DE102019213302A1

DE102019213302A1 - Aktive Wankstabilisierung zur Verhinderung eines Radabhebers

Info

Publication number: DE102019213302A1
Application number: DE102019213302.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Beller; Jürgen Haag; Mike Rödder
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

Abstract

Verfahren zur aktiven Wankstabilisierung eines Fahrzeugs mittels eines ersten Wankstabilisators (30) und eines zweiten Wankstabilisators (32), wobei der erste Wankstabilisator (30) einer Vorderachse des Fahrzeugs zugeordnet ist, wobei der zweite Wankstabilisator (32) einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet ist, wobei der erste Wankstabilisator (30) und der zweite Wankstabilisator (32) jeweils ein Stabilisatorgehäuse (304) und einen einerseits am Stabilisatorgehäuse (304) drehbar gelagerten und andererseits mit einem Rad des Fahrzeugs verbundenen Stabilisatorstab (302) umfassen, das Verfahren umfassend Erhalten einer Radhöhe jeweils für eines von vier Rädern des Fahrzeugs, wobei die Radhöhe einen Abstand zwischen dem jeweiligen Rad und der Karosserie des Fahrzeugs angibt; Berechnen einer ersten Radhöhendifferenz zwischen zwei Rädern der Vorderachse und einer zweiten Radhöhendifferenz zwischen zwei Rädern der Hinterachse; Ermitteln eines Verschränkungsindex als Differenz zwischen der ersten Radhöhendifferenz und der zweiten Radhöhendifferenz; und Einstellen eines Stabdrehmoments des Stabilisatorstabs (302) im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator (30,32) sodass der Verschränkungsindex reduziert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Wankstabilisierung für Fahrzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, eine Regeleinrichtung, einen aktiven Wankstabilisator, ein Fahrzeug, ein Computerprogramprodukt, ein computerlesbares Medium und ein Datensignal.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die Stabilität des Fahrzeugs spielt für die Sicherheit und den Fahrkomfort eine entscheidende Rolle. Insbesondere bei Fahrzeugen gehobener Größenklassen, etwa SUVs und Bussen, neigt das Fahrzeug bei Kurvenfahrten aufgrund des erhöhten Schwerpunktes zu wanken. Auch Fahrbahnunebenheiten können zu Instabilitäten führen.
Aus dem Stand der Technik sind Wankstabilisatoren bekannt, die eine Rohrverbindung zwischen zwei Rädern der Vorder- oder Hinterachse aufweisen. In der Rohrverbindung ist ein Motor verbaut, der derart gesteuert wird, um durch eine Relativdrehung zwischen zwei den beiden Rädern zugeordneten Stabilisatorrohren dem Wanken des Fahrzeugs entgegenzuwirken. Die Motorsteuerung basiert häufig auf einem Regelungsverfahren.
Wenn ein Fahrzeug mit hoher Dynamik sprich hoher Querbeschleunigung eine Kurve durchfährt, wird das kurvenäußere Rad stärker belastet. Ist das Fahrzeug mit einem Wankstabilisator ausgestattet, wird gleichzeitig das kurveninnere Rad entlastet. Bei sehr steif ausgelegten Stabilisatoren neigt deshalb das kurveninnere Rad abzuheben und den Bodenkontakt zu verlieren.Bezogen auf die Fahrtrichtung als Drehachse wankt ein Fahrzeug in der der Kurvenrichtung entgegengesetzten Richtung. Um den hierbei auftretenden Wankwinkel zu reduzieren, können mit Hilfe einer aktiven Wankstabilisierung die Radaufstandkräfte (d.h. Kräfte, die ein Rad auf den Straßenboden ausübt) von dem kurveninneren Rad auf das kurvenäußere Rad übertragen werden.
Unter ungünstigen Umständen kann eine derartige Wankstabilisierung jedoch dazu führen, dass die Radaufstandskraft des kurveninneren Rades auf Null reduziert oder sogar negativ wird und das kurveninnere Rad hierdurch den Bodenkontakt verliert. Aufgrund dieser als „Radabheber“ bekannten Erscheinung ist der Parameterspielraum zur Einstellung des aktiven Wankstabilisators begrenzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die aktive Wankstabilisierung dahingehend zu verbessern, dass dem Wanken des Fahrzeugs wirksam entgegengewirkt und gleichzeitig der Radabheber wirksam reduziert oder gar vermieden wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Regeleinrichtung, ein Computerprogramprodukt, ein computerlesbares Medium und ein Datensignal gemäß der unabhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur aktiven Wankstabilisierung eines Fahrzeugs mittels eines ersten Wankstabilisators und eines zweiten Wankstabilisators. Der erste Wankstabilisator ist einer Vorderachse und der zweite Wankstabilisator einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet. Beide Wankstabilisatoren umfassen jeweils ein Stabilisatorgehäuse und einen Stabilisatorstab. Die Vorderachse und die Hinterachse umfassen jeweils zwei Räder. Der erste Wankstabilisator und der zweite Wankstabilisator umfassen vorzugsweise jeweils zwei Stabilisatorstäbe, die einerseits am Stabilisatorgehäuse drehbar gelagert und andererseits mit einem Rad der beiden Räder der Vorder- bzw. Hinterachse verbunden sind.
Eine Radhöhe der jeweiligen Räder kann ausgehend von einem Radmittelpunkt gemessen werden. Die Radhöhe wird vorzugsweise von einem Niveausensor erhalten, der beispielsweise für Leuchtenweitenregelung und/oder Niveauregelung eines verstellbaren Fahrwerks (z. B. Luftfahrwerk) verwendet wird.
Wenn das Fahrzeug beispielsweise eine Kurve durchfährt, neigt das Fahrwerk aufgrund der Trägheit des Fahrzeugs in einer der Kurvenrichtung entgegengesetzten Richtung zu wanken. Das Wankmoment, welches das Wanken des Fahrzeugs verursacht, kann sich dabei zwischen der Vorderachse und der Hinterachse je nach ihrer Drehstarrheit verteilen. Wenn die Vorderachse beispielsweise eine geringere Drehstarrheit als die Hinterachse aufweist (d.h. die Vorderachse ist drehflexibler/drehweicher als die Hinterachse), etwa durch Verwendung einer weicheren Federung zur Verbindung an den Rädern, ergibt sich ein größerer Wankwinkel an der Vorderachse. Durch diesen Wankwinkel an der Vorderachse und der hohen Drehstarrheit an der Hinterachse, neigt das Fahrzeug unter hoher Querdynamik dazu, das hintere kurveninnere Rad zu heben.
Bei einer aktiven Wankstabilisierung kann die Wankmomentenverteilung dynamisch verändert werden, um das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs während des Betriebs an die aktuellen Fahrzustände anzupassen. Um das Potential eines Radabhebers zu reduzieren, hilft im obigen Beispiel eine Verschiebung des Wankmoments an die Vorderachse. Um die Kritikalität eines Radabhebers zu detektieren, wird erfindungsgemäß ein Verschränkungsindex berechnet, welcher die Verschränkung der beiden Fahrzeugachsen zueinander beschreibt. Unter Verwendung dessen wird das Stabdrehmoment in einem oder in beiden der Wankstabilisatoren so eingestellt, dass der Verschränkungsindexreduziert wird.
Das obige Beispiel, in dem die Vorderachse drehweicher als die Hinterachse ist, ist für die vorliegende Erfindung keineswegs einschränkend. Wenn die Vorderachse drehstarrer als die Hinterachse ist, weist die Hinterachse beim Durchfahren einer Kurve einen größeren Wankwinkel und ein geringeres partielles Wankmoment als die Vorderachse auf. Unter Verwendung der Erfindung wird das Stabdrehmoment in einem oder in beiden der Wankstabilisatoren so eingestellt, dass der Verschränkungsindex reduziert wird. Dadurch wird das partielle Wankmoment an der Vorderachse reduziert und an der Hinterachse erhöht, wodurch die Radaufstandskräfte traktionsoptimiert werden.
Eine Verschränkung, d.h. die Tendenz der drehstarreren Achse, sich bei einem an der anderen Achse eingestellten Stabdrehmoment mitzudrehen, wird auf diese Weise reduziert. Vorteilhafterweise kann das Risiko verringert werden, dass beim Reduzieren des partiellen Wankmoments an der Vorderachse die drehstarrere Hinterachse derart mitgedreht wird, dass ein Rad an der Hinterachse zum Abheben droht oder gar den Bodenkontakt verliert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Stabdrehmoment des Stabilisatorstabs im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator derart eingestellt, dass ein Wankmoment von einer drehstarreren Achse zu einer drehflexibleren Achse der Vorderachse und der Hinterachse verschoben wird.
Diese Maßnahme erhöht den Ausgleich zwischen den partiellen Wankmomenten der Vorderachse und der Hinterachse und bewirkt eine wirksame Reduzierung der Verschränkung. Beispielsweise kann ein erster Sollwert eines ersten Stabdrehmoments der drehflexibleren Achse erhöht und/oder ein zweiter Sollwert eines zweiten Stabdrehmoments der drehstarreren Achse reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Stabdrehmoment des Stabilisatorstabs im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator derart eingestellt, dass ein gesamtes Wankmoment der Vorderachse und der Hinterachse reduziert wird.
Hierdurch wird das gesamte Abstützmoment beider Achsen reduziert, wodurch das partielle Wankmoment der drehstarreren Achse reduziert wird. Beispielsweise kann ein erster Sollwertes eines Stabdrehmoments der Vorderachse und/oder ein zweiter Sollwert eines Stabdrehmoments der Hinterachse reduziert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Stabdrehmoment des Stabilisatorstabs im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator eingestellt, wenn der Verschränkungsindex eine vordefinierte Schwelle überschreitet.
Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines aktiven Wankstabilisators gemäß einer Ausführungsform; und
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.

In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten aktiven Wankstabilisators 30, insbesondere eines aktiven elektromechanischen Wankstabilisators. Der Wankstabilisator 30 weist zwei Stabilisatorstäbe 302 auf, die vorzugsweise als Rohr ausgebildet sind. Die beiden Stabilisatorstäbe 302 sind jeweils an einer Befestigungsstelle 306 an einem äußeren Ende an einem Rad 52 eines Fahrzeugs befestigbar. An einem inneren Ende sind die Stabilisatorstäbe 302 mit einem Stabilisatormotor des Wankstabilisators 30 verbunden, wobei der Stabilisatormotor in einem Stabililsatorgehäuse 304 angeordnet ist. Zur Befestigung des Wankstabilisators 30 dienen außerdem zwei Stabilisatorlager 308.
Es können der erste Wankstabilisator 30 und ein zweiter aktiver Wankstabilisator 32 im Fahrzeug verwendet werden. Der erste Wankstabilisator 30 ist einer Vorderachse des Fahrzeugs zugeordnet, wobei der zweite Wankstabilisator 32 einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet ist. Der zweite Wankstabilisator 32 ist vorzugsweise gleichermaßen wie der erste Wankstabilisator 30 ausgebildet.
Der Wankstabilisator 30, 32 weist ferner eine Regeleinrichtung auf. Die Regeleinrichtung dient vorzugsweise dazu, ein in 2 gezeigtes Verfahren auszuführen. In einem ersten Schritt S1 wird eine Radhöhe jeweils für eines von vier Rädern des Fahrzeugs erhalten. Die Radhöhe gibt einen Abstand zwischen dem jeweiligen Rad und der Karosserie des Fahrzeugs an. In einem zweiten Schritt S2 wird eine erste Radhöhendifferenz zwischen zwei Rädern der Vorderachse und einer zweiten Radhöhendifferenz zwischen zwei Rädern der Hinterachse berechnet. In einem dritten Schritt S3 wird ein Verschränkungsindex als Differenz zwischen der ersten Radhöhendifferenz und der zweiten Radhöhendifferenz ermittelt. In einem vierten Schritt S4 wird ein Stabdrehmoment des Stabilisatorstabs 302 im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator 30, 32 eingestellt, sodass der Verschränkungsindex reduziert wird.
Bezugszeichenliste

30: erster aktiver Wankstabilisator
32: zweiter aktiver Wankstabilisator
302: Stabilisatorstab
304: Stabillisatorgehäuse
306: Befestigungsstelle Koppelstange
308: Stabilisatorlager
S1-S4: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zur aktiven Wankstabilisierung eines Fahrzeugs mittels eines ersten Wankstabilisators (30) und eines zweiten Wankstabilisators (32), wobei der erste Wankstabilisator (30) einer Vorderachse des Fahrzeugs zugeordnet ist, wobei der zweite Wankstabilisator (32) einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet ist, wobei der erste Wankstabilisator (30) und der zweite Wankstabilisator (32) jeweils ein Stabilisatorgehäuse (304) und einen einerseits am Stabilisatorgehäuse (304) drehbar gelagerten und andererseits mit einem Rad des Fahrzeugs verbundenen Stabilisatorstab (302) umfassen, das Verfahren umfassend: - Erhalten einer Radhöhe jeweils für eines von vier Rädern des Fahrzeugs, wobei die Radhöhe einen Abstand zwischen dem jeweiligen Rad und der Karosserie des Fahrzeugs angibt; - Berechnen einer ersten Radhöhendifferenz zwischen zwei Rädern der Vorderachse und einer zweiten Radhöhendifferenz zwischen zwei Rädern der Hinterachse; - Ermitteln eines Verschränkungsindex als Differenz zwischen der ersten Radhöhendifferenz und der zweiten Radhöhendifferenz; und - Einstellen eines Stabdrehmoments des Stabilisatorstabs (302) im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator (30,32) sodass der Verschränkungsindex reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Stabdrehmoment des Stabilisatorstabs (302) im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator (30,32) derart eingestellt wird, dass ein Wankmoment von einer drehstarreren Achse zu einer drehflexibleren Achse der Vorderachse und der Hinterachse verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, weiter umfassend Erhöhen eines ersten Sollwertes eines ersten Stabdrehmoments der drehflexibleren Achse und/oder Reduzieren eines zweiten Sollwerts eines zweiten Stabdrehmoments der drehstarreren Achse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Stabdrehmoment des Stabilisatorstabs (302) im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator (30,32) derart eingestellt wird, dass ein gesamtes Wankmoment der Vorderachse und der Hinterachse reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend Reduzieren eines ersten Sollwertes eines Stabdrehmoments der Vorderachse und Reduzieren eines Sollwerts eines Stabdrehmoments der Hinterachse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Stabdrehmoment des Stabilisatorstabs (302) im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator (30,32) eingestellt wird, wenn der Verschränkungsindex eine vordefinierte Schwelle überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Stabdrehmoment des Stabilisatorstabs (302) im ersten und/oder zweiten Wankstabilisator (30,32) kontinuierlich zum Verschränkungsindex und/oder dessen zeitlichen Verlauf eingestellt wird.
Regeleinrichtung zur aktiven Wankstabilisierung eines Fahrzeugs mittels Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einer Regeleinrichtung nach Anspruch 7 in einem Fahrzeug.
Computer-Programm-Produkt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 1 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt nach Anspruch 9 gespeichert ist.
Datenträgersignal, das das Computer-Programm-Produkt nach Anspruch 9 überträgt.