DE102019206506A1 - Classification of road anomalies - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum dynamischen Steuern von mindestens einem Stellglied zum Einstellen von Zugdämpfungskräften und von Druckdämpfungskräften eines Schwingungsdämpfers auf der Basis eines Klassifizierens von Fahrbahnanomalitäten, wobei das Stellglied in Abstimmung zwischen einer durchschnittlichen Einstellung des Stellglieds beim Überwinden von Fahrbahnanomalitäten und einer Kraftanforderung an das Stellglied auf der Basis der Klassifizierung verstellt werden. Es wird weiterhin ein Kraftfahrzeug zum Ausführen des Verfahrens bereitgestellt.The invention relates to a method for dynamically controlling at least one actuator for setting tension damping forces and pressure damping forces of a vibration damper on the basis of a classification of roadway anomalies, the actuator being in coordination between an average setting of the actuator when overcoming roadway anomalies and a force requirement on the actuator adjusted based on the classification. A motor vehicle for carrying out the method is also provided.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Steuern von mindestens einem Stellglied eines Schwingungsdämpfers auf der Basis eines Klassifizierens von Fahrbahnanomalitäten, sowie ein Kraftfahrzeug zum Ausführen des Verfahrens.The invention relates to a method for dynamically controlling at least one actuator of a vibration damper on the basis of a classification of roadway anomalies, as well as a motor vehicle for carrying out the method.
Beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten werden Schwingungen der Räder erzeugt, durch die die Aufstandskraft des entsprechenden Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn variiert. Dadurch kann die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs gemindert werden. Um die Schwingungen möglichst schnell abklingen zu lassen, werden in der Radaufhängung Schwingungsdämpfer bereitgestellt.When driving over bumps in the road, vibrations of the wheels are generated, as a result of which the contact force of the corresponding vehicle with respect to the road varies. This can reduce the controllability of the vehicle. In order to let the vibrations subside as quickly as possible, vibration dampers are provided in the wheel suspension.
Fahrzeuge umfassen häufig aktive, semi- und/oder adaptive Aufhängungssysteme der Räder, um besonders vertikale Bewegungen der Räder zu steuern. Dabei werden die Aufhängungsmerkmale, wie z.B. Dämpfung und Steifigkeit, selektiv an anormale Fahrbahnzustände angepasst. Ein adaptives Aufhängungssystem ist z.B. das Continuously Controlled Damping (CCD) von FORD. Um einen möglichst hohen Komfort für die Fahrzeuginsassen bereitzustellen, werden die Dämpfungen der Schwingungsdämpfer auf ein relativ niedriges Niveau eingestellt. Niedrig eingestellte Dämpfungen führen jedoch zu höheren vertikalen Lasten, wenn das Fahrzeug eine Fahrbahnanomalität, worunter eine Abweichung von der Ebenheit einer Fahrbahnoberfläche, beispielsweise eine Auswölbung o.ä. zu verstehen ist, durchfährt und auf den Rand der Fahrbahnanomalität trifft, der sie in Fahrtrichtung zur dahinterliegenden Fahrbahn abgrenzt.Vehicles often include active, semi- and / or adaptive suspension systems for the wheels in order to control vertical movements of the wheels in particular. The suspension features, such as Damping and stiffness, selectively adapted to abnormal road conditions. An adaptive suspension system is e.g. Continuously Controlled Damping (CCD) from FORD. In order to provide the greatest possible comfort for the vehicle occupants, the damping of the vibration dampers is set to a relatively low level. However, damping settings that are set low lead to higher vertical loads if the vehicle has an abnormality in the road, including a deviation from the evenness of a road surface, for example a bulge or the like. is to be understood, drives through and hits the edge of the road anomaly, which delimits it in the direction of travel from the road behind it.
Zum Einstellen eines Dämpfungsgrades werden Stellglieder zum Regeln von Dämpferkräften verwendet. Diese Stellglieder können z.B. Ventile sein, darum werden sie häufig allgemein als Ventile bezeichnet. Zum Regeln von Dämpferkräften, die Zugkräften entgegenwirken, werden Zugstellglieder bzw. Zugventile in den Schwingungsdämpfern angeordnet. Zum Regeln von Dämpferkräften, die Druckkräften entgegenwirken, werden Druckstellglieder bzw. Druckventile in den Schwingungsdämpfern angeordnet. In der Druckschrift
Herkömmliche Verfahren zum Kamera-basierten Steuern von Schwingungsdämpfern unterscheiden nicht ausreichend zwischen verschiedenen Größenordnungen der Erscheinungsformen von Fahrbahnanomalitäten. Dies führt zu mangelnder Kontrolle über das Fahrzeug und verringert den Reisekomfort. Es besteht die Aufgabe, den Fahrkomfort beim Passieren von Fahrbahnanomalitäten weiter zu erhöhen.Conventional methods for camera-based control of vibration dampers do not sufficiently differentiate between different orders of magnitude of the manifestations of roadway anomalies. This leads to a lack of control over the vehicle and reduces travel comfort. The task is to further increase the driving comfort when passing road anomalies.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Nebenanspruch und den Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Die besagten Ausführungsformen und Gegenstände der Ansprüche sind dabei in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.This object is achieved by a method with the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer semiaktiven Aufhängung mindestens eines Rades eines Fahrzeugs, die eine Anordnung eines Schwingungsdämpfers mit mindestens einem Stellglied umfasst, das mittels mindestens einem Aktuator in verschiedenen Stufen oder stufenlos zwischen einer härtesten und einer weichsten Einstellung verstellt werden kann, und wobei das Fahrzeug mindestens einen Sensor zum Erfassen von Fahrbahnanomalitäten und mindestens eine mit dem Sensor und dem Aktuator verbundene Steuerungseinrichtung aufweist, mit den Schritten:
- - Bewegen des Fahrzeugs,
- - Erfassen einer Fahrbahnanomalität in der in Bewegungsrichtung des Fahrzeugs vorausliegenden Fahrbahnoberfläche,
- - Klassifizieren der Fahrbahnanomalität in Bezug auf die senkrechte Dimension h der Fahrbahnanomalität, den Gradienten G der Flanken der Fahrbahnanomalität sowie die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs,
- - Berechnen einer Kraftanforderung FR an das Stellglied, die der Klassifizierung der Fahrbahnanomalität entspricht,
- - Abstimmen der Kraftanforderung FR mit einer aktuellen Einstellung Fs des Stellglieds,
- - Verstellen des Stellglieds in Abhängigkeit von der Klassifizierung der Fahrbahnanomalität.
- - moving the vehicle,
- - Detection of a road anomaly in the road surface ahead in the direction of movement of the vehicle,
- - Classification of the road anomaly in relation to the vertical dimension h of the road anomaly, the gradient G of the edges of the road anomaly and the speed v of the vehicle,
- - Calculation of a force requirement F R on the actuator that corresponds to the classification of the road anomaly,
- - Matching the force requirement F R with a current setting Fs of the actuator,
- - Adjustment of the actuator depending on the classification of the road anomaly.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft, weil das Klassifizieren einer entdeckten Fahrbahnanomalität ein Anpassen der Schwingungsdämpfung an die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche ermöglicht. Vorteilhafterweise werden dabei die Charakteristika von Fahrbahnanomalitäten und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs berücksichtigt, den unterschiedliche Fahrbahnunebenheiten haben bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten verschiedene Auswirkungen auf das Kraftfahrzeug. Auch erlaubt das Verfahren vorteilhaft einen allmählichen Übergang zwischen verschieden Härten der Einstellungen der besagten Stellglieder eines Schwingungsdämpfers. Dadurch wird das Material des Kraftfahrzeugs geschont und für die Insassen des Kraftfahrzeugs ein höherer Komfort bereitgestellt.The method according to the invention is advantageous because the classification of a detected road anomaly enables the vibration damping to be adapted to the condition of the road surface. Advantageously, the characteristics of roadway anomalies and the speed of the motor vehicle are taken into account, since different road bumps have different effects on the motor vehicle at different speeds. The method also advantageously allows a gradual transition between different degrees of hardness of the settings of the said actuators of a vibration damper. This protects the material of the motor vehicle and for the Occupants of the motor vehicle provided greater comfort.
Eine Fahrbahn ist z.B. eine asphaltierte Straße, eine betonierte Straße, eine gepflasterte Straße, eine unbefestigte Straße o.ä. Das Verfahren ist dabei nicht nur für asphaltierte Fahrbahn vorgesehen, sondern für jede Art von Untergrund, auf denen sich ein Fahrzeug, besonders ein Kraftfahrzeug, bewegen kann. Das Verfahren kann auch mit aktiven Aufhängungen durchgeführt werden.A roadway is e.g. an asphalt road, a concrete road, a paved road, a dirt road, or the like. The method is not only intended for asphalt roads, but for any type of surface on which a vehicle, especially a motor vehicle, can move. The procedure can also be carried out with active suspensions.
Die Fahrbahnanomalität ist hier eine örtlich begrenzte Erhöhung der Fahrbahnoberfläche, z.B. in Form einer Auswölbung einer Asphaltdecke, eines Huckels, einer Bodenwelle oder einer Fahrbahnschwelle.The road anomaly here is a localized increase in the road surface, e.g. in the form of a bulge in an asphalt surface, a hump, a bump or a road threshold.
Die senkrechte Dimension h Fahrbahnbezieht sich auf die Höhe der Fahrbahnanomalität. Der Gradient G der Flanken bezieht sich auf den Grad der Neigung an der ansteigenden Flanke der Fahrbahnanomalität. Die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs bezieht sich auf die zurückgelegte Wegstrecke pro Zeiteinheit, mit der sich das Fahrzeug auf die Fahrbahnanomalität zubewegt.The vertical dimension h lane relates to the height of the lane anomaly. The gradient G of the flanks relates to the degree of inclination on the rising flank of the road anomaly. The speed v of the vehicle relates to the distance covered per unit of time with which the vehicle is moving towards the abnormal lane.
Vorzugsweise wird die Kraftanforderung FR mit den Eigenschaften des Fahrzeugs abgestimmt. Das ist vorteilhaft, weil jedes Fahrzeug bzw. Fahrzeugtyp spezifische Eigenschaften in Bezug auf Material und Bauteile aufweist.The force requirement F R is preferably coordinated with the properties of the vehicle. This is advantageous because every vehicle or vehicle type has specific properties in terms of material and components.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Klassifizierung mittels der Formel
Bevorzugt wird in dem Verfahren die Einstellung des Stellglieds nach
Vorzugsweise wird für eine Klassifizierung R unterhalb eines ersten Schwellenwertes R1 das Stellglied nicht verstellt.The actuator is preferably not adjusted for a classification R below a first threshold value R 1 .
Vorzugsweise wird das Stellglied bei einer Klassifizierung R oberhalb des ersten Schwellenwertes R1 bis zum Erreichen eines zweiten Schwellenwertes R2 in eine härtere Einstellung relativ zur durchschnittlichen Einstellung bei einer Zugwirkung verstellt, falls es unter Zug steht, und in eine weichere Einstellung relativ zur durchschnittlichen Einstellung bei einer Druckwirkung verstellt, falls es unter Druck steht. Dabei wird die Einstellung jeweils stufenweise oder graduell von 0 bis 100% relativ zur durchschnittlichen Einstellung geändert, bis die Klassifizierung den zweiten Schwellenwert R2 erreicht. Durch das stufenweise bzw. graduelle Verstellen wird vorteilhaft ein allmählicher Übergang zwischen einem leichten Verstellen und harten Verstellen gewährleistet. 100% entsprechen dabei der härtesten bzw. weichsten Einstellung relativ zur durchschnittlichen Einstellung bei Zug- bzw. Druckwirkung. Das Stellglied ist mit mindestens einem Sensor gekoppelt, der auf der Basis von Beschleunigung und/oder Dämpfungshöhe eine Zug- oder Druckwirkung im Bereich des Stellglieds feststellt bzw. misst.In the case of a classification R above the first threshold value R 1 , the actuator is preferably adjusted to a harder setting relative to the average setting during a pulling action, if it is under tension, and to a softer setting relative to the average setting, until a second threshold value R 2 is reached adjusted when there is pressure if it is under pressure. The setting is changed in steps or gradual from 0 to 100% relative to the average setting until the classification reaches the second threshold value R 2 . The step-by-step or gradual adjustment advantageously ensures a gradual transition between easy adjustment and hard adjustment. 100% corresponds to the hardest or softest setting relative to the average setting for pulling or pushing. The actuator is coupled to at least one sensor which, on the basis of acceleration and / or the amount of damping, determines or measures a tensile or compressive effect in the area of the actuator.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn für eine Klassifizierung R oberhalb des zweiten Schwellenwertes R2 das Stellglied in seine härteste Einstellung verstellt wird, falls es unter Zug steht, und in seine weichste Einstellung verstellt wird, falls es unter Druck steht, bis ein dritter Schwellenwert R3 erreicht wird. Bei einer Klassifizierung oberhalb des dritten Schwellenwertes R3 wird die Einstellung des Stellglieds vorzugsweise nicht verstellt. Dabei wird der dritte Schwellenwert R3 derart gewählt, dass er einem besonders hohen Wert mindestens eines Parameters entspricht, d.h. der Höhe, des Gradienten oder der Geschwindigkeit, der unter den üblicherweise herrschenden Fahrbahnbedingungen nicht erreicht wird. Dies ist z.B. der Fall bei einer Höhe von 1 m und/oder einem Gradienten von 85%. Bei Erreichen des dritten Schwellenwertes R3 wird daher von einer Fehlfunktion des Sensors zum Erfassen von Fahrbahnanomalitäten ausgegangen, der Wert als FALSCH eingeordnet und das Verfahren nicht weitergeführt. Der Sensor zum Erfassen von Fahrbahnanomalitäten ist z.B. eine Kamera, oder basiert auf RADAR, LIDAR, Ultraschall, Laser, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder anderen Technologien.It is also preferred if, for a classification R above the second threshold value R 2, the actuator is adjusted to its hardest setting, if it is under tension, and to its softest setting, if it is under pressure, until a third threshold value R. 3 is reached. In the case of a classification above the third threshold value R 3 , the setting of the actuator is preferably not adjusted. The third threshold value R 3 is selected in such a way that it corresponds to a particularly high value of at least one parameter, ie the altitude, the gradient or the speed, which is not reached under the roadway conditions that are usually present. This is the case, for example, at a height of 1 m and / or a gradient of 85%. When the third threshold value R 3 is reached, a malfunction of the sensor for detecting roadway anomalies is therefore assumed, the value is classified as FALSE and the method is not continued. The sensor for detecting roadway anomalies is, for example, a camera, or is based on RADAR, LIDAR, ultrasound, laser, vehicle-to-vehicle communication or other technologies.
Das Verfahren ist dabei nicht auf die besagten drei Schwellenwerte beschränkt. Es ist möglich, eine beliebige weitere Anzahl von Schwellenwerten zu definieren, um die Einstellung des Stellglieds in Abhängigkeit von der Klassifizierung der Straßenanomalität zu steuern.The method is not limited to the three threshold values mentioned. It is possible to have any other number of thresholds to control the setting of the actuator depending on the classification of the road anomaly.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren mit einem Schwingungsdämpfer durchgeführt, der mindestens ein Zugstellglied und mindestens ein Druckstellglied umfasst.In a preferred embodiment, the method is carried out with a vibration damper which comprises at least one tension actuator and at least one pressure actuator.
Besonders bevorzugt wird die Einstellung für das Druckstellglied nach
Vorzugsweise werden in dem Verfahren bei einer Klassifizierung unterhalb eines ersten Schwellenwertes R1 das Druckstellglied und das Zugstellglied nicht verstellt.In the method, when the classification is below a first threshold value R 1, the pressure actuator and the tension actuator are preferably not adjusted.
Vorzugsweise werden bei einer Klassifizierung oberhalb des ersten Schwellenwertes R1 bis zum Erreichen eines zweiten Schwellenwertes R2 das Druckstellglied stufenweise oder graduell in eine relativ zur normalen durchschnittlichen Einstellung um eine 0 - 100% weichere und das Zugstellglied in eine relativ zur normalen durchschnittlichen Einstellung um eine 0 - 100% härtere Einstellung verstellt. Vorteilhafterweise wird dadurch beim Überwinden relativ kleiner Hindernisse bzw. geringen Geschwindigkeiten energiesparend nur geringfügig gegengesteuert.Preferably, with a classification above the first threshold value R 1 until a second threshold value R 2 is reached, the pressure actuator is gradually or gradually into a setting relative to the normal average setting that is 0-100% softer and the tension actuator is set to a setting relative to the normal average setting by one 0 - 100% harder setting adjusted. Advantageously, only slight countermeasures are taken when overcoming relatively small obstacles or low speeds in an energy-saving manner.
Vorzugsweise wird für eine Klassifizierung R oberhalb des zweiten Schwellenwertes R2 bis zum Erreichen eines dritten Schwellenwertes R3 das Druckstellglied in seine weichste Einstellung und das Zugstellglied in seine härteste Einstellung verstellt. Vorteilhafterweise wird dadurch beim Überwinden relativ großer Hindernisse bzw. hohen Geschwindigkeiten das Material des Fahrzeugs geschont und der Reisekomfort erhöht.For a classification R above the second threshold value R 2, the pressure actuator is preferably adjusted to its softest setting and the tension actuator is adjusted to its hardest setting until a third threshold value R 3 is reached. Advantageously, when overcoming relatively large obstacles or high speeds, the material of the vehicle is spared and travel comfort is increased.
Vorzugsweise wird für eine Klassifizierung R oberhalb eines dritten Schwellenwertes R3 die Einstellungen von Druckstellglied und Zugstellglied nicht verstellt.For a classification R above a third threshold value R 3, the settings of the push actuator and pull actuator are preferably not adjusted.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einer semi-aktiven Aufhängung mindestens eines Rades eines Fahrzeugs, die eine Anordnung eines Schwingungsdämpfers mit mindestens einem Stellglied umfasst, das mittels mindestens einem Aktuator in verschiedenen Stufen oder stufenlos zwischen einer härtesten und einer weichsten Einstellung verstellt werden kann, und die mindestens einen Sensor zum Erfassen von Fahrbahnanomalitäten und mindestens eine mit dem Sensor und dem Aktuator verbundene Steuerungseinrichtung aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zu steuern.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle with a semi-active suspension of at least one wheel of a vehicle, which comprises an arrangement of a vibration damper with at least one actuator, which by means of at least one actuator in different stages or continuously between a hardest and a softest setting can be adjusted, and which has at least one sensor for detecting roadway anomalies and at least one control device connected to the sensor and the actuator, the control device being designed to control a method according to the invention.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung des Schwingungsdämpfers mindestens ein Zugstellglied und mindestens ein Druckstellglied auf.The advantages of the motor vehicle according to the invention correspond to the advantages of the method according to the invention. In a preferred embodiment, the arrangement of the vibration damper has at least one tension actuator and at least one pressure actuator.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. -
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. -
3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugrades in Annäherung an eine Fahrbahnanomalität zur Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
5 eine tabellarische Zusammenstellung von Auswölbungen mit unterschiedlichen Parametern und Klassifizierungen.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the arrangement according to the invention. -
2 a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention. -
3 a flow chart of an embodiment of the method according to the invention. -
4th a schematic representation of a vehicle wheel approaching a road anomaly to illustrate the method according to the invention. -
5 a tabular compilation of bulges with different parameters and classifications.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
Dabei ist die Darstellung als Einrohrdämpfer
Durch einen zweiten Kolben, den sogenannten Trennkolben
Teil der Anordnung
In einem Verfahren zum Steuern eines semi-aktiven Aufhängungssystems gemäß dem Flussdiagramm gemäß
In einem zweiten Schritt
Die Höhe h weist einen höheren Wert auf als einen Schwellenwert der Höhe hmin, die mit 2,5 cm angegeben wird, so dass das Verfahren weiterläuft. In einem dritten Schritt
Zum Klassifizieren der Auswölbung
In einem vierten Schritt
In einem sechsten Schritt
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden folgende Werte gemessen: für die Höhe h 15 cm, den Gradienten G 30% und die Geschwindigkeit v 30 km/h. Diese werden in die Formel (I) eingesetzt. Dabei wird für die Auswölbung eine Klassifizierung R = 20,25 ermittelt, die über dem zweiten Schwellenwert R2, aber unter einem dritten Schwellenwert R3 liegt. In diesem Fall wird das Verfahren sofort zu Schritt
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden folgende Werte gemessen: für die Höhe h 1 m, für den Gradienten G 10% und für die Geschwindigkeit 30 km/h. Diese werden in die Formel (I) eingesetzt. Dabei wird für die Auswölbung eine Klassifizierung R = 300 ermittelt, die über dem dritten Schwellenwert R3 liegt. Dieser Wert wird als FALSCH, weil mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einer Fehlfunktion der Kamera beruhend, interpretiert. Das Verfahren wird daher zu Schritt
Mit einer Anordnung gemäß
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Anordnungarrangement
- 22
- SchwingungsdämpferVibration damper
- 33
- Zylindercylinder
- 44th
- ÖlvorratsraumOil storage room
- 55
- erster Kolbenfirst piston
- 66th
- Arbeitsraumworking space
- 77th
- ZugstellgliedPull actuator
- 7a7a
- Aktuator des ZugstellgliedsPull actuator actuator
- 88th
- DruckstellgliedPressure actuator
- 8a8a
- Aktuator des DruckstellgliedsActuator of the pressure actuator
- 99
- TrennkolbenSeparating piston
- 1010
- GaspolsterGas cushion
- 1111
- KolbenstangePiston rod
- 1212
- Karosseriebody
- 1313
- Radwheel
- 1414th
- SteuerungseinrichtungControl device
- 1515th
- Sensorsensor
- 1919th
- StraßenoberflächeRoad surface
- 2020th
- AuswölbungBulge
- 2121st
- ansteigende Flankerising edge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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