DE102020111915B3 - Verfahren zur Ermittlung von Fahrzeugkenngrößen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) über aktive Dämpfer (4) verfügt, welche an den jeweiligen Radaufhängungen (5) Verstellkräfte einstellen können, um die Karosserie (2) des Kraftfahrzeugs (1) anheben und/oder absenken zu können und welche die wirkenden Kräfte auch messen können, wobei spezifische vorgegebene Verstellkräfte der aktiven Dämpfer (4) angesteuert werden, um aus der daraus resultierenden Verstellung und den daraus resultierenden gemessenen Kräften Fahrzeugkenngrößen zu ermitteln.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Fahrzeugkenngrößen.
  • Bei Kraftfahrzeugen sind verschiedenste Kenngrößen ermittelbar, wie beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeugbeschleunigung, Fahrzeuggewicht etc. Für manche dieser Fahrzeugkenngrößen weist das Kraftfahrzeug dafür vorgesehene Messeinrichtungen und auch Anzeigeneinrichtungen auf, weil deren Kenntnis zum Betreiben des Kraftfahrzeugs wichtig sind und es auch wichtig ist, dass der Fahrer diese Fahrzeugkenngrößen kennt, beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei anderen Fahrzeugkenngrößen ist es gegebenenfalls für manche Fahrer interessant diese zu kennen, beispielsweise die Fahrzeugbeschleunigung. Daher sind solche Fahrzeugkenngrößen nicht bei jedem Kraftfahrzeug ermittelbar und anzeigbar.
  • Auch sind vielfältige Fahrzeugkenngrößen bei typischen Kraftfahrzeugen nicht ermittelbar, selbst wenn es durchaus als zweckmäßig zu erachten wäre, wenn diese Fahrzeugkenngrößen zu nutzen oder zu beeinflussen wären, beispielsweise Federkennlinien, Hubeigenfrequenzen, Wank- und Nickfrequenzen etc.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 103 18 005 A1 ist es bekannt, statische Kräfte eines Kraftfahrzeugs an einem konventionellen Dämpfer im Stand und dynamische Kräfte während der Fahrt zu ermitteln und daraus Fahrzeugkenngrößen zu berechnen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung von Fahrzeugkenngrößen zu schaffen, das auf im Kraftfahrzeug verfügbare Komponenten zugreift, so dass eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen wird, solche Fahrzeugkenngrößen zu ermitteln.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug über aktive Dämpfer verfügt, welche an den jeweiligen Radaufhängungen Verstellkräfte einstellen können, um die Karosserie des Kraftfahrzeugs anheben und/oder absenken zu können und welche die wirkenden Kräfte messen können, wobei spezifische vorgegebene Verstellkräfte der aktiven Dämpfer angesteuert werden, um aus der daraus resultierenden Verstellung und den daraus resultierenden gemessenen Kräften eine Fahrzeugkenngröße zu ermitteln. Dadurch kann durch gezielte Ansteuerung der Dämpfer zur Herbeiführung von Karosseriebewegungen eine definierte Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen hervorgerufen werden. Dabei können die hervorgerufenen Karosseriebewegungen so gering sein, dass sie für den Fahrer oder die Fahrzeuginsassen nicht oder nur kaum bemerkbar sind.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn mittels der angesteuerten Verstellkräfte ein Heben, Nicken und/oder Wanken der Karosserie des Kraftfahrzeugs bewirkt wird. Dadurch kommt die Karosserie des Kraftfahrzeugs definiert in Bewegungen, welche mittels der in den Dämpfer integrierten Sensoren erfasst werden können.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen in spezifischen Vermessungsbetriebssituationen des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird, insbesondere im Stillstand des Kraftfahrzeugs. So wird erreicht, dass das Verfahren nur durchgeführt wird, wenn das Kraftfahrzeug in einer sicheren Betriebssituation ist, beispielsweise bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von unter 50 km/h oder gar im Stillstand. Auch kann die Durchführung des Verfahrens bei Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als Null auf vordefinierte Streckenverhältnisse beschränkt sein, beispielsweise nur auf im Wesentlichen geraden und im Wesentlichen ebenen Strecken. Bei der Durchführung im Stillstand können auch Anforderungen an den Stellplatz erhoben werden, beispielsweise in einer Werkstatt, auf einem vordefinierten Stellplatz, einem Heimstellplatz etc.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen nur nach vorheriger Einleitung und/oder Bestätigung des Fahrers des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird und/oder dass das Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen auf vordefinierten Stellplätzen durchgeführt wird. Dadurch wird erreicht, dass das Verfahren nur durchgeführt wird, wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs darauf vorbereitet ist und/oder dazu zugestimmt hat, was insgesamt der Sicherheit dient.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die ermittelbare Fahrzeugkenngröße eine der nachfolgenden Fahrzeugkenngrößen ist: Federkennlinie eines jeweiligen Feder-Dämpferbeins, Reibung eines jeweiligen Feder-Dämpferbeins, Hubeigenfrequenz, Fahrzeugmasse, Wankfrequenz, Nickfrequenz, Schwerpunktposition in Fahrzeuglängsrichtung, Schwerpunktposition in Fahrzeugquerrichtung, Schwerpunktposition in Fahrzeughochrichtung, Unwucht eines jeweiligen Rades, Drehwiderstand eines jeweiligen Rades, Radeigenfrequenz.
  • Gemäß einem vorteilhaften Gedanken wird zumindest eine Fahrzeugkenngröße oder werden die ermittelten Fahrzeugkenngrößen dem Fahrer ausgegeben, insbesondere optisch auf einer Anzeige oder akustisch. Die akustische Anzeige kann durch Ausgabe eines Warntons und/oder durch Sprachausgabe erfolgen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die ermittelten Fahrzeugkenngrößen an eine Steuereinheit und/oder ein Steuerprogramm weitergegeben werden, um eine Steuerung des Kraftfahrzeugs auf Basis zumindest einer der Fahrzeugkenngrößen vorzunehmen. Dadurch kann die Steuerung des Kraftfahrzeugs auf Basis der ermittelten Fahrzeugkenngrößen an den tatsächlichen Zustand des Kraftfahrzeugs angepasst werden, so dass nicht auf standartmäßig voreingestellte Kenngrößen zurückgegriffen werden muss.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn aufgrund der ermittelten Fahrzeugkenngrößen die Ansteuerung der Dämpfer eingestellt wird, insbesondere in spezifischen Fahrprogrammen und/oder in spezifischen Fahrsituationen. Damit kann in spezifischen Fahrsituationen eine größere Sicherheit erreicht werden, insbesondere im Grenzbereich des Kraftfahrzugs.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs,
    • 2 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Karosserie 2 und mit Rädern 3, wobei die Räder 3 über aktive Dämpfer 4 mit der Karosserie 2 verstellbar verbunden sind. Dabei greifen die aktiven Dämpfer 4 einerseits an einer Radaufhängung 5 bzw. an einem Radträger an und andererseits an einer Karosserieanlenkung 6.
  • Mittels eines aktiven Dämpfers 4 können an den jeweiligen Radaufhängungen 5 Verstellkräfte eingestellt werden, um die Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs 1 anzuheben und/oder abzusenken.
  • Dabei verfügen die aktiven Dämpfer 4 auch über integrierte Sensoren, welche beispielsweise die wirkende Kraft und optional auch den Verstellweg bzw. die Istverstellposition detektieren können.
  • Gemäß dem Verfahren zur Ermittlung von Fahrzeugkenngrößen werden spezifische vorgegebene Verstellkräfte der aktiven Dämpfer 4 angesteuert, um aus der daraus resultierenden Verstellung und den daraus resultierenden gemessenen Kräften eine Fahrzeugkenngröße zu ermitteln.
  • Durch die Ansteuerung der aktiven Dämpfer 4 kann mittels der angesteuerten Verstellkräfte ein Heben, Nicken und/oder Wanken der Karosserie 2 des Kraftfahrzeugs bewirkt werden, siehe die Pfeile 7, 8.
  • Dabei bedeutet ein Heben eine Hubbewegung der Karosserie 2 als Ganzes, insbesondere vorne und hinten am Kraftfahrzeug 1 bzw. an der Vorderachse 9 und an der Hinterachse 10 um den im Wesentlichen gleichen Betrag.
  • Weiterhin bedeutet ein Nicken eine Pendelbewegung um eine parallel zur Fahrzeugquerrichtung liegende Achse, so dass das Kraftfahrzeug 1 vorn am Bug entgegen einer Auf- und Ab-Bewegung hinten am Heck auf und ab bewegt wird.
  • Weiterhin bedeutet ein Wanken eine Pendelbewegung um eine parallel zur Fahrzeuglängsrichtung liegende Achse, so dass das Kraftfahrzeug 1 auf der Fahrerseite entgegen einer Auf- und Ab-Bewegung auf der Beifahrerseite auf und ab bewegt wird.
  • Zur sicheren Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen kann das Verfahren beispielsweise nur in spezifischen Vermessungsbetriebssituationen des Kraftfahrzeugs 1 durchgeführt werden. Dies kann insbesondere im Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 oder bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten erfolgen, insbesondere unterhalb von 50 km/h.
  • Auch kann es die Sicherheit erhöhen, wenn das Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen, insbesondere nur, nach vorheriger Einleitung und/oder Bestätigung des Fahrers des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird und/oder dass das Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen, insbesondere nur, auf vordefinierten Stellplätzen und/oder bei Durchfahrt vordefinierter Streckenpositionen durchgeführt wird. Damit wird erreicht, dass vordefinierte Sicherheitsbedingungen vorliegen müssen, um das Verfahren durchführen zu können.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die ermittelbare Fahrzeugkenngröße eine der nachfolgenden Fahrzeugkenngrößen ist: Federkennlinie eines jeweiligen Feder-Dämpferbeins, Reibung eines jeweiligen Feder-Dämpferbeins, Hubeigenfrequenz, Fahrzeugmasse, Wankfrequenz, Nickfrequenz, Schwerpunktposition in Fahrzeuglängsrichtung, Schwerpunktposition in Fahrzeugquerrichtung, Schwerpunktposition in Fahrzeughochrichtung, Unwucht eines jeweiligen Rades, Drehwiderstand eines jeweiligen Rades, Radeigenfrequenz.
  • Die Bestimmung der Federkennlinien eines jeweiligen Feder-Dämpferbeins 4 und die Bestimmung der Reibung eines jeweiligen Feder-Dämpferbeins 4 kann für jedes Feder-Dämpferbein 4 an einem der Räder 3 durchgeführt werden. Die 2 zeigt die Messung der Kraft als Funktion des Wegs bei einer solchen Bestimmung der Federkennlinie. Dabei ergibt die Differenz der Kräfte zwischen der Kraft beim Heben und der Kraft beim Senken die Hysterese, aus welcher die Reibung ermittelbar ist.
  • Zur Bestimmung der Federkennlinie bzw. der Federkennlinien und der Reibung des Feder-Dämpferbeins 4 an den Rädern 3 wird eine Hubbewegung auf und ab an den Dämpfern 4 aller Räder 3 angesteuert. Dabei werden die dazu notwendigen Kräfte der aktiven Dämpfer 4 als Funktion des Verstellwegs ermittelt, woraus eine Federkennlinie ermittelbar ist, wobei aus dieser jeweiligen Federkennlinie pro Dämpfer 4 auch die Hysterese ermittelbar ist, aus welcher die Reibung pro Dämpfer 4 ermittelbar ist. Die jeweilige Federkennlinie wird also aus einem direkt gemessenen Zusammenhang von Kraft und Weg ermittelt und die Reibung wird aus der Breite der Hystereseschleife ermittelt.
  • Die Bestimmung der Hubeigenfrequenz und der Fahrzeugmasse kann wie folgt erfolgen: Die Karosserie wird zu einer Hubbewegung angehoben und fallengelassen. Daraus kann die Eigenfrequenz des Aufbaus ermittelt werden. Damit kann die sich einstellende Schwingbewegung mit Dämpfung ausgewertet werden, so dass mit der Federkonstanten aus der Federkennlinie und der Reibung die Aufbaueigenfrequenz und die Fahrzeugmasse ermittelbar ist. Die Eigenfrequenz ist über eine Frequenzanalyse der sich einstellenden Schwingungsbewegung ermittelbar. Die Fahrzeugmasse ist aus dem Zusammenhang f ~√(c/m) ermittelbar, mit der Federsteifigkeit c der Federkonstanten. Die Frequenz f wird gemessen. Die Fahrzeugmasse m ist so abschätzbar.
  • Die Wank-/Nickeigenfrequenz ist derart ermittelbar:
    • Es wird eine Wank-/Nickanregung vollzogen und die Karosserie wird bestmöglich ungedämpft schwingen gelassen. Daraus wird die Wank- bzw. Nickeigenfrequenz ermittelt. Die Wankeigenfrequenz wird über die Wankanregung und eine Frequenzanalyse der sich einstellenden, ungedämpften Schwingung ermittelt. Die Nickeigenfrequenz wird über die Nickanregung und eine Frequenzanalyse der sich einstellenden, ungedämpften Schwingung ermittelt.
  • Die Schwerpunktposition in Faghrzeuglängsrichtung (x) bzw. in Fahrzeugquerrichtung (y) wird wie folgt ermittelt: Es wird eine Hubbewegung mit einem Fallenlassen und einem Abbremsen der Fallbewegung durch den Dämpfer angesteuert. Aus den beim Abbremsen ermittelten Kräften je Rad kann mit den Federsteifigkeiten, der jeweiligen Reibung, und der Dämpfung die jeweilige Schwerpunktposition in x-Richtung und in y-Richtung ermittelt werden. Die Schwerpunktposition in x-Richtung: Es wird die notwendige Kraft zum Abbremsen der Aufbau-Fallbewegung der Karosserie und die zugehörige Beschleunigung achsweise, also für die Vorderachse und die Hinterachse, gemessen. Über F=m · α wird die Achslast berechnet, daraus kann die Schwerpunktposition in x-Richtung ermittelt werden. Die Schwerpunktposition in y: Es wird die notwendige Kraft zum Abbremsen der Aufbau-Fallbewegung der Karosserie und die zugehörige Beschleunigung rechts-links-getrennt, also für die Fahrerseite und die Beifahrerseite, gemessen. Über F=m · α wird die Seitenlast berechnet, daraus kann die Schwerpunktposition in y-Richtung ermittelt werden.
  • Die Schwerpunktposition in Fahrzeughochrichtung (z) wird wie folgt ermittelt:
    • Es wird ein statisches Nicken/Wanken mittels der Dämpfer 4 angesteuert. Daraus werden die wirkenden Kräfte gemessen. Über den geometrischen Zusammenhang von Nick-/Wankwinkel und die statische Radlastverlagerung wird die Höhe des Schwerpunkts berechnet. Dazu wird mittels der Kräfte und über das Fahrzeuggewicht und die Federsteifigkeiten die Schwerpunktposition in z-Richtung ermittelt.
  • Die Bestimmung von Unwuchten bzw. Drehwiderständen erfolgt wie folgt:
    • Es wird ein einzelnes Rad 3 angehoben und beispielsweise mit einem radindividuellen Motor angetrieben. Über die Drehzahl und deren Schwankung und wirkende Kräfte kann eine Detektion von möglichen Unwuchten über den Dämpfer 4 erfolgen. An einer Achse, die weiter weg vom Schwerpunkt ist, können einzelne Räder 3 angehoben und angetrieben werden. Durch F=(m·v2)/r ergibt eine Unwucht eine mit der Drehzahl periodische Kraft bzw. Vibration, die mit dem Dämpfer 4 gemessen werden kann. Eine Bremsen-/Lagerreibung kann direkt aus dem notwendigen Antriebsmoment gemessen werden.
  • Die Bestimmung der Radeigenfrequenz kann wie folgt durchgeführt werden:
    • Es kann ein einzelnes Rad 3 angehoben werden und fallengelassen werden. Die Eigenfrequenz kann über eine Frequenzanalyse der sich einstellenden Schwingungsbewegung erfolgen.
  • Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel können die ermittelten Fahrzeugkenngrößen dem Fahrer ausgegeben werden, insbesondere optisch auf einer Anzeige oder akustisch. So kann der Fahrer auf die ermittelten Werte aufmerksam gemacht werden.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die ermittelten Fahrzeugkenngrößen an eine Steuereinheit und/oder ein Steuerprogramm weitergegeben werden, um eine Steuerung des Kraftfahrzeugs auf Basis zumindest einer der Fahrzeugkenngrößen vorzunehmen.
  • Entsprechend kann aufgrund der ermittelten Fahrzeugkenngrößen die Ansteuerung der Dämpfer 4 eingestellt werden, insbesondere in spezifischen Fahrprogrammen und/oder in spezifischen Fahrsituationen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Karosserie
    3
    Rad
    4
    Dämpfer
    5
    Radaufhängung
    6
    Karosserieanlenkung
    7
    Pfeil
    8
    Pfeil
    9
    Vorderachse
    10
    Hinterachse

Claims (8)

  1. Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) über aktive Dämpfer (4) verfügt, welche an den jeweiligen Radaufhängungen (5) Verstellkräfte einstellen, um die Karosserie (2) des Kraftfahrzeugs (1) anzuheben und/oder abzusenken und welche die wirkenden Kräfte auch messen, wobei spezifische vorgegebene Verstellkräfte der aktiven Dämpfer (4) angesteuert werden, um aus der daraus resultierenden Verstellung und den daraus resultierenden gemessenen Kräften eine Fahrzeugkenngröße zu ermitteln.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der angesteuerten Verstellkräfte ein Heben, Nicken und/oder Wanken der Karosserie (2) des Kraftfahrzeugs (1) bewirkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen in spezifischen Vermessungsbetriebssituationen des Kraftfahrzeugs (1) durchgeführt wird
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen nur nach vorheriger Einleitung und/oder Bestätigung des Fahrers des Kraftfahrzeugs (1) durchgeführt wird und/oder dass das Verfahren zur Bestimmung von Fahrzeugkenngrößen auf vordefinierten Stellplätzen durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelbare Fahrzeugkenngröße eine der nachfolgenden Fahrzeugkenngrößen ist: Federkennlinie eines jeweiligen Dämpfers (4), Reibung eines jeweiligen Dämpfers (4), Hubeigenfrequenz, Fahrzeugmasse, Wankfrequenz, Nickfrequenz, Schwerpunktposition in Fahrzeuglängsrichtung, Schwerpunktposition in Fahrzeugquerrichtung, Schwerpunktposition in Fahrzeughochrichtung, Unwucht eines jeweiligen Rades (3), Drehwiderstand eines jeweiligen Rades (3), Radeigenfrequenz.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Fahrzeugkenngrößen dem Fahrer ausgegeben werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Fahrzeugkenngrößen an eine Steuereinheit und/oder ein Steuerprogramm weitergegeben werden, um eine Steuerung des Kraftfahrzeugs (1) auf Basis zumindest einer der Fahrzeugkenngrößen vorzunehmen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der ermittelten Fahrzeugkenngrößen die Ansteuerung der Dämpfer (4) eingestellt wird.
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