DE102021110146A1

DE102021110146A1 - Verfahren und system zur aktiven wanksteuerung

Info

Publication number: DE102021110146A1
Application number: DE102021110146.8A
Authority: DE
Inventors: Robert G. Izak; Nojan Medinei; Larry G. Gepfrey; Bo Yu
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-05-05
Also published as: US11865891B2; US20220134835A1; CN114435055A; CN114435055B

Abstract

Ein System zur aktiven Wanksteuerung für eine Fahrzeugkarosserie ist vorgesehen und umfasst einen Sensor, der eine Neigung der Karosserie überwacht, und ein Aufhängungssystem. Das Aufhängungssystem umfasst einen aktiven Stabilisator mit einem ersten Balkenabschnitt, einem zweiten Balkenabschnitt und einem aktiven Wanksteuerungsmotor, der zwischen dem ersten Balkenabschnitt und dem zweiten Balkenabschnitt angeordnet ist. Der aktive Wanksteuerungsmotor ist in der Lage, den ersten Balkenabschnitt in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt zu drehen. Das System umfasst ferner eine rechnergestützte aktive Wanksteuerung, die einen Fahrmodus überwacht, der entweder das Geradeausfahren oder das Durchfahren einer Kurve auf einer Straße umfasst, ein Ausgangssignal des Sensors überwacht, ein gewünschtes Wankmoment auf der Grundlage des Fahrmodus und des Ausgangssignals des Sensors bestimmt und den aktiven Wanksteuerungsmotor auf der Grundlage des gewünschten Wankmoments steuert.

Description

Die Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und System zur aktiven Wanksteuerung.
Fahrzeuge verfügen über Federungssysteme, die dazu dienen, Unebenheiten auf der Fahrbahn abzufedern. Zu den Aufhängungen gehören Stoßdämpfer, die einen internen Feder- und Dämpfermechanismus enthalten, um Unebenheiten oder Unruhe aus dem Fahrzeug herauszufiltern. Fahrzeugaufhängungssysteme können z. B. elektronisch eingestellt werden, wobei die Steifigkeit oder andere Eigenschaften des Aufhängungssystems für Qualitäten wie Fahrqualität oder Laufruhe und Leistung angepasst werden.
BESCHREIBUNG
Ein System zur aktiven Wanksteuerung ist vorgesehen. Das System umfasst zwei Räder, darunter ein linkes Rad und ein rechtes Rad, eine Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, einen Sensor, der zur Überwachung einer Neigung der Fahrzeugkarosserie betreibbar ist, ein Fahrzeugaufhängungssystem, das zur Abstützung der Fahrzeugkarosserie über den beiden Rädern betreibbar ist. Das Fahrzeugaufhängungssystem umfasst einen aktiven Stabilisator, der betreibbar ist, um eine Kraft von einer ersten Seite des Fahrzeugaufhängungssystems auf eine zweite Seite des Fahrzeugaufhängungssystems zu übertragen, um die Neigung der Fahrzeugkarosserie zu steuern. Die aktive Stabilisatorstange umfasst einen ersten Balkenabschnitt, einen zweiten Balkenabschnitt und einen aktiven Wanksteuerungsmotor, der zwischen dem ersten Balkenabschnitt und dem zweiten Balkenabschnitt angeordnet ist. Der aktive Wanksteuerungsmotor ist in der Lage, den ersten Balkenabschnitt in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt zu drehen. Das System umfasst ferner eine rechnergestützte aktive Wanksteuerung, die einen Fahrmodus überwacht, der entweder das Geradeausfahren oder das Durchfahren einer Kurve auf einer Straße umfasst, ein Ausgangssignal des Sensors überwacht, ein gewünschtes Wankmoment auf der Grundlage des Fahrmodus und des Ausgangssignals des Sensors bestimmt und den aktiven Wanksteuerungsmotor auf der Grundlage des gewünschten Wankmoments steuert.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Fahrmodus das Geradeausfahren, wobei die Steuerung des aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des ersten Balkenabschnitts in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt umfasst, um die Wankbeschleunigungen der Karosserie zu optimieren und zu steuern, die aus den Unregelmäßigkeiten der Fahrbahnoberfläche von Seite zu Seite resultieren.
In einigen Ausführungsformen, wenn der Fahrmodus eine Kurvenfahrt beinhaltet, beinhaltet die Steuerung des aktiven Wanksteuerungsmotors ein Drehen des ersten Balkenabschnitts in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt, um die übertragene Kraft zu erhöhen und zu bewirken, dass die Neigung der Fahrzeugkarosserie in Bezug auf eine Bodenoberfläche verringert wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des gewünschten Wankmoments basierend auf dem Fahrmodus eine Mischung aus einem gewünschten Wankmoment, das die Fahrqualität priorisiert, und einem gewünschten Wankmoment, das die Handhabung des Fahrzeugs priorisiert.
In einigen Ausführungsformen basiert das Mischen des gewünschten Wankmoments, das die Fahrqualität priorisiert, und des gewünschten Wankmoments, das das Fahrverhalten des Fahrzeugs priorisiert, auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeug-Querbeschleunigung, der Gierrate und einer Lenkradeingabe.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung des gewünschten Wankmoments die Bestimmung eines Gesamt-Wankmoments für die Fahrzeugkarosserie.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung des Gesamtwankmoments für die Karosserie die Verwendung einer Vorwärtswankmomentbestimmung und einer Rückkopplungswankmomentbestimmung.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist ein System zur aktiven Wanksteuerung vorgesehen. Das System umfasst vier Räder, darunter zwei Vorderräder und zwei Hinterräder, eine Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs und einen Sensor, der zur Überwachung einer Neigung der Fahrzeugkarosserie betreibbar ist. Das System umfasst ferner ein Fahrzeugaufhängungssystem, das so betrieben werden kann, dass es die Fahrzeugkarosserie über den Vorderrädern und den Hinterrädern stützt. Das Fahrzeugaufhängungssystem umfasst einen ersten aktiven Stabilisator, der mit den beiden Vorderrädern korrespondiert und so betrieben werden kann, dass er eine Kraft von einer ersten Seite des Fahrzeugaufhängungssystems auf eine zweite Seite des Fahrzeugaufhängungssystems überträgt, um die Neigung des Fahrzeugaufbaus zu steuern. Die erste aktive Stabilisatorstange umfasst einen ersten Balkenabschnitt, einen zweiten Balkenabschnitt und einen ersten aktiven Wanksteuerungsmotor, der zwischen dem ersten Balkenabschnitt und dem zweiten Balkenabschnitt angeordnet ist.
Der erste aktive Wanksteuerungsmotor ist betreibbar, um den ersten Balkenabschnitt in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt zu drehen. Das Fahrzeugaufhängungssystem umfasst ferner einen zweiten aktiven Stabilisator, der den beiden hinteren Rädern entspricht und so betrieben werden kann, dass er eine Kraft von der ersten Seite des Fahrzeugaufhängungssystems auf die zweite Seite des Fahrzeugaufhängungssystems überträgt, um die Neigung der Fahrzeugkarosserie zu steuern. Die zweite aktive Stabilisatorstange umfasst einen dritten Balkenabschnitt, einen vierten Balkenabschnitt und einen zweiten aktiven Wanksteuerungsmotor, der zwischen dem dritten Balkenabschnitt und dem vierten Balkenabschnitt angeordnet ist. Der zweite aktive Wanksteuerungsmotor ist in der Lage, den dritten Balkenabschnitt in Bezug auf den vierten Balkenabschnitt zu drehen. Das System umfasst ferner eine rechnergestützte aktive Wanksteuerung, die einen Fahrmodus überwacht, der entweder das Geradeausfahren oder das Durchfahren einer Kurve auf einer Straße umfasst, und ein Ausgangssignal des Sensors überwacht. Die rechnergestützte aktive Wanksteuerung ist ferner in der Lage, ein erstes gewünschtes Wankmoment für den ersten aktiven Wanksteuerungsmotor basierend auf dem Fahrmodus und dem Ausgang des Sensors zu bestimmen und ein zweites gewünschtes Wankmoment für den zweiten aktiven Wanksteuerungsmotor basierend auf dem Fahrmodus und dem Ausgang des Sensors zu bestimmen. Die rechnergestützte aktive Wanksteuerung ist ferner in der Lage, den ersten aktiven Wanksteuerungsmotor basierend auf dem ersten gewünschten Wankmoment zu steuern und den zweiten aktiven Wanksteuerungsmotor basierend auf dem zweiten gewünschten Wankmoment zu steuern.
In einigen Ausführungsformen, wenn der Fahrmodus das Geradeausfahren beinhaltet, beinhaltet die Steuerung des ersten aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des ersten Balkenabschnitts in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt, um die Wankbeschleunigungen zu optimieren und zu steuern, die aus den seitlichen Fahrbahnunebenheiten resultieren. In einigen Ausführungsformen, wenn der Fahrmodus das Geradeausfahren umfasst, umfasst die Steuerung des zweiten aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des dritten Balkenabschnitts in Bezug auf den vierten Balkenabschnitt, um die Wankbeschleunigungen der Karosserie zu optimieren und zu steuern, die aus den Unregelmäßigkeiten der Straßenoberfläche von Seite zu Seite resultieren.
In einigen Ausführungsformen, wenn der Fahrmodus das Abbiegen in die Kurve der Straße umfasst, umfasst die Steuerung des ersten aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des ersten Balkenabschnitts in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt, um die übertragene Kraft zu erhöhen und die Neigung der Fahrzeugkarosserie in Bezug auf eine Bodenoberfläche zu verringern. In einigen Ausführungsformen umfasst die Steuerung des zweiten aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des dritten Balkenabschnitts in Bezug auf den vierten Balkenabschnitt, um die übertragene Kraft zu erhöhen und die Neigung der Fahrzeugkarosserie in Bezug auf die Bodenoberfläche zu verringern, wenn der Fahrmodus das Abbiegen in die Kurve der Straße umfasst.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des ersten gewünschten Wankmoments basierend auf dem Fahrmodus eine Mischung aus einem gewünschten Wankmoment, das die Fahrqualität priorisiert, und einem gewünschten Wankmoment, das die Handhabung des Fahrzeugs priorisiert.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung des ersten gewünschten Wankmoments und des zweiten gewünschten Wankmoments die Bestimmung eines Gesamt-Wankmoments für die Fahrzeugkarosserie.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung des Gesamtwankmoments der Karosserie die Verwendung einer Vorwärtswankmomentbestimmung und einer Rückkopplungswankmomentbestimmung.
In einigen Ausführungsformen ist die rechnergestützte aktive Wanksteuerung ferner in der Lage, einen Abstand zwischen einem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und einem Wankzentrum der Fahrzeugkarosserie auf der Grundlage des gewünschten Wankmoments zu schätzen. In einigen Ausführungsformen wird der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und dem Rollzentrum der Fahrzeugkarosserie verwendet, um eine zukünftige Iteration der Bestimmung des Gesamtwankmoments für die Fahrzeugkarosserie zu verbessern.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird ein Verfahren zur aktiven Wanksteuerung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst in einem rechnergestützten Prozessor innerhalb eines Fahrzeugs das Überwachen eines Fahrmodus, der entweder eine Geradeausfahrt oder eine Kurvenfahrt auf einer Straße umfasst, das Überwachen einer Ausgabe eines Sensors, der zum Überwachen einer Neigung einer Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs betreibbar ist, und das Bestimmen eines gewünschten Wankmoments auf der Grundlage des Fahrmodus und der Ausgabe des Sensors. Das Verfahren umfasst ferner, innerhalb des computergestützten Prozessors, die Steuerung eines aktiven Wanksteuerungsmotors eines aktiven Stabilisators eines Fahrzeugaufhängungssystems basierend auf dem gewünschten Wankmoment. Der aktive Stabilisator ist in der Lage, eine Kraft von einer ersten Seite des Fahrzeugaufhängungssystems auf eine zweite Seite des Fahrzeugaufhängungssystems zu übertragen, um die Neigung der Fahrzeugkarosserie zu steuern.
In einigen Ausführungsformen, wenn der Fahrmodus das Geradeausfahren beinhaltet, umfasst die Steuerung des aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen eines ersten Balkenabschnitts der aktiven Stabilisatorstange in Bezug auf einen zweiten Balkenabschnitt der aktiven Stabilisatorstange, um die Wankbeschleunigungen der Karosserie zu optimieren und zu steuern, die aus den Unregelmäßigkeiten der Straßenoberfläche resultieren.
In einigen Ausführungsformen, wenn der Fahrmodus die Kurvenfahrt der Straße einschließt, beinhaltet die Steuerung des aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen eines ersten Balkenabschnitts der aktiven Stabilisatorstange in Bezug auf einen zweiten Balkenabschnitt der aktiven Stabilisatorstange, um die übertragene Kraft zu erhöhen und zu bewirken, dass die Neigung der Fahrzeugkarosserie in Bezug auf eine Bodenoberfläche geringer wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen des gewünschten Wankmoments basierend auf dem Fahrmodus eine Mischung aus einem gewünschten Wankmoment, das die Fahrqualität priorisiert, und einem gewünschten Wankmoment, das die Handhabung des Fahrzeugs priorisiert.
In einigen Ausführungsformen basiert das Mischen des gewünschten Wankmoments, das die Fahrqualität priorisiert, und des gewünschten Wankmoments, das das Fahrverhalten des Fahrzeugs priorisiert, auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugquerbeschleunigung und einer Lenkradeingabe.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung des gewünschten Wankmoments die Bestimmung eines Gesamt-Wankmoments für die Fahrzeugkarosserie.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung des Gesamtwankmoments der Karosserie die Verwendung einer Vorwärtswankmomentbestimmung und einer Rückkopplungswankmomentbestimmung.
Figurenliste

1 zeigt schematisch Teile eines beispielhaften Fahrzeugaufhängungssystems mit einem einstellbaren Stabilisator gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Fahrzeugkarosserie und das Fahrzeugaufhängungssystem von 1, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt schematisch einen beispielhaften rechnergestützten aktiven Rollregelungsregler gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt einen beispielhaften Datenfluss innerhalb der rechnergestützten aktiven Wanksteuerung von 3 zur Durchführung der aktiven Wanksteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5 veranschaulicht grafisch die Ergebnisse des Rollgradienten-Tests, gemessen als Rollwinkel in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung des Fahrzeugs, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt grafisch die Wankverstärkung und -phase in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Offenbarung;
7 zeigt einen beispielhaften Datenfluss innerhalb der rechnergestützten aktiven Wanksteuerung von 3 zur Mischung von Leistungs- und Fahrqualitätsfaktoren bei der aktiven Wanksteuerung gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
8 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur aktiven Wanksteuerung in einem Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Aktive Wanksteuerung ist ein Prozess, bei dem Faktoren, die den Betrieb eines Fahrzeugaufhängungssystems beeinflussen, modifiziert werden, um gewünschte Ergebnisse zu erzielen. Diese gewünschten Ergebnisse können sich auf die Fahrqualität, die die Laufruhe des Fahrzeugs beschreibt, oder auf das Fahrverhalten, das die Leistung, das Ansprechverhalten und die Fahreigenschaften des Fahrzeugs auf der Fahrbahn beschreibt, auswirken.
Gemäß einer beispielhaften Methode kann eine aktive Wanksteuerung durch den Einsatz eines oder mehrerer aktiver Stabilisatoren erreicht werden. Ein passiver Stabilisator ist ein Stab oder eine Torsionsfeder, die eine linke Aufhängungskomponente mit einer rechten Aufhängungskomponente verbindet. Wenn sich eine der Aufhängungskomponenten relativ zu einer Fahrzeugkarosserie bewegt, überträgt der passive Stabilisator eine Kraft von dieser Aufhängungskomponente auf die gegenüberliegende Aufhängungskomponente, um zu steuern, wie viel sich die Fahrzeugkarosserie relativ zu den Aufhängungskomponenten und einer Bodenoberfläche bewegt. Ein aktiver Stabilisator umfasst ein motorisiertes Merkmal, das eine erste Hälfte des Stabilisators mit einer zweiten Hälfte des Stabilisators verbindet, wobei die Aktivierung des motorisierten Merkmals es einer computerisierten Steuerung ermöglicht, zu modulieren oder einzustellen, wie viel Kraft zwischen den gegenüberliegenden Aufhängungskomponenten übertragen wird.
Diese Einstellung des aktiven Stabilisators kann verwendet werden, um sowohl die Fahrqualität als auch das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu steuern. Durch den Einsatz des aktiven Stabilisators und eines Regelalgorithmus kann die Fahrqualität verbessert werden, ohne die Fahrleistung zu beeinträchtigen. Es werden ein System und ein Verfahren bereitgestellt, um die Rollneigung zu reduzieren, das Gierverhalten zu verbessern und die Fahrqualität zu erhöhen.
Das offenbarte System und Verfahren kann einen Algorithmus verwenden, der den Wankgradienten über Feedforward-Sensorinformationen und/oder Wankwinkel-Feedback steuert. Der Algorithmus verbessert die Fahrqualität durch die Steuerung der Wankbewegung. Ein Mischalgorithmus, der auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Querbeschleunigung des Fahrzeugs, der Gierrate und der Lenkradeingabe basiert, kann verwendet werden, um Faktoren, die die Fahrqualität und das Fahrverhalten beeinflussen, zusammenzuführen oder auszugleichen.
Das offenbarte System und Verfahren kann die Verwendung mehrerer Rollgradienten ermöglichen, die auf wählbaren Fahrermodi basieren, wie z. B. einem Modus, der die Fahrqualität bevorzugt, oder einem Modus, der eine verbesserte Leistung bevorzugt. Das offenbarte System und Verfahren kann einen konstanten Wankgradienten unabhängig von der Aufhängungskonstruktion (z. B. statische und dynamische Luftfederraten) ermöglichen.
Gemäß einem beispielhaften Verfahren kann die aktive Wanksteuerung das Lesen von Fahrzeugniveau- und Komponentenniveausignalen, die Berechnung der angeforderten Motordrehmomente für die aktive Wanksteuerung vorne und hinten gemäß den hierin beschriebenen Prozessen und Verfahren und die Anwendung der Motordrehmomente für die aktive Wanksteuerung über die aktiven Wanksteuerungsmotoren auf der Grundlage der berechneten angeforderten Motordrehmomente für die aktive Wanksteuerung vorne und hinten umfassen.
Gemäß einem beispielhaften System, das gemäß der Offenbarung verwendet werden kann, kann ein solches System vordere und hintere aktive Wanksteuerungsmotoren, Stangen, die die Motoren mit der Fahrzeugkarosserie und anderen Aufhängungskomponenten verbinden, elektronische Steuereinheiten (ECU), um hierin offenbarte Verfahren zu implementieren, und Sensoren zur Messung verschiedener Zustände des Fahrzeugs (z. B. Wankwinkelsensor, Wankgeschwindigkeitssensoren und Positions-/Beschleunigungssensoren) enthalten, um hierin offenbarte Verfahren zu implementieren.
1 zeigt schematisch ein beispielhaftes Fahrzeugaufhängungssystem mit einem einstellbaren Stabilisator. Das Fahrzeugaufhängungssystem 100 ist mit einem aktiven Stabilisator 120 und einem computergestützten aktiven Wanksteuerung 10 dargestellt. Die aktive Stabilisatorstange 120 ist mit einem aktiven Wanksteuerungsmotor 160, einem ersten Balkenabschnitt 140, einem zweiten Balkenabschnitt 130 und Lagern oder Gummibuchsen 122 zur Befestigung am Fahrzeugchassis dargestellt. Die Fahrzeugchassis-Befestigungslager oder Gummibuchsen 122 können sowohl den ersten Balkenabschnitt 140 als auch den zweiten Balkenabschnitt 130 relativ zu einem Fahrzeugchassiselement in Position halten, so dass sich der erste Balkenabschnitt 140 und der zweite Balkenabschnitt 130 jeweils in Bezug auf eine Längsachse runder Stangensegmente drehen können, die von den Fahrzeugchassis-Befestigungslagern bzw. Gummibuchsen 122 gehalten werden. Der aktive Wanksteuerungsmotor 160 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie eine Drehausrichtung des ersten Balkenabschnitts 140 zum zweiten Balkenabschnitt 130 steuern. In einer neutralen oder passiven Position kann der aktive Wanksteuerungsmotor 160 den ersten Balkenabschnitt 140 und den zweiten Balkenabschnitt 130 symmetrisch ausrichten, so dass ein Loch 142 in einem Ende des ersten Balkenabschnitts 140 und ein Loch 132 in einem Ende des zweiten Balkenabschnitts 130 auf gleicher Höhe liegen können. Der aktive Wanksteuerungsmotor 160 kann in einer ersten Richtung erregt werden, um den ersten Balkenabschnitt 140 zu veranlassen, sich in einer ersten Drehrichtung relativ zum zweiten Balkenabschnitt 130 zu drehen, was dazu führen kann, dass das Loch 142 im Fahrzeug höher liegt als das Loch 132. Der aktive Wanksteuerungsmotor 160 kann in einer zweiten Richtung erregt werden, um zu bewirken, dass sich der erste Balkenabschnitt 140 in einer zweiten Drehrichtung relativ zum zweiten Balkenabschnitt 130 dreht, was dazu führen kann, dass die Bohrung 142 im Fahrzeug niedriger ist als die Bohrung 132. Auf diese Weise kann die Steuerung des aktiven Wanksteuerungsmotors 160 verwendet werden, um das durch die aktive Stabilisatorstange 120 übertragene Drehmoment und dementsprechend den Betrieb des Fahrzeugaufhängungssystems 100 zu steuern.
Die Bohrung 132 und die Bohrung 142 können jeweils direkt an anderen Fahrzeugaufhängungskomponenten wie z. B. einem Querlenker, Achsschenkel oder Stoßdämpfer befestigt werden. In der Ausführungsform von 1 sind Lenker 170 dargestellt, die so konfiguriert sind, dass sie an einem ersten Ende an der Bohrung 132 bzw. der Bohrung 142 befestigt werden. Die Glieder 170 können an einem zweiten Ende an Fahrzeugaufhängungskomponenten, wie z. B. einem Querlenker oder Stoßdämpfer, befestigt werden.
Die rechnergestützte aktive Wanksteuerung 10 ist in elektronischer Kommunikation mit dem aktiven Wanksteuerungsmotor 160 dargestellt.
2 zeigt schematisch eine beispielhafte Fahrzeugkarosserie 210 und Hauptteile des Fahrzeugaufhängungssystems 100 von 1. Das Fahrzeug 200 ist mit der Fahrzeugkarosserie 210, den Hauptteilen des Fahrzeugaufhängungssystems 100, einem linken Rad 222 und einem rechten Rad 232 dargestellt.
Das linke Rad 222 und das rechte Rad 232 können Vorderräder des Fahrzeugs 200 oder Hinterräder des Fahrzeugs 200 sein. Das linke Rad 222 ist durch Aufhängungskomponenten an einer linken Stoßdämpfervorrichtung 220 befestigt, und das rechte Rad 232 ist durch Aufhängungskomponenten an einer rechten Stoßdämpfervorrichtung 230 befestigt. Die Fahrzeugkarosserie 210 ist in einem Winkel 248 nach links im Vergleich zu einer Bodenfläche 205 geneigt dargestellt. Das linke Rad 222 und das rechte Rad 232 sind jeweils auf der Bodenfläche 205 angeordnet. Die Fahrzeugkarosserie 210 ist mit der linken Stoßdämpfervorrichtung 220 und der rechten Stoßdämpfervorrichtung 230 verbunden, so dass die Neigung der Fahrzeugkarosserie 210 eine relative Stauchung und Verkürzung der linken Stoßdämpfervorrichtung 220 im Vergleich zur rechten Stoßdämpfervorrichtung 230 bewirkt. Ein Schwerpunkt 242 der Fahrzeugkarosserie 210 und ein Rollzentrum 240 für die Fahrzeugkarosserie 210 sind dargestellt.
In 2 ist eine Vielzahl von Kräften dargestellt, die auf das Fahrzeug 200 wirken. Die Schwerkraft 244 ist dargestellt, die auf den Schwerpunkt 242 wirkt. Zusätzlich ist eine Seitenkraft 246 dargestellt, die auf den Schwerpunkt 242 wirkt. Die Radabstützkraft 252 ist dargestellt, die auf das linke Rad 222 wirkt, und die Radabstützkraft 254 ist dargestellt, die auf das rechte Rad 232 wirkt. Zusätzlich kann ein Abstand 250 zwischen dem Schwerpunkt und der Bodenoberfläche 205 definiert werden. Zusätzlich kann ein Abstand zwischen der Mitte des linken Rades 222 und der Mitte des rechten Rades 232 definiert werden. Das offenbarte Verfahren und System kann den Abstand 251 zwischen Schwerpunkt und Wankzentrum basierend auf den aktiven Wanksteuersignalen schätzen. Dieser korrigierte Abstand 251 kann verwendet werden, um zukünftige Iterationen der aktiven Wanksteuersignale genauer zu machen, z. B. durch Korrektur einer Gesamt-Wankmomentberechnung.
3 zeigt schematisch eine beispielhaften computerisierten aktiven Wanksteuerung 10. Eine Vielzahl von Eingängen 51 kann gemessen und der rechnergestützten aktiven Wanksteuerung 10 zugeführt werden. Die Eingänge 51 können Lenkradwinkel, Lenkradgeschwindigkeit, Gierrate, Querbeschleunigung, Bremsaktivierungssignale, einen Wankwinkelsensor, eine Radmittenhöhe (die als Eckentrimmhöhe beschrieben werden kann, der vertikale Abstand zwischen der Radmitte und einem Punkt an der Karosserie), eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Beschleunigungssensorausgang, einen Fahrermodus (Sport, Fahrqualität, Abschleppen usw.) und eine Trimmhöhe oder die Höhe der Fahrzeugkarosserie, die über dem Fahrzeugaufhängungssystem beibehalten wird, umfassen. Die Eingänge 51 werden jeweils einem Wanksteifigkeits-Steuermodul 12, einem Fahrqualitätsverbesserungsmodul 14 und einem Modul zur dynamischen Querlastverteilung der Reifen 16 zugeführt. Das Wanksteifigkeits-Steuermodul 12 enthält eine Programmierung, um ein gewünschtes Wankmoment der Fahrzeugkarosserie zu bestimmen, das das Fahrverhalten des Fahrzeugs auf der Grundlage der Eingaben 51 begünstigt. Das Fahrqualitätsverbesserungsmodul 14 enthält eine Programmierung, um ein gewünschtes Wankmoment der Fahrzeugkarosserie zu bestimmen, das die Ausgabe der Fahrqualität basierend auf den Eingaben 51 begünstigt. Ein Mischfunktionsmodul 18 überwacht die gewünschten Wankmomentausgänge, die vom Wanksteifigkeits-Steuermodul 12 und dem Fahrqualitätsverbesserungsmodul 14 erzeugt werden, und enthält eine Programmierung, um die beiden gewünschten Wankmomente basierend auf einem Fahrmodus des Fahrzeugs selektiv zu mischen. In einer Ausführungsform kann ein Fahrmodus eine Bestimmung beinhalten, ob das Fahrzeug auf einer geraden Straße geradeaus fährt oder abbiegt oder eine Kurve einer Straße durchfährt.
Je nach Fahrmodus des Fahrzeugs kann eine andere Steifigkeit der Fahrzeugaufhängung gewünscht sein. In einem Fahrmodus mit Geradeausfahrt können die Anforderungen der Fahrgäste an das Fahrverhalten gering sein, ohne dass das Fahrzeug schnell gedreht werden muss. In diesem geradlinigen Fahrmodus kann die entlang des aktiven Stabilisators übertragene Kraft ständig angepasst werden, um die Wankbeschleunigungen zu optimieren und zu kontrollieren, die durch seitliche Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen werden, um Unebenheiten zu dämpfen und die Fahrqualität zu erhöhen. Die Optimierung und Steuerung von Wankbeschleunigungen kann in verschiedenen Situationen unterschiedliche Steuerfunktionen beinhalten. In einem Beispiel kann die Wankbeschleunigung minimiert werden, um ein ruhigeres Fahrverhalten zu erreichen. In einem anderen Beispiel kann die Wankbeschleunigung so gesteuert werden, dass zusätzlich Wankbewegungen erzeugt werden, um z. B. die gewünschten Fahreigenschaften des Fahrzeugs zu erreichen. Beim Durchfahren einer Kurve im Straßenfahrmodus ist das Fahrverhalten oder die Leistung des Fahrzeugs ein primärer Faktor, um die richtige Kontrolle über das Fahrzeug durch die Kurve zu behalten. In ähnlicher Weise kann die Fahrqualität des Fahrzeugs weniger primär sein, wenn das Fahrzeug eine Kurve durchfährt. Die Priorisierung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs kann eine Verringerung der Neigung oder des Rollens des Fahrzeugs durch die Kurve beinhalten, was durch eine Erhöhung der entlang der aktiven Stabilisatorstange übertragenen Kraft erreicht werden kann.
Das Verringern oder Vermindern einer Kraft, die entlang eines aktiven Stabilisators übertragen wird, kann das Steuern eines aktiven Wanksteuerungsmotors beinhalten, um zwei Abschnitte eines aktiven Stabilisators in eine Richtung zu verdrehen, die es der Karosserie ermöglicht, eine größere Neigung in Bezug auf eine Bodenoberfläche zu zeigen. Das Erhöhen einer Kraft, die entlang einer aktiven Stabilisatorstange übertragen wird, kann das Steuern des aktiven Wanksteuerungsmotors beinhalten, um die beiden Teile der aktiven Stabilisatorstange in eine Richtung zu verdrehen, die bewirkt, dass die Karosserie eine geringere Neigung bis hin zu einem negativen Wankwinkel aufweist, wie er bei Motorrädern in Bezug auf eine Bodenoberfläche gesehen wird.
Das Mischfunktionsmodul 18 liefert ein gemischtes Wankmoment, das an ein stationäres TLLTD: Front- und Heckverteilungsmodul 20 weitergegeben wird, das ein gemischtes vorderes Wankmoment 53 und ein gemischtes hinteres Wankmoment 55 bestimmt.
Das dynamische TLLTD-Modul 16 enthält eine Programmierung zur Bestimmung eines Dämpfungswankmoment-Ausgangs, der an ein dynamisches TLLTD: Front- und Heckverteilungsmodul 22 geliefert wird. Das dynamische TLLTD: Front- und Heckverteilungsmodul 22 liefert einen transienten vorderen Wankmomentausgang 57 und einen transienten hinteren Wankmomentausgang 59. Ein Summationsmodul 24 verwendet eine Summe des gemischten vorderen Wankmoment-Ausgangs 53 und des transienten vorderen Wankmoment-Ausgangs 57, um einen angeforderten vorderen Wankmoment-Ausgang zu erzeugen, der einem Regler für die vordere Aktuatordynamik 28 zur Verfügung gestellt wird. Ein Summationsmodul 26 verwendet eine Summe des gemischten Hinterachs-Wankmoment-Ausgangs 55 und des transienten Hinterachs-Wankmoment-Ausgangs 59, um einen angeforderten Hinterachs-Wankmoment-Ausgang zu erzeugen, der einem hinteren Aktuator-Dynamik-Regler 30 zugeführt wird. Der vordere Aktuator-Dynamik-Regler 28 und der hintere Aktuator-Dynamik-Regler 30 sorgen für die Steuerung einer vorderen Fahrzeugaufhängung bzw. einer hinteren Fahrzeugaufhängung, einschließlich der Steuerung mindestens eines aktiven Wanksteuerungsmotors eines aktiven Stabilisators. Die Dynamik des Fahrzeugs 200 wird durch die Steuerung der vorderen Fahrzeugaufhängung und der hinteren Fahrzeugaufhängung beeinflusst, und verschiedene Parameter, die sich auf diese Dynamik beziehen, können überwacht und als Eingaben 51 bereitgestellt werden.
Die rechnergestützte aktive Wanksteuerung 10 kann eine rechnergestützte Verarbeitungsvorrichtung, eine Kommunikationsvorrichtung, die zum Senden und Empfangen von Daten über eine Kommunikationsschaltung, wie z. B. einen Fahrzeugdatenbus, betreibbar ist, eine Eingabe/Ausgabe-Koordinationsvorrichtung und eine Speichervorrichtung umfassen. Die Verarbeitungsvorrichtung kann einen Speicher, z. B. einen Festwertspeicher (ROM) und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), enthalten, der prozessorausführbare Anweisungen speichert, sowie einen oder mehrere Prozessoren, die die prozessorausführbaren Anweisungen ausführen. In Ausführungsformen, in denen das Verarbeitungsgerät zwei oder mehr Prozessoren enthält, können die Prozessoren parallel oder verteilt arbeiten. Die Verarbeitungsvorrichtung kann das Betriebssystem der computergestützten aktiven Wanksteuerung 10 ausführen. Die Verarbeitungsvorrichtung kann ein oder mehrere Module enthalten, die programmierten Code oder computergestützte Prozesse oder Methoden ausführen, die ausführbare Schritte gemäß den offenbarten Systemen und Methoden enthalten. Die dargestellten Module können ein einzelnes physisches Gerät oder eine Funktionalität umfassen, die sich über mehrere physische Geräte erstreckt.
Die Einstellung der aktiven Stabilisatorstange kann als Einstellung eines Stabilisatormoments beschrieben werden. Ein gewünschtes oder gesamtes Karosseriewankmoment kann verwendet werden, um ein gewünschtes Stabilisatormoment zu bestimmen. In einer Ausführungsform kann ein Gesamt-Karosserie-Wankmoment verwendet werden, um auf eine Referenztabelle zu verweisen, die ein entsprechendes Soll-Wankmoment liefern kann, das zur Steuerung eines oder mehrerer aktiver Rollregelungsmotoren nützlich ist.
4 zeigt einen beispielhaften Datenfluss 300 innerhalb der computergestützten aktiven Wanksteuerung von 3, insbesondere innerhalb des Wanksteifigkeits-Steuermodul 12, um eine aktive Wanksteuerung zu erreichen. Der Datenfluss 300 bestimmt ein gewünschtes oder gesamtes Wankmoment für das Fahrzeug, das verwendet werden kann, um ein gewünschtes Wankstangenmoment zu bestimmen, das durch einen aktiven Wanksteuerungsmotor gesteuert werden kann. Eine Querbeschleunigungsberechnung, die auf Lenkeingaben und einem Querbeschleunigungssensormodul 304 basiert, wird mit Eingaben 302 versorgt, die Lenkradwinkel, Lenkradgeschwindigkeit, Gierrate, Querbeschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit umfassen können, und erzeugt eine Querbeschleunigungsausgabe 306. Ein Multiplikationsblock 312 gibt die Querbeschleunigungsausgabe 306, einen Wert der gefederten Masse 308 und einen Abstand zwischen einem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und einem Rollzentrum der Fahrzeugkarosserie 310 ein. Der Wankschwerpunkt ändert sich mit der Trimmhöhe oder der Radmittenlage, typischerweise bewegt er sich doppelt so schnell. Die Berechnung dieses Effekts kann im Regelalgorithmus durch eine Nachschlagetabelle oder ähnliches erfasst werden. Der Wert der gefederten Masse 308 kann kalibriert oder basierend auf einem geschätzten Wert adaptiv geändert werden. Der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und dem Rollzentrum der Fahrzeugkarosserie 310 kann kalibriert oder adaptiv auf Basis eines Schätzwertes verändert werden. Der Multiplikationsblock 312 liefert einen Ausgang 311.
Ein Modul 318 zur Berechnung des gewünschten Wankwinkels wird mit Eingängen 316 versorgt, die Lenkradwinkel, Lenkradgeschwindigkeit, Gierrate, Querbeschleunigung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Bremssignale umfassen können. Das Modul 318 zur Berechnung des gewünschten Wankwinkels liefert eine Ausgabe des gewünschten Wankwinkels 319. Ein Multiplikationsblock 324 gibt den gewünschten Wankwinkel 319 und eine aus einer Nachschlagetabelle gelieferte Federwankrate 314 ein und liefert einen Ausgang 325. Einem Summationsblock 326 werden der Ausgang 311 und ein negativer Wert des Ausgangs 325 zugeführt und er liefert einen Ausgang 327. Der Ausgang 327 wird dem Tiefpassfilterblock 330 zugeführt, der einen Ausgang 331 liefert. Der Ausgang 331 wird einem adaptiven Verstärkungsblock 332 zugeführt, der einen Vorwärtswankmomentausgang 333 bereitstellt.
Ein Modul 322 zur Bestimmung des Wankwinkels ist vorgesehen, das einen Wankwinkel auf der Grundlage einer Eingabe 320 schätzt oder berechnet. Der Eingang 320 kann einen Wankwinkelsensorausgang, einen Positionssensorausgang und einen Beschleunigungssensorausgang umfassen. Das Wankwinkelbestimmungsmodul 322 liefert einen Wankwinkelausgang 323. Einem Summationsblock 328 werden der gewünschte Wankwinkelausgang 319 und ein negativer Wert des Wankwinkelausgangs 323 zur Verfügung gestellt und er liefert einen Ausgang 329. Einem Rückkopplungsregler 334 wird der Ausgang 329 zur Verfügung gestellt und er wendet einen Algorithmus an, z. B. eine Proportional-Integral-Differenzial-Regelung (PID), um einen Rückkopplungs-Wankmoment-Ausgang 335 zu erzeugen. Der Vorwärts-Wankmoment-Ausgang 333 und der Rückführungs-Wankmoment-Ausgang 335 werden einem Summationsblock 336 zugeführt, der einen Gesamt-Wankmoment-Ausgang 338 liefert. Der Gesamt-Wankmoment-Ausgang 338 stellt einen beispielhaften Ausgang des Wanksteifigkeits-Regelmoduls 12 von 3 dar.
Die Auslegung in basiert auf der Wankdynamik eines Fahrzeugs, die durch die folgende Gleichung beschrieben werden kann: $I_{x} \ddot{φ} - m h a_{y} = - C_{t} \dot{φ} - K_{t}^{*} φ + m g h φ - M_{A R C}$
wobei <p der Rollwinkel des Fahrzeugs ist, ̇φ̇ die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, φ̈ die Wankbeschleunigung des Fahrzeugs ist, $K_{t}^{*}$
die Wanksteifigkeit ohne aktive Wanksteuerung ist, m ist die Fahrzeugmasse, g ist die Gravitationskonstante h ist der Abstand zwischen Schwerpunkt und Wankzentrum, I_x ist das Rollträgheitsmoment, C_t ist der Wankdämpfungskoeffizient, M_ARC ist das durch den Algorithmus der aktiven Wanksteuerung aufgebrachte Wankmoment. Während der stationären Kurvenfahrt reduziert sich die obige Gleichung auf die folgende, da die Wankgeschwindigkeit und die Wankbeschleunigung im stationären Zustand Null sind. $M_{A R C} + K_{t}^{*} φ = m h a_{y} + m g h φ$
Daher können wir berechnen h als $h = \frac{M_{A R C} + K_{t}^{*} φ}{m a_{y} + m g φ}$
Gleichung (2) beschreibt, wie sich das Wankmoment bei stationärer Kurvenfahrt ausgleicht. M_ARC ist aus dem Algorithmus der aktiven Wanksteuerung bekannt und $K_{t}^{*}$
φ ist das Wankmoment aus anderen Komponenten in der Aufhängung, z. B. Luftfeder oder Schraubenfeder. Hier $K_{t}^{*}$
φ gibt an, dass das Wankmoment von einer Feder mit bekannter Federkonstante stammt $K_{t}^{*} .$
In einigen Systemen kann das Wankmoment von anderen Komponenten durch eine Nachschlagetabelle oder eine nichtlineare Funktion von verschiedenen Signalen, wie z.B. Luftfederdruck oder Positionssensoren in der Aufhängung, beschrieben werden.m kann durch verschiedene Methoden berechnet werden, z. B. durch Luftfedermodelle oder einen Algorithmus zur Massenschätzung. a_y ist die Querbeschleunigung, die aus Sensoren gewonnen werden kann.<p ist direkt messbar oder wird aus Sensoren berechnet. Eine ähnliche Berechnung von h kann durchgeführt werden, wenn das Wankmoment von anderen Aufhängungskomponenten anders beschrieben wird, indem man der hier beschriebenen Idee folgt. Wenn die Wankgeschwindigkeit und die Wankbeschleunigung während der instationären Kurvenfahrt nicht Null sind, können wir zusätzlich einen Kalman-Filter entwerfen oder andere Schätzalgorithmen auf Gleichung (1) anwenden, um zu schätzenhzu schätzen, was der Abstand zwischen Schwerpunkt und Wankzentrum ist. Der geschätzte Abstand zwischen Schwerpunkt und Wankzentrum kann dem System zur Wankstabilisierung zur Verfügung gestellt werden und die Fahrzeugstabilität verbessern.
5 zeigt grafisch die Ergebnisse des Wankgradiententests, dargestellt als Rollwinkel als Funktion der Querbeschleunigung des Fahrzeugs. Der Wankgradient kann als Ableitung des Wankwinkels nach der Querbeschleunigung oder als Änderung des Wankwinkels bei Änderung der Querbeschleunigung beschrieben werden.
Das Diagramm 400 zeigt den Wankwinkel in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung des Fahrzeugs an. Eine vertikale Achse 402 dient zur Darstellung des Rollwinkels einer Fahrzeugkarosserie in Grad. Eine horizontale Achse 404 stellt die Querbeschleunigung des Fahrzeugs in Einheiten der Schwerkraft dar. Die durchgezogene Linie 410 veranschaulicht eine Ziel- oder Sollkurve, die sich einer nahezu geraden diagonalen Linie annähert, die einen konstanten Wert für den Rollgradienten darstellen würde. Die Datenpunkte 412 veranschaulichen die tatsächlichen Werte, die bei Tests mit dem offenbarten System und Verfahren erreicht wurden.
6 veranschaulicht grafisch die Wankverstärkung und -phase in Abhängigkeit von der Handradgeschwindigkeit als Funktion einer konstanten Lenkwinkelradanregung mit variierender Handradfrequenz. Das Diagramm 500 zeigt sowohl die Wankverstärkung als Diagramm 530 im oberen Teil 510 als auch die Wankphase als Diagramm 540 im unteren Teil 520, beide als Funktion der Lenkradfrequenz. Eine obere vertikale Achse 512 stellt die Wankverstärkung in Grad/g dar. Eine untere vertikale Achse 522 dient zur Darstellung der Wankphase in Grad. Eine gemeinsame horizontale Achse 514 ist vorgesehen, um die Lenkradeingangsfrequenz in Hz darzustellen. Die hier beschriebene aktive Wanksteuerung kann die Form der Wankverstärkung und -phase ändern, wie in 6 dargestellt. Eine flachere Ansprechkurve zeigt ein stabileres Fahrzeugniveau an.
7 zeigt einen beispielhaften Datenfluss 600 innerhalb der computergestützten aktiven Wanksteuerung 10 von 3, um Leistungs- und Fahrqualitätsfaktoren bei der aktiven Wanksteuerung zu mischen. Ein Fahrqualitätsverbesserungsmodul 610 erhält Eingaben einschließlich eines Wankwinkels 602 und einer Wankgeschwindigkeit 604 und liefert einen Fahrqualitätsregelungs-Befehlsmomentausgang 611. Der Fahrqualitätsregelungs-Befehlsmomentausgang 611 enthält Aufhängungssystembefehle, die auf der Maximierung der Fahrqualität basieren. Einem Mischung-Mechanismusmodul 620 werden Eingänge zur Verfügung gestellt, die den Fahrqualitätsregelungs-Befehlsmomentausgang 611, einen Wanksteifigkeits-Steuerbefehlsmoment-Ausgang 622 und einen Eingang 624 mit Lenkradwinkel, Querbeschleunigung, Gierrate und Fahrzeuggeschwindigkeit enthalten. In einer Ausführungsform kann der Wanksteifigkeits-Steuerbefehlsmoment-Ausgang 622 derselbe Wert sein oder durch den Wert des Gesamt-Wankmoment-Ausgangs 338 von 4 bereitgestellt werden. Der Wanksteifigkeits-Steuerbefehlsmoment-Ausgang 622 beinhaltet einen Aufhängungssystembefehl, der auf der Maximierung der Fahrzeughandhabungs-/Leistungseigenschaften basiert. Das Mischung-Mechanismusmodul 620 enthält eine Programmierung, um den Eingang 624 zu verwenden, um Steuerbefehle zu mischen und einen gewünschten Gesamt-Wankmomentausgang 626 bereitzustellen, der auf einer Kombination oder einem Kompromiss zwischen dem Fahrqualitäts-Steuerbefehlsmomentausgang 611 und dem Wanksteifigkeits-Steuerbefehlsmomentausgang 622 basiert. Unter Bedingungen, bei denen ein ruhigeres Fahrverhalten erwünscht ist, hat der Fahrqualitäts-Steuerbefehlsmomentausgang 611 Vorrang. Unter Bedingungen, bei denen ein besseres Fahrverhalten des Fahrzeugs erwünscht ist, hat der Wanksteifigkeits-Steuerbefehlsmoment-Ausgang 622 Vorrang.
Die hier beschriebenen Verfahren umfassen Algorithmen zur Optimierung der Kopfverschiebung, z. B. unter Verwendung eines linear-quadratischen Regelungsalgorithmus (LQR). Ein solcher LQR-Steuerungsalgorithmus kann ein Gleichgewicht zwischen der Kopfverschiebung (2-5 Hz), dem Energieverbrauch und der Leistung der Straßenisolierung (10+ Hz) herstellen. Die Gleichungen für die Wankdynamik bei Geradeausfahrt können durch die folgenden Gleichungen 4-6 dargestellt werden. $I_{x} \ddot{φ} = - C_{t} \dot{φ} - K_{t} φ + U (t) + W (t)$
$K_{t} = K_{t}^{*} - m g h$
$W (t) = S t \ddot{o} r g r \ddot{o} ß e$
wobei <p der Rollwinkel des Fahrzeugs ist, <p die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist, <p die Wankbeschleunigung des Fahrzeugs ist, $K_{t}^{*}$
die Wanksteifigkeit ist, m die Fahrzeugmasse ist, g die Schwerkraftkonstante ist, h ist der Abstand zwischen Schwerpunkt und Wankzentrum, I_x ist das Rollträgheitsmoment, C_t ist der Wankdämpfungskoeffizient, U ist das Wankmoment.
W(t) ist eine Störung der Fahrzeugwankung infolge des Auftreffens einer oder mehrerer Kurven auf Straßeneingänge. Das Wankmoment kann durch den in 7 dargestellten Prozess bereitgestellt werden, insbesondere als Fahrqualitäts-Steuerbefehlsmomentausgang 611. Diese dynamischen Wankgleichungen können durch die folgenden Gleichungen 7 und 8 in ein Zustandsraummodell umgewandelt werden. $\dot{X} = A X + B U + E W X = [\begin{matrix} \dot{φ} \\ φ \end{matrix}]$
$A = [\begin{matrix} - \frac{C_{t}}{I_{x}} & - \frac{K_{t}}{I_{x}} \\ 1 & 0 \end{matrix}], E = [\begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix}], B = [\begin{matrix} 1 & 1 \\ 0 & 0 \end{matrix}]$
Ein Schütteln des Kopfes tritt auf, wenn ein Fahrzeug eine plötzliche Wankbewegung ausführt. Auf unebener Straße werden Wankbewegungen mit einem großen Frequenzbereich von der Straße auf den Fahrer oder die Fahrgäste übertragen. Die menschliche Wahrnehmung oder Empfindlichkeit gegenüber Rollbewegungen hängt von der Frequenz der Bewegung ab. Bei niedrigen Frequenzen unter 1-2 Hz bewegt sich der Kopf mit dem Körper. Im Frequenzbereich von 2-8 Hz ist die Amplitude der Kopfbeschleunigung vergrößert, was darauf hindeutet, dass die Schwingung um ein tief im Körper liegendes Drehzentrum in diesem Frequenzbereich aufgrund der linearen Komponente der an der Halswirbelsäule abgegebenen Beschleunigung große Winkelbewegungen hervorrufen kann. Bei höheren Frequenzen wurde die Beschleunigung am Kopf mit einer damit verbundenen Zunahme der Phasenverzögerung abgeschwächt, was wahrscheinlich auf die Absorption der Eingangsbeschleunigung durch den oberen Rumpf zurückzuführen ist.
Hier wird in Form eines Zustandsraummodells ein Filter konstruiert, der den Rollwinkel und die Rollgeschwindigkeit in gefühlte Kopfverschiebung umsetzt: ${\dot{X}}_{ƒ} = A_{ƒ} X_{ƒ} + B_{ƒ} \dot{X},$
wobei X_ƒ Variablen sind, die sich auf gefühlte Kopfverschiebungen beziehen, A_ƒ und B_ƒ eine Zustands- und Eingabematrix ist, die kalibrierbar oder durch Experimente bestimmt sein kann.
Außerdem können wir die Gleichungen 7, 8 und 9 kombinieren und erhalten ein neues Zustandsraummodell: ${\dot{X}}_{c} = A_{c} X_{c} + B_{c} U,$
$wobei X_{c} = [\begin{matrix} X \\ X_{ƒ} \end{matrix}], A_{c} = [\begin{matrix} A & 0 \\ B_{ƒ} & A_{ƒ} \end{matrix}] . B_{c} = [\begin{matrix} B \\ 0 \end{matrix}]$
Ein LQR-Regler kann auf Basis von (7) entworfen werden. Andere Regelungsmethoden, z. B. robuste und nichtlineare Regelungen, können ebenfalls angewandt werden, um das Schütteln des Kopfes, den Energieverbrauch und die Isolierung hochfrequenter Straßengeräusche auszugleichen.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 700 zur aktiven Wanksteuerung in einem Fahrzeug zeigt. Das Verfahren 700 beginnt in Schritt 702. In Schritt 704 wird der Fahrzeugbetrieb überwacht, einschließlich Werten wie Lenkwinkel, Lenkgeschwindigkeit, Gierrate, Querbeschleunigung und Bremssignale. In Schritt 706 wird ein Fahrmodus bestimmt, der entweder das Fahren auf der Geraden oder das Durchfahren einer Kurve auf einer Straße umfasst. In Schritt 708 wird ein gewünschtes Wankmoment auf der Grundlage der gewünschten Fahrqualität bestimmt, und dieses gewünschte Wankmoment wird verwendet, um ein Aufhängungssystem des Fahrzeugs zu steuern. In Schritt 710 wird ein gewünschtes Wankmoment bestimmt, das auf der Begünstigung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs basiert, und dieses gewünschte Wankmoment wird verwendet, um ein Aufhängungssystem des Fahrzeugs zu steuern. Die Schritte 708 und 710 können gleichzeitig durchgeführt werden. In Schritt 712 können die in den Schritten 708 und 710 ermittelten Werte in einem Prozess, der in 7 als Mischung-Mechanismusmodul 620 dargestellt ist, gemischt werden. In Schritt 714 wird ermittelt, ob das Fahrzeug in Betrieb ist. Wenn das Fahrzeug weiter in Betrieb ist, kehrt das Verfahren 700 zu Schritt 704 zurück. Wenn das Fahrzeug den Betrieb nicht fortsetzt, geht das Verfahren 700 zu Schritt 716 weiter, wo das Verfahren endet. Das Verfahren 700 ist ein nicht einschränkendes Beispiel dafür, wie die hier beschriebenen Systeme und Verfahren funktionieren können. Die Offenbarung soll nicht auf die hier angegebenen Beispiele beschränkt sein.
Während die bevorzugten Ausführungsformen zur Ausführung der Offenbarung im Detail beschrieben wurden, werden diejenigen, die mit dem Stand der Technik, auf den sich diese Offenbarung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Durchführung der Offenbarung im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Ein System zur aktiven Wanksteuerung, umfassend: zwei Räder, darunter ein linkes Rad und ein rechtes Rad; eine Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs; einen Sensor, der eine Neigung der Fahrzeugkarosserie überwacht; ein Fahrzeugaufhängungssystem, das zur Abstützung der Fahrzeugkarosserie über den beiden Rädern betreibbar ist und Folgendes umfasst: einen aktiven Stabilisator, der betreibbar ist, um eine Kraft von einer ersten Seite des Fahrzeugaufhängungssystems auf eine zweite Seite des Fahrzeugaufhängungssystems zu übertragen, um eine Kontrolle über die Neigung der Fahrzeugkarosserie bereitzustellen, einschließlich: einen ersten Balkenabschnitt; einen zweiten Balkenabschnitt; und einen aktiven Wanksteuerungsmotor, der zwischen dem ersten Balkenabschnitt und dem zweiten Balkenabschnitt angeordnet ist, wobei der aktive Wanksteuerungsmotor betreibbar ist, um den ersten Balkenabschnitt in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt zu drehen; und eine rechnergestützte aktive Wanksteuerung, die eingerichtet ist zum: Überwachen eines Fahrmodus, der eine Geradeausfahrt und eine Kurvenfahrt auf einer Straße einschließt; Überwachen eines Ausgang des Sensors; Bestimmen eines gewünschten Wankmoments basierend auf dem Fahrmodus und der Ausgabe des Sensors; und Steuern des aktiven Rollregelungsmotors basierend auf dem gewünschten Wankmoment.
Das System nach Anspruch 1, wobei, wenn der Fahrmodus das Geradeausfahren umfasst, die Steuerung des aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des ersten Balkenabschnitts in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt umfasst, um die Wankbeschleunigungen der Karosserie zu optimieren und zu steuern, die aus den Unregelmäßigkeiten der Straßenoberfläche von Seite zu Seite resultieren.
Das System nach Anspruch 1, wobei, wenn der Fahrmodus das Abbiegen in die Kurve der Straße einschließt, die Steuerung des aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des ersten Balkenabschnitts in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt einschließt, um die übertragene Kraft zu erhöhen und zu bewirken, dass die Neigung der Fahrzeugkarosserie in Bezug auf eine Bodenoberfläche geringer wird.
Das System nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des gewünschten Wankmoments, welches auf dem Fahrmodus basiert, ein Mischen aus einem gewünschten Wankmoment, das die Fahrqualität priorisiert, und einem gewünschten Wankmoment, das das Fahrverhalten des Fahrzeugs priorisiert, beinhaltet.
Das System nach Anspruch 4, wobei das Mischen des gewünschten Wankmoments, das die Fahrqualität priorisiert, und des gewünschten Wankmoments, das das Fahrverhalten des Fahrzeugs priorisiert, auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugquerbeschleunigung, einer Gierrate und einer Lenkradeingabe basiert.
Das System nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des gewünschten Wankmoments das Bestimmen eines Gesamt-Wankmoments für die Fahrzeugkarosserie beinhaltet.
Das System nach Anspruch 6, wobei das Bestimmen des Gesamtwankmoments für die Fahrzeugkarosserie die Verwendung einer Vorwärtswankmomentbestimmung und einer Rückkopplungswankmomentbestimmung umfasst.
Das System nach Anspruch 6, wobei die rechnergestützte aktive Wanksteuerung ferner in der Lage ist, einen Abstand zwischen einem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und einem Wankzentrum der Fahrzeugkarosserie auf der Grundlage des gewünschten Wankmoments zu schätzen; und wobei der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und dem Rollzentrum der Fahrzeugkarosserie verwendet wird, um eine zukünftige Iteration der Bestimmung des Gesamtwankmoments für die Fahrzeugkarosserie zu verbessern.
Ein System zur aktiven Wanksteuerung, umfassend: vier Räder, darunter zwei Vorderräder und zwei Hinterräder; einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs; einen Sensor, der eine Neigung der Fahrzeugkarosserie überwacht; ein Fahrzeugaufhängungssystem, das betreibbar ist, um die Fahrzeugkarosserie über den Vorderrädern und den Hinterrädern abzustützen, einschließlich: einen ersten aktiven Stabilisator, der den beiden vorderen Rädern entspricht und betätigbar ist, um eine Kraft von einer ersten Seite des Fahrzeugaufhängungssystems auf eine zweite Seite des Fahrzeugaufhängungssystems zu übertragen, um eine Kontrolle über die Neigung der Fahrzeugkarosserie bereitzustellen, einschließlich: einen ersten Balkenabschnitt; einen zweiten Balkenabschnitt; und einen ersten aktiven Wanksteuerungsmotor, der zwischen dem ersten Balkenabschnitt und dem zweiten Balkenabschnitt angeordnet ist, wobei der erste aktive Wanksteuerungsmotor betreibbar ist, um den ersten Balkenabschnitt in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt zu drehen; einen zweiten aktiven Stabilisator, der den beiden hinteren Rädern entspricht und so betrieben werden kann, dass er eine Kraft von der ersten Seite des Fahrzeugaufhängungssystems auf die zweite Seite des Fahrzeugaufhängungssystems überträgt, um die Neigung der Fahrzeugkarosserie zu steuern, einschließlich: einen dritten Balkenabschnitt; einen vierten Balkenabschnitt; und einen zweiten aktiven Wanksteuerungsmotor, der zwischen dem dritten Balkenabschnitt und dem vierten Balkenabschnitt angeordnet ist, wobei der zweite aktive Wanksteuerungsmotor betreibbar ist, um den dritten Balkenabschnitt in Bezug auf den vierten Balkenabschnitt zu drehen; und eine rechnergestützte aktive Wanksteuerung, die dazu dient: einen Fahrmodus überwachen, der eine Geradeausfahrt und eine Kurvenfahrt auf einer Straße einschließt; einen Ausgang des Sensors überwachen; Bestimmen eines ersten gewünschten Wankmoments für den ersten aktiven Wanksteuerungsmotor basierend auf dem Fahrmodus und der Ausgabe des Sensors; Bestimmen eines zweiten gewünschten Wankmoments für den zweiten aktiven Wanksteuerungsmotor basierend auf dem Fahrmodus und dem Ausgang des Sensors; Steuern des ersten aktiven Rollregelungsmotor basierend auf dem ersten gewünschten Wankmoment; und Steuern des zweiten aktiven Wanksteuerungsmotor basierend auf dem zweiten gewünschten Wankmoment.
Das System nach Anspruch 9, wobei, wenn der Fahrmodus das Geradeausfahren beinhaltet, Steuern des ersten aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des ersten Balkenabschnitts in Bezug auf den zweiten Balkenabschnitt umfasst, um Wankbeschleunigungen der Karosserie zu optimieren und zu steuern, die aus Unregelmäßigkeiten der Straßenoberfläche von Seite zu Seite resultieren, und Steuern des zweiten aktiven Wanksteuerungsmotors das Drehen des dritten Balkenabschnitts in Bezug auf den vierten Balkenabschnitt einschließt, um die Wankbeschleunigungen der Karosserie zu optimieren und zu steuern, die sich aus den seitlichen Fahrbahnunebenheiten ergeben.