DE102019213277A1 - Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei der verstellbare Wankstabilisator (1) einen Aktuator (2) aufweist, der in Bezug auf eine Rotationsachse (3) um einen Systemwinkel (α) verdrehbar ist, um zwei damit verbundene Stabilisatorabschnitte (6a, 6b) um die 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, wobei ein Lage-Drehzahl-Regler ausgehend von einem am Aktuator (2) einzustellenden Sollwinkel (αSoll) und unter Berücksichtigung des tatsächlichen Systemwinkels (α) sowie weiterer Parameter (21, 22) des Wankstabilisators (1) und/oder des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs ein Motor-Sollmoment (23) ermittelt, auf dessen Grundlage ein Motor (4) des Aktuators (2) angesteuert wird, wobei unter Berücksichtigung des Sollwinkels (αSoll) und des tatsächlichen Systemwinkels (α) eine Prüfung des Motor-Sollmoments (23) auf Plausibilität durchgeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 sowie ein System zur Wankstabilisierung nach Anspruch 10.
• 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.
• Neben der konstruktiven Gestaltung eines verstellbaren Wankstabilisators stellt auch dessen zweckgerechte Ansteuerung eine technische Herausforderung dar.
• Der Aktuator einschließlich Elektromotor eines verstellbaren Wankstabilisators wird im betrieblichen Einsatz im Fahrzeug in beide Laufrichtungen betrieben, um seine zuvor beschriebene Funktion zu erfüllen. Gemäß einer möglichen Ausgestaltung kann ein Lage-Drehzahl-Regler vorgesehen sein, der unter anderem abhängig von einem einzustellenden Sollwinkel ein Motor-Sollmoment ermittelt, auf dessen Grundlage der Elektromotor des Aktuators angesteuert wird. Entsprechend des zuvor beschriebenen betrieblichen Einsatzes eines verstellbaren Wankstabilisators kann das vom Lage-Drehzahl-Regler ermittelte Motor-Sollmoment je nach Betriebszustand in jede der beiden möglichen Drehrichtungen weisen.
• Innerhalb des verstellbaren Wankstabilisators, insbesondere in den Stabilisatorabschnitten, kann -je nach betrieblichem Zustand - mechanische Energie (kinetische Energie oder durch Verformung erzeugte potentielle Energie) gespeichert sein. Im Stellbetrieb des Aktuators auf Grundlage eines vom Lage-Drehzahl-Regler - ausgehend von einem einzustellenden Sollwinkel - ermittelten Motor-Sollmoments kann es aufgrund der gespeicherten mechanischen Energie innerhalb des verstellbaren Wankstabilisators zu mehr oder weniger starken Überschwingern hinsichtlich einer Ist-Motorposition gegenüber einer Soll-Motorposition kommen. Mit anderen Worten, die innerhalb des verstellbaren Wankstabilisators in bestimmten Betriebszuständen gespeicherte mechanische Energie überträgt sich dann aufgrund der mechanischen Kopplung (Getriebe) auf den Motor des Aktuators. Damit kann es bei der Ansteuerung des Motors dazu kommen, dass anstatt einer stetigen Annäherung zwischen Ist- und Soll-Motorposition die Ist-Motorposition die Soll-Motorposition „überholt“. Dann ist es - abweichend von einem sonst üblichen Regelungsprinzip - zweckmäßig, den Motor des Aktuators bereits vor Erreichen seiner Soll-Motorposition einzubremsen, also ein Soll-Motormoment in entgegengesetzter Richtung auszugeben. Der Motor eines verstellbaren Wankstabilisators ist zu diesem Zweck -je nach Betriebszustand - vorteilhaft also nicht nur in beide Drehrichtungen antreibend, sondern auch in beide Drehrichtungen verzögernd (bremsend) zu betreiben, also in einem sogenannten Vierquadrantenbetrieb.
• Ein vergleichbares Einbremsverhalten kann im Fall einer beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten verursachten äußeren Krafteinleitung von den Radanbindungspunkten zum verstellbaren Wankstabilisator erforderlich sein, wenn die von außen einwirkende Kraft auf den Motor ein Drehmoment in die zur Reduzierung der vorliegenden Regelabweichung korrekten Richtung hervorruft.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators anzugeben, bei welchem im Rahmen der Lage-Drehzahl-Regelung die Möglichkeit geschaffen wird, den Motor des Aktuators in beiden Drehrichtungen sowohl antreibend als auch verzögernd (Vierquadrantenbetrieb) sicher betreiben zu können. Daneben soll ein entsprechendes System zur Wankstabilisierung angegeben werden.
• Die Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators für ein Kraftfahrzeug, wobei der verstellbare Wankstabilisator einen Aktuator aufweist, der in Bezug auf eine Rotationsachse um einen Systemwinkel verdrehbar ist, um zwei damit verbundene Stabilisatorabschnitte um die Rotationsachse gegeneinander zu verdrehen. Die Stabilisatorabschnitte sind dabei radial von der Rotationsachse entfernt jeweils mit einer Radaufhängung gekoppelt. Ein Lage-Drehzahl-Regler ermittelt ausgehend von einem am Aktuator einzustellenden Sollwinkel und unter Berücksichtigung des tatsächlichen Systemwinkels sowie weiterer Parameter des Wankstabilisators und/oder des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs ein Motor-Sollmoment, auf dessen Grundlage ein Motor des Aktuators angesteuert wird. Erfindungsgemäß wird unter Berücksichtigung des Sollwinkels und des tatsächlichen System-Winkels eine Prüfung des Motor-Sollmoments auf Plausibilität durchgeführt.
• Erfindungsgemäß wurde zunächst erkannt, dass es innerhalb eines verstellbaren Wankstabilisators aufgrund gespeicherter mechanischer Energie, insbesondere in den Stabilisatorabschnitten, aufgrund der mechanischen Kopplung zum Überschwingen des Motors des Aktuators kommen kann. Daneben kann durch äußere Krafteinleitung, hervorgerufen beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten, eine Rückwirkung auf den Motor des Aktuators entstehen, wodurch in beiden Fällen (Überschwingen wie äußere Krafteinleitung) ein Bremsbetrieb des Motors zweckmäßig ist. Erfindungsgemäß wird dazu eine Prüfung des vom Lage-Drehzahl-Regler ermittelten Motor-Sollmoments auf Plausibilität unter Berücksichtigung des Sollwinkels und des tatsächlichen Systemwinkels vorgeschlagen.
• In vorteilhafter Weise erfolgt dabei die Plausibilitätsprüfung anhand einer Betrachtung der Regeldifferenz zwischen Sollwinkel und Systemwinkel. Als Sollwinkel ist Rahmen der Erfindung der am Aktuator einzustellende Systemwinkel zu verstehen. Es handelt sich also um den Winkel, um welchen sich die zwei mit dem Aktuator verbundenen Stabilisatorabschnitte um die Rotationsachse gegeneinander verdrehen sollen. Der Sollwinkel kann beispielsweise von einer vorgelagerten Regelungsinstanz vorgegeben sein.
• Für einen angestrebten Vierquadrantenbetrieb des Elektromotors des Aktuators ist es zweckmäßig, eine Plausibilitätsprüfung des vom Lage-Drehzahl-Reglers ermittelten Soll-Moments durchzuführen. In vorteilhafter Weise erfolgt dies anhand von zumindest zwei Kriterien, nämlich ob:
• sich die Regeldifferenz zwischen Sollwinkel und Systemwinkel vergrößert, und
• das Motor-Sollmoment eine die Regeldifferenz erhöhende Richtung aufweist,
wobei im Falle der Erfüllung beider Kriterien die Plausibilitätsprüfung negativ ausfällt. Mit anderen Worten, wenn ein Betriebszustand vorliegt, bei dem sich sowohl die Regeldifferenz zwischen Sollwinkel und Systemwinkel vergrößert, als auch das Motor-Sollmoment eine die Regeldifferenz erhöhende Richtung aufweist, ist das vom Lage-Drehzahl-Regler ermittelte Motor-Sollmoment nicht plausibel.
• Ergänzend oder alternativ fällt gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens die Plausibilitätsprüfung zumindest dann positiv aus, wenn das Motor-Sollmoment zu einer Reduzierung der Regeldifferenz zwischen Sollwinkel und tatsächlichem Systemwinkel beiträgt.
• Grundsätzlich kann die vorgeschlagene Plausibilitätsprüfung im laufenden Betrieb des verstellbaren Wankstabilisators durchgeführt werden. Eine zweckmäßige Weiterbildung des Verfahrens sieht jedoch vor, dass erst bei Überschreitung eines insbesondere parametrierbaren Schwellwerts des Motor-Sollmoments und/oder der Regeldifferenz die zuvor beschriebene Plausibilitätsprüfung durchgeführt wird.
• Erfindungsgemäß ermittelt der Lage-Drehzahl-Regler das Motor-Sollmoment ausgehend von einem am Aktuator einzustellenden Sollwinkel und unter Berücksichtigung des tatsächlichen Systemwinkels sowie weiterer Parameter des Wankstabilisators und/oder des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Es ist zweckmäßig, dass es sich zumindest bei einem der weiteren berücksichtigten Parameter um die Fahrzeuggeschwindigkeit des mit dem verstellbaren Wankstabilisator ausgestatteten Kraftfahrzeugs handelt.
• Der Motor des Aktuators wird auf Grundlage des vom Lage-Drehzahl-Reglers ermittelten Motor-Sollmoments angesteuert. In vorteilhafter Weise erfolgt dies, indem das ermittelte Motor-Sollmoment für den Aktuator einer feldorientierten Regelung zugeführt wird, die wiederum einen dem Aktuator zugeordneten Motor ansteuert.
• Wie beschrieben geht in den für das Verfahren genutzten Lage-Drehzahl-Regler der am Aktuator einzustellende Sollwinkel als eine Eingangsgröße ein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird dieser unter Berücksichtigung einer Führungsgröße und einer störungskompensierenden Größe ermittelt. Dies erfolgt zweckmäßigerweise in einer vorgelagerten Reglerinstanz.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass es sich bei der Führungsgröße um einen Verdrehwinkel für eine fahrzeugseitige Drehmomentanforderung handelt (insbesondere ermittelt durch Multiplikation mit dem Kehrwert der Systemsteifigkeit). Bei der störungskompensierenden Größe handelt es sich bevorzugt um einen Null-Moment-Winkel (Aktuatorwinkel, bei dem dieser unter Berücksichtigung der aktuellen Radhöhenstände momentenfrei ist), wobei der Verdrehwinkel für die Drehmomentanforderung und der Null-Moment-Winkel zu dem am Aktuator einzustellenden Sollwinkel addiert werden.
• Die eingangs genannte Aufgabe wird daneben gelöst durch ein System zur Wankstabilisierung gemäß Anspruch 10. Es handelt sich hierbei um ein System zur Wankstabilisierung, das ausgebildet ist, ein Verfahren der zuvor beschriebenen Art auszuführen.
• 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 eine schematische Darstellung eines Lage-Drehzahl-Reglers nebst schematischer Darstellung einer Plausibilisierungsfunktion,
• 4 eine graphische Darstellung eines Plausibilisierungsschemas gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• 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 verstehen.
• 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.
• Das in 2 dargestellte Regelungsschema findet vorteilhaft Anwendung an einem wie in 1 dargestellten verstellbaren Wankstabilisator 1. Bei dem dort beschriebenen Regelungsprinzip wird ein eingehendes System-Sollmoment über die System-Steifigkeit in einen Sollwinkel umgerechnet, aus dem mittels eines Lage-Drehzahl-Reglers ein Motor-Sollmoment ermittelt wird, wobei der Motor mit entsprechenden Motorströmen beaufschlagt wird.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei nun verwiesen auf 3. Diese zeigt eine schematische Darstellung eines Lage-Drehzahl-Reglers nebst schematischer Darstellung einer Plausibilisierungsfunktion. Der Lage-Drehzahl-Regler, dort gezeichnet als Rechteck mit der Bezeichnung 26 für eine Lage-Drehzahl-Kaskade (LDK) kommt vorteilhaft zum Einsatz innerhalb einer wie anhand von 2 erläuterten Regelstrategie eines verstellbaren Wankstabilisators. Neben der Lage-Drehzahl-Kaskade 26 zeigt 3 schematisch eine Quadrantenüberwachung 27 der Lage-Drehzahl-Kaskade, ebenfalls dargestellt als Rechteck (Bezeichnung 27).
• In die Lage-Drehzahl-Kaskade 26 gehen verschiedene Eingangssignale ein, die zu einem Ausgangssignal in Form eines Motor-Sollmoments 23 verarbeitet werden. Das Motor-Sollmoment 23 stellt die Ausgangsgröße des Lage-Drehzahl-Reglers dar. Das ausgehende Motor-Sollmoment 23 wird - wie anhand von 2 bereits erläutert - einer feldorientierten Regelung 25 zugeführt, wodurch letztlich die Ansteuerung des Motors des Aktuators erfolgen kann.
• Als Eingangsgrößen der Lage-Drehzahl-Kaskade 26 sind zu nennen der Systemwinkel α (tatsächlicher Aktuatorwinkel oder „Ist-Winkel“), der Sollwinkel α_Soll (einzustellender Aktuatorwinkel), eine Fahrzeuggeschwindigkeit 22 (des mit dem Wankstabilisator 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs) sowie ggf. diverse weitere Parameter 21 (beispielsweise ein Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs oder dergleichen). Die Grundfunktion der gezeigten Lage-Drehzahl-Kaskade 26 besteht darin, ausgehend von einem am Aktuator einzustellenden Sollwinkel α_Soll und unter Berücksichtigung des tatsächlichen Systemwinkels α sowie weiterer Parameter des Kraftfahrzeugs wie der Fahrzeuggeschwindigkeit 22 und beispielsweise dem Lenkwinkel das Motor-Sollmoment 23 zu ermitteln, auf dessen Grundlage der Motor des Aktuators angesteuert werden kann.
• In bestimmten Betriebssituationen kann es erforderlich sein, den Motor des Aktuators abzubremsen. Eine solche Situation kann beispielsweise vorliegen, wenn es aufgrund gespeicherter mechanischer Energie innerhalb des verstellbaren Wankstabilisators, insbesondere in den Stabilisatorabschnitten, zum Überschwingen einer Ist-Motorposition gegenüber der Soll-Motorposition kommt. In diesem Fall ist es zweckmäßig, den Motor bereits vor Erreichen der Soll-Motorposition einzubremsen, also ein Soll-Motormoment in entgegengesetzte Richtung auszugeben. Daneben kann auch durch äußere Krafteinleitung, beispielsweise aufgrund von Fahrbahnunebenheiten, von den Radanbindungspunkten zum verstellbaren Wankstabilisator ein Einbremsen erforderlich sein, wenn nämlich die äußere Krafteinwirkung ein Drehmoment in die zur Reduzierung der Regelabweichung korrekte Richtung hervorruft. Mittels einer Quadrantenüberwachung 27 lässt sich überprüfen, ob ein vom Lage-Drehzahl-Regler ermitteltes Motor-Sollmoment 23 insbesondere in Bezug auf zuvor beschriebene Betriebssituationen plausibel erscheint.
• In die Quadratenüberwachung 27 der Lage-Drehzahl-Kaskade gehen als Eingangsgrößen ein das Motor-Sollmoment 23, der Systemwinkel α sowie der Sollwinkel α_Soll , wie durch die Pfeile in 3 dargestellt. Auf noch zu beschreibende Weise wird unter Berücksichtigung des Sollwinkels α_Soll und des tatsächlichen Systemwinkels α eine Prüfung des Motor-Sollmoments 23 auf Plausibilität durchgeführt.
• Dies sei im Einzelnen anhand von 4 näher erläutert, welche eine graphische Darstellung eines Plausibilisierungsschemas gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Im linken Bereich der 4 sind die Eingangsgrößen für die Quadrantenüberwachung dargestellt, also der Sollwinkel α_Soll , der Systemwinkel α sowie das Motor-Sollmoment 23 (vgl. Quadrantenüberwachung 27 in 3). Für die durch die Erfindung beschriebene Plausibilitätsprüfung erfolgt eine Betrachtung der Regeldifferenz 24 zwischen Sollwinkel α_Soll und Systemwinkel α. Hierzu wird zunächst eine Differenz dieser beiden Eingangsgrößen gebildet, welche in Form einer Regeldifferenz 24 in die weitere Plausibilitätsprüfung eingeht.
• Die Plausibilitätsprüfung beruht im Wesentlichen aus drei Zweigen. Im - bezogen auf die Darstellung in 4 - oberen Zweig wird ermittelt, ob eine vorliegende Regeldifferenz (zwischen Sollwinkel und Systemwinkel) größer wird. In einem darunter liegenden Zweig wird ermittelt, ob das Motorsollmoment 23 eine falsche, d. h. eine die Regeldifferenz 24 erhöhende Richtung, aufweist. Und schließlich wird in einem unteren Zweig geprüft, ob das Motormoment 23 einen für den Start der Plausibilisierung erforderlichen Schwellwert überschreitet.
• Wie im rechten Bildbereich der 4 zu sehen, sind die drei genannten Zweige per Und-Verknüpfung logisch verbunden. Erst bei Erfüllen sämtlicher der drei in den Zweigen jeweils abgeprüfter Kriterien ist die Und-Bedingung erfüllt und wird mit zeitlicher Entprellung 32 schließlich als Fehler 33 ausgegeben. Die Plausibilitätsprüfung fällt also in Form eines Fehlers 33 (nur) dann negativ aus, wenn das erfasste Motor-Sollmoment 23 einen Mindestschwellwert überschreitet, sich die Regeldifferenz vergrößert und zugleich das Motormoment in die falsche - also die Regelabweichung vergrößernde - Richtung weist.
• Für den oberen Zweig (Prüfung, ob die Regeldifferenz größer wird) wird zunächst die Regeldifferenz 24 nach der Zeit abgeleitet und liegt somit als Ableitung 24' der Regeldifferenz vor. Alternativ kann zur Erzielung einer hohen Robustheit die Ableitung der Ist-Position gebildet und verwendet werden (im Sinne von: „geht die Ist-Position in Richtung der Sollposition?“). Als nächster Schritt erfolgt eine Vorzeichenkontrolle an der Ableitung 24' der Regeldifferenz (bzw. Ableitung der Ist-Position) und parallel der Regeldifferenz 24. Über jeweilige Und-Verknüpfungen wird das Vorliegen zweier Betriebssituationen abgefragt: In einem ersten Fall wird abgefragt, ob zugleich die Ableitung 24' der Regeldifferenz negativ und die Regeldifferenz 24 negativ ist. Alternativ wird abgefragt, ob die Ableitung 24' der Regeldifferenz positiv und zugleich die Regeldifferenz 24 positiv ist. In jedem der genannten Fälle wird bei Erfüllung der Und-Bedingung als Ergebnis ausgegeben, dass die Regeldifferenz größer wird, was über eine Oder-Verknüpfung als Signal mit der Bezeichnung 28 ausgegeben wird.
• Im mittleren Zweig erfolgt eine Prüfung, ob das Motor-Sollmoment 23 in die falsche Richtung weist. Eine diesbezügliche Überprüfung erfolgt auf Grundlage der eingehenden Regeldifferenz 24 und des Motor-Sollmoments 23. Konkret wird dazu geprüft, ob entweder die Regeldifferenz 24 negativ und das Motor-Sollmoment 23 positiv sind oder ob alternativ die Regeldifferenz 24 positiv und das Motor-Sollmoment 23 negativ sind. Liegt einer der beiden Fälle vor, so wird das Signal mit der Bezeichnung 29 erzeugt, wonach das Motor-Sollmoment 23 eine die Regeldifferenz 24 erhöhende Richtung aufweist.
• Im unteren Zweig wird, wie schon erwähnt, geprüft, ob das Motor-Sollmoment 23 einen Mindestschwellwert überschreitet.
• Nur bei Erfüllen sämtlicher der drei in den Zweigen jeweils abgeprüften Kriterien wird mit zeitlicher Entprellung 32 schließlich ein Fehler 33 ausgegeben, womit die Plausibilitätsprüfung negativ ausfällt. Ist wenigstens eines der Kriterien nicht erfüllt, gilt das Motorsollmoment als plausibel. Zur weiteren Steigerung der Robustheit der Plausibilitätsprüfung ist es denkbar, dass ergänzend zu den drei Kriterien zusätzlich noch ein Schwellwert der Regelabweichung als UND-Verknüpfung abgefragt wird.
• 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

21

diverse weitere Parameter

22

Fahrzeuggeschwindigkeit

23

Motor Sollmoment

24

Regeldifferenz

24'

Ableitung Regeldifferenz

25

feldorientierte Regelung

26

Lage-Drehzahl-Kaskade (LDK) - Ebene 1

27

Quadrantenüberwachung der Lage-Drehzahl-Kaskade - Ebene 2

28

Regeldifferenz wird größer

29

Motor-Sollmoment weist Regeldifferenz erhöhende Richtung auf

30

Schwellwert für Start der Überwachung des Motor-Sollmoments

31

Motor-Sollmoment liegt über Anfilterschwelle

32

zeitliche Entprellung Puffer

33

Fehler

z7a, z7b

Höhenstand linkes (bzw. rechtes) Rad

M_Wank

Wankmoment (achsbezogen)

M_System

System-Moment

n

Motordrehzahl

α

Systemwinkel

α_Soll

Sollwinkel (System)

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102016219399 A1 [0003]

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei der verstellbare Wankstabilisator (1) einen Aktuator (2) aufweist, der in Bezug auf eine Rotationsachse (3) um einen Systemwinkel (α) verdrehbar ist, um zwei damit verbundene Stabilisatorabschnitte (6a, 6b) um die 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, wobei ein Lage-Drehzahl-Regler ausgehend von einem am Aktuator (2) einzustellenden Sollwinkel (α_Soll) und unter Berücksichtigung des tatsächlichen Systemwinkels (α) sowie weiterer Parameter (21, 22) des Wankstabilisators (1) und/oder des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs ein Motor-Sollmoment (23) ermittelt, auf dessen Grundlage ein Motor (4) des Aktuators (2) angesteuert wird, wobei unter Berücksichtigung des Sollwinkels (α_Soll) und des tatsächlichen Systemwinkels (α) eine Prüfung des Motor-Sollmoments (23) auf Plausibilität durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Plausibilitätsprüfung eine Betrachtung der Regeldifferenz (24) zwischen Sollwinkel (α_Soll) und Systemwinkel (α) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitätsprüfung anhand von zumindest zwei Kriterien erfolgt, nämlich ob: sich die Regeldifferenz (24) zwischen Sollwinkel (α_Soll) und Systemwinkel (α) vergrößert, und das Motor-Sollmoment (23) eine die Regeldifferenz (24) erhöhende Richtung aufweist, wobei im Falle der Erfüllung beider Kriterien die Plausibilitätsprüfung negativ ausfällt.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitätsprüfung zumindest dann positiv ausfällt, wenn das Motor-Sollmoment (23) zu einer Reduzierung der Regeldifferenz (24) zwischen Sollwinkel (α_Soll) und tatsächlichem Systemwinkel (α) beiträgt.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitätsprüfung erst bei Überschreitung eines Schwellwerts des Motor-Sollmoments (23) und/oder der Regeldifferenz (24) durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einem weiteren berücksichtigten Parameter um die Fahrzeuggeschwindigkeit (22) des mit dem verstellbaren Wankstabilisator (1) ausgestatteten Kraftfahrzeugs handelt.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ermittelte Motor-Sollmoment (23) für den Aktuator (2) einer feldorientierten Regelung (25) zugeführt wird, die einen dem Aktuator (2) zugeordneten Motor (4) ansteuert.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der am Aktuator (2) einzustellende Sollwinkel (α_Soll) unter Berücksichtigung einer Führungsgröße und einer störungskompensierenden Größe ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Führungsgröße um einen Verdrehwinkel für eine fahrzeugseitige Drehmomentanforderung handelt und es sich bei der störungskompensierenden Größe um einen Null-Moment-Winkel handelt, wobei der Verdrehwinkel für die Drehmomentanforderung und der Null-Moment-Winkel zu dem am Aktuator (2) einzustellenden Sollwinkel (α_Soll) addiert werden.
10. System zur Wankstabilisierung, das ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche auszuführen.

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