DE102022100005A1 - Verfahren zum Abmildern der Wirkung von Fahrbahnerhebungen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern der Dämpfung in jeweils einer semiaktiven oder aktiven Aufhängung der Räder eines mindestens eine vordere und eine hintere Achse umfassenden Fahrzeugs beim Überqueren einer Fahrbahnerhebung bereitgestellt, in dem die Dämpfer bei einem ersten Einfedern und Ausfedern in ihre weichstmögliche Einstellung und danach in eine härtere Einstellung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und Federweg der Federung beim ersten Ein- und Ausfedern verstellt werden. Es wird weiterhin ein Fahrzeug zum Ausführen des Verfahrens bereitgestellt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abmildern der Wirkung von Fahrbahnerhebungen auf ein Fahrzeug durch Steuern der Dämpferfunktion aller Räder des 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.
• Vertikale Radschwingungen treten verstärkt z.B. beim Überfahren von Erhebungen der Fahrbahn auf. Solche Erhebungen sind z.B. Temposchwellen, die in verkehrsberuhigten Ortslagen zur Geschwindigkeitsregulierung verwendet werden, und erhöhte Kreuzungsbereiche. Fahrbahnen sind hier z.B. Straßen auf Asphalt- oder Betonbasis, aber auch gepflasterte Straßen, Feldwege u.a.
• 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 bestehe die Aufgabe, die vertikalen Radschwingungen beim Überfahren von Fahrbahnerhebungen zu verringern und den Komfort zu erhöhen.
• 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 der Dämpfung in jeweils einer semiaktiven oder aktiven Aufhängung der Räder eines mindestens eine vordere und eine hintere Achse umfassenden Fahrzeugs beim Überqueren einer Fahrbahnerhebung, wobei die Aufhängung jeweils 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, und das Fahrzeug mindestens einen Sensor zum Messen der Höhe der Federung und einen Sensor zum Messen der vertikalen Beschleunigung aufweist, mit den Schritten:
• - Bewegen des Fahrzeugs,
• - Erfassen der Fahrbahnerhebung in der in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorlausliegenden Fahrbahn,
• - Verstellen der jeweiligen Stellglieder der Radaufhängungen der vorderen Achse und der hinteren Achse in ihre weichste Einstellung, die nach dem Auffahren auf die Fahrbahnerhebung während eines ersten Einfederns bis zum Ende des nachfolgenden ersten Ausfederns der Federung erhalten bleibt,
• - Verstellen der jeweiligen Stellglieder der Räder der vorderen und hinteren Achse in eine härtere Einstellung nach Abschluss des ersten Ausfederns, die für jedes Rad in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Auslenkung der Federung berechnet wird und die bis zum Ende des Aus- und Einfederns dynamisch angpasst wird,
• - Erfassen der aktuellen Situation des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahnerhebung, nachdem es auf die Fahrbahnerhebung aufgefahren ist,
• - Beenden des Verfahrens, wenn die Fahrbahnerhebung passiert wurde,
• - Verstellen der Stellglieder auf ihre weichste Einstellung, wenn sich das Fahrzeug noch auf der Fahrbahnerhebung befindet, und Weiterführen des Verfahrens bis zum Härterstellen der Dämpfung nach dem zweiten Einfedern.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird beim Überfahren von Fahrbahnerhebungen durch Verringern der Nickrate des Fahrzeugs und der vertikalen Beschleunigung vorteilhaft der Komfort von Fahrzeuginsassen verbessert. Das wird durch ein Steuern der semiaktiven Aufhängung erreicht, indem die Dämpfung in einer ersten Phase beim Auffahren auf die Fahrbahnerhebung auf die weichstmögliche Einstellung verstellt wird, und die Dämpfung erst beim zweiten Einfedern der Aufhängung, wenn sich die Karosserie des Fahrzeugs nach unten bewegt, erhöht wird. Beim ersten Ausfedern der Aufhängung ist die Dämpfung auf ihre weichstmögliche Einstellung verstellt, wodurch ein möglichst großer Ausfederungsweg der Aufhängung erreicht wird. Bei zweiten Einfedern wird dann ein entsprechend großer Federweg genutzt, um mit erhöhter Dämpfung die Karosserie möglichst weich abzufangen. Das Verfahren ist für die Überquerung verschiedener Fahrbahnerhebungen geeignet, z.B. Temposchwellen und erhöhte Kreuzungsbereiche. Dynamisches Anpassen der Einstellung bedeutet dass die Dämpfkraft ständig an sich verändernde Bedingungen angepasst wird.
• Bevorzugt wird in dem Verfahren die Einstellung der Dämpferstärke in Bezug auf einen am Stellglied zu applizierenden Strom, mit der Formel $${\text{I}}_{\text{FD}}=ABS\left({\text{S}}_0-{\text{S}}_1\right)*{\text{K}}_1+\text{ABS}\left({\text{V}}_{\text{SuspAct}}\right)*K_2+{\text{K}}_0$$

  

  berechnet, wobei der Term ABS für einen Absolutwert steht, S₀ die maximale Weg der Aufhängung am Ende des ersten Ausfederns ist, S₁ der aktuelle Wert des Weges der Federung, V_SuspAct die aktuelle Geschwindigkeit der Aufhängung und die K_x-Faktoren spezifische Konstanten zum Berechnen sind.
• Vorzugsweise wird in dem Verfahren das Erfassen der Fahrbahnerhebung mittels eines Radhöhensensors eines Rades der Vorderachse, einer Kamera und/oder Geofencing durchgeführt. Die besagten Einrichtungen sind geeignet, die Fahrbahnerhebung zu erfassen. Damit können vor oder unmittelbar bei Beginnen des Überfahren der Fahrbahnerhebung die Stellglieder automatisch in ihre weichstmögliche Einstellung verstellt werden.
• Geofencing ist dem Fachmann geläufig; dabei wird hier registriert, wenn eine bestimmte geolokalisierte Begrenzung auf der Fahrbahn, die der Fahrbahnerhebung oder einer bestimmten Entfernung vor der Fahrbahnerhebung entspricht, überschritten wird. Diese Ortsbestimmung kann z.B. mittels einer an Bord des Fahrzeugs befindlichen Mobilfunkeinrichtung oder Navigationseinrichtung erfolgen.
• Vorzugsweise wird in dem Verfahren das Erfassen der aktuellen Situation des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahnerhebung, nachdem es auf die Fahrbahnerhebung aufgefahren ist, durch einen eine vertikale Beschleunigung des Fahrzeugs erfassenden Sensor, eine Kamera, durch Erfassen der seit dem Auffahren auf die Fahrbahnerhebung gefahrenen Entfernung und/oder Geofencing durchgeführt wird. Dadurch kann vorteilhaft ermittelt werden, ob die Stellglieder wieder auf normal gestellt werden können oder ob ein weiteres Fallen der Aufhängung erwartet wird, bei dem die Stellglieder wieder in ihre weichstmögliche Einstellung verstellt werden. Der Sensor für die vertikale Beschleunigung ist idealerweise im Schwerpunkt des Fahrzeugs (Center of Gravity) angeordnet. Alternativ können entsprechende, in den Domlagern in den Fahrzeugecken angeordnete Sensoren verwendet werden.
• Vorzugsweise wird in dem Verfahren das Verstellen der Stellglieder in Abhängigkeit vom Erreichen von vorgegeben Schwellenwerten durchgeführt.
• Bevorzugt werden dabei bei Erreichen des ersten Schwellenwertes der Geschwindigkeit der Aufhängung Stromanforderungen an die Dämpfer reduziert.
• Besonders bevorzugt werden bei Erreichen eines zweiten Schwellenwertes der Geschwindigkeit der Aufhängung die Stromanforderungen an die Dämpfer auf ein Niveau gesetzt, das der weichsten Einstellung der Dämpfer entspricht und die Dämpfer in ihre weichste Einstellung verstellt.
• Vorzugsweise werden bei Erreichen eines dritten Schwellenwertes, der jeweils auf das Erfassen einer Fahrbahnerhebung durch die Kamera oder durch Geofencing bezogen ist, die Stromanforderungen an die Dämpfer auf ein Stromniveau gesetzt, dass der niedrigsten Einstellung entspricht, und die Dämpfer in ihre weichste Einstellung verstellt.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer semiaktiven oder aktiven Aufhängung der Räder, mindestens einer vorderen und einer hinteren Achse, mindestens einem Sensor zum Messen der Höhe der Federung und einem Sensor zum Messen der vertikalen Beschleunigung sowie einer Steuerungseinrichtung, die zum Steuern eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. 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 eine Situation auf einer Fahrbahn mit dem Fahrzeug gemäß 1.
• 3 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 4 ein Diagramm zum Darstellen der Dämpferwirkung nach Passieren einer kurzen Fahrbahnerhebung anhand der vertikalen Beschleunigung.
• 5 ein Diagramm zum Darstellen der Dämpferwirkung nach Passieren einer kurzen Fahrbahnerhebung anhand der Nickrate.
• 6 ein Diagramm zum Darstellen der Dämpferwirkung nach Passieren einer kurzen Fahrbahnerhebung anhand der vertikalen Beschleunigung im lasergemessenen Modellversuch.
• 7 ein Diagramm zum Darstellen der Dämpferwirkung nach Passieren einer kurzen Fahrbahnerhebung anhand der Nickrate im lasergemessenen Modellversuch.
• 8 ein Diagramm zum Darstellen der Dämpferwirkung nach Passieren einer langen Fahrbahnerhebung anhand der vertikalen Beschleunigung im lasergemessenen Modellversuch.
• 9 ein Diagramm zum Darstellen der Dämpferwirkung nach Passieren einer langen Fahrbahnerhebung anhand der Nickrate im lasergemessenen Modellversuch.
• In 1 ist der vordere Teil einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 dargestellt. Das Fahrzeug 1 weist eine Vorderachse 2 und eine Hinterachse 3 auf, an denen über Aufhängungen 4 jeweils zwei Räder 10 (vorn links, vorn rechts, hinten links und hinten rechts) Es ist exemplarisch das vordere linke Rad 10 detailliert dargestellt, 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. Die anderen Räder 10 des Fahrzeugs 1 weisen gleichartige Anordnungen auf.
• Das Fahrzeug 1 weist verschiedene Sensoren 20 auf. Im Schwerpunkt des Fahrzeugs 1 ist ein Sensor zum Messen der vertikalen Beschleunigung 21 angeordnet. Weiterhin weist das Fahrzeug 1 in jeder Federung 11 ein Höhensensor 22 angeordnet, der zum Erfassen einer Veränderung der Federungshöhe ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine Höhenveränderung der Fahrbahn erfasst werden. Ein weiterer Sensor ist ein Kamerasensor 23, der zum Erfassen einer in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 vorausliegende Fahrbahnerhebung 41 zu erfassen.
• Das Fahrzeug 1 kann weiterhin in jeder Ecke der Karosserie 11 einen Fahrzeugbeschleunigungssensor und mindestens einen Nickratensensor aufweisen. Es sind auch andere und/oder weitere Sensoren möglich, die im Bereich des Fahrzeugs 1 angeordnet sind, die Fahrbahnerhebungen 41 erfassen können, z.B. Ultraschallsensoren, oder basieren auf Radar, Laser, Lidar, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation oder anderen Technologien. Weiterhin ist das Fahrzeug 1 ausgebildet, mit einer satellitengestützten Einrichtung zum Geofencing in Kontakt zu treten und entsprechende Daten zu erfassen.
• Das Fahrzeug 1 weist eine Steuerungseinrichtung 30 auf. Die Steuerungseinrichtung 30 ist ausgebildet, die von dem oder den Sensoren 20 übermittelten Signale auszuwerten und die Steuerbefehle an die Aktuatoren des jeweiligen Stellglieds 13 zu senden.
• In 2 ist eine Situation des Fahrzeugs 1 auf einer Fahrbahn 40 dargestellt. Die Fahrbahn 40 ist eine asphaltierte Straße. Das Fahrzeug 1 bewegt sich in einer bestimmten Fahrtrichtung, die durch den Pfeil indiziert ist. In der Fahrbahn 40 ist eine Fahrbahnerhebung 41 angeordnet, die als Temposchwelle zum Regulieren der Geschwindigkeit der Verkehrsteilnehmer vorgesehen ist.
• In einem Verfahren zum Steuern eines semi-aktiven Aufhängungssystems gemäß dem Flussdiagramm von 3 wird in einem ersten Schritt S1 das Fahrzeug 1 auf der Fahrbahn 40 bewegt (siehe 2). Dabei werden bei einer Fahrt ohne auftretende Anomalitäten die Dämpferkräfte bzw. die Steuerströme zum Ansteuern der Stellglieder 13 durch die Skyhook-Funktion oder andere Funktionen gesteuert. Die Werte der vertikalen Beschleunigungssensoren 21 und der Höhensensoren 22 werden erfasst und ständig in einem temporären Puffer für eine bestimmte Zeitspanne gespeichert. Zum Überprüfen der Situation des Fahrzeugs 1 relativ zu einer Fahrbahnerhebung (d.h. ob sich das Fahrzeug vor, auf oder hinter der Fahrbahnerhebung befindet) wird eine Monitorfunktion (kurz Monitor) verwendet, die in der Steuerungseinrichtung implementiert ist.
• In einem zweiten Schritt S2 wird die Fahrbahnerhebung 41 in der in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 vorausliegenden Fahrbahn 40 erreicht. Die Fahrbahnerhebung wird durch den Höhensensor 22, die Kamera 23 oder mittels Geofencing erfasst. Zum Einstellen der Steuerströme werden verschiedene Schwellenwerte Thr_x (von Engl. threshold) ausgewertet. Für die Werte des Höhensensors gelten dabei höhere Schwellenwerte also für die Kamera 23 und das Geofencing. Wenn sowohl die Kamera 23 und Geofencing verwendet werden, wird das zuerst eingehende Signal verwendet, das einen bestimmten Schwellenwert erreicht.
• In einem Teilschritt S2a wird ein erster Schwellenwert Thr₁ der Dämpfergeschwindigkeit ausgewertet, und zwar jeweils für beide Vorderräder des Fahrzeugs 1. Dadurch wird ein zufälliges Überfahren einer kleinen Fahrbahnerhebung (Huckel), die nur von einem Rad erfasst wird, nicht ausgewertet und das Verfahren dadurch robuster. Der Schwellenwert Thr₁ hängt von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem aktuellen Dämpferstrom ab. Wird der erste Schwellenwert Thr₁ überschritten, werden alle Stromanforderungen an die Dämpfer reduziert. Die entsprechende Stromanforderung wird nach der Formel I_FL = I_{FL_CCD_REQ} * x berechnet, wobei I_{FL_CCD_REQ} die aktuelle Stromanforderung von der Steuerungseinrichtung ist und x ein einstellbarer Verstärkungsfaktor, der sich im Bereich zwischen 0 und 1 bewegt. I_FL bezieht sich hier auf das linke Vorderrad. In adäquater Weise werden die Stromanforderungen I_FR (rechtes Vorderrad), I_RL (linkes Hinterrad) und I_RR (rechtes Hinterrad) berechnet. Dabei ist wahrscheinlich, aber noch nicht sicher, ob eine Fahrbahnerhebung 41 getroffen wird. Wird nach einer bestimmten Zeitspanne ein zweiter Schwellenwert Thr₂ nicht überschritten, wird das Verfahren zu Schritt S1 zurückgeleitet (normale Dämpferfunktion). Wird der zweite Schwellenwert Thr₂ überschritten, wird bewertet, dass eine Fahrbahnerhebung 41 getroffen wurde. Dann werden in einem dritten Schritt S3 die Dämpfer 12 auf ihre weichstmögliche Einstellung verstellt, und zwar in Abhängigkeit vom Auftreffen auf die Fahrbahnerhebung 41 zuerst die Dämpfer der beiden Vorderräder, und dann die Dämpfer der beiden Hinterräder.
• In einem Teilschritt S2b wird die Fahrbahnerhebung 41 mittels Geofencing ermittelt. Dabei wird ein betreffendes Signal einer zum Geofencing ausgebildeten Einrichtung durch das Fahrzeug 1 empfangen, das in einer bestimmten Entfernung eine Fahrbahnerhebung 41 vorausliegt. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird die genaue Position der Fahrbahnerhebung 41 und der voraussichtliche Beginn des Einfederns der Aufhängung berechnet. Die Stromanforderungen an die Dämpfer werden in Schritt S2b bereits vor dem Erreichen der Fahrbahnerhebung 41 in selbiger Weise wie zu Schritt S2a erklärt reduziert. Für das Vorhandensein der Fahrbahnerhebung 41 wird ein dritter Schwellenwert Thr₃ angenommen, der niedriger gewertet wird als der erste Thr₁ und zweite Schwellenwert Thr₂, weil hier definitiv eine Fahrbahnerhebung 41 detektiert wurde und diese Detektion als robust bewertet wird. In Schritt S3 werden dann auch hier die Dämpfer 12 auf ihre weichstmögliche Einstellung verstellt.
• In einem Teilschritt S2c wird die Fahrbahnerhebung 41 mittels einer Kamera 23 ermittelt. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird die genaue Position der Fahrbahnerhebung 41 und ein beginnendes Einfedern der Aufhängung berechnet. Die Stromanforderungen an die Dämpfer werden in Schritt S2c bereits vor dem Erreichen der Fahrbahnerhebung 41 in selbiger Weise wie zu Schritt S2a und S2b erklärt reduziert, und zwar die Dämpfer aller Vorder- und Hinterräder. Für das Vorhandensein der Fahrbahnerhebung 41 wird hier ebenfalls der dritte Schwellenwert Thr₃ angenommen. In Schritt S3 werden dann auch hier die Dämpfer 12 auf ihre weichstmögliche Einstellung verstellt.
• Nach dem ersten Einfedern beginnt die Aufhängung, wieder Auszufedern, d.h. die komprimierte Aufhängung beginnt, sich auszudehnen. Dabei bleiben die Dämpfer auf ihre weichstmögliche Einstellung gestellt.
• Dann beginnt ein zweites Einfedern der Aufhängung. Je nach Sensorenkonfiguration kann das mittels Höhensensor 22 und/oder Sensor zum Messen der vertikalen Beschleunigung 21 ermittelt werden, die ein Einfedern bzw. Abwärtsbewegen der Karosserie erfassen. Zu Beginn des zweiten Einfederns werden die Dämpfer in einem vierten Schritt S4 jeweils in eine härtere Einstellung verstellt, die für jedes Rad in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Auslenkung der Federung berechnet wird und die bis zum Ende des Aus- und Einfederns kontinuierlich neu berechnet und angepasst wird. Die notwendigen Dämpferströme I werden mittels der Formel (I) ermittelt. Dabei wird der Strom für den Dämpfer des linken Vorderrads I_FL und für den Dämpfer des rechten Vorderrads I_FR in der Größe für jedes Rad einzeln berechnet . In adäquater Weise werden die Ströme für die Dämpfer der Hinterräder ermittelt, nämlich für den Dämpfer des linken Hinterrads I_RL und für den Dämpfer des rechten Hinterrads I_RR.
• Dabei wird der Strom für das linke Vorderrad I_FL entsprechend der Formel (I) mit beispielhaften Werten mit folgendem Gleichungssystem berechnet:
• 1.) Zunächst wird ein Basiswert für den Steuerstrom berechnet: $${\text{I}}_{\text{FLt}}=\text{ABS}\left({\text{S}}_0\left(1\right)-{\text{S}}_1\left(1\right)\right)*{\text{K}}_{1\_\text{front}}+ABS\left({\text{V}}_{\text{SuspAct}}\underset{\_}{\left(1\right)}\right)*{\text{K}}_{2\_\text{Front}}+{\text{K}}_{0\_\text{Front}}$$
  
  I_FLt ist eine temporäre Variable, die zur Funktion der Dämpfungsbegrenzung verwendet wird. V_SuspAct sind ist ein Vier-Positions-Vektor mit Informationen zur Geschwindigkeit der Federung aller vier Räder. S₀ ist der maximale Weg der Aufhängung am Ende des ersten Ausfederns, S₁ der aktuelle Wert des Weges der Federung, V_SuspAct die aktuelle Geschwindigkeit der Aufhängung und die K_x-Faktoren sind spezifische Konstanten zum Berechnen. Die Ziffern in Klammern beziehen sich auf das jeweilige Rad: (1) auf das linke Vorderrad (FL), (2) auf das rechte Vorderrad (FR), (3) auf das linke Hinterrad (RL) und (4) auf das rechte Hinterrad (RR).
• 2.) Dann wird der Ergebniswert der ersten Gleichung mit dem Steuerbereich des entsprechenden Dämpfers verglichen: $${\text{I}}_{\text{FLt}}=\text{min}(\text{MaxCur}\text{, max}\left({\text{I}}_{\text{FLt}},\text{MinCur}\right)).$$
  
  Ist der Steuerbereich z.B. 0 - 1,6 A und liegt der Ausgangswert der ersten Gleichung außerhalb des Steuerbereiches, werden die Ausgangswerte an die Grenzwerte des Steuerbereiches angepasst.
• 3.) In einer dritten Gleichung wird der Ergebniswert der zweiten Gleichung in Richtung der weichen Dämpfereinstellung begrenzt: $${\text{I}}_{\text{FL}}=\text{max}({\text{I}}_{\text{FL}}-{\text{RL}}_{\_\text{Down}},\text{ min}\left({\text{I}}_{\text{FL}}+{\text{RL}}_{\_\text{Up}},{\text{I}}_{\text{FLt}}\right))$$
  
• Diese Einstellung von der Art des verwendeten Dämpfers abhängig. R_{L_DOWN} steht für rate limit down, also eine Variable, die eingeführt wird, um für Dämpfer, die bei niedrigen Steuerströmen eine weiche Einstellung haben, die Einstellungen der Dämpferströme nach unten zu begrenzen. R_{L_UP} steht für rate limit up, also eine Variable, die eingeführt wird, um für Dämpfer, die hohen Steuerströmen eine weiche Einstellung haben, die Einstellungen der Dämpferströme nach oben zu begrenzen. Praktisch kann die Stromanforderung also in einer bestimmten Zeitspanne nicht um mehr als einen vorgegebenen Wert reduziert werden. Dadurch werden die Steuerströme hochgehalten, und damit auch die Dämpferwirkung.
• Und für das rechte Vorderrad $${\text{I}}_{\text{FRt}}=\text{ABS}\left({\text{S}}_0\left(2\right)-{\text{S}}_1\left(2\right)\right)*{\text{K}}_{1\_\text{front}}+\text{ABS}\left({\text{V}}_{\text{SuspAct}}\underset{\_}{\left(2\right)}\right)*{\text{K}}_{2\_\text{front}}+{\text{K}}_{0\_\text{front}}$$

  
• Der Ergebniswert wird entsprechend den obigen Ausführungen in der zweiten Gleichung und deren Ergebniswert in der dritten Gleichung verwendet.
• Für die Hinterräder werden die Ströme in adäquater Weise ebenfalls mit der Formel (I) ermittelt, und zwar für das linke Hinterrad: $${\text{I}}_{\text{RLt}}=\text{ABS}\left({\text{S}}_0\left(3\right)-{\text{S}}_1\left(3\right)\right)*{\text{K}}_{1\_\text{rear}}+\text{ABS}\left({\text{V}}_{\text{SuspAct}}\underset{\_}{\left(3\right)}\right)*{\text{K}}_{2\_\text{rear}}+{\text{K}}_{0\_\text{rear}}$$

  
• Und für das rechte Hinterrad $${\text{I}}_{\text{RRt}}=\text{ABS}\left({\text{S}}_0\left(4\right)-{\text{S}}_1\left(4\right)\right)*{\text{K}}_{1\_\text{rear}}+\text{ABS}\left({\text{V}}_{\text{SuspAct}}\underset{\_}{\left(4\right)}\right)*{\text{K}}_{2\_\text{rear}}+{\text{K}}_{0\_\text{rear}}$$

  
• Für beide Räder wird auch hier der Ergebniswert entsprechend den obigen Ausführungen in der zweiten Gleichung und deren Ergebniswert in der dritten Gleichung verwendet.
• Die Steuerströme werden kontinuierlich in Abhängigkeit vom aktuellen Federweg und der Geschwindigkeit der Federung variiert, bis die die Federung aller Räder im Grunde ausgefedert ist, d.h. sich in einem Normalzustand befindet, in dem Geschwindigkeit und Federweg der Federung annähernd 0 sind.
• Wie oben beschrieben, wird die Situation des Fahrzeugs 1 relativ zur Fahrbahnerhebung 41 durch die bereits erwähnte Monitorfunktion überprüft, die durch einen fünften Schritt S5 ausgeführt wird. Dabei läuft die Monitorfunktion parallel zu den Schritt S3 und S4. Schritt S3 und S4 laufen nacheinander ab, da in Vorwärts-Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 die Vorderachse 2 herkömmlicherweise eher auf die Fahrbahnerhebung treffen wird als die Hinterachse 3. Der parallele Ablauf von Schritt S5 mit den Schritten S3 und S4 ist durch den in gestrichelte Linien gefassten Schrittkomplex in 3 verdeutlicht. In 3 ist das wesentliche Merkmal zu erkennen, dass die Schritte S3 und S4 sowohl für die Vorderachse 2 als auch für die Hinterachse 3 ausgeführt werden.
• In dem fünften Schritt S5 wird auch überprüft, ob sich das Fahrzeug 1 noch auf der Fahrbahnerhebung 41 befindet. Längere Schwellen 41 finden sich z.B. in einem Kreuzungsbereich von Fahrbahnen, der relativ höher angeordnet sind als die angegliederten Fahrbahnen. Ob die Fahrbahnerhebung 41 passiert wurde, kann folgendermaßen festgestellt werden: mittels Geofencing, mittels Kamera, und Messen der Höhe des Fahrzeugs über den Zeitverlauf, d.h. wenn die Fahrzeughöhe größer als 0 ist, wobei 0 die Höhe der Fahrbahn 40 ist, befindet sich das Fahrzeug auf einem Plateau oder einer längeren Fahrbahnerhebung 41. Die Höhe durch Integrieren der vertikalen Beschleunigung ermittelt werden. Dabei wird als Kontrollmöglichkeit das Fahrzeugverhalten über einen bestimmten Zeitverlauf bewertet.
• Wenn die Fahrbahnerhebung 41 passiert wurde (Y wie yes), also das Fahrzeug 1 mit Vorderachse 2 und Hinterachse 3 die Fahrbahnerhebung 41 passiert hat, wird das Verfahren in einem sechsten Schritt S6 beendet und läuft wieder zu Schritt S1 zurück (normale Verhältnisse). Befindet sich das Fahrzeug 1 noch auf der Fahrbahnerhebung 41 (N wie no), wird ein neuerliches Ein- und Ausfedern erwartet. Dazu wird in einem siebten Schritt S7 jede Achse und damit individuell die entsprechenden Räder zu Schritt S3 zurückgeleitet. Dabei werden die Dämpfer wieder in ihre weichstmögliche Einstellung verstellt und das Verfahren wieder bis zum Härterstellen der Dämpfung nach dem zweiten Einfedern geführt. Wenn dann die Fahrbahnerhebung 41 passiert wurde, wird das Verfahren beendet und läuft wieder zu Schritt S1 zurück.
• Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den 4 - 9 dargestellt. Das Verhalten des Fahrzeugs mit einem herkömmlichen Verfahren (CCD) ist mit einer gestrichelten Linienführung dargestellt. Das Verhalten des Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist mit einer durchgezogenen Linienführung dargestellt. Das Fahrzeug bewegt sich mit 40 km/h.
• In 4 ist in einem Diagramm auf der Ordinate die vertikale Beschleunigung der Fahrzeugkarosserie Az im zeitlichen Verlauf (Abszisse) dargestellt. Die starke Linie im Bereich 0 der senkrechten Achse hat einen Bezug zum Fahrbahnverlauf (über die Höhe der Vorderachse des Fahrzeugs 1). Bei 1s der waagerechten Achse wird eine Fahrbahnerhebung 41 passiert: das Niveau der Vorderachse hebt sich. Es ist zu sehen, dass die beiden Verfahren beim ersten Ein- und Ausfedern eine ähnliche Wirkung auf die senkrechte Bewegung haben. Nach dem ersten Ausfedern unterscheiden sich die Verfahren deutlich: die Linie zum erfindungsgemäßen Verfahren verläuft im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren wesentlich flacher, die vertikale Beschleunigung verringert sich beim zweiten Einfedern und das Fahrverhalten wird ruhiger.
• In 5 ist die Nickrate des Fahrzeugs 1 im zeitlichen Verlauf dargestellt. Hier wird nach dem Passieren der Fahrbahnerhebung 41 ein paralleler Verlauf der Linien im ersten und zweiten Peak beobachtet. Beim dritten Peak, der dem dritten Einfedern entspricht, zeigt der Linienverlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die Nickrate im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren um 50% reduziert ist. Weiterhin verringert sich die Nickrate im weiteren Verlauf schneller.
• In 6 ist ähnlich wie in 4 die vertikale Beschleunigung Az beim Passieren einer kurzen Fahrbahnerhebung 41 im zeitlichen Verlauf gezeigt. In 6 werden dabei Ergebnisse eines lasergemessenen Modellversuches gezeigt. Auch hier ist zu sehen, dass die maximale vertikale Beschleunigung Az beim zweiten Einfedern wesentlich geringer ist (um 20% reduziert, siehe Pfeilmarkierung und ersten Einkreisung) und sich das Fahrverhalten im weiteren Verlauf schneller beruhigt (weniger vertikale Beschleunigungspeaks, siehe zweite Einkreisung).
• In 7 ist ähnlich wie in 5 die Nickrate beim Passieren einer kurzen Fahrbahnerhebung 41 im zeitlichen Verlauf gezeigt. In 6 werden dabei Ergebnisse eines lasergemessenen Modellversuches gezeigt. Auch hier ist zu sehen, dass die Nickrate schneller reduziert wird (siehe besonders eingekreiste Linienabschnitte.
• In 8 ist die vertikale Beschleunigung Az beim Passieren einer langen Fahrbahnerhebung 41 im zeitlichen Verlauf gezeigt. In 8 werden dabei Ergebnisse eines lasergemessenen Modellversuches gezeigt. Der Verlauf der Fahrbahn 40 (dicke waagerechte Linie) zeigt dabei bei 1s ein Auffahren auf die Fahrbahnerhebung 41 und bei 3s ein Abfahren von der Schwelle. Der Verlauf der Linie des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt nach dem Auffahren auf die Fahrbahnerhebung 41 eine um 50% geringere Beschleunigung Az beim zweiten Einfedern als das herkömmliche Verfahren (erste Einkreisung), und das Beschleunigungsverhalten beruhigt sich im weiteren Verlauf auch schneller. Beim Abfahren wird eine dem Auffahren ähnliche Linie beobachtet (zweite Einkreisung).
• In 9 ist die Nickrate des Fahrzeugs 1 beim Passieren einer langen Fahrbahnerhebung 41 im zeitlichen Verlauf dargestellt. In 9 werden dabei Ergebnisse eines lasergemessenen Modellversuches gezeigt. Der Verlauf der Fahrbahn 40 (dicke waagerechte Linie) zeigt dabei bei 1s ein Auffahren auf die Fahrbahnerhebung 41 und bei 3s ein Abfahren von der Schwelle. Der Verlauf der Linie des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt nach dem Auffahren auf die Fahrbahnerhebung 41 eine geringere Nickrate beim zweiten Einfedern (erste Einkreisung). Das Nicken des Fahrzeugs 1 hört auch vergleichsweise früher auf, so ist beim erfindungsgemäßen Verfahren kein vierter Peak mehr zu beobachten. Bei Abfahren wird eine dem Auffahren ähnliche Linie beobachtet (zweite Einkreisung).
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Vorderachse

3

Hinterachse

4

Radaufhängung

10

Rad

11

Federung

12

Schwingungsdämpfer

13

Stellglied

14

Karosserie

20

Sensor

21

Sensor zum Messen der vertikalen Beschleunigung

22

Höhensensor

23

Kamera

25

Nickratensensor

30

Steuerungseinrichtung

40

Fahrbahn

41

Fahrbahnerhebung

• 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]

Claims (9)

1. Verfahren zum Steuern der Dämpfung in jeweils einer semiaktiven oder aktiven Aufhängung (9) der Räder (10) eines mindestens eine vordere und eine hintere Achse umfassenden Fahrzeugs (1) beim Überqueren einer Fahrbahnerhebung (41) einer Fahrbahn (40), wobei die Aufhängung jeweils 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, und das Fahrzeug mindestens einen Sensor zum Messen der Höhe der Federung (11) und einen Sensor zum Messen der vertikalen Beschleunigung aufweist, mit den Schritten: - Bewegen des Fahrzeugs (1), - Erfassen der Fahrbahnerhebung (41) in der in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (1) vorausliegenden Fahrbahn (1), - Verstellen der jeweiligen Stellglieder (13) der vorderen Achse und der hinteren Achse in ihre weichste Einstellung, die nach dem Auffahren auf die Fahrbahnerhebung (41) während eines ersten Einfederns bis zum Ende des nachfolgenden ersten Ausfederns der Federung (11) erhalten bleibt, - Verstellen der jeweiligen Stellglieder (13) der vorderen und hinteren Achse in eine härtere Einstellung nach Abschluss des ersten Ausfederns, die für jedes Rad in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Auslenkung der Federung (11) berechnet wird und die bis zum Ende des Aus- und Einfederns dynamisch angepasst wird, - Erfassen der aktuellen Situation des Fahrzeugs (1) in Bezug auf die Fahrbahnerhebung (41), nachdem es auf die Fahrbahnerhebung (41) aufgefahren ist, - Beenden des Verfahrens, wenn die Fahrbahnerhebung (41) passiert wurde, - Verstellen der Stellglieder (13) auf ihre weichste Einstellung, wenn sich das Fahrzeug (1) noch auf der Fahrbahnerhebung (41) befindet, und Weiterführen des Verfahrens bis zum Härterstellen der Dämpfung (12) nach dem zweiten Einfedern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einstellung der Dämpferstärke in Bezug auf einen am Stellglied zu applizierenden Strom berechnet wird, mit der Formel $${\text{I}}_{\text{FD}}=\text{ABS}\left({\text{S}}_0-{\text{S}}_1\right)*{\text{K}}_{\text{1}}+\text{ABS}\left({\text{V}}_{\text{SuspAct}}\right)*{\text{K}}_{\text{2}}+{\text{K}}_0$$

   

   wobei der Term ABS für einen Absolutwert steht, S₀ die maximale Weg der Aufhängung am Ende des ersten Ausfederns ist, S₁ der aktuelle Wert des Weges der Federung, V_SuspAct die aktuelle Geschwindigkeit der Aufhängung und die K_x-Faktoren spezifische Konstanten zum Berechnen sind.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erfassen der Fahrbahnerhebung durch einen eine vertikale Beschleunigung des Fahrzeugs erfassenden Sensor, eine Kamera und/oder Geofencing durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erfassen der aktuellen Situation des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrbahnerhebung, nachdem es auf die Fahrbahnerhebung aufgefahren ist, durch einen eine vertikale Beschleunigung des Fahrzeugs erfassenden Sensor, eine Kamera, durch Erfassen der seit dem Auffahren auf die Fahrbahnerhebung gefahrenen Entfernung und/oder Geofencing durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verstellen der Stellglieder in Abhängigkeit vom Erreichen von vorgegeben Schwellenwerten durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei bei Erreichen des ersten Schwellenwertes Stromanforderungen an die Stellglieder reduziert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei bei Erreichen eines zweiten Schwellenwertes die Stromanforderungen an die Dämpfer auf 0 gesetzt und die Dämpfer in ihre weichste Einstellung verstellt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-7, wobei bei Erreichen eines dritten Schwellenwertes mit Bezug auf das Erfassen einer Fahrbahnerhebung (41) durch die Kamera (23) oder durch Geofencing die Stromanforderungen an die Dämpfer auf 0 gesetzt und die Dämpfer in ihre weichste Einstellung verstellt werden.
9. Fahrzeug mit einer semiaktiven oder aktiven Aufhängung der Räder (10) mindestens einer vorderen und einer hinteren Achse, mindestens einem Sensor zum Messen der Höhe der Federung und einem Sensor zum Messen der vertikalen Beschleunigung sowie einer Steuerungseinrichtung, die zum Steuern eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-8 ausgebildet ist.

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