DE102021123390A1 - Situationsabhängige Dämpfung der vertikalen Radschwingung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Abmildern der Wirkung von Fahrbahnanomalitäten auf ein Fahrzeug durch dynamisches Einstellen eines Stellglieds zum Regeln von Dämpferkräften eines Schwingungsdämpfers eines Fahrzeugrades beim Durchfahren einer Fahrbahnanomalität bereitgestellt, insbesondere eines Schlagloches, wobei beim Erreichen der abfallenden Flanke der Fahrbahnanomalität das Stellglied in seine härteste Einstellung verstellt wird beim Erreichen der steigenden Flanke der Fahrbahnanomalität die Kraftanforderung gleich 0 gesetzt und danach eine Kraftanforderung basierend auf Parametern des Fahrzeugs und der Federung berechnet und an die Dämpfung übermittelt wird, sowie ein Fahrzeug zum Durchführen des Verfahrens.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dämpfen der vertikalen Radschwingung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug zum Ausführen des Verfahrens.
• Beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten werden Schwingungen der Räder erzeugt, durch die die Aufstandskraft des entsprechenden Fahrzeugs gegenüber der Fahrbahn variiert. Dadurch kann die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs gemindert werden. Um die Schwingungen möglichst schnell abklingen zu lassen, werden in der Radaufhängung Schwingungsdämpfer bereitgestellt.
• Fahrzeuge umfassen häufig aktive, semi- und/oder adaptive Aufhängungssysteme der Räder, um besonders vertikale Bewegungen der Räder zu steuern. Dabei werden die Aufhängungsmerkmale, wie z.B. Dämpfung und Steifigkeit, selektiv an anormale Fahrbahnzustände angepasst. Ein Fahrzeug mit einem Aufhängungskraft-Entkopplungssystem wird in der Patentschrift US 10,065,474 B2 beschrieben, in der ein Aktuator einer Aufhängung von besonders durch die Beschaffenheit einer Fahrbahnoberfläche entstehende Vibrationen in einem bestimmten Frequenzbereich entkoppelt werden kann. Oben genannte Aufhängungssysteme werden auch beschrieben in den Druckschriften US 9,446,651 B2 , US 5,432,700 A , US 8,938,333 B2 , US20170157023 A1 und US 5,497,324 A. Ein adaptives Aufhängungssystem ist z.B. auch das Continuously Controlled Damping (CCD) von FORD.
• Bei einer relativen Bewegung zwischen einem Rad eines Fahrzeugs und der entsprechenden Fahrbahnoberfläche kommt es Änderungen in der Kraftübertragung vom Rad auf die Fahrbahn, die eine verminderte Fahrbahnhaftung verursachen können. Eine dabei entstehende vertikale Vibrationsbewegung wird auch als vertikale Radschwingung bezeichnet.
• Passive Schwingungsaktuatoren dämpfen die vertikale Vibrationsbewegung des Rades und des Fahrzeugkörpers. Dämpfungssteuerungen, die besonders auf den Komfort der Fahrzeuginsassen gerichtet sind, z.B. das CCD, funktionieren nach dem bekannten „Skyhook“-Prinzip, wobei die benötigte Dämpfungskraft von der absoluten Vertikalgeschwindigkeit der Fahrzeugkarosserie (d.h. der ungefederten Masse) abhängig ist. Sie sind besser als passive Dämpfer geeignet, eine vertikale Fahrzeugbewegung zu dämpfen. Dabei geht der Komfort zu Lasten einer vertikalen Radschwingung.
• Es sind Ansätze bekannt, den Fahrkomfort zu erhöhen, indem Dämpfer beim Erreichen einer Fahrbahnanomalität, im Kontext der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Schlagloch, auf hart gestellt werden. Ein Schlagloch wird dabei erfasst, wenn z.B. eine hohe vertikale Geschwindigkeit des Rades erfasst wird. Eine zu lange Dauer harter Dämpfereinstellungen verringert jedoch den Fahrkomfort.
• Bei Erreichen des Grunds der Anomalität oder dem Ende der Anomalität wird eine weiche Dämpferkennlinie gewählt ( DE 10 2020 205 317 A1 ). Dabei werden z.B. Höhensensoren verwendet, um die Einstellungen der Dämpfung im Bereich der Anomalität steuern zu können. Werden weiche Dämpfereinstellungen zu lange beibehalten, kann das jedoch zu Beeinträchtigungen der Straßenlage des Fahrzeugs führen, und damit wiederrum auch zu einer Verringerung des Fahrkomforts. Dies gilt beispielsweise, wenn die beschriebenen Änderungen der Dämpfereinstellung auf einer falsch positiven Information über ein Schlagloch beruhen, es in Wirklichkeit also kein oder nur ein kleines Schlagloch passiert wird.
• Es besteht die Aufgabe, die Dämpfungssteuerung im Sinne des Fahrkomforts zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Die besagten Ausführungsformen und Gegenstände der Ansprüche sind dabei in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.
• Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer semiaktiven oder aktiven Aufhängung mindestens eines Rades eines Fahrzeugs, die eine Anordnung einer Federung und eines Schwingungsdämpfers mit mindestens einem Stellglied zum Regeln von Dämpferkräften umfasst, das mittels mindestens eines Aktuators in verschiedene Stufen oder stufenlos zwischen harten und weichen Dämpfungskennlinien verstellt werden kann, mit den Schritten:
• - Bewegen des Fahrzeugs auf einer Fahrbahn, wobei der Aktuator in einer mittleren, zwischen hart und weich liegenden Einstellung eingestellt ist, und sich das Rad in einer Normalstellung befindet,
• - Detektion einer potentiellen, mindestens eine abfallende Flanke, einen Grund und eine steigende Flanke umfassenden Anomalität in der Oberfläche der Fahrbahn,
• - Verstellen des Stellglieds in seine härteste Einstellung, wenn eine schnelle, negative vertikale Bewegung der Federung detektiert wird,
• - Verstellen des Stellglieds in eine Einstellung, die einer minimal möglichen Dämpfer-Kraftanforderung entspricht, wenn das Ende des Federweges der Federung erreicht wurde, oder wenn der Grund oder die ansteigende Flanke der Anomalität durch das Rad erreicht wurde,
• - Kontinuierliches Justieren des Stellglieds in besagter Einstellung entsprechend einer Kraftanforderung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und/oder der Auslenkung der Aufhängung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren erweitert dabei vorteilhaft bekannte Ansätze, die durch Hartstellen der Dämpfung vermeiden, dass ein Rad zu tief in eine Anomalität fällt. Das ist auch Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei hier durch Berechnen der Kraftanforderung der Fahrkomfort erhöht wird, weil die Dämpfereinstellung nach einem Weichstellen weich bleibt, solange die Kraftanforderung minimal ist.
• Das erfindungsgemäße Verfahren setzt voraus, dass eine potentielle Anomalität durch eine Funktion des Fahrzeugs detektiert wurde. Dies wird durch Funktionen des Fahrzeugs durchgeführt, die dem Fachmann bekannt sind. Der Begriff der potentiellen Anomalität ist dementsprechend dahingehend auszulegen, dass es sich um eine Anomalität, aber auch um falsch positive Meldungen handeln kann, in Wirklichkeit also keine Anomalität passiert wurde. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Dämpfung sowohl bei tatsächlichen Anomalitäten als auch bei falsch positiven Meldungen im Sinne eines hohen Fahrkomforts eingestellt.
• Dabei wird die Kraftanforderung vorzugsweise gleich 0, wenn die Geschwindigkeit der Federung hoch ist, weil in diesem Fall mit hoher Wahrscheinlichkeit die steigende Flanke eines Schlaglochs getroffen wurde (in einer positiven Richtung, also beim Einfedern), oder wenn die Auslenkung der Federung hoch ist, weil in diesem Fall das Rad mit hoher Wahrscheinlichkeit in ein Schlagloch gefallen ist (in einer positiven Richtung, also beim Einfedern). Wenn diese Werte zu gering sind, also z.B. unter den vorgegebenen Schwellenwerten bleiben, wird die Kraftanforderung nicht minimal, und damit die Dämpfereinstellung nicht auf weich gestellt. Damit wird beim Passieren einer potentiellen Anomalität, die zu geringe Dimensionen hat, um als Schlagloch zu gelten und signifikante Auswirkungen auf die Aufhängung zu haben, der Fahrkomfort nicht durch unnötiges Weichstellen der Dämpfung beeinträchtigt. In diesem Sinne wird erfindungsgemäß der Komfort der Fahrzeuginsassen erhöht, sowohl wenn ein Schlagloch getroffen wurde, als auch, wenn kein Schlagloch getroffen wurde. Wesentlich ist, dass die Kraftanforderung in dem Moment gleich 0 gesetzt wird, an dem die Federung nicht weiter fällt, nämlich entweder beim Erreichen eines größtmöglichen Ausfederns (Endstoppkontrolle) oder beim Auftreffen auf eine Begrenzung der Anomalie (Grund oder Flanke).
• Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß die Kraftanforderung in Abhängigkeit vom Weg der Auslenkung der Federung berechnet, also in welchem Maße die Federung ausgelenkt wird. Damit fließt die Auslenkung der Federung in die Berechnung der Dämpfereinstellung ein. Bei einer niedrigen Geschwindigkeit und hoher Auslenkung ist z.B. die Wahrscheinlichkeit hoch, dass eine Anomalität getroffen wurde. Dann wird die Kraftanforderung gering (gering im relativen Sinne in Bezug auf den Bereich der möglichen Kraftanforderungen). Dabei wird die Kraftanforderung vorzugsweise gleich null gesetzt, wenn ein vorgegebener Schwellenwert des Weges der Auslenkung überschritten wird.
• Weiterhin wird die Kraftanforderung erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Einfederns der Federung berechnet. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine Anomalität getroffen wurde, hoch, wenn die Geschwindigkeit des Einfederns relativ hoch ist, nachdem die steigende Flanke der Anomalität getroffen wurde. Dann wird die Kraftanforderung gering. Vorzugsweise wird dabei die Kraftanforderung gleich 0 gesetzt, wenn ein vorgegebener Schwellenwert der Geschwindigkeit des Einfederns überschritten wird. Die Geschwindigkeit des Einfederns und der Weg der Auslenkung werden dabei als Kombination bewertet, in der sie gegeneinander abgewogen werden. Mit den Schwellenwerten sind auch Situationen abgedeckt, in denen leicht abweichende Werte immer noch zu einer Kraftanforderung von 0 führen, also wenn die Geschwindigkeit etwas unter einem sehr hohen Wert liegt, und der Weg der Auslenkung etwas über 0 liegt.
• Unter „schnell“ in Bezug auf eine Bewegung der Federung wird verstanden, dass ein bestimmter Schwellenwert der Geschwindigkeit des Aus- und/oder Einfederns überschritten wird. Die relativen Begriff „hoch“, „mittel“ und „niedrig“ in Bezug auf Geschwindigkeit der Federung und Weg der Auslenkung der Federung sind hier ebenfalls durch bestimmte Schwellenwerte gekennzeichnet. Hoch sind dabei die höchsten erreichbaren 10% der Werte, niedrig die niedrigsten erreichbaren 10% der Werte, und mittel die dazwischenliegenden Werte.
• Die Schwingungsdämpfung ist hier als Softwarefunktion zu verstehen, in der eine Kraftanforderung der Skyhook-Funktion hinzugefügt wird. Die Kraftanforderung kann einem negativen oder positiven Betrag entsprechen, d.h. die Schwingungsdämpfung durch die Skyhook-Funktion abgemildert bzw. erhöht werden. Die Stärke der Schwingungsdämpfung kann dadurch vorteilhaft an die Fahrsituationen dynamisch angepasst werden.
• Unter Fahrbahn wird besonders eine asphaltierte oder betonierte Straße, kann aber auch ein anderer Untergrund verstanden, wie beispielsweise eine gepflasterte Straße oder ein Feldweg. Unter Fahrzeug wird besonders ein Kraftfahrzeug verstanden.
• Ohne Einwirkung einer Fahrbahnanomalität befindet sich das Rad in einer Normalstellung, in der die Federung nicht außerhalb eines gewissen Toleranzbereiches senkrecht in eine Richtung (in Richtung der Fahrbahn oder der Karosserie) ausgelenkt ist. Durch Hineinfallen des Rades in ein Schlagloch und Auftreffen auf den Grund wird die senkrechte Position des Rades relativ zum Fahrzeug jeweils kurzfristig verändert.
• Ist der Weg der Auslenkung unterhalb des Schwellenwertes, aber die Geschwindigkeit hoch, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass eine Anomalität getroffen wurde. Dann wird die Kraftanforderung gering, aber nicht gleich 0.
• Eine geringe Auslenkung bei geringer Geschwindigkeit des Fahrzeugs bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass eine Anomalität getroffen wurde, gering ist. Vorzugsweise wird bei einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb des Schwellenwertes und einer Geschwindigkeit der Federung unterhalb des Schwellenwertes die Anomalität als falsch positiv bewertet. In diesem Fall übernimmt das Skyhook-System graduell, idealerweise aber so schnell wie möglich, wieder vollständig die Kontrolle.
• Besonders bevorzugt wird die Kraftanforderung gemäß folgender Formel (I) berechnet: $${\text{F}}_{\text{D}}={\text{F}}_{\text{SH}}*{\text{K}}_{\text{vel}}*{\text{K}}_{\text{defl}}*\text{MAX}\left(\mathrm{0,}{\text{K}}_{\text{time}}\right)$$

  

  wobei F_D die Kraftanforderung an die Dämpfung und F_SH die Kraftanforderung vom Skyhook-System des Fahrzeugs durch Fahrzeug-eigene Software sind, und der Term MAX dafür vorgesehen ist, dass sichergestellt wird, dass der Faktor gleich 0 wird, wenn die Geschwindigkeit des Einfederns höher ist als der Schwellenwert, $${\text{K}}_{\text{vel}}=\text{MAX}\left(\mathrm{0,}{\text{v}}_{\text{ThrPh}}-\text{ABS}\left({\text{v}}_{\text{SuspAct}}\right)\right)*1/{\text{v}}_{\text{ThrPh}}$$

  

  wobei v_ThrPh ein Schwellenwert der Geschwindigkeit der Aufhängung ist, über dem F_D gleich null ist, und v_SuspAct die Geschwindigkeit der Aufhängung, und der Term ABS für einen Absolutwert, d.h. ohne Vorzeichen, steht, $${\text{K}}_{\text{defl}}=\text{MAX}\left(\mathrm{0,}{\text{S}}_{\text{Susp}}+\text{ABS}\left({\text{S}}_{\text{ThrPh}}\right)\right)*1/\text{ABS}\left({\text{S}}_{\text{ThrPh}}\right)$$

  

  und wobei S_Susp der Weg der Auslenkung der Aufhängung ist, und S_ThrPh ein Schwellenwert der Auslenkung der Aufhängung ist, unter dem FD gleich 0 ist, und $${\text{K}}_{\text{time}}=\text{min}\left(\mathrm{1,}{\text{K}}_{\text{time}}+\text{SampleTime*x}\right)$$

  

  wobei K_time ein Maß für die Laufzeit ist, wobei bei Start der Funktion K_time auf - 1 gesetzt wird, und dann im Zeitverlauf bei jedem Schritt um den Faktor SampleTime*x wächst, bis es gleich 1 ist.
• Vorteilhafterweise fließt in das Verfahren ein, dass eine potentielle Anomalität vorüber ist, wenn es sich tatsächlich um eine Anomalität handelte, oder dass es sich um eine falsch positive Meldung einer Anomalität handelte, also dass keine Anomalität passiert wurde. Dabei wird entweder eine Aktivierung der Endstoppkontrolle der Aufhängung beim Einfedern verwendet (das Rad ist auf die steigende Flanke getroffen), oder dass die Aufhängung mit einer geringen Geschwindigkeit des Einfederns (unterhalb eines bestimmten Schwellenwertes) in ihre Normalstellung zurückkehrt (es wurde keine Anomalität passiert). Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die Steuerung so schnell wie möglich wieder vollständig dem Skyhook-System überlassen wird und bei niedrigen Werten der Geschwindigkeit und der Auslenkung der Federung das Skyhook-System bereits vor dem vollständigen Überlassen auf der Basis der Formel (I) teilweise in die Kraftanforderung einfließt.
• Die Laufzeitermittlung ist zum Feststellen von falsch positiven Signalen in die Formel I eingeführt worden. Wenn nach einer bestimmten Zeit die Endstoppkontrolle nicht aktiviert wurde oder der Grund eines potentiellen Schlaglochs nicht getroffen wurde, war das Signal falsch positiv.
• Vorzugsweise wird die Kraftanforderung gemäß Formel (I) gleich 0 gesetzt, wenn die Geschwindigkeit oder die Auslenkung der Federung hoch ist. Vorteilhaft wird dabei genutzt, dass bei einem Auftreffen auf eine tatsächliche Anomalität entweder die Geschwindigkeit hoch und die Auslenkung gering ist, oder die Auslenkung hoch und die Geschwindigkeit niedrig. Dadurch bleibt die Schwingungsdämpfung in einer weichen Einstellung, wenn tatsächlich eine Anomalität getroffen wurde.
• Vorzugsweise wird die Kraftanforderung höher als 0, aber geringer als die eigentliche Kraftanforderung durch das Skyhook-System gesetzt, wenn die Geschwindigkeit gering und die Auslenkung mittel sind, oder vice versa die Geschwindigkeit mittel und die Auslenkung niedrig. Dann ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die Anomalität klein ist und der Fahrkomfort bei einem reduzierten Skyhook-Niveau gewährleistet werden kann.
• Vorzugsweise wird die Kraftanforderung annähernd dem des Skyhook-Systems gesetzt, wenn die Geschwindigkeit und die Auslenkung gering sind. Dabei wird genutzt, dass keine Anomalität getroffen wurde. In diesem Sinne kann vorteilhaft dem Skyhook-System die Steuerung wieder so schnell wie möglich überlassen werden.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer semi-aktiven Aufhängung mindestens eines Rades, die eine Anordnung einer Federung und eines Schwingungsdämpfers mit mindestens einem Stellglied umfasst, das mittels mindestens eines Aktuators in verschiedenen Stufen oder stufenlos zwischen einer härtesten und weichsten Einstellung verstellt werden kann, und der Aktuator mit einer Steuerungseinrichtung verbunden ist, die ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zu steuern. Die Vorteile des Fahrzeugs entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
• 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
• 2 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 3 eine Situation auf einer Fahrbahn mit dem Fahrzeug gemäß 1.
• 4 eine Tabelle 1 mit Berechnungen einer Kraftreduktion für die Dämpfer in Abhängigkeit von einer Dimension einer erreichten Anomalität.
• 5 eine Tabelle 2 mit Berechnungen einer Kraftreduktion für die Dämpfer in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.
• 6 eine Tabelle 3 mit Berechnungen einer Kraftreduktion, die aus Tabelle 1 und 2 gemittelt sind.
• 7 eine Tabelle 4 mit Berechnungen einer Kraftanforderung an das Dämpfungssystem.
• In 1 ist der vordere Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 dargestellt. Es ist ein Rad 10 gezeigt, dessen Aufhängung unter anderem eine Federung 11 und einen Schwingungsdämpfer 12 aufweist. In dem Schwingungsdämpfer 12 ist ein Stellglied 13 angeordnet. Das Stellglied 13 wird durch einen Aktuator eingestellt. Es ist klar, dass der Schwingungsdämpfer 12 aus mehreren Elementen besteht und auch mehrere Stellglieder und Aktuatoren aufweisen kann, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt sind. Die Aufhängung kann ein CCD-System, eine aktive Aufhängung oder eine semi-aktive Aufhängung sein und/oder aktiv gesteuerte Stabilisatoren umfassen. Der Schwingungsdämpfer 12 dämpft die Übertragung von Schwingungen vom Rad 10 auf die Karosserie 14 des Fahrzeugs 1.
• Das Fahrzeug 1 weist mindestens einen Sensor auf, der mit einer Steuerungseinrichtung 16 verbunden ist. Der Sensor ist ein Höhensensor 15, der besonders zum Messen der Höhenveränderung des Rades beim Passieren einer Anomalität einer Fahrbahn ausgebildet ist. Der Sensor 15 übermittelt Informationen über Höhenveränderungen des Rades an die Steuerungseinrichtung 16. Das Fahrzeug 1 kann weitere Sensoren aufweisen, die ausgebildet sind, Fahrbahnanomalitäten zu erfassen, und Informationen an die Steuerungseinrichtung 16 zu übermitteln. Damit können die Sensoren in Verbindung mit der Steuerungseinrichtung 16 zum Steuern des Schwingungsdämpfers 12 verwendet werden. Die Steuerungseinrichtung 16 ist ausgebildet, die vom Sensor 15 und/oder weiteren Sensoren übermittelten Signale auszuwerten und Steuerbefehle an die Aktuatoren 13 zu senden.
• Zum Bereitstellen eines hohen Reisekomforts wird eine Dämpfungssteuerung nach dem bekannten „Skyhook“-Prinzip verwendet. Zum Vermeiden einer starken Radschwingung beim Passieren von Fahrbahnanomalitäten werden zusätzliche Kraftanforderungen an die Aktuatoren der Dämpfer 12 gesendet. Dabei werden software-gesteuert Parameter zur Bewegung (Geschwindigkeit und Auslenkung) der Federung 11 erfasst. Die Software ist in der Steuerungseinrichtung 16 implementiert. Alternativ kann mittels des Sensors 15 ein Höhenunterschied in der Lage des Rades 10 erfasst und die betreffende Information an die Steuerungseinrichtung 16 gesendet werden. Die Steuerungseinrichtung 16 berechnet daraus erfindungsgemäß eine Kraftanforderung an den Schwingungsdämpfer 12. Weiterhin wird erfindungsgemäß bewertet, ob das Rad 10 wirklich eine Anomalität getroffen hat oder nicht.
• In einem Verfahren zum Steuern eines semi-aktiven Aufhängungssystems gemäß dem Flussdiagramm von 2 wird in einem ersten Schritt S1 das Fahrzeug 1 auf einer Fahrbahn 20 bewegt. Die Situation des Fahrzeugs 1 auf der Fahrbahn 20 ist in 3 dargestellt. Die Fahrbahn 20 ist eine asphaltierte Straße. Das Fahrzeug bewegt sich damit in einer bestimmten Richtung, z.B. in Vorwärtsrichtung, wie durch den Pfeil indiziert.
• Das Fahrzeug 1 erreicht eine Anomalität in der Fahrbahn 20, die in einem zweiten Schritt S2 durch eine Kamera des Fahrzeugs 1 detektiert wurde. Bei der Anomalität handelt es sich um ein Schlagloch 21. Das Schlagloch 21 weist eine abfallende Flanke 22, einen Grund 23 und eine ansteigende Flanke 24 auf.
• Nach dem Erreichen der abfallenden Flanke 22 wird in einem dritten Schritt S3 durch eine Software-Funktion auf der Basis einer Geschwindigkeit des Auslenkens der Federung festgestellt, dass das Rad 10 das Schlagloch 21 erreicht hat. Dabei gilt das Schlagloch 21 als tatsächliches Schlagloch, weil ein negativer Schwellenwert der Geschwindigkeit der Federung überschritten wurde. Die entsprechende Software ist in der Steuerungseinrichtung 16 implementiert. In Schritt S3 sendet die Steuerungseinrichtung 16 dann ein Steuerungssignal an die Aktuatoren des Stellglieds 13, die das Stellglied 13 kurz nach dem Erreichen der abfallenden Flanke 21 in seine härteste Einstellung verstellen.
• Wenn der Grund 23 oder die ansteigende Flanke 24 durch das Rad 10 oder das Ende des Federweges der Federung 11 erreicht wurde, wird das Stellglied 13 in einem vierten Schritt S4 in eine Einstellung verstellt, die einer minimal möglichen Kraftanforderung (hier: 0) entspricht.
• Wenn sich das Rad 10 in seine Normalstellung zurückzubewegen beginnt, nachdem das Ende des Federweges der Federung 11 erreicht oder wenn der Grund 23 oder die ansteigende Flanke 24 des Schlagloches 21 durch das Rad 10 erreicht wurde, wird in einem fünften Schritt S5 der Aktuator 13 entsprechend einer zu berechnenden Kraftanforderung an das Stellglied 13 verstellt. Die Kraftanforderung wird in der Steuerungseinrichtung 16 berechnet. Dabei wird Formel (I) verwendet, wie sie weiter oben in der Beschreibung erläutert wurde.
• In einem sechsten Schritt S6 wird das Stellglied in besagter Einstellung entsprechend einer Kraftanforderung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und/oder der Auslenkung der Aufhängung kontinuierlich nachjustiert. Dabei werden entweder die Einstellungen der Dämpfung 12 entsprechend einer ermittelten Kraftanforderung angepasst, wenn ein Schlagloch passiert wurde, was z.B durch Aktivierung der Endstoppkontrolle der Federung ermittelt werden kann, oder die Skyhook-Funktion übernimmt wieder schnell die Steuerung der Dämpfung 12, wenn kein Schlagloch passiert wurde, was z.B. bewertet werden kann, wenn die Federung bei geringer Auslenkung mit einer geringen Geschwindigkeit wieder in ihre Ruhestellung zurückkehrt.
• Exemplarische Werte zu den Berechnungen sind in den Tabellen 1 - 4 dargestellt. Die Werte Aus der Strecke der Einfederung as und der Geschwindigkeit der Einfederung wird dabei der totale Kraftgewinn (total gain) in Abhängigkeit von der Einfederung (Tabelle 1 in 4) und in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Einfederung (Tabelle 2 in 5) berechnet. Die Werte wurden unter der Bedingung erhalten, dass die Kraftanforderung an das Skyhook-System FSH 2000 beträgt, der Schwellenwert der Geschwindigkeit des Fahrzeugs v_tF 0,0 und der Schwellenwert der Verschiebung der Federung dts -0,3. Die Laufzeit wird gleich 1 gesetzt.
• Der totale Kraftgewinn ist dabei in Tabelle 3 in 6 dargestellt. Dabei werden Werte in Positionen in Tabelle 1 mit Werten der entsprechenden Positionen miteinander multipliziert. Die erhaltenden Werte des totalen Kraftgewinns werden wiederum mit den Werten der Einstellungen des Skyhook-Systems multipliziert, um die Kraftanforderung F_D an die Dämpfer zu berechnen (Tabelle 4 in 7).
• Wie oben beschrieben, wird die Kraftanforderung F_D in Abhängigkeit von Schwellenwerten der Geschwindigkeit des Einfederns der Federung 11 und der Auslenkung der Federung 11 berechnet. Dabei ist die Kraftanforderung gleich 0, wenn ein vorgegebener Schwellenwert der Geschwindigkeit des Einfederns überschritten wird. Bei einer hohen Geschwindigkeit wird damit die Dämpfung ohne zusätzliche Kraftmodifikationen mittels des Skyhook-Systems gesteuert. Die Kraftanforderung ist auch gleich 0, wenn die Auslenkung der Federung 11 unter einem bestimmten Wert bleibt. Damit wird die Dämpfung bei einer geringen Einwirkung auf die Federung 11 auch ohne zusätzliche Kraftmodifikationen mittels des Skyhook-Systems gesteuert.
• Exemplarisch kann die Dämpfung folgendermaßen eingestellt werden: 1.) bei einer hohen Strecke der Einfederung und niedriger Geschwindigkeit des Fahrzeugs wurde wahrscheinlich ein Schlagloch getroffen. Damit wird eine geringe Kraft des Dämpfers gemäß einer entsprechenden Kraftanforderung F_D eingestellt. 2.) bei einer niedrigen Strecke der Einfederung und hoher Geschwindigkeit des Fahrzeugs wurde wahrscheinlich ein Schlagloch getroffen. Damit wird eine geringe Kraft des Dämpfers gemäß einer entsprechenden Kraftanforderung F_D eingestellt. 3.) bei einer niedrigen Strecke der Einfederung und niedrigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs wurde wahrscheinlich kein Schlagloch getroffen. Das Skyhook-System übernimmt wieder die Steuerung der Dämpfung. Weitere Einstellungen sind natürlich möglich.
• Das Passieren eines Schlaglochs kann z.B. durch Aktivierung der Endstoppkontrolle der Federung ermittelt werden. Als falsch positiv kann ein Sensorensignal z.B. bewertet werden, wenn die Federung bei geringer Auslenkung mit einer geringen Geschwindigkeit wieder in ihre Normalstellung zurückkehrt und nach einer bestimmten Laufzeit die Endstoppkontrolle nicht aktiviert wurde. Falsch positive Signale können z.B. durch folgende Formeln dargestellt werden: $$\text{ABS}\left(\text{S}\right)<{\text{S}}_{\text{Thr}}\text{\&\& ABS}\left(\text{v}\right)<{\text{V}}_{\text{Thr}}$$

  

  $$\text{ABS}\left(\text{S}\right)<2*{\text{S}}_{\text{Thr}}\text{\&\& ABS}\left(\text{v}\right)<{\text{V}}_{\text{Thr}}*0.5$$

  

  wobei S = 0 der Normalstellung der Federung entspricht.
• Dabei decken die Formeln (IV, V) sowohl Situationen ab, wenn kein Schlagloch getroffen wurde, sich die Federung (11) also der Normalstellung von unten annähert, also auch wenn ein Schlagloch getroffen wurde, sich die Federung (11) also der Normalstellung von oben annähert. Die Formel (V) erlaubt dabei Bewertungen, wenn die Geschwindigkeit des Einfederns bei einer vorgegebenen Auslenkung besonders niedrig ist.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

10

Rad

11

Federung

12

Schwingungsdämpfer

13

Stellglied

14

Karosserie

15

Höhensensor

16

Steuerungseinrichtung

20

Fahrbahn

21

Schlagloch

22

abfallende Flanke des Schlagloches

23

Grund des Schlaglochs

24

ansteigende Flanke des Schlagloches

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 10065474 B2 [0003]
• US 9446651 B2 [0003]
• US 5432700 A [0003]
• US 8938333 B2 [0003]
• US 20170157023 A1 [0003]
• US 5497324 [0003]
• DE 102020205317 A1 [0007]

Claims (8)

1. Verfahren zum Steuern einer semiaktiven oder aktiven Aufhängung mindestens eines Rades (10) eines Fahrzeugs (1), die eine Anordnung einer Federung (11) und eines Schwingungsdämpfers (12) mit mindestens einem Stellglied (13) zum Regeln von Dämpferkräften umfasst, das mittels mindestens eines Aktuators in verschiedene Stufen oder stufenlos zwischen harten und weichen Dämpfungskennlinien verstellt werden kann, mit den Schritten: - Bewegen des Fahrzeugs (1) auf einer Fahrbahn, wobei das Stellglied (13) in einer mittleren, zwischen hart und weich liegenden Einstellung eingestellt ist, und sich das Rad (10) in einer Normalstellung befindet, - Detektion einer potentiellen, mindestens eine abfallende Flanke (22), einen Grund (23) und eine steigende Flanke (24) umfassenden Anomalität (21) in der Oberfläche der Fahrbahn (10), - Verstellen des Stellglieds (13) in seine härteste Einstellung, wenn eine schnelle negative vertikale Bewegung der Federung (11) detektiert wird, - Verstellen des Stellglieds (13) in eine Einstellung, die einer minimal möglichen Dämpfer-Kraftanforderung entspricht, wenn das Ende des Federweges der Federung (11) erreicht wurde, oder wenn der Grund (23) oder die ansteigende Flanke (24) der Anomalität (21) durch das Rad (10) erreicht wurde, - Kontinuierliches Justieren des Stellglieds in besagter Einstellung entsprechend einer Kraftanforderung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und/oder der Auslenkung der Federung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftanforderung gleich null gesetzt wird, wenn ein vorgegebener Schwellenwert der Auslenkung der Federung (11) nicht überschritten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftanforderung gleich 0 wird, wenn ein vorgegebener Schwellenwert der Geschwindigkeit des Einfederns der Federung (11) überschritten wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kraftanforderung gemäß der Formel (I) berechnet wird: $${\text{F}}_{\text{D}}={\text{F}}_{\text{SH}}*{\text{K}}_{\text{vel}}*{\text{K}}_{\text{defl}}*\text{MAX}\left(\mathrm{0,}{\text{K}}_{\text{time}}\right)$$

   

   wobei F_D die Kraftanforderung an die Dämpfung und F_SH die Kraftanforderung vom Skyhook-System des Fahrzeugs durch Fahrzeug-eigene Software sind, und der Term MAX dafür vorgesehen ist, dass sichergestellt wird, dass der Faktor gleich 0 wird, wenn die Geschwindigkeit des Einfederns höher ist als der Schwellenwert, $${\text{K}}_{\text{vel}}=\text{MAX}\left(\mathrm{0,}{\text{v}}_{\text{ThrPh}}-\text{ABS}\left({\text{v}}_{\text{SuspAct}}\right)\right)*1/{\text{v}}_{\text{ThrPh}}$$

   

   wobei v_ThrPh ein Schwellenwert der Geschwindigkeit der Aufhängung ist, über dem F_D gleich null ist, und v_SuspAct die Geschwindigkeit der Aufhängung, und der Term ABS für einen Absolutwert steht, $${\text{K}}_{\text{defl}}=\text{MAX}\left(\mathrm{0,}{\text{S}}_{\text{Susp}}+\text{ABS}\left({\text{S}}_{\text{ThrPh}}\right)\right)*1/\text{ABS}\left({\text{S}}_{\text{ThrPh}}\right)$$

   

   und wobei S_Susp der Weg der Auslenkung der Aufhängung ist, und S_ThrPh ein Schwellenwert der Auslenkung der Aufhängung ist, unter dem FD gleich 0 ist, und $${\text{K}}_{\text{time}}=\text{min}\left(\mathrm{1,}{\text{K}}_{\text{time}}+\text{SampleTime*x}\right)$$

   

   wobei K_time ein Maß für die Laufzeit ist, wobei bei Start der Funktion K_time auf -1 gesetzt wird, und dann im Zeitverlauf bei jedem Schritt um den Faktor SampleTime*x wächst, bis es gleich 1 ist.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kraftanforderung gemäß Formel (I) gleich 0 gesetzt wird, wenn die Geschwindigkeit oder die Auslenkung der Federung hoch ist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wird die Kraftanforderung höher als 0, aber geringer als die eigentliche Kraftanforderung durch das Skyhook-System gesetzt wird, wenn die Geschwindigkeit gering und die Auslenkung mittel sind, oder vice versa die Geschwindigkeit mittel und die Auslenkung niedrig.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die die Kraftanforderung annähernd dem des Skyhook-Systems gesetzt wird, wenn die Geschwindigkeit und die Auslenkung gering sind.
8. Fahrzeug (1) mit einer semi-aktiven Aufhängung mindestens eines Rades (10), die eine Anordnung einer Federung (11) und eines Schwingungsdämpfers (12) mit mindestens einem Stellglied (13) umfasst, das mittels mindestens eines Aktuators in verschiedenen Stufen oder stufenlos zwischen einer härtesten und weichsten Einstellung verstellt werden kann, und der Aktuator mit einer Steuerungseinrichtung (16) verbunden ist, die ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-7 zu steuern.

Images