-
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.
-
Bei den bekannten Wankstabilisatoren sind die dort verwendeten Regelungsverfahren mit dem Nachteil behaftet, dass nicht gewährleistet ist, dass sich der Stabilisatormotor, insbesondere die in diesem verbaute Synchronmaschine, stets innerhalb eines definierten Arbeitsbereichs hinsichtlich Motormoment und Verfahrgeschwindigkeit befindet. Beispielsweise kann nicht vermieden werden, dass der Stabilisatormotor gleichzeitig mit einem hohen Motormoment und einer hohen Verfahrgeschwindigkeit betrieben wird.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das Regelungsverfahren für einen Stabilisator und Letzteren dahingehend zu verbessern, dass der Stabilisatormotor stets innerhalb des definierten Arbeitsbereichs hinsichtlich Motormoment und Verfahrgeschwindigkeit betrieben wird.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Regeleinrichtung, einen Wankstabilisator, ein Fahrzeug, ein Computerprogramprodukt, ein computerlesbares Medium und ein Datensignal gemäß der unabhängigen Ansprüche.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wankstabilisierung verwendet einen Wankstabilisator, der einen Stabilisatorstab, ein Stabilisatorgehäuse und einen im Stabilisatorgehäuse angeordneten Stabilisatormotor umfasst. Der Stabilisatorstab ist an einem ersten Ende mit einem Rad des Fahrzeugs verbunden und an einem zweiten Ende mittels des Stabilisatormotors drehbar gelagert. Der Stabilisatorstab ist vorzugsweise als Stabilisatorrohr ausgebildet.
-
In einer Ausführungsform weist der Wankstabilisator zwei Stabilisatorstäbe auf, die zusammen der Vorder- oder der Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet und jeweils mit einem der beiden Räder der Achse verbunden sind. Das Stabilisatorgehäuse ist vorzugsweise beidseitig jeweils mit einem der beiden Stabilisatorstäbe verbunden. Der Stabilisatormotor kann in diesem Fall als gemeinsamer Drehantrieb beider Stabilisatorstäbe wirken. Es kann ein Getriebe zur Übersetzung der Motordrehzahl in die Stabdrehzahl zwischen dem Stabilisatormotor und dem Stabilisatorstab angeordnet sein.
-
Eine oder mehrere zusätzliche Komponenten können im Wankstablisator verbaut sein. Diese zusätzlichen Komponenten können ein Entkopplungselement, eine Koppelstange und/oder ein Stabilisatorlager aufweisen.
-
Im Betrieb des Wankstabilisators dreht sich der mit dem motorseitigen Ende des Stabilisatorstabs (beispielsweise über das dazwischen geschaltete Getriebe) verbundene Rotor des Stabilisatormotors. Aufgrund dieser Drehverbindung ist der Motordrehwinkel des Stabilisatormotors und dem motorseitigen Drehwinkel des Stabilisatorstabs bis auf das Übersetzungsverhältnis des dazwischen geschalteten Getriebes gleich. Das Drehmoment des Motors (Motormoment) wird somit auf den Stabilisatorstab übertragen. Aufgrund der Steifigkeit des Stabilisatorstabs entsteht eine Torsion entlang des Stabilisatorstabs, die mit einem Torsionswinkel zu beschreiben ist. Der Torsionswinkel des Stabilisatorstabs ergibt sich beispielsweise aus der Differenz zwischen dem motorseitigen Drehwinkel des Stabilisatorstabs und dem radseitigen Drehwinkel des Stabilisatorstabs.
-
Im Regelungsverfahren werden ein erster Sollwert des Stabdrehmoments des Stabilisatorstabs sowie ein zweiter Sollwert des Motordrehwinkels des Stabilisatormotors erhalten. Der erste und/oder zweite Sollwert können beispielsweise von einer Steuereinheit des Fahrzeugs erhalten werden, die basierend auf Bewegungsdaten des Fahrzeugs den jeweiligen Sollwert bestimmt, um einem Wanken des Fahrzeugs entgegenzuwirken.
-
Hierbei kann der zweite Sollwert aus dem ersten Sollwert ermittelt werden. Beispielsweise wird der zweite Sollwert als Summe aus zwei Summanden errechnet, wobei ein erster Summand ein an einem radseitigen Ende des Stabilisatorstabs herrschender Drehwinkel und sich ein zweiter Summand aus Dividieren des ersten Sollwerts durch eine Steifheit des Stabmaterials und Multiplizieren des Zwischenergebnisses mit einem Getriebeübersetzungsverhältnis ergibt.
-
Der zweite Sollwert wird basierend auf dem ersten Sollwert begrenzt. Dabei wird sichergestellt, dass der zweite Sollwert eine obere Schwelle, die basierend auf dem ersten Sollwert bestimmt wird, nicht überschreitet.
-
Der zweite Sollwert wird als Führungsgröße in eine Regelstrecke eingeführt. Mittels der Regelstrecke wird der zweite Sollwert als zu strebender Zielwert für den Motordrehwinkel im Stabilisatormotor umgesetzt, sodass der Istwert des Motordrehwinkels möglichst den ermittelten zweiten Sollwert annimmt. Wie weiter unten ausgeführt ist, kann der zweite Sollwert nach dem Begrenzen in die Regelstrecke eingegeben werden. Alternativ kann der zweite erst nach Eingabe in die Regelstrecke in Letzterer begrenzt werden.
-
Durch Begrenzen des zweiten Sollwerts kann vermieden bzw. die Wahrscheinlichkeit hierfür reduziert werden, dass bei einem hohen Stabdrehmoment eine gleichzeitig hohe Verfahrgeschwindigkeit des Stabilisatormotors angefordert wird. Somit wird das Risiko reduziert, dass der Stabilisatormotor, insbesondere eine in diesem verbaute, permanent erregte Synchronmaschine, außerhalb eines definierten, regulären Arbeitsbereichs gerät, was zu einer instabilen Lagereglung des Stabilisators und damit einhergehend zu einem „Wegbrechen“ bzw. Ausfall der aktiven Wankabstützung führen würde.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird zum Begrenzen der Änderung des zweiten Sollwerts diese mit einer vordefinierten Schwelle verglichen, wobei die erhaltene Änderung des zweiten Sollwerts durch die vordefinierte Schwelle ersetzt wird, wenn die erhaltene Änderung des zweiten Sollwerts größer als die vordefinierte Schwelle ist.
-
Vorzugsweise bleibt der erhaltene zweite Sollwert unverändert wenn dieser gleich der vordefinierten Schwelle oder kleiner als Letztere ist. Diese Maßnahme ermöglicht eine besonders wirksame und kontrollierbare Begrenzung des Motordrehwinkels bzw. der Motordrehgeschwindigkeit.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die vordefinierte Schwelle aus einer aus Charakterisierung des Stabilisatormotors gewonnenen Abhängigkeit eines Motordrehmoments des Stabilisatormotors von der Motordrehgeschwindigkeit bestimmt.
-
Die Abhängigkeit ergibt sich beispielsweise aus einer Motorkennlinie, in der das Motordrehmoment als Funktion von dem Motordrehgeschindigkeit enthalten ist. Vorzugsweise liegt die Funktion in einem kartesischen Koordinatendiagram oder in einer Tabelle vor. Alternativ ergibt sich die Abhängigkeit aus einer invertierten Motorkennlinie, in der eine Umkehrfunktion der obigen Funktion enthalten ist. Dadurch, dass die Motorkennlinie des Stabilisatormotors leicht verfügbar ist, kann die o. g. Abhängigkeit einfach gewonnen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher mit vergleichsweise geringem Aufwand verbunden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Bestimmen einer Motordrehgeschwindigkeit aus der Abhängigkeit, der zu demjenigen Motormoment gehört, welches dem ersten Sollwert entspricht, als die vordefinierte Schwelle.
-
Es wird somit zunächst als Wert für das Motormoment der erste Sollwert angenommen und gemäß der obigen Abhängigkeit die zugehörige Motordrehgeschwindigkeit bestimmt. Dies ermöglicht eine präzise Bestimmung der vordefinierten Schwelle, sodass die Begrenzung des zweiten Sollwerts besonders wirksam ist. Die Lagestabilität des Stabilisators wird hierdurch erhöht.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der begrenzte zweite Sollwert als Führungsgröße in die Regelstrecke eingegeben.
-
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Begrenzung/Limitierung des Motordrehwinkels bzw. Motordrehgeschwindigkeit bereits in einem frühen Stadium in die Regelkette, sodass eine höhere Robustheit der Lageregelung des Stabilisators erzielt werden kann. Unter Begrenzen des zweiten Sollwerts in diesem Fall sind sowohl der Fall, dass der erhaltene zweite Sollwert selbst vor Eingabe in die Regelstrecke begrenzt wird, als auch der Fall, dass ein aus dem erhaltenen zweiten Sollwert abgeleitete Zwischengröße, etwa der Gradient des Motordrehwinkels oder die Drehzahl des Stabilisatormotors, begrenzt wird, verstanden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der zweite Sollwert nach Eingabe in die Regelstrecke in derselben begrenzt.
-
Unter Begrenzen des zweiten Sollwerts in diesem Fall sind sowohl der Fall, dass der eingegebene zweite Sollwert selbst in der Regelstrecke direkt begrenzt wird, als auch der Fall, dass eine aus dem eingegebenen zweiten Sollwert abgeleitete Zwischengröße begrenzt wird, verstanden.
-
Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines aktiven Wankstabilisators gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung einer Regeleinrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Regelstrecke 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 aktiven Wankstabilisators 30, insbesondere eines aktiven elektromechanischen Wankstabilisators. Der Wankstabilisator 30 weist zwei Stabilisatorstäbe 32 auf, die vorzugsweise als Rohr ausgebildet sind. Die beiden Stabilisatorstäbe 32 sind jeweils an einer Befestigungsstelle 40 an einem äußeren Ende an einem Rad 52 eines Fahrzeugs 50 (3-4) befestigbar. An einem inneren Ende sind die Stabilisatorstäbe 32 mit einem Stabilisatormotor 36 (siehe 3) des Wankstabilisators 30 verbunden, wobei der Stabilisatormotor 36 in einem Stabililsatorgehäuse 34 angeordnet ist. Zur Befestigung des Wankstabilisators 30 dienen außerdem zwei Stabilisatorlager 38.
-
Der Wankstabilisator 30 weist ferner eine Regeleinrichtung 10 auf. Die Regeleinrichtung 10 dient vorzugsweise dazu, einen Sollwert des Drehwinkels für den Stabilisatormotor 36 zu ermitteln und diesen Sollwert mittels eines Regelungsverfahrens im Stabilisatormotor 36 umzusetzen. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Regeleinrichtung 10. Die Regeleinrichtung 10 umfasst einen ersten Signaleingang 12 zum Erhalten eines ersten Sollwerts eines Stabdrehmoments des Stabilisatorstabs 32, der mittels des Stabilisatormotors 36 anzutreiben ist. Die Regeleinrichtung 10 umfasst ferner einen zweiten Signaleingang 14 zum Erhalten eines zweiten Sollwerts eines Motordrehwinkels des Stabilisatormotors 36. Der zweite Sollwert kann, wie oben bereits ausgeführt, basierend auf dem ersten Sollwert ermittelt werden. Die Regeleinrichtung 10 umfasst außerdem einen dritten Signaleingang 16 zum Erhalten einer vorbestimmten Abhängigkeit zwischen einem Motormoment und einem Motordrehgeschwindigkeit. Die vorbestimmte Abhängigkeit kann aus einer Charakterisierung des Stabilisatormotors 36 gewonnen sein. Vorzugsweise ist die vorbestimmte Abhängigkeit aus einer Motorkennlinie, wie oben bereits ausgeführt, gewonnen.
-
Die Regeleinrichtung 10 umfasst zusätzlich eine Begrenzungseinheit 18, mittels derer der zweite Sollwert basierend auf dem ersten Sollwert begrenzt/limitiert wird. Beispielsweise ermittelt die Begrenzungseinheit 18 aus der erhaltenen, vorbestimmten Abhängigkeit einer Motordrehgeschwindigkeit, der zu einem Motormoment zugehörig ist, wobei das Motormoment den Wert des ersten Sollwerts des Stabdrehmoments hat. Diese Motordrehgeschwindigkeit wird als zulässiges Maximum verwendet, um den erhaltenen zweiten Sollwert zu begrenzen. Vorzugsweise wird das Maximum als begrenzter zweiter Sollwert weiter prozessiert und in eine Regelstrecke 20 der Regeleinrichtung 10 als Führungsgröße eingegeben, wenn der zweite Sollwert größer als das Maximum oder Letzterem gleich ist. Andernfalls wird der erhaltene zweite Sollwert ohne Veränderung weiter prozessiert und in die Regelstrecke 20 eingegeben.
-
3 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Regelstrecke 20. Gemäß einer Ausführungsform wird der wie oben beschrieben begrenzte zweite Sollwert des Motordrehwinkels, φsoll,Motor, einem ersten Komparator 202 zugeführt. Gleichzeitig wird ein Istwert des Motordrehwinkels, φIst,Motor, dem ersten Komparator 202 zugeführt. Der erste Komparator 202 vergleicht die beiden zugeführten Größen und, sofern eine Differenz zwischen ihnen feststellbar ist, die eine vordefinierte Schwelle überschreitet, leitet den zweiten Sollwert an eine Lagereglereinheit 204 weiter. Die Lagereglereinheit 204, der den ersten Komparator 202 umfassen kann, ermittelt aus dem begrenzten zweiten Sollwert φSoll,Motor einen dritten Sollwert einer Motordrehzahl, ωSoll,Motor. Ein zweiter Komparator 206 vergleicht den dritten Sollwert mit einem vom Stabilisatormotor 36 erhaltenen Istwert der Motordrehzahl, ωIst,motor, und leitet den dritten Istwert an eine Drehzahlreglereinheit 208 weiter, wenn eine Differenz zwischen den verglichenen Größen eine weitere vordefinierte Schwelle überschreitet. Die Drehzahlreglereinheit 208 ermittelt aus dem dritten Sollwert ωSoll,Motor einen vierten Sollwert des Motordrehmoments, TSoll,Motor, und leitet diesen an eine Drehmomentreglereinheit 210 weiter. Die Drehmomentreglereinheit 210 ermittelt mehrere, vorzugsweise drei, Stromstärken aus dem vierten Sollwert und führt diese einem DC-AC-Wandler (Inverter) 212 zu. Der Inverter 212 erzeugt basierend auf den zugeführten Stromstärken einen multiphasigen, vorzugsweise dreiphasigen, Wechselstrom IAC und speist diesen dem Stabilisatormotor 36 ein.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform findet die Begrenzung des zweiten Sollwerts nicht vor der Regelstrecke 20, sondern innerhalb dieser statt. Wie in 3 in gestrichelten Linien dargestellt, kann die Begrenzungseinheit 19 anstatt vor dem ersten Komparator 202 zwischen der Lagereglereinheit 204 und der Drehzahlreglereinheit 206 angeordnet sein. In diesem Fall wird anstatt eines begrenzten zweiten Sollwerts des Motordrehwinkels ein nicht begrenzter zweiter Sollwert dem ersten Komparator 202 zugeführt. Die Begrenzungseinheit 19 erhält als Eingabe einen Sollwert der Motordrehzahl ωSoll,Motor von der Drehzahlreglereinheit 206 und als Ausgabe einen begrenzten Sollwert der Motordrehzahl. In dieser Ausführungsform wird daher eine aus dem zweiten Sollwert abgeleitete begrenzt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Regeleinrichtung
- 12
- erster Signaleingang
- 14
- zweiter Signaleingang
- 16
- dritter Signaleingang
- 18,19
- Begrenzungseinheit
- 20
- Regelstrecke
- 202
- erster Komparator
- 204
- Lagereglereinheit
- 206
- zweiter Komparator
- 208
- Drehzahlreglereinheit
- 210
- Drehmomentreglereinheit
- 212
- Inverter
- 30
- aktiver Wankstabilisator
- 32
- Stabilisatorstab
- 34
- Stabillisatorgehäuse
- 36
- Stabilisatormotor/Stabilisatoraktor
- 38
- Stabilisatorlager
- 40
- Befestigungsstelle/Koppelstange
