DE102019213280B4 - Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators (1) eines Kraftfahrzeugs, der verstellbare Wankstabilisator (1) aufweisend einen Aktuator (2), der in Bezug auf eine Rotationsachse (3) 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 der Aktuator (2) auf Grundlage eines fahrzeugseitig vorgegebenen System-Sollmoments angesteuert wird, und wobei das vorgegebene System-Sollmoment auf Zulässigkeit in Bezug auf eine für das Kraftfahrzeug zulässige Wankmomentverteilung (β) geprüft wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung des System-Sollmoments auf Zulässigkeit dadurch erfolgt, dass für das vorgegebene System-Sollmoment eine sich damit ergebende Wankmomentverteilung (β) ermittelt wird und ein Vergleich durchgeführt wird, ob die Wankmomentverteilung (β) innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, wobei der zulässige Bereich der Wankmomentverteilung (β) durch zumindest eine insbesondere fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Grenzkurve vorgegeben ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein zweiachsiges Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen des Anspruchs 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. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise verwiesen auf DE 10 2009 007 357 A1 , welche ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines zweiachsigen Kraftfahrzeugs beschreibt. Unter anderem wird darin die Priorisierung unterschiedlicher Regelstrategien bei der Wankabstützung eines zweiachsigen Fahrzeugs thematisiert.
• Weiterhin sei verwiesen auf EP 1 705 038 A1 . Aus dieser ist ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt.
• Ganz allgemein ist es möglich, einen verstellbaren Wankstabilisator im Rahmen einer aktiven Wankstabilisierung eines damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs dafür zu nutzen, ein Gesamtabstützmoment für das Kraftfahrzeug zwischen Vorderachse und Hinterachse zu verteilen, um auf diese Weise beispielsweise in bestimmten Situationen die Fahrstabilität und/oder den Fahrkomfort zu erhöhen. Insbesondere bei einem zweiachsigen Kraftfahrzeug, das einen verstellbaren Wankstabilisator an der Vorderachse und zudem einen verstellbaren Wankstabilisator an der Hinterachse aufweist, verteilt sich das Gesamtabstützmoment für das Kraftfahrzeug anteilig zwischen dem der Vorderachse zugeordneten Aktuator und dem der Hinterachse zugeordneten Aktuator, wobei sich die Aufteilung durch entsprechende Ansteuerung beeinflussen lässt. Auf für sich gesehen bekannte Weise neigt ein Kraftfahrzeug beispielsweise prinzipiell stärker zum Untersteuern, wenn ein zu großer Anteil des Gesamtabstützmoments durch den Aktuator der Vorderachse übernommen wird. Umgekehrt neigt ein Kraftfahrzeug prinzipiell mehr zum Übersteuern, wenn ein zu großer Anteil des Gesamtabstützmoments durch den Aktuator der Hinterachse übernommen wird.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das dazu beiträgt, zu starkes Übersteuern und/oder zu starkes Untersteuern zu verhindern. Daneben soll ein zweiachsiges Kraftfahrzeug mit zwei verstellbaren Wankstabilisatoren angegeben werden, bei welchem entsprechend ein zu starkes Über- und/oder Untersteuern verhindert wird.
• Die genannte Aufgabe wird zunächst gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist der verstellbare Wankstabilisator einen Aktuator auf, der in Bezug auf eine Rotationsachse verdrehbar ist, um zwei damit verbundene Stabilisatorabschnitte um die Rotationsachse gegeneinander zu verdrehen. Die Stabilisatorabschnitte sind radial von der Rotationsachse entfernt jeweils mit einer Radaufhängung gekoppelt. Erfindungsgemäß wird der Aktuator auf Grundlage eines fahrzeugseitig vorgegebenen System-Sollmoments angesteuert, wobei das vorgegebene System-Sollmoment auf Zulässigkeit in Bezug auf eine für das Fahrzeug zulässige Wankmomentverteilung geprüft wird. Das Verfahren zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Prüfung des System-Sollmoments auf Zulässigkeit dadurch erfolgt, dass für das vorgegebene System-Sollmoment eine sich damit ergebende Wankmomentverteilung ermittelt wird und ein Vergleich durchgeführt wird, ob die Wankmomentverteilung innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, wobei der zulässige Bereich der Wankmomentverteilung durch zumindest eine insbesondere fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Grenzkurve vorgegeben ist
• Demnach wurde erfindungsgemäß zunächst erkannt, dass ein verstellbarer Wankstabilisator nicht nur zur Beeinflussung des Wankverhaltens des Fahrzeugaufbaus des Kraftfahrzeugs dienlich ist, sondern dass darüber hinaus sich mit Hilfe eines verstellbaren Wankstabilisators auch eine Wankmomentverteilung des Kraftfahrzeugs , das heißt eine Verteilung des insgesamt vom Fahrzeug abgestützten Wankmoments auf die beiden Achsen, beeinflussen lässt. Das insgesamt für das Fahrzeug abgestütztes Wankmoment teilt sich dabei auf in ein von der Vorderachse und ein von der Hinterachse abgestütztes Wankmoment, wobei sich bereits durch Einsatz zumindest eines verstellbaren Wankstabilisators (an zumindest einer Achse des Kraftfahrzeugs) die Verteilung des abgestützten Wankmoments zwischen den Achsen in gewissen Grenzen beeinflussen lässt. Zur Vermeidung eines übersteuernden oder untersteuernden Verhaltens des Kraftfahrzeugs wurde erfindungsgemäß die Idee entwickelt, ein - fahrzeugseitig - vorgegebenes System-Sollmoment, auf dessen Grundlage der Aktuator des verstellbaren Wankstabilisators angesteuert wird, auf Zulässigkeit in Bezug auf eine für das Fahrzeug zulässige Wankmomentverteilung zu prüfen.
• Erfindungsgemäß erfolgt die Prüfung des System-Sollmoments auf Zulässigkeit dadurch, dass für das vorgegebene System-Sollmoment eine sich damit ergebende Wankmomentverteilung ermittelt wird und ein Vergleich durchgeführt wird, ob die Wankmomentverteilung innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt.
• Weiterhin erfindungsgemäß ist dabei der zulässige Bereich der Wankmomentverteilung durch zumindest eine insbesondere fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Grenzkurve vorgegeben. Zweckmäßigerweise handelt es sich hierbei um eine Grenzkurve, die beispielsweise durch vorige Fahrversuche und/oder durch Modellierung des Kraftfahrzeugs ermittelt wurde.
• Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird der zulässige Bereich der Wankmomentverteilung durch eine obere Grenzkurve und eine untere Grenzkurve begrenzt, wobei eine zulässige Wankmomentverteilung dann vorliegt, wenn die ermittelte Wankmomentverteilung unterhalb der oberen Grenzkurve und oberhalb der unteren Grenzkurve für die Wankmomentverteilung liegt. Mit anderen Worten ergibt sich durch die obere Grenzkurve und die untere Grenzkurve ein dazwischen liegender Zulässigkeitsbereich, innerhalb dessen sich die Wankmomentverteilung bewegen darf, ohne dass das Kraftfahrzeug in besonderer Weise gefährdet ist, zu übersteuern oder zu untersteuern.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass bei mangelnder Zulässigkeit (das heißt, wenn das für den verstellbaren Wankstabilisator vorgegebene System-Sollmoment zu einer Wankmomentverteilung führt, die außerhalb des zulässigen Bereichs liegt) eine Fehlermaßnahme eingeleitet wird. Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass erst nach Überschreiten einer maximal zulässigen Fehlertoleranzzeit eine solche Fehlermaßnahme eingeleitet wird.
• Es kann sich bei einer Fehlermaßnahme grundsätzlich um verschiedenartige Maßnahmen handeln, wie u. a. optische und/oder akustische Warnsignale. Da eine unzulässige Wankmomentverteilung die Fahrsicherheit des Kraftfahrzeugs verschlechtert, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass es sich bei der Fehlermaßnahme zumindest um ein Überführen in einen sicheren Zustand, insbesondere um ein Abschalten des verstellbaren Wankstabilisators des Kraftfahrzeugs handelt. Ist das Kraftfahrzeug mit mehreren verstellbaren Wankstabilisatoren ausgestattet, kann zweckmäßigerweise ein Abschalten beider verstellbarer Wankstabilisatoren vorgesehen sein.
• Für die Prüfung des vorgegebenen System-Sollmoments auf Zulässigkeit, insbesondere für die dazu erforderliche Ermittlung der Wankmomentverteilung sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des im Rahmen der Erfindung beschriebenen Verfahrens vor, dass neben dem für den verstellbaren Wankstabilisator vorgegebenen System-Sollmoment ein einem weiteren verstellbaren Wankstabilisator des Fahrzeugs vorgegebenes System-Sollmoment berücksichtigt wird. Mit anderen Worten wird für die Zulässigkeitsprüfung der Wankmomentverteilung jeweils auf das System-Sollmoment an sowohl der Vorderachse als auch an der Hinterachse zugegriffen.
• Unter der Wankmomentverteilung wird im Rahmen dieser Erfindung im engeren Sinne das Verhältnis des von einer ersten Achse (Vorderachse) abgestützten Wankmoments gegenüber dem insgesamt vom Kraftfahrzeug abgestützten Wankmoment gebildete Verhältnis verstanden. Entsprechend wird vorteilhaft die Wankmomentverteilung aus dem Verhältnis des von einer ersten Achse (Vorderachse) abgestützten Wankmoments gegenüber dem insgesamt vom Kraftfahrzeug abgestützten Wankmoment ermittelt. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass das insgesamt am Kraftfahrzeug abgestützte Wankmoment aus der Summe des von der ersten Achse (Vorderachse) abgestützten Wankmoments und des von der zweiten Achse (Hinterachse) abgestützten Wankmoments ermittelt wird.
• Die Ansteuerung des Aktuators eines verstellbaren Wankstabilisators kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Insbesondere können dabei unterschiedliche Regelungssysteme zum Einsatz kommen. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Ansteuerung des Aktuators auf Grundlage des System-Sollmoments in der Weise, dass das System-Sollmoment zur Bestimmung eines Sollwinkels berücksichtigt wird, aus welchem dann mittels eines Lage-Drehzahl-Reglers ein Motor-Sollmoment zur Ansteuerung eines Motors des Aktuators ermittelt wird.
• Das zuvor beschriebene Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs zielt zunächst auf den Betrieb eines verstellbaren Wankstabilisators für sich ab. Die im Rahmen der Erfindung beschriebene Zulässigkeitsprüfung findet also im Rahmen der Regelung des jeweiligen verstellbaren Wankstabilisators statt. Da Kraftfahrzeuge auch an jeder ihrer Achsen mit verstellbaren Wankstabilisatoren ausgestattet sein können, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass dieses zum Betreiben von zwei verstellbaren Wankstabilisatoren des Kraftfahrzeugs genutzt wird, indem der Aktuator eines jeden der beiden verstellbaren Wankstabilisatoren auf Grundlage eines für die jeweilige Achse fahrzeugseitig vorgegebenen System-Sollmoments angesteuert wird, wobei jeweils eine eigenständige Prüfung des vorgegebenen System-Sollmoments auf Zulässigkeit in Bezug auf die für das Fahrzeug zulässige Wankmomentverteilung durchgeführt wird. Damit wird auf Ebene jeder Achse des Kraftfahrzeugs unabhängig eine Prüfung des System-Sollmoments auf Zulässigkeit durchgeführt. Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass bei Feststellung der Unzulässigkeit des System-Sollmoments diese Unzulässigkeit an das Regelungssystem der jeweils anderen Achse kommuniziert wird, so dass entsprechend achsübergreifend eine geeignete Fehlermaßnahme getroffen werden kann.
• Die eingangs genannte Aufgabe wird daneben gelöst durch ein zweiachsiges Kraftfahrzeug mit zwei verstellbaren Wankstabilisatoren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 12. Es handelt sich dabei um ein zweiachsiges Kraftfahrzeug mit zwei verstellbaren Wankstabilisatoren, die insbesondere zur Durchführung eines wie zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet sind und von denen ein verstellbarer Wankstabilisator einer vorderen Achse und ein weiterer verstellbarer Wankstabilisator einer hinteren Achse zugeordnet ist, wobei jeder der zwei verstellbaren Wankstabilisatoren jeweils in Abhängigkeit einer fahrzeugseitig vorgegebenen Führungsgröße in Form eines achsbezogenen System-Sollmoments ansteuerbar ist, wobei jedem der verstellbaren Wankstabilisatoren eine Einrichtung zugeordnet ist, um das achsbezogene System-Sollmoment auf Zulässigkeit in Bezug auf eine für das Fahrzeug zulässige Wankmomentverteilung zu prüfen.
• 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 beispielhafte Darstellung zweier Grenzkurven für die Wankmomentverteilung,
• 4 ein graphisches Übersichtsschema für die Wankstabilisierung an einem zweiachsigen Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung der Wankmomentverteilung.
• 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 6a bzw. 6b 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.
• 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.
• Die anhand der 1 und 2 am Beispiel eines verstellbaren Wankstabilisators 1 beschriebene Regelstrategie ist zunächst einmal achsbezogen. So handelt es sich bei dem als ein Eingangssignal eingehenden System-Sollmoment um eine vom Fahrzeug für die jeweilige Achse bzw. den zugehörigen verstellbaren Wankstabilisator vorgegebene Größe. Diese korrespondiert mit einem von der betroffenen Achse abzustützenden (achsbezogenen) Wankmoment M_Wank. Wenn ein Kraftfahrzeug mit einem verstellbaren Wankstabilisator, vorzugsweise mit zwei verstellbaren Wankstabilisatoren (Vorderachse und Hinterachse) ausgestattet ist, ist es im Rahmen der aktiven Wankstabilisierung möglich, ein insgesamt an beiden Achsen abzustützendes Wankmoment des Kraftfahrzeugs zwischen Vorderachse und Hinterachse zu verteilen. Auf Fahrzeugebene erfolgt dies, indem jedem (vorhandenen) verstellbaren Wankstabilisator ein entsprechendes System-Sollmoment vorgegeben wird, also ein vom jeweiligen Aktuator 2 abzustützendes Systemmoment M_System Abhängig von der Verteilung der achsweise abzustützenden Wankmomente ergibt sich für das Kraftfahrzeug eine sogenannte Wankmomentverteilung β, die sich aus dem Verhältnis des von der Vorderachse abgestützten Wankmoments gegenüber dem insgesamt vom Kraftfahrzeug abgestützten Wankmoment ermittelt wird.
• Auf für sich gesehen bekannte Weise neigen Kraftfahrzeuge prinzipiell zum Untersteuern, wenn ein zu großer Anteil des Gesamtabstützmoments an der Vorderachse anliegt, während Fahrzeuge prinzipiell zum Übersteuern neigen, wenn ein zu großer Anteil des Gesamtabstützmoments an der Hinterachse anfällt.
• Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass das einem verstellbaren Wankstabilisator vorgegebene System-Sollmoment auf Zulässigkeit in Bezug auf eine für das Fahrzeug zulässige Wankmomentverteilung β geprüft wird.
• In diesem Zusammenhang sei zunächst auf 3 verwiesen, die eine beispielhafte Darstellung zweier Grenzkurven für die Wankmomentverteilung zeigt. Die Graphik beinhaltet eine obere Grenzkurve (gestrichelt) und eine untere Grenzkurve (durchgehend) für die Wankmomentverteilung β. In Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt sich für die Wankmomentverteilung β eine untere Grenzkurve, die zunächst stark ansteigt, dann konstant bleibt, um ab Überschreiten einer mittleren Geschwindigkeit linear weiter anzusteigen. Die obere Grenzkurve verläuft konstant (bei positiver Fahrzeuggeschwindigkeit) auf einem Wert von deutlich über 50 %.
• Bei einem zweiachsigen Kraftfahrzeug, zu welchem die in 3 dargestellten Grenzkurven ermittelt wurden, neigt das Fahrzeug prinzipiell zum Untersteuern, wenn eine tatsächlich am Kraftfahrzeug vorliegende Wankmomentverteilung β die obere Grenzkurve überschreitet. Andererseits neigt das Kraftfahrzeug prinzipiell zum Übersteuern, wenn die am Kraftfahrzeug tatsächlich vorliegende Wankmomentverteilung β - in diesem Fall abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit - einen entsprechenden Wert der unteren Grenzkurve unterschreitet. Beim Über- oder Unterschreiten der Grenzkurven besteht eine Über- oder Untersteuertendenz, und das Fahrzeug kann in diesen Fällen für einen weniger geübten Fahrer zumindest in bestimmten Fahrsituationen unkontrollierbar werden.
• Die Wankmomentverteilung β berechnet sich explizit als: $$\begin{array}{l}\mathrm{\beta }=\left(\text{Abst}\ddot{\text{u}}\text{tzmoment Vorderachse}\right)/(\text{Abst}\ddot{\text{u}}\text{tzmoment}\text{ Vorderachse}+\text{Abst}\ddot{\text{u}}\text{tzmoment}\\ \text{Hinterachse}).\end{array}$$

  
• Zur Überprüfung eines fahrzeugseitig vorgegebenen System-Sollmoments (vergl. auch Erläuterung zu 2) auf Zulässigkeit in Bezug auf eine für das Kraftfahrzeug zulässige Wankmomentverteilung β schlägt die Erfindung vor, dass für das vorgegebene System-Sollmoment zunächst eine sich damit ergebende Wankmomentverteilung β ermittelt wird und anschließend ein Vergleich durchgeführt wird, ob die (so ermittelte) Wankmomentverteilung β innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, wobei unter einem zulässigen Bereich insbesondere verstanden wird, dass die ermittelte Wankmomentverteilung β unterhalb einer oberen Grenzkurze und oberhalb einer unteren Grenzkurve für die Wankmomentverteilung (vergl. 3) liegt. Bei mangelnder Zulässigkeit, wenn also die Wankmomentverteilung β außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, ist die Einleitung einer Fehlermaßnahme, insbesondere ein Abschalten der am Kraftfahrzeug vorhandenen Wankstabilisatoren vorgesehen.
• Zur weiteren Erläuterung sei nun auf 4 verwiesen, die ein graphisches Übersichtsschema für die Wankstabilisierung an einem zweiachsigen Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung der Wankmomentverteilung zeigt. Schematisch vereinfacht dargestellt durch ein oberes Rechteck und ein unteres Rechteck ist jeweils ein Regelungsschema für die Vorderachse (VA) und darunter ein Regelungsschema für die Hinterachse (HA). Prinzipiell sind die für Vorderachse und Hinterachse zur Anwendung kommenden Regelungen identisch. Zur Vermeidung von Wiederholungen sei daher zunächst lediglich auf die Regelung der Vorderachse eingegangen.
• Zu einem überwiegenden Teil handelt es sich bei der in 4 gezeigten Regelung für die Vorderachse (VA) gemäß oberem Rechteck um die bereits anhand von 2 erläuterte Regelung, welche aus Darstellungsgründen jedoch vereinfacht wiedergegeben ist. Die Regelung beinhaltet eine Führungsgrößenregelung VA sowie eine Störgrößenregelung VA, welche beide einfließen in eine Berechnung Sollposition VA. Die in 4 bezeichnete Berechnung Sollposition VA entspricht der bereits anhand von 2 erläuterten Berechnung des „Sollwinkels“, aus einerseits dem System-Sollmoment (Führungsgrößenregelung) und den Radbewegungsdaten (Störgrößenregelung). Daran schließt sich gemäß 4 die Lage-Drehzahl-Regelung VA und schließlich die Motorregelung VA an, jeweils detaillierter beschrieben im Zusammenhang von 2.
• Ergänzend und damit unterscheidend gegenüber dem in 2 dargestellten Regelungskonzept fließt im Rahmen der Erfindung das von der Führungsgrößenregelung VA vorgegebene Sollabstützmoment VA (System-Sollmoment) gemäß der Darstellung in 4 erfindungsgemäß nicht nur ein in die Berechnung der Sollposition VA, sondern daneben in eine „Absicherung Wankmomentverteilung VA“. Mit anderen Worten, das als Führungsgröße vorgegebene System-Sollmoment fließt an dieser Stelle ein in eine Überprüfung in Bezug auf die Wankmomentverteilung für das Kraftfahrzeug.
• Wie 4 weiterhin zu entnehmen, wird für die Prüfung des vorgegebenen System-Sollmoments auf Zulässigkeit („Absicherung Wankmomentverteilung VA“) auch eine weitere Größe berücksichtigt. Es handelt sich hierbei um das Sollabstützmoment HA, bei dem es sich um das System-Sollmoment der Hinterachse handelt. Dies erfolgt, indem ein von der Führungsgrößenregelung HA (der Hinterachse) vorgegebenes System-Sollmoment über einen entsprechenden Kommunikationskanal, beispielsweise CAN-Bus, an die Absicherung Wankmomentverteilung VA gesendet wird.
• Auf Grundlage der System-Sollmomente von Vorderachse und Hinterachse ist im Rahmen der Absicherung Wankmomentverteilung VA - unter Berücksichtigung des zeitlichen Verzugs (durch den Versand) - eine Berechnung der zum Zeitpunkt des Versandes der Information anliegenden Wankmomentverteilung β möglich. Die errechnete Wankmomentverteilung β wird dann mit der oberen und der unteren Grenzkurve für die Wankmomentverteilung (vergl. 3) verglichen. Eine zulässige Wankmomentverteilung liegt dann vor, wenn die errechnete Wankmomentverteilung β unterhalb der oberen Grenzkurve und oberhalb der unteren Grenzkurve für die Wankmomentverteilung liegt.
• Das Regelungsschema für den verstellbaren Wankstabilisator der Hinterachse ist prinzipiell identisch mit dem der Vorderachse. Ebenfalls vorgesehen ist eine Absicherung Wankmomentverteilung HA, welche in gleicher Weise wie die der Vorderachse arbeitet, entsprechend (umgekehrt) jedoch das Sollabstützmoment VA, also das System-Sollmoment der Vorderachse abfragt. Im Übrigen ist die Funktionsweise wie an der Vorderachse, weshalb sich diesbezügliche Erläuterungen zur Vermeidung von Wiederholungen erübrigen.
• Wird im Rahmen einer Prüfung der Wankmomentverteilung auf Zulässigkeit für eine maximal zulässige Fehlertoleranzzeit ein Wert außerhalb der zulässigen Grenzen festgestellt, wird das Gesamtsystem in einen sicheren Zustand überführt, insbesondere wird ein Abschalten der Aktuatoren beider verstellbarer Wankstabilisatoren (an Vorderachse und an Hinterachse) veranlasst.
• 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

z7a, z7b

Höhenstand linkes (bzw. rechtes) Rad

MWank

Wankmoment (achsbezogen)

MSystem

System-Moment

n

Motordrehzahl

HA

Hinterachse

VA

Vorderachse

α

Systemwinkel

β

Wankmomentverteilung

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators (1) eines Kraftfahrzeugs, der verstellbare Wankstabilisator (1) aufweisend einen Aktuator (2), der in Bezug auf eine Rotationsachse (3) 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 der Aktuator (2) auf Grundlage eines fahrzeugseitig vorgegebenen System-Sollmoments angesteuert wird, und wobei das vorgegebene System-Sollmoment auf Zulässigkeit in Bezug auf eine für das Kraftfahrzeug zulässige Wankmomentverteilung (β) geprüft wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung des System-Sollmoments auf Zulässigkeit dadurch erfolgt, dass für das vorgegebene System-Sollmoment eine sich damit ergebende Wankmomentverteilung (β) ermittelt wird und ein Vergleich durchgeführt wird, ob die Wankmomentverteilung (β) innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, wobei der zulässige Bereich der Wankmomentverteilung (β) durch zumindest eine insbesondere fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Grenzkurve vorgegeben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Bereich der Wankmomentverteilung (β) durch eine obere Grenzkurve und eine untere Grenzkurve begrenzt wird, wobei eine zulässige Wankmomentverteilung dann vorliegt, wenn die ermittelte Wankmomentverteilung (β) unterhalb der oberen Grenzkurve und oberhalb der unteren Grenzkurve für die Wankmomentverteilung liegt.
3. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mangelnder Zulässigkeit, das heißt, wenn das für den verstellbaren Wankstabilisator (1) vorgegebene System-Sollmoment zu einer Wankmomentverteilung (β) führt, die außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, eine Fehlermaßnahme eingeleitet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fehlermaßnahme um ein Überführen in einen sicheren Zustand, insbesondere um ein Abschalten des verstellbaren Wankstabilisators (1) des Kraftfahrzeugs handelt.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Prüfung des vorgegebenen System-Sollmoments auf Zulässigkeit, insbesondere für die dazu erforderliche Ermittlung der Wankmomentverteilung (β), neben dem für den verstellbaren Wankstabilisator (1) vorgegebenen System-Sollmoment ein einem weiteren verstellbaren Wankstabilisator des Kraftfahrzeugs vorgegebenes System-Sollmoment berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wankmomentverteilung (β) aus dem Verhältnis des von einer ersten Achse (VA) abgestützten Wankmoments gegenüber dem insgesamt vom Kraftfahrzeug abgestützten Wankmoment ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das insgesamt am Kraftfahrzeug abgestützte Wankmoment aus der Summe des von der ersten Achse (VA) abgestützten Wankmoments und des von einer zweiten Achse (HA) abgestützten Wankmoments ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Aktuators (2) auf Grundlage des System-Sollmoments in der Weise erfolgt, dass das System-Sollmoment zur Bestimmung eines Sollwinkels berücksichtigt wird, aus welchem mittels eines Lage-Drehzahl-Reglers ein Motor-Sollmoment zur Ansteuerung eines Motors (4) des Aktuators (2) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zum Betreiben von zwei verstellbaren Wankstabilisatoren des Kraftfahrzeugs genutzt wird, indem der Aktuator eines jeden der beiden verstellbaren Wankstabilisatoren (1) auf Grundlage eines für die jeweilige Achse (VA, HA) fahrzeugseitig vorgegebenen System-Sollmoments angesteuert wird, wobei jeweils eine eigenständige Prüfung des vorgegebenen System-Sollmoments auf Zulässigkeit in Bezug auf die für das Kraftfahrzeug zulässige Wankmomentverteilung (β) durchgeführt wird.
10. Zweiachsiges Kraftfahrzeug mit zwei verstellbaren Wankstabilisatoren (1), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche geeignet sind und von denen ein verstellbarer Wankstabilisator (1) einer vorderen Achse (VA) und ein weiterer verstellbarer Wankstabilisator (1) einer hinteren Achse (HA) zugeordnet ist, wobei jeder der zwei verstellbaren Wankstabilisatoren (1) jeweils in Abhängigkeit einer fahrzeugseitig vorgegebenen Führungsgröße in Form eines achsbezogenen System-Sollmoments ansteuerbar ist, wobei jedem der verstellbaren Wankstabilisatoren (1) eine Einrichtung zugeordnet ist, um das achsbezogene System-Sollmoment auf Zulässigkeit in Bezug auf eine für das Kraftfahrzeug zulässige Wankmomentverteilung (β) zu prüfen.

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