Kompensationsverfahren zur Vermeidung einer Hüpfbewegung eines Rades eines Kraftfahrzeugs mit einer an einer gefederten Masse beweglich angebrachten ungefederten Masse bekannt, wobei die ungefederte Masse das Rad umfasst, und einem Aktuator, der ausgebildet ist, eine Kraft zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Masse aufzubringen, wobei bei einer Bewegung der ungefederten Masse relativ zur gefederten Masse in einer Kraftaufbringung mittels Steuerung des Aktuators eine Kraft zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Masse zur Dämpfung der Bewegung aufgebracht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kompensationsverfahren und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit denen eine Hüpfbewegung eines Rades des Kraftfahrzeugs verhindert wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kompensationsverfahren nach Anspruch 1 sowie einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Kompensationsverfahren ist zur Vermeidung einer Hüpfbewegung eines Rades eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, das eine an einer gefederten Masse beweglich angebrachte ungefederte Masse aufweist, wobei die ungefederte Masse das Rad umfasst, und einen Aktuator aufweist, der ausgebildet ist, eine Kraft zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Masse aufzubringen Beim dem erfindungsgemäßen Kompensationsverfahren wird bei einer Bewegung der ungefederten Masse relativ zur gefederten Masse in einer Kraftaufbringung mittels Steuerung des Aktuators eine Kraft zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Masse zur Dämpfung der Bewegung aufgebracht.
Dadurch kann das Verhalten des Fahrwerks und damit das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beeinflusst werden.
Zur Steuerung des Aktuators wird eine Übertragungsfunktion $G_{F} (s) = \frac{a_{A 1} a_{P 2} s^{3} + (a_{A 1} a_{P 1} + a_{A 0} a_{P 2}) s^{2} + (a_{A 1} a_{P 0} + a_{A 0} a_{P 1}) s + a_{A 0} a_{P 0}}{b_{A 2} b_{P 2} s^{4} + (b_{A 2} b_{P 1} + b_{A 1} b_{P 2}) s^{3} + (b_{A 2} b_{P 0} + b_{A 1} b_{P 1} + b_{A 0} b_{P 2}) s^{2} + (b_{A 1} b_{P 0} + b_{A 0} b_{P 1}) s + b_{A 0} b_{P 0}}$
verwendet.
Diese Gleichung ist das Produkt von zwei Gleichungen. $G_{F} (s) = G_{A} (s) \cdot G_{P} (s)$
wobei $G_{A} (s) = \frac{a_{A 1} s + a_{A 0}}{b_{A 2} s^{2} + b_{A 1} s + b_{A 0}}$
und $G_{P} (s) = \frac{a_{P 2} s^{2} + a_{P 1} s + a_{P 0}}{b_{P 2} s^{2} + b_{P 1} s + b_{P 0}}$
Dadurch kann sowohl die Amplitude als auch die Phase des Signals beeinflusst werden. Der Vorteil liegt darin, dass beide Gleichungen für sich allein einfacher parametriert werden können. Es ist deutlich handlicher, als der alternative Vorgang, ein Polynom fünfter Ordnung empirisch darzustellen.
In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Kompensationsverfahrens wird die Kraft in Abhängigkeit einer Frequenz der Bewegung der ungefederten Masse aufgebracht.
Dadurch ist eine gezieltere Einflussnahme nach Art der Bewegung möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsverfahren wird für die Steuerung des Aktuators die Übertragungsfunktion $G_{A} (s) = \frac{2 \frac{δ}{ω_{0}} s + 1}{\frac{1}{ω_{0}^{2}} s^{2} + 2 \frac{δ}{ω_{0}} s + 1}$
verwendet, wobei $δ = \frac{d}{2 m} ist und ω_{0} = \sqrt{\frac{c}{m}}$
ist und wobei m die ungefederte Masse ist und c eine Reifenfedersteifigkeit ist und d ein Reifendämpfungskoeffizient ist.
Diese Gleichung beschreibt die Amplitude eines Signals als Funktion der Anregungsfrequenz. Durch Verwendung dieser Gleichung kann die Amplitude des Signals angepasst werden und damit eine frequenzabhängige Dämpfkraft aufgebracht werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsverfahren wird für die Steuerung des Aktuators die Übertragungsfunktion $G_{P} (s) = \frac{a_{P 2} s^{2} + a_{P 1} s + a_{P 0}}{b_{P 2} s^{2} + b_{P 1} s + b_{P 0}}$
verwendet.
Diese Gleichung beschreibt die Manipulation der Signalphase bei möglichst unveränderter Amplitude. Durch Verwendung dieser Gleichung kann die Phase des Signals angepasst werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist ausgebildet, das erfindungsgemäße Kompensationsverfahren in allen Ausführungsvarianten auszuüben. Das Kraftfahrzeug umfasst eine gefederte Masse und zumindest eine ungefederte Masse und einem Aktuator, der ausgebildet ist, eine Kraft zwischen der gefederten Masse und der ungefederten Masse aufzubringen.
Damit ist ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches bei Ausübung des erfindungsgemäßen Kompensationsverfahrens von dessen Vorteilen profitiert und ein verbessertes Fahrverhalten aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der Aktuator elektrisch betrieben.
Damit ist es ermöglicht, die Steuerungssignale möglichst schnell umzusetzen.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung und den Abbildungen ersichtlich. Die Erfindung wird anhand der Abbildungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung;
2 ein erfindungsgemäßes Kompensationsverfahren in einer beispielhaften Ausführung; und
3 beispielhafte Kurvenverläufe der Gleichungen A, P und F in einem Bode-Diagramm.

In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist, wie es üblich ist, eine gefederte Masse 11 und zumindest eine ungefederte Masse m auf. Die ungefederte Masse m ist hierbei beweglich an der ungefederten Masse 11 angebracht. Die ungefederte Masse m wirkt während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 ungefedert auf die Fahrbahn. Die Federung der gefederten Masse 11 wird hierbei durch ein Fahrwerk 13 erreicht, welches zumindest ein Rad 15 des Kraftfahrzeugs 10 gegen die gefederte Masse 11 abstützt. Teil des Fahrwerks 13 ist hierbei eine Radaufhängung 14 und ein Aktuator 16, der ausgebildet ist, eine variierende Kraft K zwischen der gefederten Masse 11 und der ungefederten Masse m aufzubringen. Der Aktuator 16 ist insbesondere elektrisch betrieben.
Das Kraftfahrzeug 10 ist ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Kompensationsverfahren 20 auszuüben. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug 10 eine Steuereinheit zum Steuern des Kompensationsverfahrens 20 auf.
Das Kompensationsverfahren 20 ist in einer beispielhaften Ausführung in der 2 in einem Diagramm dargestellt. Das Kompensationsverfahren 20 ist eine Steuerung, bei der eine vordefinierte Übertragungsfunktion verwendet wird.
In dem erfindungsgemäß Kompensationsverfahren 20 wird der Aktuator 16 des Kraftfahrzeugs 10 in der Weise gesteuert, dass die ungefederte Masse m bei einer Bewegung relativ zur gefederten Masse 11 gedämpft wird. Der Aktuator 16 bringt dazu eine Kraft K zwischen der ungefederten Masse m und der gefederten Masse 11 auf. Die Kraft K ist über die Zeit veränderbar und kann eine Zugkraft und/oder eine Druckkraft sein.
Die Kraft K wird insbesondere in Abhängigkeit der Frequenz der Bewegung der ungefederten Masse m aufgebracht. Insbesondere wird in der Steuerung zur Aufbringung der Kraft K eine Gleichung A als Übertragungsfunktion verwendet, wobei die Gleichung A lautet: $G_{A} (s) = \frac{a_{A 1} s + a_{A 0}}{b_{A 2} s^{2} + b_{A 1} s + b_{A 0}} = \frac{2 \frac{δ}{ω_{0}} s + 1}{\frac{1}{ω_{0}^{2}} s^{2} + 2 \frac{δ}{ω_{0}} s + 1}$
Hierbei ist $δ = \frac{d}{2 m}, ω_{0} = \sqrt{\frac{c}{m}}$
und m = ungefederte Masse, c = Reifenfedersteifigkeit, d = Reifendämpfungskoeffizient. Das Symbol s bezeichnet die Frequenz, a ist ein Koeffizient der Summanden des Zählers und b ist ein Koeffizient der Summenden des Nenners. Die Gleichung A ist in der 3 in als Graph dargestellt.
Es ist im Kompensationsverfahren 20 auch möglich, dass eine Gleichung P als Übertragungsfunktion in der Steuerung des Aktuators 16 verwendet wird. Die Gleichung P lautet: $G_{P} (s) = \frac{a_{P 2} s^{2} + a_{P 1} s + a_{P 0}}{b_{P 2} s^{2} + b_{P 1} s + b_{P 0}}$
Die Gleichung P ist in der 3 in als Graph dargestellt. Die numerischen Werte der Koeffizienten von Gleichung P sind nicht physikalisch mit irgendwelchen Parametern verknüpft. Sie sind in der Weise vordefiniert, um das gewünschte dynamische Verhalten des gesamten Systems zu erreichen.
Bevorzugt wird als Übertragungsfunktion eine Gleichung F verwendet. Die Gleichung F beschreibt eine frequenzabhängige Radhüpfsteuerung mit einer Verzögerungskompensation. Gleichung F ist ein Produkt der Gleichung A und der Gleichung P. Gleichung F lautet: $\begin{array}{l} G_{F} (s) = G_{A} (s) \cdot G_{P} (s) \\ = \frac{a_{A 1} a_{P 2} s^{3} + (a_{A 1} a_{P 1} + a_{A 0} a_{P 2}) s^{2} + (a_{A 1} a_{P 0} + a_{A 0} a_{P 1}) s + a_{A 0} a_{P 0}}{b_{A 2} b_{P 2} s^{4} + (b_{A 2} b_{P 1} + b_{A 1} b_{P 2}) s^{3} + (b_{A 2} b_{P 0} + b_{A 1} b_{P 1} + b_{A 0} b_{P 2}) s^{2} + (b_{A 1} b_{P 0} + b_{A 0} b_{P 1}) s + b_{A 0} b_{P 0}} \end{array}$
Die Gleichung F ist ebenfalls in der 3 in als Graph dargestellt. Die Radhüpffrequenz ist vordefiniert. Die Radhüpffrequenz ist im Wesentlichen abhängig von der Größe der ungefederten Masse m, die gemessen und/oder berechnet wird, und der Reifenfedersteifigkeit, die berechnet und/oder gemessen wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten X, Y und/oder Z, enthält, kann die Zusammensetzung X alleine; Y alleine; Z alleine; X und Y in Kombination; X und Z in Kombination; Y und Z in Kombination; oder X, Y, und Z in Kombination enthalten.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
11: Gefederte Masse
m: Ungefederte Masse
13: Fahrwerk
14: Radaufhängung
15: Rad
16: Aktuator
K: Kraft
20: Kompensationsverfahren
A: Gleichung A
P: Gleichung P
F: Gleichung F

Claims

Kompensationsverfahren (20) zur Vermeidung einer Hüpfbewegung eines Rades (15) eines Kraftfahrzeugs (10) mit einer an einer gefederten Masse (11) beweglich angebrachten ungefederten Masse (m), wobei die ungefederte Masse (m) das Rad (15) umfasst, und einem Aktuator (16), der ausgebildet ist, eine Kraft (K) zwischen der gefederten Masse (11) und der ungefederten Masse (m) aufzubringen, wobei bei einer Bewegung der ungefederten Masse (m) relativ zur gefederten Masse (11) in einer Kraftaufbringung (23) mittels Steuerung des Aktuators (16) eine Kraft (K) zwischen der gefederten Masse (11) und der ungefederten Masse (m) zur Dämpfung der Bewegung aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung des Aktuators (16) eine Übertragungsfunktion $G_{F} (s) = \frac{a_{A 1} a_{P 2} s^{3} + (a_{A 1} a_{P 1} + a_{A 0} a_{P 2}) s^{2} + (a_{A 1} a_{P 0} + a_{A 0} a_{P 1}) s + a_{A 0} a_{P 0}}{b_{A 2} b_{P 2} s^{4} + (b_{A 2} b_{P 1} + b_{A 1} b_{P 2}) s^{3} + (b_{A 2} b_{P 0} + b_{A 1} b_{P 1} + b_{A 0} b_{P 2}) s^{2} + (b_{A 1} b_{P 0} + b_{A 0} b_{P 1}) s + b_{A 0} b_{P 0}}$
verwendet wird, wobei anhand einer Produktzerlegung der Übertragungsfunktion $G_{F} (s) = G_{A} (s) \cdot G_{P} (s)$
mit $G_{A} (s) = \frac{a_{A 1} s + a_{A 0}}{b_{A 2} s^{2} + b_{A 1} s + b_{A 0}}$
und $G_{P} (s) = \frac{a_{P 2} s^{2} + a_{P 1} s + a_{P 0}}{b_{P 2} s^{2} + b_{P 1} s + b_{P 0}}$
sowohl die Amplitude als auch die Phase beeinflusst werden.
Kompensationsverfahren (20) nach Anspruch 1, wobei die Kraft (K) in Abhängigkeit einer Frequenz (s) der Bewegung der ungefederten Masse (m) aufgebracht wird.
Kompensationsverfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die Steuerung des Aktuators (16) eine Übertragungsfunktion $G_{A} (s) = \frac{2 \frac{δ}{ω_{0}} s + 1}{\frac{1}{ω_{0}^{2}} s^{2} + 2 \frac{δ}{ω_{0}} s + 1}$
verwendet wird, wobei $δ = \frac{d}{2 m} ist und ω_{0} = \sqrt{\frac{c}{m}}$
ist und wobei m die ungefederte Masse ist und c eine Reifenfedersteifigkeit ist und d ein Reifendämpfungskoeffizient ist.
Kompensationsverfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die Steuerung des Aktuators (16) eine Übertragungsfunktion $G_{P} (s) = \frac{a_{P 2} s^{2} + a_{P 1} s + a_{P 0}}{b_{P 2} s^{2} + b_{P 1} s + b_{P 0}}$
verwendet wird.
Kraftfahrzeug (10) mit einer gefederten Masse (11) und zumindest einer ungefederten Masse (m) und einem Aktuator (16), der ausgebildet ist, eine Kraft (K) zwischen der gefederten Masse (11) und der ungefederten Masse (m) aufzubringen, wobei das Kraftfahrzeug (10) ausgebildet ist, das Kompensationsverfahren (20) nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 5, wobei der Aktuator (16) elektrisch betrieben ist.