DE102019213273B4 - System for roll stabilization of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
System zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen verstellbaren Wankstabilisator (1) mit einem Aktuator (2), der mit zwei Stabilisatorabschnitten (6a, 6b) antriebsverbunden ist und der betreibbar ist, diese um eine Rotationsachse (3) gegeneinander zu verdrehen, wobei die Stabilisatorabschnitte (6a, 6b) radial von der Rotationsachse (3) entfernt jeweils mit einer Radaufhängung (7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b) gekoppelt sind, so dass durch Ansteuerung des Aktuators (2) ein Wankverhalten des Kraftfahrzeugs beeinflussbar ist, gekennzeichnet durch eine Schutzeinrichtung, die betreibbar ist, anhand der Auswertung erfasster Höhenstandssignale (z7a, z7b) der Räder (7a, 7b) einen sich ankündigenden kritischen Betriebszustand des Aktuators (2) zu erkennen, wobei es sich bei dem kritischen Betriebszustand um einen Betrieb des Aktuators (2) mit übermäßig hoher Drehzahl handelt.System for the roll stabilization of a motor vehicle, having an adjustable roll stabilizer (1) with an actuator (2) which is drive-connected to two stabilizer sections (6a, 6b) and which can be operated to rotate them in relation to one another about an axis of rotation (3), the stabilizer sections (6a, 6b) radially away from the axis of rotation (3) are each coupled to a wheel suspension (7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b), so that the rolling behavior of the motor vehicle can be influenced by controlling the actuator (2). by a protective device that can be operated, based on the evaluation of recorded level signals (z7a, z7b) of the wheels (7a, 7b), to detect an impending critical operating state of the actuator (2), the critical operating state being an operation of the actuator (2) operates at excessively high speed.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Schutz eines Aktuators eines verstellbaren Wankstabilisators nach Anspruch 11.The invention relates to a system for the roll stabilization of a motor vehicle according to the features of claim 1 and a method for protecting an actuator of an adjustable roll stabilizer according to claim 11.
Aus der Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere der Fahrwerkstechnik, ist es bekannt, das Roll- bzw. Wankverhalten von Kraftfahrzeugen mittels sogenannter Wankstabilisatoren zu beeinflussen. Im Grundaufbau handelt es sich hierbei um eine im Wesentlichen C-förmige Drehstabfeder, die im mittigen Bereich drehbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau gelagert ist und deren äußere, sich gegenüberliegende Enden mittels Koppelelementen, sogenannten Pendelstützen, jeweils mit einer Radaufhängung gekoppelt sind. Durch diese Konstruktion sorgt der Wankstabilisator dafür, dass die Karosserie des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt nicht nur an der kurvenäußeren Seite einfedert (bedingt durch die Zentrifugalkraft), sondern dass zudem das kurveninnere Rad etwas abgesenkt wird. Wankstabilisatoren verbessern die Spurtreue des Fahrzeugs und vermindern die seitliche Neigung des Fahrzeugaufbaus (Wanken), wodurch Kurvenfahrten sicherer und komfortabler werden.It is known from motor vehicle technology, in particular chassis technology, to influence the roll or roll behavior of motor vehicles by means of so-called roll stabilizers. The basic structure is an essentially C-shaped torsion bar, which is mounted in the central area so that it can rotate relative to the vehicle body and whose outer, opposite ends are each coupled to a wheel suspension by means of coupling elements, so-called pendulum supports. With this construction, the roll stabilizer ensures that the body of the vehicle not only deflects on the outside of the curve when cornering (caused by the centrifugal force), but also that the wheel on the inside of the curve is lowered slightly. Roll stabilizers improve the vehicle's directional stability and reduce the lateral inclination of the vehicle body (roll), making cornering safer and more comfortable.
Zur weiteren Steigerung der Fahrzeugstabilität sowie des Fahrkomforts ist es bekannt, derartige Wankstabilisatoren verstellbar auszuführen. Der Wankstabilisator umfasst in diesem Fall einen Aktuator und ist in zwei mit Hilfe des Aktuators um eine Rotationsachse relativ zueinander verdrehbare Stabilisatorabschnitte geteilt. Durch Verdrehung der Stabilisatorabschnitte zueinander wird eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus gezielt erzeugt oder einer durch äußere Einflüsse hervorgerufenen Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus gezielt entgegengewirkt. Aus dem Stand der Technik sind verstellbare Wankstabilisatoren bekannt, deren Aktuator einen Elektromotor aufweist, der zur Erzielung geeigneter Drehzahlen bzw. Drehmomente mit einem mechanischen Getriebe, insbesondere in Bauform eines mehrstufigen Planetengetriebes in Antriebsverbindung steht. In diesem Zusammenhang sei beispielhaft auf
Bei einem System zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen verstellbaren Wankstabilisator mit einem Aktuator, der mit zwei Stabilisatorabschnitten antriebsverbunden ist und der betreibbar ist, diese um eine Rotationsachse gegeneinander zu verdrehen, wobei die Stabilisatorabschnitte radial von der Rotationsachse entfernt mit jeweils einer Radaufhängung gekoppelt sind, so dass durch Ansteuerung des Aktuators ein Wankverhalten des Kraftfahrzeugs beeinflussbar ist, können unter bestimmten Betriebsbedingungen kritische Betriebszustände für den Aktuator auftreten. Insbesondere wenn ein mit einem verstellbaren Wankstabilisator ausgestattetes Kraftfahrzeug über eine sogenannte „Schlechtwegstrecke“ fährt, das heißt einen Streckenabschnitt mit zahlreichen Fahrbahnunebenheiten, kann es zu einer äußeren Bewegungsanregung des verstellbaren Wankstabilisators kommen, die im ungünstigen Fall den verstellbaren Wankstabilisator beispielsweise im Bereich von dessen Eigenfrequenz anregt. In diesem Fall kommt es also dazu, dass die im Fahrbetrieb auf unebener Fahrbahn verursachten Höhenbewegungen der Räder, die mit dem verstellbaren Wankstabilisator gekoppelt sind, bedingt durch die mechanische Antriebsverbindung auf den Aktuator rückwirken. Wegen der innerhalb des Aktuators stattfindenden mechanischen Drehzahlübersetzung durch das regelmäßig vorhandene mehrstufige Planetengetriebe kann es in diesen Situationen dazu kommen, dass der im Aktuator befindliche Elektromotor auf eine sehr hohe Drehzahl beschleunigt wird, beziehungsweise diesem eine übermäßig hohe Drehzahl auferzwungen wird.In a system for roll stabilization of a motor vehicle, having an adjustable roll stabilizer with an actuator which is drive-connected to two stabilizer sections and which can be operated to rotate them about an axis of rotation in relation to one another, the stabilizer sections being coupled radially away from the axis of rotation with a wheel suspension in each case, so that a rolling behavior of the motor vehicle can be influenced by controlling the actuator, critical operating states for the actuator can occur under certain operating conditions. In particular, when a motor vehicle equipped with an adjustable roll stabilizer drives over what is known as a "rough road", i.e. a stretch of road with numerous bumps in the road, the adjustable roll stabilizer can be stimulated to move externally, which in the worst case scenario stimulates the adjustable roll stabilizer, for example in the range of its natural frequency . In this case, the height movements of the wheels, which are coupled to the adjustable roll stabilizer and which are caused when driving on an uneven road surface, have a retroactive effect on the actuator due to the mechanical drive connection. Because of the mechanical speed transmission that takes place within the actuator through the multi-stage planetary gear that is usually present, it can happen in these situations that the electric motor in the actuator is accelerated to a very high speed, or that an excessively high speed is imposed on it.
Eine solche Betriebssituation ist in verschiedener Hinsicht nachteilig. Zunächst können sehr hohe, insbesondere unzulässig hohe Motordrehzahlen zu einem Systemausfall führen, wenn sich beispielsweise bedingt durch die hohe Drehzahl eine Motorposition nicht mehr eindeutig erfassen lässt. Dies kann aufgrund des Überschreitens einer Abtastfrequenz am Motor-Lage-Sensor der Fall sein. Daneben kann bei zu hoher Drehzahl eine mechanische Beschädigung des Elektromotors auftreten. In jedem Fall nimmt mit zunehmend hoher Motordrehzahl - bedingt durch die Drehzahl- bzw. Drehmomentcharakteristik eines Elektromotors - ein mit dem Elektromotor erzeugbares Bremsmoment ab, so dass bei einer bereits vorliegenden hohen Motordrehzahl kein ausreichendes Bremsmoment mehr erzeugt werden kann, wodurch wiederum ein weiteres Ansteigen der Drehzahl nicht mehr verhindert werden kann.Such an operating situation is disadvantageous in various respects. First of all, very high engine speeds, in particular impermissibly high engine speeds, can lead to a system failure if, for example, a motor position can no longer be clearly detected due to the high speed. This may be due to the engine position sensor exceeding a sampling rate. In addition, mechanical damage to the electric motor can occur if the speed is too high. In any case, as the engine speed increases - due to the speed or torque characteristics of an electric motor - a braking torque that can be generated with the electric motor decreases, so that at an already high engine speed it is no longer possible to generate sufficient braking torque, which in turn leads to a further increase in the speed can no longer be prevented.
Aus
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit welchem sich ein kritischer Betriebszustand des Aktuators, insbesondere ein Betrieb mit übermäßig hoher Drehzahl zumindest frühzeitig erkennen lässt. Daneben soll ein Verfahren zum Schutz eines Aktuators eines verstellbaren Wankstabilisators angegeben werden.It is an object of the present invention to specify a system for roll stabilization of a motor vehicle of the type described above, with which a critical operating state of the actuator, in particular operation at an excessively high speed, can be detected at least early on. In addition, a method for protecting an actuator of an adjustable roll stabilizer is to be specified.
Die zuvor beschriebene Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein System zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1. Diese weist einen verstellbaren Wankstabilisator mit einem Aktuator auf, der mit zwei Stabilisatorabschnitten antriebsverbunden ist und der betreibbar ist, diese um eine Rotationsachse gegeneinander zu verdrehen, wobei die Stabilisatorabschnitte radial von der Rotationsachse entfernt jeweils mit einer Radaufhängung gekoppelt sind, so dass durch Ansteuerung des Aktuators ein Wankverhalten des Kraftfahrzeugs beeinflussbar ist. Gemäß den weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen zeichnet sich das System zur Wankstabilisierung durch eine Schutzeinrichtung aus, die betreibbar ist, anhand der Auswertung erfasster Höhenstandssignale der Räder einen sich ankündigenden kritischen Betriebszustand des Aktuators zu erkennen, wobei es sich bei dem kritischen Betriebszustand um einen Betrieb des Aktuators mit übermäßig hoher Drehzahl handelt.The object described above is initially achieved by a system for roll stabilization of a motor vehicle according to claim 1. This has an adjustable roll stabilizer with an actuator which is drive-connected to two stabilizer sections and which can be operated to rotate them in relation to one another about an axis of rotation, the stabilizer sections radially removed from the axis of rotation are each coupled to a wheel suspension, so that a rolling behavior of the motor vehicle can be influenced by controlling the actuator. According to the further features of the invention, the system for roll stabilization is characterized by a protective device that can be operated to detect an impending critical operating state of the actuator based on the evaluation of detected height signals of the wheels, the critical operating state being an operation of the actuator with excessively high speed.
Erfindungsgemäß wurde demnach zunächst erkannt, dass es beim Betrieb eines verstellbaren Wankstabilisators an einem Kraftfahrzeug in bestimmten Betriebssituationen, insbesondere beim Befahren von Schlechtwegstrecken zu äußeren Anregungen des verstellbaren Wankstabilisators kommen kann, die rückwirken auf den Aktuator des verstellbaren Wankstabilisators - und somit auch auf den über den Antriebsstrang mechanisch gekoppelten Elektromotor des Aktuators. Weiter wurde erkannt, dass ein Bedarf besteht, derartige Betriebssituationen möglichst frühzeitig, idealerweise vor Eintreten des kritischen Betriebszustands zu erkennen. Erfindungsgemäß wurde dafür eine in konstruktiver Hinsicht verhältnismäßig einfach umzusetzende Idee entwickelt, nämlich anhand einer Auswertung der erfassten Höhenstandssignale der Räder auf einen sich ankündigenden kritischen Betriebszustand des Aktuators zu schließen.According to the invention, it was therefore first recognized that when operating an adjustable roll stabilizer on a motor vehicle in certain operating situations, in particular when driving on rough roads, external excitations of the adjustable roll stabilizer can occur, which react on the actuator of the adjustable roll stabilizer - and thus also on the Drive train mechanically coupled electric motor of the actuator. It was also recognized that there is a need to identify such operating situations as early as possible, ideally before the critical operating state occurs. According to the invention, an idea that is relatively easy to implement in terms of design was developed for this purpose, namely to conclude on an impending critical operating state of the actuator on the basis of an evaluation of the detected level signals of the wheels.
Die Höhenstandssignale der Räder lassen sich auf verhältnismäßig einfache Weise über entsprechende Höhenstandssensoren erzeugen, welche bei bekannten Systemen zur Wankstabilisierung bzw. allgemein im Fahrwerk von Kraftfahrzeugen regelmäßig bereits vorhanden sind. Im Rahmen der Erfindung wurde eine Möglichkeit erkannt, anhand der erfassten Höhenstandssignale der Räder vorzeitig eine Situation zu erkennen, die das Potential hat, eine kritisch hohe Motordrehzahl am Elektromotor des Aktuators auszulösen. Eine vorzeitige Erkennung anhand geeigneter Kriterien, insbesondere basierend auf einer Auswertung der Höhenstandssignale der Räder, meint in diesem Zusammenhang eine Erkennung bereits vor Erreichen des kritischen Betriebszustands. Die Vorzeitigkeit („sich ankündigender kritischer Betriebszustand“) der Erkennung schafft eine Grundlage bzw. ermöglicht es vorteilhaft, eine vorbeugende Maßnahme einzuleiten, die idealerweise darauf abzielen kann, das Eintreten des kritischen Betriebszustands sogar noch zu vermeiden.The ride height signals of the wheels can be generated in a relatively simple manner via appropriate ride height sensors, which are regularly already present in known systems for roll stabilization or generally in the chassis of motor vehicles. Within the scope of the invention, a possibility was recognized of using the recorded level signals of the wheels to recognize a situation early on that has the potential to trigger a critically high engine speed on the electric motor of the actuator. In this context, early detection using suitable criteria, in particular based on an evaluation of the ride height signals of the wheels, means detection before the critical operating state is reached. The premature nature of the detection (“announcing a critical operating state”) creates a basis or advantageously makes it possible to initiate a preventive measure which ideally can aim to even avoid the occurrence of the critical operating state.
Erfindungsgemäß nutzt die Schutzeinrichtung die Höhenstandssignale der Räder und wertet diese aus. Es hat sich gezeigt, dass sich aus den Höhenständen beider mit einem verstellbaren Wankstabilisator gekoppelter Räder bereits ein sich ankündigender kritischer Betriebszustand des Aktuators erkennen lässt. Die Höhenstände der Räder werden somit zu einer Früherkennung genutzt. Die eingangs genannte Aufgabe wird damit gelöst.According to the invention, the protective device uses the ride height signals from the wheels and evaluates them. It has been shown that an impending critical operating state of the actuator can already be recognized from the height levels of both wheels coupled to an adjustable roll stabilizer. The wheel heights are thus used for early detection. The task mentioned at the outset is thus achieved.
Grundsätzlich können verschiedene Betriebssituationen eines verstellbaren Wankstabilisators als kritisch angesehen werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem kritischen Betriebszustand um einen Betrieb des Aktuators mit übermäßig hoher Drehzahl. Im Antriebsstrang des Aktuators befindet sich üblicherweise ein Elektromotor, welcher über ein mehrstufiges Planetengetriebe mit einer Abtriebswelle des Aktuators gekoppelt ist. Demzufolge korrespondiert eine übermäßig hohe Drehzahl des Aktuators mit einer am Elektromotor anfallenden unzulässig hohen Drehzahl. Da eine unzulässig hohe Drehzahl für einen Elektromotor die Gefahr einer mechanischen Beschädigung birgt und/oder aufgrund einer hohen Drehzahl unter Umständen eine eindeutige Motorpositionserfassung nicht mehr möglich ist (aufgrund der Überschreitung einer Abtastfrequenz eines zugehörigen Motor-Lage-Sensor) und/oder mit steigender Drehzahl auch ein mit dem Elektromotor erzeugbares Bremsmoment abnimmt, kann eine unzulässig hohe Drehzahl als kritischer Betriebszustand des Aktuators angesehen werden.In principle, various operating situations of an adjustable roll stabilizer can be regarded as critical. In the context of the present invention, the critical operating state is operation of the actuator at an excessively high speed. The drive train of the actuator usually contains an electric motor, which is coupled to an output shaft of the actuator via a multi-stage planetary gear. Accordingly, an excessively high speed of the actuator corresponds to an impermissibly high speed occurring at the electric motor. Since an impermissibly high speed for an electric motor harbors the risk of mechanical damage and/or due to a high speed, a clear motor position detection may no longer be possible (because a sampling frequency of an associated motor position sensor is exceeded) and/or with increasing speed If a braking torque that can be generated with the electric motor also decreases, an impermissibly high speed can be regarded as a critical operating state of the actuator.
Ein kritischer Betriebszustand, insbesondere eine übermäßig hohe Drehzahl des Aktuators, kann verschiedene Ursachen haben. Im Rahmen der Erfindung beruht ein kritischer Betriebszustand insbesondere auf einer äußeren Bewegungsanregung des verstellbaren Wankstabilisators im Betrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere aufgrund von durch die Fahrbahn verursachten Höhenbewegungen der Räder. Denn eine derartige Bewegungsanregung überträgt sich aufgrund der mechanischen Kopplung auf den Aktuator bzw. den im Antriebsstrang des Aktuators befindlichen Elektromotor.A critical operating state, in particular an excessively high speed of the actuator, can have various causes. In the context of the invention, a critical operating state is based in particular on an external movement excitation of the adjustable roll stabilizer during operation of the motor vehicle, in particular due to vertical movements of the wheels caused by the roadway. This is because such a movement excitation is transmitted to the actuator or the electric motor located in the drive train of the actuator due to the mechanical coupling.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schutzeinrichtung anhand einer Auswertung der erfassten Höhenstandssignale der Räder frühzeitig den sich ankündigenden kritischen Betriebszustand des Aktuators erkennt. Vorteilhaft ist die Schutzeinrichtung im Rahmen der Auswertung der Höhenstandssignale der Räder betreibbar, eine Radhubdifferenzgeschwindigkeit zu berechnen und mit einem vorgebbaren Schwellwert der Radhubdifferenzgeschwindigkeit zu vergleichen. Mit anderen Worten, führt die Schutzeinrichtung einen Algorithmus durch, welcher anhand der erfassten Höhenstandssignale der Räder (der mit dem verstellbaren Wankstabilisator ausgestatteten Achse) die Radhubdifferenzgeschwindigkeit berechnet und mit einem Schwellwert vergleicht. Als Radhubdifferenzgeschwindigkeit ist in diesem Zusammenhang die Geschwindigkeit zu verstehen, mit der sich eine Differenz des Höhenstandes des einen Rades gegenüber dem Höhenstand des anderen Rades (insbesondere des linken Rades gegenüber dem des rechten Rades) über die Zeit verändert. Es wird demnach die Differenz der Höhenstände der Räder nach der Zeit abgeleitet und mit dem genannten Schwellwert verglichen.According to the invention, it is provided that the protective device recognizes the impending critical operating state of the actuator at an early stage on the basis of an evaluation of the detected level signals of the wheels. Advantageously, the protective device can be operated as part of the evaluation of the level signals of the wheels, to calculate a wheel hub difference speed and with a predefinable threshold value of the wheel hub difference compare speed. In other words, the protective device runs an algorithm which calculates the wheel stroke differential speed based on the detected level signals of the wheels (of the axle equipped with the adjustable roll stabilizer) and compares it with a threshold value. In this context, wheel lift differential speed is the speed at which a difference in the height of one wheel compared to the height of the other wheel (especially the left wheel compared to the right wheel) changes over time. Accordingly, the difference in height of the wheels over time is derived and compared to the threshold value mentioned.
Zweckmäßigerweise liegt ein kritischer Betriebszustand dann vor, wenn die Radhubdifferenzgeschwindigkeit einen vorgebbaren Schwellwert der Radhubdifferenzgeschwindigkeit überschreitet. Dem liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine vorliegende, über einem Schwellwert liegende Radhubdifferenzgeschwindigkeit das Potential hat, eine hohe Drehzahl am Aktuator auszulösen, bzw. eine mit dem entsprechenden Übersetzungsverhältnis multiplizierte hohe Drehzahl am Elektromotor des Aktuators auszulösen. Eine Betrachtung der Radhubdifferenzgeschwindigkeit bzw. deren Vergleich mit einem Schwellwert bietet mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine Möglichkeit, einen unmittelbar bevorstehenden Drehzahlanstieg zu erkennen, insbesondere also vorherzusagen.A critical operating state is expediently present when the differential wheel stroke speed exceeds a predefinable threshold value of the differential wheel stroke speed. This is based on the finding that a wheel lift differential speed that is above a threshold value has the potential to trigger a high speed at the actuator or a high speed multiplied by the corresponding transmission ratio at the electric motor of the actuator. A consideration of the wheel hub differential speed or its comparison with a threshold value offers the possibility of recognizing an imminent increase in rotational speed with relatively simple means, ie in particular of predicting it.
Auf vorteilhafte Weise erfolgt die Erkennung eines kritischen Betriebszustands anhand bereits genannter geeigneter Kriterien somit bereits vor Erreichen des kritischen Betriebszustands, was die Einleitung einer vorbeugenden Maßnahme ermöglicht. Verschiedene Maßnahmen sind in diesem Zusammenhang denkbar, wie u. a. die Ausgabe einer Warnung (optisch und/oder akustisch).Advantageously, a critical operating state is detected based on suitable criteria already mentioned before the critical operating state is reached, which makes it possible to initiate a preventive measure. Various measures are conceivable in this context, e.g. the output of a warning (optical and/or acoustic).
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Systems zur Wankstabilisierung ist die Schutzeinrichtung betreibbar, bei Erkennung des kritischen Betriebszustands ein Abbremsen des Aktuators zu veranlassen. Mit anderen Worten, die Schutzeinrichtung veranlasst in diesem Fall, dass dem Eintreten des kritischen Betriebszustands des Aktuators entgegengewirkt wird. Idealerweise kann durch die Maßnahme gar verhindert werden, dass der kritische Betriebszustand überhaupt eintritt.According to a preferred development of the system for roll stabilization, the protective device can be operated to cause the actuator to be braked when the critical operating state is detected. In other words, in this case the protective device causes the critical operating state of the actuator to be counteracted. Ideally, the measure can even prevent the critical operating state from occurring at all.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems zur Wankstabilisierung wird zur Veranlassung des Abbremsens des Aktuators die Schutzeinrichtung eine maximale Motordrehzahl eines Lage-Drehzahl-Reglers reduzieren. Auf diese Weise kann der Elektromotor des Aktuators bereits frühzeitig ein Bremsmoment erzeugen, das der von außen angeregten Beschleunigung des Motors entgegenwirkt.According to an advantageous embodiment of the system for roll stabilization, the protective device will reduce a maximum engine speed of a position speed controller in order to cause the actuator to be braked. In this way, the electric motor of the actuator can generate a braking torque at an early stage, which counteracts the externally generated acceleration of the motor.
Gemäß einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung des Systems ist die Schutzeinrichtung zudem betreibbar, ein Abbremsen des Aktuators jedoch dann zu unterlassen, wenn die vorliegende Radhubdifferenzgeschwindigkeit zur Verringerung einer Differenz zwischen Soll-Position und Ist-Position des Aktuators beiträgt. Die Schutzeinrichtung nimmt somit vorteilhaft eine Fallunterscheidung vor, wonach das Abbremsen zum Überdrehzahlschutz dann unterlassen wird, wenn die vorliegende Bewegung der Stabilisatorabschnitte zueinander eine bestehende Regelabweichung reduziert. Ein Abbremsen des Aktuators wäre in diesem Fall nämlich kontraproduktiv in Bezug auf die Positionsregelung.According to a further advantageous embodiment of the system, the protective device can also be operated, but then refrain from braking the actuator if the present wheel stroke differential speed contributes to reducing a difference between the desired position and the actual position of the actuator. The protective device thus advantageously makes a case distinction, according to which braking for overspeed protection is then omitted if the existing movement of the stabilizer sections relative to one another reduces an existing control deviation. In this case, braking the actuator would be counterproductive with regard to position control.
Die eingangs genannte Aufgabe wird daneben gelöst durch ein Verfahren zum Schutz eines Aktuators eines verstellbaren Wankstabilisators mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Das Verfahren ist anwendbar an einem wie zuvor beschriebenen System zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß wird dabei anhand der Auswertung erfasster Höhenstandssignale der Räder ein sich ankündigender kritischer Betriebszustand des Aktuators erkannt, wobei es sich bei dem kritischen Betriebszustand um einen Betrieb des Aktuators mit übermäßig hoher Drehzahl handelt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die vorigen Ausführungen bezüglich des Systems zur Wankstabilisierung verwiesen, welche entsprechend auch auf das Verfahren zum Schutz eines Aktuators anwendbar sind.The object mentioned at the outset is also achieved by a method for protecting an actuator of an adjustable roll stabilizer with the features of claim 11. The method can be used in a system for roll stabilization of a motor vehicle as described above. According to the invention, an imminent critical operating state of the actuator is recognized on the basis of the evaluation of recorded level signals of the wheels, the critical operating state being operation of the actuator at an excessively high speed. To avoid repetition, reference is made to the previous explanations regarding the system for roll stabilization, which can also be applied correspondingly to the method for protecting an actuator.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Daraus ergeben sich auch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
-
1 einen verstellbaren Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug in schematischer Ansicht, -
2 eine graphische Darstellung einer Regelstrategie eines verstellbaren Wankstabilisators.
-
1 an adjustable roll stabilizer for a motor vehicle in a schematic view, -
2 a graphical representation of a control strategy of an adjustable roll stabilizer.
Zur Veranschaulichung des Einsatzgebietes der Erfindung zeigt
Wie
Auf für sich gesehen bekannte Weise ist der verstellbare Wankstabilisator 1 um eine Rotationsachse 3 drehbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau 10 gelagert, hierzu dienen eine linke Stabilisatorlagerung 11a und eine rechte Stabilisatorlagerung 11b, welche gemäß
Der hier als zylindrischer Körper dargestellte Aktuator 2 umfasst im Wesentlichen ein in Bezug auf die Rotationsachse 3 im Wesentlichen rotationssymmetrisches Gehäuse (nicht näher bezeichnet), in welchem ein Elektromotor 4 sowie ein mehrstufiges Planetengetriebe 9 und ein Drehzahlsensor 13 (jeweils nur durch Bezugszeichen angedeutet) angeordnet sind. Über den Elektromotor 4 und das mehrstufige Planetengetriebe 5 stehen die Stabilisatorabschnitte 6a und 6b in Antriebsverbindung zueinander. Bei stehendem Aktuator 2 sind die beiden Stabilisatorabschnitte 6a, 6b über den stehenden Elektromotor 4 und das damit antriebsverbundene mehrstufige Planetengetriebe 5 starr miteinander verbunden. Durch den Betrieb des Elektromotors 4 lassen sich die Stabilisatorabschnitte 6a, 6b jedoch abhängig von der Drehrichtung des Elektromotors 4 um die Rotationsachse 3 gegeneinander verdrehen. Dabei gibt das mehrstufige Planetengetriebe 5 ein festes Drehzahlverhältnis zwischen Antrieb (Elektromotor 4) und Abtrieb (mit dem Getriebeausgang gekoppelter rechter Stabilisatorabschnitt 6b) vor. So lässt sich der verstellbare Wankstabilisator 1 auf für sich gesehen bekannte Weise verstellen.The actuator 2 shown here as a cylindrical body essentially comprises a housing (not specified) that is essentially rotationally symmetrical with respect to the axis of
Abhängig vom Betriebszustand des verstellbaren Wankstabilisators 1 bzw. des damit ausgestatteten Fahrzeugs kann es zu einer Torsion der über den Aktuator 2 miteinander gekoppelten Stabilisatorabschnitten 6a, 6b kommen, in deren Abhängigkeit sich ein um die Rotationsachse 3 wirkendes Moment Msystem entwickelt. Dieses Moment Msystem liegt am Aktuator 2 in Form eines System-Moments an.Depending on the operating state of the adjustable roll stabilizer 1 or the vehicle equipped with it, torsion of the
Mit Hilfe des Wankstabilisators 1 kann ein Wankmoment MWank abgestützt werden, das zwischen Fahrzeugaufbau 10 und Rädern 7a, 7b wirkt. Durch Verstellung des Wankstabilisators 1 lässt sich das abstützbare Wankmoment MWank beeinflussen. Zur bedarfsgerechten Regelung des Wankstabilisators 1 sind dem linken Rad 7a bzw. dem rechten Rad 7b jeweils ein Höhenstandssensor 12a bzw. 12b zugeordnet, welche eine Erfassung von Radhubbewegungen des jeweiligen Rades ermöglichen und in Form eines Höhenstandes für das linke Rad z7a bzw. Höhenstandes für das rechte Rad z7b ausgeben. Daneben lässt sich über den Drehzahlsensor 13 die Drehung des Elektromotors 4 erfassen und wird in Form eines Drehzahlsignals als Motordrehzahl n ausgegeben.With the help of the roll stabilizer 1, a roll moment M Wank can be supported, which acts between the
Die Regelung des in
Das System-Sollmoment wird über eine bekannte System-Steifigkeit in einen Verdrehwinkel für die Drehmomentanforderung umgerechnet, wobei die bekannte System-Steifigkeit sich zusammensetzt aus einzelnen Steifigkeiten, insbesondere den Steifigkeiten des Stabilisators selbst (Stabilisatorabschnitte, Getriebe, Gehäuse, ggf. Entkopplungselemente, Pendelstütze, Stabilisatorlagerung und dergleichen).The system target torque is converted via a known system stiffness into a torsion angle for the torque requirement, with the known system stiffness being composed of individual stiffnesses, in particular the stiffness of the stabilizer itself (stabilizer sections, gears, housing, if necessary decoupling elements, pendulum support, stabilizer bearing and the like).
Parallel dazu fließt in die Regelung des verstellbaren Wankstabilisators eine Größe zur Kompensation von Störungen ein. Dazu werden Radbewegungsdaten, erfasst durch den Rädern zugeordnete Höhenstandssensoren, in Form von Höhenstandssignalen (radindividuell) sowie eine Kennwerttabelle für einen Entkopplungswinkel (mit zuvor ermittelten fahrzeugspezifischen Daten) zur Bestimmung eines sogenannten „Null-Moment-Winkels“ genutzt, d. h. jenem Winkel, der dem äußeren Verdrehwinkel des verstellbaren Wankstabilisators, verursacht etwa durch unebene Straße, entspricht, und welcher den Aktuator des verstellbaren Wankstabilisators momentenfrei stellen würde. Die beiden auf diese Weise ermittelten Winkel, nämlich der Verdrehwinkel für die Drehmomentanforderung sowie der Null-Moment-Winkel werden anschließend zu einem Sollwinkel addiert.At the same time, a variable for compensating for disturbances is included in the regulation of the adjustable roll stabilizer. For this purpose, wheel movement data, recorded by level sensors assigned to the wheels, in the form of level signals (wheel-specific) as well as a characteristic value table for a decoupling angle (with previously determined vehicle-specific data) are used to determine a so-called "zero moment angle", i.e. the angle that corresponds to the outer torsion angle of the adjustable roll stabilizer, ver caused, for example, by an uneven road, and which would make the actuator of the adjustable roll stabilizer torque-free. The two angles determined in this way, namely the angle of rotation for the torque requirement and the zero torque angle, are then added to form a setpoint angle.
Der Sollwinkel wird anschließend einem kaskadierten Lage-Drehzahl-Regler zugeführt. Dieser beinhaltet einen Positions-Regler, der aus dem eingehenden Sollwinkel - unter zusätzlicher Berücksichtigung eines Rückkopplungssignals des Motors - eine Solldrehzahl ermittelt, die wiederum in einen Drehzahl-Regler eingeht. Der Drehzahl-Regler ermittelt auf Grundlage der Solldrehzahl sowie einer Rückkopplung vom Elektromotor (Drehzahl) ein Motor-Sollmoment zur Ansteuerung des Elektromotors. Das Motor-Sollmoment wird wiederum einer feldorientierten Regelung zugeführt, die - wiederum unter Berücksichtigung von Rückkopplungssignalen des Elektromotors - den Elektromotor 4 des Aktuators 2 ansteuert. Ein vom Elektromotor 4 erzeugtes Motorausgangsmoment wird - nun auf mechanischem Wege - über ein Getriebe 5 (mehrstufiges Planetenradgetriebe) zu einem System-Moment gewandelt, das zwischen den Stabilisatorabschnitten (vergl.
Das in
Im Betrieb des anhand von
Im Überdrehzahlfall verliert der Elektromotor 4 nicht nur ein aufbringbares Antriebsmoment (in dieser Situation nicht erforderlich), sondern daneben ein in dieser Situation wünschenswertes Bremsmoment. Daneben kommt es bei Überschreitung sehr hoher Drehzahlen, beispielsweise bei über etwa 25.000 Umdrehungen/Minute, zu einem Verlust des Positionssignals des Elektromotors 4, weil eine Abtastfrequenz für die Erkennung der Motorposition überschritten ist. Als Folge ist die Stellposition des Motors 4 nicht mehr bekannt. Daneben können mechanische Beschädigungen am Motor 4 auftreten.In the case of overspeed, the
Im Rahmen der Erfindung zeichnet sich ein System zur Wankstabilisierung eines Kraftfahrzeugs daher aus durch eine Schutzeinrichtung, die betreibbar ist, anhand der Auswertung erfasster Höhenstandssignale der z7a, z7b der Räder 7a, 7b frühzeitig einen sich ankündigenden kritischen Betriebszustand des Aktuators zu erkennen. Hierbei handelt es sich insbesondere um einen Betriebszustand, bei welchem der Aktuator 2 bzw. ein in dessen Antriebsstrang befindlicher Elektromotor 4 mit einer übermäßig hohen Drehzahl betrieben wird. Die Schutzeinrichtung ist zu diesem Zweck betreibbar, die Höhenstandssignale z7a, z7b der Räder 7a, 7b auszuwerten. Dazu berechnet die Schutzeinrichtung im Rahmen eines Algorithmus eine Radhubdifferenzgeschwindigkeit, d. h. die Ableitung der Differenz der Höhenstandssignale z7a, z7b und vergleicht diese mit einem vorgegebenen Schwellwert. Ein kritischer Betriebszustand liegt insbesondere dann vor, wenn die Radhubdifferenzgeschwindigkeit den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.Within the scope of the invention, a system for roll stabilization of a motor vehicle is therefore characterized by a protective device that can be operated by evaluating detected level signals of z7a, z7b of
Zur Vermeidung zuvor beschriebener Nachteile eines kritischen Betriebszustandes in Form einer Überdrehzahl des Aktuators veranlasst die Schutzeinrichtung selbsttätig eine entgegenwirkende Maßnahme. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht eine solche Maßnahme darin, bei Erkennung eines sich ankündigenden kritischen Betriebszustands des Aktuators ein Abbremsen des Aktuators zu veranlassen. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Schutzeinrichtung eine maximale Motordrehzahl des Lage-Drehzahl-Reglers (vgl.
Ein wie zuvor beschriebenes Abbremsen des Aktuators im früherkannten Überdrehzahlfall wird nur dann unterlassen, wenn die vorliegende Radhubdifferenzgeschwindigkeit zur Verringerung einer Differenz zwischen Soll-Position und Ist-Position des Aktuators 2 beiträgt.Braking of the actuator, as described above, in the event of overspeed detected at an early stage is only omitted if the present wheel stroke differential speed contributes to reducing a difference between the desired position and the actual position of the actuator 2 .
Mit dem beschriebenen System kann auf verhältnismäßig einfache Weise, insbesondere nämlich unter Nutzung vorhandener Mittel eine Früherkennung kritischer Betriebszustände des Aktuators durchgeführt werden und kann einem kritischen Betriebszustand entgegengewirkt werden.With the system described, critical operating states of the actuator can be detected early in a relatively simple manner, specifically using existing means be carried out and a critical operating state can be counteracted.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- verstellbarer Wankstabilisatoradjustable roll stabilizer
- 22
- Aktuatoractuator
- 33
- Rotationsachseaxis of rotation
- 44
- Elektromotorelectric motor
- 55
- mehrstufiges Planetengetriebemulti-stage planetary gear
- 6a, 6b6a, 6b
- linker (bzw. rechter) Stabilisatorabschnittleft (or right) stabilizer bar section
- 7a, 7b7a, 7b
- linkes (bzw. rechtes) Radleft (or right) wheel
- 8a, 8b8a, 8b
- linke (bzw. rechte) Lenkeranordnungleft (or right) handlebar arrangement
- 9a, 9b9a, 9b
- linke (bzw. rechte) Pendelstützeleft (or right) pendulum support
- 1010
- Fahrzeugaufbauvehicle body
- 11a, 11b11a, 11b
- linke (bzw. rechte) Stabilisatorlagerungleft (or right) stabilizer bearing
- 12a, 12b12a, 12b
- Höhenstandssensor linkes (bzw. rechtes) RadLevel sensor left (or right) wheel
- 1313
- Drehzahlsensorspeed sensor
- 2020
- Kinematik kinematics
- z7a, z7bz7a, z7b
- Höhenstand linkes (bzw. rechtes) RadHeight of left (or right) wheel
- MWankMWake
- Wankmoment (achsbezogen)rolling moment (axle related)
- MSystemMSystem
- System-Momentsystem moment
- nn
- Motordrehzahlengine speed
- αa
- Systemwinkelsystem angle
- ββ
- Stabilisatorwinkelstabilizer angle
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019213273.1A DE102019213273B4 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | System for roll stabilization of a motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019213273.1A DE102019213273B4 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | System for roll stabilization of a motor vehicle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE102019213273A1 DE102019213273A1 (en) | 2021-03-04 |
DE102019213273B4 true DE102019213273B4 (en) | 2022-03-17 |
Family
ID=74564639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102019213273.1A Active DE102019213273B4 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | System for roll stabilization of a motor vehicle |
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DE (1) | DE102019213273B4 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060038370A1 (en) | 2003-03-29 | 2006-02-23 | Ernst-Ludwig Doerr | Method of controlling a vehicle wheel suspension |
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DE102013205370A1 (en) | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Ovalo Gmbh | A method of controlling a chassis stabilizer assembly and active chassis stabilizer |
DE102016219399A1 (en) | 2016-10-06 | 2017-08-17 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Planetary coupling transmission |
-
2019
- 2019-09-03 DE DE102019213273.1A patent/DE102019213273B4/en active Active
Patent Citations (4)
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DE102016219399A1 (en) | 2016-10-06 | 2017-08-17 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Planetary coupling transmission |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |