DE102019213276A1

DE102019213276A1 - Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102019213276A1
Application number: DE102019213276.6A
Authority: DE
Inventors: Jörn Torben Oetker; Armin Gollin; Michael Beller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: DE102019213276B4

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei der verstellbare Wankstabilisator (1) einen Aktuator (2) aufweist, der im Rahmen eines Regelungsprogramms angesteuert wird, um ein Wankverhalten des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) hinsichtlich des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes überwacht wird, wobei im Fall des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes der Aktuator (2) in einem eingeschränkten Betriebsmodus betrieben wird, welcher darin besteht, dass der Aktuator (2) gegenüber einem normalen Betriebsmodus mit eingeschränkter Funktion und/oder Leistung betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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.
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 DE 10 2016 219 399 A1 verwiesen.
Ein wie dort beschriebener verstellbarer Wankstabilisator mit einem Aktuator lässt sich auf für sich gesehen bekannte Weise im Rahmen eines Regelungsprogramms ansteuern, um ein Wankverhalten des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu beeinflussen. Ein zweiachsiges Kraftfahrzeug kann an einer oder an beiden Achsen mit einem verstellbaren Wankstabilisator ausgestattet sein. Abhängig vom jeweiligen Einbauort und den dadurch vorliegenden Umgebungsbedingungen kann ein verstellbarer Wankstabilisator am Kraftfahrzeug hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sein. Es kann sich hierbei um (fremde) thermische Einflüsse von benachbarten Fahrzeugkomponenten handeln, wie beispielsweise Ölwanne oder Abgasstrang oder dergleichen, die sich während des betrieblichen Einsatzes des Kraftfahrzeugs stark erwärmen können. Aufgrund von Wärmestrahlung und/oder sonstige Wärmeübertragung kann es zu einer starken Erwärmung des Aktuators des verstellbaren Wankstabilisators kommen. Daneben kann auch der Betrieb des Aktuators selbst zu dessen starker Erwärmung führen. Ein übermäßiger Temperaturanstieg kann an elektrischen Komponenten des Aktuators wie beispielsweise dem Elektromotor und/oder an elektronischen Komponenten des Aktuators wie insbesondere einer im Gehäuse des Aktuators angeordneten elektronischen Steuereinheit eine Fehlfunktion oder gar Beschädigung verursachen. Ein einfaches Abschalten des Aktuators würde diese Folge zwar verhindern, jedoch stünde mit der Abschaltung keinerlei Wankabstützung für das Kraftfahrzeug mehr zur Verfügung, was sich negativ auf die Fahrzeugstabilität und den Fahrkomfort auswirkt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs anzugeben, welches im Fall starker Erwärmung des Aktuators - sei es Eigenerwärmung oder Fremderwärmung - einen hinreichenden Schutz vor Fehlfunktionen oder Beschädigungen des Aktuators gewährleistet, zugleich jedoch eine vollständige Abschaltung - und damit einen kompletten Entfall der Wankstabilisierung - vermeidet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs, wobei der verstellbare Wankstabilisator einen Aktuator aufweist, der - auf für sich gesehen bekannte Weise - im Rahmen eines Regelungsprogrammes angesteuert wird, um ein Wankverhalten des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen. Erfindungsgemäß wird der Aktuator hinsichtlich des Auftretens eines kritischen Betriebszustands überwacht, wobei im Fall des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes der Aktuator in einem eingeschränkten Betriebsmodus betrieben wird. Dieser besteht darin, dass der Aktuator gegenüber einem normalen Betriebsmodus mit eingeschränkter Funktion und/oder Leistung betrieben wird.
Im Rahmen der Erfindung wurde demnach zunächst erkannt, dass im betrieblichen Einsatz eines verstellbaren Wankstabilisators die thermische Belastung durch einerseits Eigenerwärmung, andererseits Fremderwärmung durch benachbarte Fahrzeugkomponenten erheblich sein kann. Ein frühzeitiges und vollständiges Deaktivieren des Wankstabilisierungssystems zum Zweck des Bauteilschutzes wurde vor dem Hintergrund einer anzustrebenden Aufrechterhaltung der Fahrzeugstabilität sowie des Fahrkomforts als nachteilig angesehen. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, dass der Aktuator hinsichtlich des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes überwacht wird, um bei Auftreten des kritischen Betriebszustandes den Aktuator in einem eingeschränkten Betriebsmodus zu betreiben. Im eingeschränkten Betriebsmodus wird der Aktuator mit eingeschränkter Funktion und/oder Leistung betrieben. Dadurch ist auf vorteilhafte Weise einerseits gewährleistet, dass Fehlfunktionen oder Beschädigungen des Aktuators vermieden werden. Denn der Betrieb mit eingeschränkter Funktion und/oder Leistung wird auf noch näher zu beschreibende Weise so gestaltet, dass eine weitere, übermäßige Erwärmung des Aktuators bzw. darin enthaltener Komponenten verhindert wird. Zugleich wird vorteilhaft gewährleistet, dass trotz hoher thermischer Belastung eine zumindest beschränkte Wankabstützung durchgeführt werden kann. Dies trägt zur Aufrechterhaltung der Fahrzeugstabilität und/oder des Fahrkomforts bei. Die zuvor genannte Aufgabe wird damit gelöst.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens handelt es sich bei einem kritischen Betriebszustand um einen Zustand des Aktuators, in welchem ein weiterer Betrieb des Aktuators bei voller Funktion und/oder Leistung zu einer Fehlfunktion oder Beschädigung des Aktuators führen würde. Verschiedene Ursachen für einen kritischen Betriebszustand sind in diesem Zusammenhang denkbar.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei einem kritischen Betriebszustand insbesondere um eine übermäßige thermische Belastung, insbesondere Erwärmung des Aktuators. Dabei ist zunächst einmal unerheblich, ob die übermäßige thermische Belastung durch Fremdeinwirkung benachbarter Fahrzeugkomponenten oder durch Eigenerwärmung des Aktuators im Betrieb hervorgerufen wurde.
Zweckmäßigerweise wird zur Erkennung eines derartigen kritischen Betriebszustands eine Temperatur am Aktuator ermittelt. Dies kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Temperatur am Aktuator, insbesondere an einer diesem zugeordneten elektronischen Steuereinheit, mittels eines Temperatursensors gemessen.
Alternativ oder ergänzend wird die Temperatur auf Grundlage eines Modells anhand von Betriebswerten des Aktuators errechnet. Dies bietet den Vorteil, dass auf einen gesonderten Temperatursensor verzichtet werden kann.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass für den eingeschränkten Betriebsmodus abhängig vom Ausmaß des auslösenden Ereignisses eine Leistungsreduktionsstufe gewählt wird, der wenigstens eine leistungsreduzierende Maßnahme zugeordnet ist. Mit anderen Worten, wird je nach Ausmaß des auslösenden Ereignisses, beispielsweise je nach Temperatur, eine entsprechend hohe Leistungsreduktionsstufe gewählt, wobei dieser eine geeignete (bedarfsgerechte) leistungsreduzierende Maßnahme zugeordnet ist. Konkret könnte die Auswahl der Leistungsreduktionsstufe im eingeschränkten Betriebsmodus abhängig von der Temperatur am Aktuator erfolgen.
Wie zuvor ausgeführt, ist vorteilhaft einer Leistungsreduktionsstufe wenigstens eine leistungsreduzierende Maßnahme zugeordnet. Hierbei kann es sich um unterschiedliche Maßnahmen handeln. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im eingeschränkten Betriebsmodus als leistungsreduzierende Maßnahme eine Begrenzung der Systemdynamik vorgenommen wird, insbesondere indem eine Geschwindigkeit der Wankregelung reduziert wird. Durch eine Verringerung der Geschwindigkeit der Wankregelung wird insbesondere bewirkt, dass eine sogenannte Störgrößenregelung zumindest teilweise außer Kraft gesetzt wird, welche im betrieblichen Einsatz des verstellbaren Wankstabilisators vorrangig zum Ausgleich von Straßenunebenheiten durch schnelles Nachführen einer durch eine Straßenunebenheit bedingten Einfederbewegung des jeweiligen Stabilisatorabschnitts dient. Durch eine Reduzierung der Geschwindigkeit der Wankregelung wird somit vorrangig ein komfortsteigerndes Verhalten des Wankstabilisators beeinflusst, hingegen wird ein beispielsweise bei Kurvenfahrt statisch aufbringbares Wankmoment durch diese Maßnahme allein nicht reduziert. Die Maßnahme verringert zum Schutz des Aktuators also lediglich den Fahrkomfort, die Fahrzeugstabilität hingegen bleibt weitestgehend unbeeinträchtigt. Es zeigt sich, dass durch diese Maßnahme der Aktuator deutlich weniger Arbeit zu verrichten braucht und sich entsprechend weniger erwärmt bzw. schneller von einem kritischen Temperaturniveau abkühlt. Da die Verringerung der Geschwindigkeit der Wankregelung für einen Fahrzeuginsassen nur verhältnismäßig geringfügig wahrnehmbar ist, stellt dies eine effektive Maßnahme zum thermischen Schutz des Aktuators dar.
Alternativ oder ergänzend wird im eingeschränkten Betriebsmodus das mit dem Aktuator für die Wankabstützung aufbringbare Moment reduziert. In diesem Fall erfährt also das maximal aufbringbare Moment eine obere Begrenzung. An der mit dem verstellbaren Wankstabilisator ausgestatteten Achse kann somit nur noch eine begrenzte Wankabstützung durchgeführt werden.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Reduzierung des Moments mittels eines der ausgewählten Leistungsreduktionsstufe zugeordneten Reduzierungsfaktors, so dass für eine jeweilige Leistungsreduktionsstufe eine andere Reduzierung anwendbar ist.
Insbesondere kann ein derartiger Reduzierungsfaktor achsabhängig sein, wodurch im Fall eines an beiden Achsen mit einem verstellbaren Wankstabilisator ausgestatteten Kraftfahrzeugs für Vorderachse und Hinterachse eine unterschiedlich starke Reduzierung der Wankabstützung umsetzbar ist.
Auf weiterhin vorteilhafte Weise kann vorgesehen sein, dass der Reduzierungsfaktor zudem abhängig von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs gewichtet wird, insbesondere um bei hoher Fahrzeugquerbeschleunigung eine hohe, bei geringer Fahrzeugquerbeschleunigung eine geringe Reduzierung zu erzielen.
Ganz allgemein ist denkbar, dass einer Leistungsreduktionsstufe nicht nur eine leistungsreduzierende Maßnahme wie beispielsweise eine Begrenzung der Systemdynamik oder eine Reduzierung des mit dem Aktuator für die Wankabstützung aufbringbaren Moments, sondern zugleich mehrere leistungsreduzierende Maßnahmen zugeordnet sind. Entsprechend kann eine Leistungsreduktionsstufe beinhalten, dass sowohl die Systemdynamik begrenzt als auch das mit dem Aktuator für die Wankabstützung aufbringbare Moment reduziert wird.
Auf für sich gesehen bekannte Weise umfasst der Aktuator des verstellbaren Wankstabilisators einen Elektromotor, der antriebsmäßig mit einem Getriebe, vorzugsweise mit einem insbesondere mehrstufigen Planetengetriebe gekoppelt ist.
Für einen verstellbaren Wankstabilisator mit einem Elektromotor bzw. für ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug kann sich ein kritischer Betriebszustand nicht nur bedingt durch eine übermäßige thermische Belastung ergeben. Entsprechend sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens vor, dass zusätzlich eine Energieversorgungseinrichtung des Aktuators hinsichtlich des Auftretens eines kritischen Betriebszustands überwacht wird, wobei es sich um Spannungsschwankungen, insbesondere einen Spannungsabfall oder eine Spannungserhöhung der (elektrischen) Energieversorgungseinrichtung des Aktuators, insbesondere im elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs handelt. Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, dass elektrische Spannungsschwankungen einen kritischen Betriebszustand in Bezug auf damit versorgte Fahrzeugkomponenten verursachen können. So besteht bei Unterspannung im Bordnetz des Kraftfahrzeugs die Gefahr, dass der verstellbare Wankstabilisator, insbesondere der Aktuator und/oder sonstige Komponenten des Kraftfahrzeugs nicht ausreichend mit Energie versorgt werden können, wodurch Störungen oder Fehlfunktionen auftreten können. Andererseits kann es insbesondere im rekuperierenden Betrieb des verstellbaren Wankstabilisators, wenn also der verstellbare Wankstabilisator bedingt durch äußere Fahrbahnanregungen elektrische Spannung generiert und ins Bordnetz des Kraftfahrzeugs einspeist, zu Überspannung im Bordnetz kommen. Auch hierdurch können Fehlfunktionen oder Beschädigungen an elektrischen und/oder elektronischen Komponenten auftreten. Es ist daher zweckmäßig, dass neben der thermischen Belastung des Aktuators auch elektrische Spannungsschwankungen überwacht werden, wobei im Fall der Erkennung eines kritischen Betriebszustandes der Aktuator in einem eingeschränkten Betriebsmodus betrieben wird. In vorteilhafter Weise erfolgt die Auswahl der Leistungsreduktionsstufe im eingeschränkten Betriebsmodus demnach zudem abhängig von einem elektrischen Spannungsniveau der Energieversorgungseinrichtung des Aktuators, insbesondere des elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeugs.
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,
3 tabellarische Übersicht über Leistungsreduktionsstufen und zugeordnete leistungsreduzierende Maßnahmen,
4 tabellarische Übersicht über eine Gewichtung des Reduzierungsfaktors abhängig von der Querbeschleunigung.

Zur Veranschaulichung des Einsatzgebietes der Erfindung zeigt 1 zunächst einen verstellbaren Wankstabilisator 1 in schematischer Ansicht. Der verstellbare Wankstabilisator 1 ist Teil eines nicht vollständig gezeigten Fahrwerks eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs. Vom Kraftfahrzeug ist lediglich ein Fahrzeugaufbau 10 per Bezugszeichen angedeutet. Der Wankstabilisator 1 ist auch Teil einer Achse des Kraftfahrzeugs, beispielsweise kann bzw. können die Vorderachse und/oder Hinterachse des Kraftfahrzeugs mit dem verstellbaren Wankstabilisator 1 ausgestattet sein.
Wie 1 zeigt, sind ein linkes Rad 7a und ein auf der gegenüberliegenden Fahrzeugseite angeordnetes rechtes Rad 7b jeweils über eine nicht näher zu erläuternde Lenkeranordnung 8a bzw. 8b mit dem Fahrzeugaufbau 10 verbunden. Rad 7a und Lenkeranordnung 8a bzw. Rad 7b und Lenkeranordnung 8b bilden somit jeweils eine Einheit, und sind jeweils über eine Pendelstütze 9a bzw. 9b an ein Ende eines zugehörigen Stabilisatorabschnitts 7a bzw. 7b des verstellbaren Wankstabilisators 1 gekoppelt. Der linke Stabilisatorabschnitt 6a und der rechte Stabilisatorabschnitt 6b sind fahrzeugmittig über einen als im Wesentlichen zylindrischer Körper dargestellten Aktuator 2 miteinander verbunden.
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 1 einen dem Aktuator 2 zugewandten Bereich des jeweiligen Stabilisatorabschnitts 6a bzw. 6b - vereinfacht dargestellt - U-förmig umgreifen.
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.
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 M_System entwickelt. Dieses Moment M_System liegt am Aktuator 2 in Form eines System-Moments an.
Mit Hilfe des Wankstabilisators 1 kann ein Wankmoment M_Wank abgestützt werden, das zwischen Fahrzeugaufbau 10 und Rädern 7a, 7b wirkt. Durch Verstellung des Wankstabilisators 1 lässt sich das abstützbare Wankmoment M_Wank 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.
Die Regelung des in 1 schematisch dargestellten verstellbaren Wankstabilisators 1 wird anhand der in 2 dargestellten Regelstrategie nachfolgend näher erläutert. Demnach geht in die Regelung des verstellbaren Wankstabilisators 1 als Eingangsgröße ein sogenanntes System-Sollmoment ein. Es handelt sich hierbei um eine vom Fahrzeug vorgegebene Größe, welche dem um die Rotationsachse 3 wirkenden Moment M_System (vgl. 1) entspricht, das von dem verstellbaren Wankstabilisator 1 auf Ebene des Aktuators abgestützt werden soll, welches also am Aktuator 2 - umfassend Elektromotor 4 und Getriebe 5 - mit Drehsinn um die Rotationsachse 3 angreift. Über das kinematische Zusammenwirken des verstellbaren Wankstabilisators 1, der Radaufhängungen 7a, 7b, 8a, 8b, 9a 9b und der Anbindungen 11a, 11b an den Fahrzeugaufbau 10 stützt der verstellbare Wankstabilisator 1 damit - auf Fahrzeugebene - ein achsbezogenes Wankmoment M_Wank ab (s. 1, um die Fahrzeuglängsrichtung verlaufend).
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).
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.
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. 1 Bezugszeichen 6a und 6b) wirkt.

2

1

Der in 1 vereinfacht dargestellte verstellbare Wankstabilisator 1 wird über eine Energieversorgungseinrichtung 21 mit elektrischer Energie versorgt, um den Aktuator 2 einschließlich elektronischer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) betreiben zu können. Konkret ist dieser zu diesem Zweck an ein - nicht näher dargestelltes - elektrisches Bordnetz des mit dem verstellbaren Wankstabilisator 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs verbunden. Daneben ist der Aktuator 2 des verstellbaren Wankstabilisators 1 mit einem Temperatursensor 22 ausgestattet. Mittels des Temperatursensors 22 lässt sich die am Aktuator 2 vorherrschende Temperatur messen.
In einem üblichen Betriebszustand des verstellbaren Wankstabilisators 1 an einem damit ausgestatteten Kraftfahrzeug wird der Aktuator 2 im Rahmen eines wie insbesondere anhand von 2 beschriebenen Regelungsprogramms angesteuert, um ein Wankverhalten des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen. Das zur Anwendung kommende Regelungsprogramm beinhaltet eine Führungsgrößenregelung, welche ein fahrzeugseitig vorgegebenes System-Sollmoment mittels eines Lage-DrehzahlReglers in ein System-Moment umsetzt. Daneben beinhaltet das Regelungsprogramm eine ebenfalls einfließende Störgrößenregelung. Diese dient dazu, anhand der tatsächlichen Radbewegungsdaten durch Straßenunebenheiten hervorgerufen Störeinflüsse zu kompensieren.
Einerseits durch betriebsbedingte eigene Erwärmung des Aktuators, andererseits durch äußere Einflüsse wie insbesondere benachbarte Fahrzeugkomponenten (beispielsweise Ölwanne oder Abgasstrang) kann es zu einem starken Temperaturanstieg des Aktuators 2 kommen. Der elektrische Motor 4 des Aktuators 2 sowie innerhalb des Gehäuses des Aktuators 2 angeordnete elektronische Komponenten, insbesondere eine elektronische Steuereinheit, weisen eine Temperaturempfindlichkeit auf. Ein übermäßiger Temperaturanstieg des Aktuators 2 kann daher Fehlfunktionen, zum vorübergehenden Ausfall oder gar zu Beschädigungen verursachen. Um dies zu vermeiden wird der Aktuator 2 hinsichtlich des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes überwacht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung (angedeutet in 1) erfolgt dies mittels des Temperatursensors 22 welcher die Temperatur am Aktuator 2 misst. Alternativ könnte die Temperatur auch auf Grundlage eines Modells anhand von Betriebswerten des Aktuators 2 errechnet werden.
Im Fall des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes des Aktuators 2, konkret ab Erreichen einer bestimmten kritischen Temperatur, wird veranlasst, dass der Aktuator 2 nicht mehr gemäß seines normalen Betriebsmodus mit voller Funktion und/oder Leistung betrieben wird, sondern dass dieser stattdessen in einem eingeschränkten Betriebsmodus betrieben wird. Der eingeschränkte Betriebsmodus besteht darin, dass der Aktuator 2 nur noch mit eingeschränkter Funktion und/oder Leistung betrieben wird, um nachteilige Auswirkungen, wie eine Fehlfunktion oder Beschädigung des Aktuators 2 zu vermeiden.
Im betrieblichen Einsatz eines verstellbaren Wankstabilisators in einem Kraftfahrzeug kann ein kritischer Betriebszustand auch durch andere Ursachen herbeigeführt werden. Der Aktuator 2 eines verstellbaren Wankstabilisators 1 wird üblicherweise über das Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt. Dabei sind abhängig vom Verbrauchs- und Einspeisezustand der an das Bordnetz angeschlossenen Fahrzeugkomponenten selbige oft hohen Spannungsschwankungen ausgesetzt. In Unterspannungs- wie in Überspannungssituationen sind Maßnahmen zu treffen, die einer weiteren Spannungsreduktion oder Spannungserhöhung entgegenwirken oder diese zumindest verhindern. Entsprechend ist vorgesehen, dass auch die Energieversorgungseinrichtung 21 (vgl. 1) des Aktuators 2 hinsichtlich des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes überwacht wird. Konkret wird also überwacht, ob das Bordnetz des Kraftfahrzeugs einen kritischen Unterspannungszustand oder Überspannungszustand erreicht. Auch in einem solchen Fall des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes wird der Aktuator 2 nur noch in einem eingeschränkten Betriebsmodus betrieben, das heißt mit eingeschränkter Funktion und/oder Leistung.
Grundsätzlich wird demnach der Aktuator 2 des verstellbaren Wankstabilisators 1 in einem eingeschränkten Betriebsmodus betrieben, wenn aufgrund übermäßiger thermischer Belastung oder einer übermäßigen elektrischen Spannungsschwankung der Energieversorgung des Aktuators ein kritischer Betriebszustand erkannt wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es in jedem der beiden Fälle (thermische Überlastung, elektrische Spannungsabweichung) zweckmäßig ist, den Aktuator 2 des verstellbaren Wankstabilisators 1 zunächst in einem eingeschränkten Betriebsmodus weiterhin zu betreiben, insbesondere um auf diese Weise zumindest teilweise eine Wankabstützung aufrechtzuerhalten, anstatt vollständig auf diese zu verzichten. In diesem Zusammenhang sei auf 3 und 4 verwiesen, anhand denen das im Rahmen der Erfindung vorgeschlagene Konzept zum Betrieb des Aktuators 2 in verschiedenen Betriebsmodi erläutert wird.
3 ist eine tabellarische Übersicht über Leistungsreduktionsstufen und zugeordnete leistungsreduzierende Maßnahmen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Betrieb eines verstellbaren Wankstabilisators, wie anhand der 1 und 2 beschrieben, zum Einsatz kommen können. Dies sei nachfolgend näher erläutert.
Ein verstellbarer Wankstabilisator 1, wie anhand der 1 beschrieben, kann beispielsweise im Rahmen eines wie anhand von 2 beschriebenen Regelungsprogramms angesteuert werden, um das Wankverhalten eines mit dem verstellbaren Wankstabilisator 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu beeinflussen. In einem normalen Betriebsmodus, damit ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass der Aktuator 2 nicht übermäßig erwärmt ist und sich die Spannung im Bordnetz des Kraftfahrzeugs auf einem normalen Niveau befindet, wird der Aktuator 2 hinsichtlich dessen Funktion und Leistung uneingeschränkt betrieben. Die Führungsgrößenregelung zur Umsetzung des System-Sollmoments und auch die Störgrößenregelung zur Kompensation von Straßenunebenheiten werden vollumfänglich und mit der zur Verfügung stehenden Leistung des Aktuators durchgeführt.
An einem zweiachsigen, achsweise mit jeweils einem verstellbaren Wankstabilisator ausgestatteten Kraftfahrzeug bedeutet dies, dass in einem normalen Betriebsmodus, der in der Tabelle gemäß 3 einer Leistungsreduktionsstufe „0“ entspricht, weder eine Geschwindigkeitsreduzierung noch eine Momentreduzierung vorgenommen wird. Entsprechend sind dem normalen Betriebsmodus [bzw. der Leistungsreduktionsstufe „0“] Werte zugeordnet, wonach ein Faktor für die Geschwindigkeitsreduzierung 1 beträgt und auch ein Faktor für die Momentreduzierung an der Vorderachse 1 beträgt und auch ein Faktor für die Momentreduzierung an der Hinterachse 1 beträgt. Mit anderen Worten, im normalen Betriebsmodus, das heißt bei Vorliegen eines unkritischen Betriebszustandes des verstellbaren Wankstabilisators 1, wird der Aktuator 2 wieder hinsichtlich dessen Geschwindigkeit noch hinsichtlich dessen Moments reduziert.
In der Tabelle gemäß 3 sind rechts des normalen Betriebsmodus „0“ sechs Spalten dargestellt, welche jeweils einem eingeschränkten Betriebsmodus zugeordnet sind. Jede der sechs Spalten entspricht dabei einer sogenannten Leistungsreduktionsstufe „1“ bis „6“ des eingeschränkten Betriebsmodus. Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass im Fall des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes der Aktuator 2 des verstellbaren Wankstabilisators 1 nur noch im eingeschränkten Betriebsmodus betrieben wird. Ein kritischer Betriebszustand liegt vor, wenn beispielsweise eine übermäßige thermische Belastung des Aktuators 2 erkannt wird. Daneben liegt ein kritischer Betriebszustand vor, wenn eine übermäßige Spannungsschwankung im elektrischen Bordnetz erkannt wird, welches den Aktuator 2 des verstellbaren Wankstabilisators 1 mit elektrischer Spannung versorgt. Eine übermäßige Spannungsschwankung kann durch Unterspannung oder Überspannung im Bordnetz verursacht sein.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass abhängig vom Ausmaß des auslösenden Ereignisses, konkret also abhängig von der im kritischen Betriebszustand erfassten Temperatur des Aktuators 2 oder dem im kritischen Betriebszustand vorliegenden Spannungsniveau im elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs eine entsprechende Leistungsreduktionsstufe „1“ bis „6“ gewählt wird.
Wie der Tabelle nur 3 zu entnehmen, ist jeder Leistungsreduktionsstufe „1“ bis „6“ ein Bündel leistungsreduzierender Maßnahmen zugeordnet. So wird im eingeschränkten Betriebsmodus jeweils eine Begrenzung der Systemdynamik vorgenommen, indem nämlich eine Geschwindigkeit der Wankregelung reduziert wird. In den Leistungsreduktionsstufen „1“ bis „6“ drückt sich dies aus durch einen jeweils angegebenen Faktor von „0,1“ für die Geschwindigkeitsreduzierung.
Daneben wird im eingeschränkten Betriebsmodus in sämtlichen Leistungsreduktionsstufen „1“ bis „6“ das mit dem Aktuator 2 für die Wankabstützung aufbringbare Moment reduziert. Die Reduzierung erfolgt dabei mittels eines der ausgewählten Leistungsreduktionsstufe jeweils zugeordneten Reduzierungsfaktors, so dass für eine jeweilige Leistungsreduktionsstufe eine individuelle Reduzierung zur Anwendung kommt. Der Reduzierungsfaktor ist darüber hinaus achsabhängig, so dass für Vorderachse und Hinterachse eine unterschiedliche Reduzierung zur Anwendung kommt, somit eine unterschiedlich starke Wankabstützung pro Achse erfolgt. Beispielsweise beträgt in der Leistungsreduktionsstufe „1“ an der Vorderachse der Reduzierungsfaktor für das Moment „0,94“, während in der Leistungsreduktionsstufe „1“ der Reduzierungsfaktor für die Hinterachse „0,9“ beträgt. Für die weiteren, höheren Leistungsreduktionsstufen „2“ bis „6“ kommen weitere Faktoren zur Anwendung, die sich der Tabelle gemäß 3 entnehmen lassen.
Zur bedarfsgerechten Regelung ist weiterhin vorgesehen, dass die zuvor genannten Reduzierungsfaktoren abhängig von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs gewichtet werden, insbesondere um bei hoher Fahrzeugquerbeschleunigung eine hohe, bei geringer Fahrzeugquerbeschleunigung eine geringe Reduzierung zu erzielen. In diesem Zusammenhang sei auf 4 verwiesen, welche für verschieden starke Querbeschleunigungen des Fahrzeugs (0 bis 10 m/s²) jeweils einen Momentreduzierungsfaktor von „0,3“ bis „1“ angibt, womit die Momentreduzierung über die Querbeschleunigung gewichtet wird.
Durch das zuvor beschriebene Verfahren kann ein verstellbarer Wankstabilisator in vorteilhafter Weise auf kritische Betriebszustände reagieren. Es wird in kritischen Betriebszuständen ein Schutz des Aktuators sowie des Bordnetzes und davon versorgter Fahrzeugkomponenten erzielt, wobei trotz Vorliegen des kritischen Betriebszustandes zumindest eine eingeschränkte Funktionalität und/oder Leistung hinsichtlich der Wankabstützung des Kraftfahrzeugs gewährleistet wird. Aufgrund der bedarfsgerechten Abstimmung leistungsreduzierender Maßnahmen wird ein angemessenes Reagieren ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: verstellbarer Wankstabilisator
2: Aktuator
3: Rotationsachse
4: Elektromotor
5: mehrstufiges Planetengetriebe
6a, 6b: linker (bzw. rechter) Stabilisatorabschnitt
7a, 7b: linkes (bzw. rechtes) Rad
8a, 8b: linke (bzw. rechte) Lenkeranordnung
9a, 9b: linke (bzw. rechte) Pendelstütze
10: Fahrzeugaufbau
11a, 11b: linke (bzw. rechte) Stabilisatorlagerung
12a, 12b: Höhenstandssensor linkes (bzw. rechtes) Rad
13: Drehzahlsensor
20: Kinematik
21: Energieversorgungseinrichtung
22: Temperatursensor
z7a, z7b: Höhenstand linkes (bzw. rechtes) Rad
M_Wank: Wankmoment (achsbezogen)
M_System: System-Moment
n: Motordrehzahl
α: Systemwinkel
β: Stabilisatorwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016219399 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei der verstellbare Wankstabilisator (1) einen Aktuator (2) aufweist, der im Rahmen eines Regelungsprogramms angesteuert wird, um ein Wankverhalten des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) hinsichtlich des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes überwacht wird, wobei im Fall des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes der Aktuator (2) in einem eingeschränkten Betriebsmodus betrieben wird, welcher darin besteht, dass der Aktuator (2) gegenüber einem normalen Betriebsmodus mit eingeschränkter Funktion und/oder Leistung betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einem kritischen Betriebszustand um einen Zustand des Aktuators (2) handelt, in welchem ein weiterer Betrieb des Aktuators (2) bei voller Funktion und/oder Leistung zu einer Fehlfunktion oder Beschädigung des Aktuators (2) führen würde.
Verfahren nach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einem kritischen Betriebszustand um eine übermäßige thermische Belastung, insbesondere Erwärmung des Aktuators (2) handelt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung des kritischen Betriebszustands eine Temperatur am Aktuator (2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur am Aktuator (2), insbesondere an einer diesem zugeordneten elektronischen Steuereinheit, mittels eines Temperatursensors (22) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf Grundlage eines Modells anhand von Betriebswerten des Aktuators (2) errechnet wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den eingeschränkten Betriebsmodus abhängig vom Ausmaß des auslösenden Ereignisses eine Leistungsreduktionsstufe gewählt wird, der wenigstens eine leistungsreduzierende Maßnahme zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Leistungsreduktionsstufe im eingeschränkten Betriebsmodus abhängig von der Temperatur am Aktuator (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im eingeschränkten Betriebsmodus eine Begrenzung der Systemdynamik vorgenommen wird, insbesondere indem eine Geschwindigkeit der Wankregelung reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im eingeschränkten Betriebsmodus das mit dem Aktuator (2) für die Wankabstützung aufbringbare Moment reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung mittels eines der ausgewählten Leistungsreduktionsstufe zugeordneten Reduzierungsfaktors erfolgt, so dass für eine jeweilige Leistungsreduktionsstufe eine andere Reduzierung anwendbar ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduzierungsfaktor achsabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduzierungsfaktor weiterhin abhängig von einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs gewichtet wird, insbesondere um bei hoher Fahrzeugquerbeschleunigung eine hohe, bei geringer Fahrzeugquerbeschleunigung eine geringe Reduzierung zu erzielen.
Verfahren nach einem der 7 bis 13 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer Leistungsreduktionsstufe mehrere leistungsreduzierende Maßnahmen, insbesondere die Begrenzung der Systemdynamik und die Reduzierung des mit dem Aktuator (2) für die Wankabstützung aufbringbaren Moments zugeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) einen Elektromotor (4) umfasst, der antriebsmäßig mit einem Getriebe, vorzugsweise mit einem insbesondere mehrstufigen Planetengetriebe (5) gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Energieversorgungseinrichtung (21) des Aktuators (2) hinsichtlich des Auftretens eines kritischen Betriebszustandes überwacht wird, wobei es sich um Spannungsschwankungen, insbesondere einen Spannungsabfall oder eine Spannungserhöhung, der Energieversorgungseinrichtung (21) des Aktuators (2), insbesondere im elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs handelt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der Leistungsreduktionsstufe im eingeschränkten Betriebsmodus zudem abhängig von einem elektrischen Spannungsniveau der Energieversorgungseinrichtung (21) des Aktuators (2), insbesondere des elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeugs erfolgt.