DE10316114A1

DE10316114A1 - Aktive Wankdämpfung

Info

Publication number: DE10316114A1
Application number: DE2003116114
Authority: DE
Inventors: Ernst-Ludwig Dipl.-Ing. Dörr; Wolfgang Dipl.-Ing. Rüdt; Kenji Dipl.-Ing. Shinoda
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04
Also published as: WO2004089663A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Regelkreises (14) zur aktiven Wankdämpfung eines Fahrzeugs mit einem aktivierbaren Stabilisator (1) sowie eine Vorrichtung dazu. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist, eine aktive Wankdämpfung mit verbessertem Fahrkomfort anzugeben, die unabhängig von der Position des Fahrzeugaufbaus (9) zum Untergrund des Fahrzeugs die Wankbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus (9) reduziert. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, die Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus (9) von Sensoren (10, 11, 12) zu erfassen und von einer Regelungseinheit (13) in eine absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus (9) umzurechnen. Dazu ist der aktivierbare Stabilisator (1) in einen Regelkreis (14) zur Reduzierung der absoluten Wankbeschleunigung W integriert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Regelkreises zur aktiven Wankdämpfung eines Fahrzeuges sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Aus der DE 42 37 708 A1 ist eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Wankbewegungen eines Fahrzeuges bekannt. Die Vorrichtung weist mindestens einen Stabilisator auf, der mittels eines hydraulischen Aktors in Abhängigkeit von der Radeinfederung steuerbar ist. Dazu ist jedem Aktor eine Sperrventilanordnung zugeordnet, welche die Aktoren gegen Rückschlag des Hydraulikmediums zur Druckquelle sichert. Die Steuerung der Ventile erfolgt mittels einer elektronischen Regelvorrichtung. Aus den Signalen von Sensoren ermittelt die Regelvorrichtung einen Istwert für den Wankwinkel des Fahrzeugaufbaus relativ zum Untergrund. Dieser Istwert wird tiefpassgefiltert. Aus dem gefilterten Istwert wird durch Vergleich mit einem Sollwert ein Signal zur Steuerung der Ventile gebildet.

Aufgabe der Erfindung ist eine aktive Wankdämpfung mit verbessertem Fahrkomfort anzugeben, die unabhängig von der Position des Fahrzeugaufbaus zum Untergrund des Fahrzeugs das Wanken des Fahrzeugaufbaus reduziert.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Dazu werden gemäß Anspruch 1 Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus von Sensoren erfasst und von einer Regelungseinheit in eine absolute Wankbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus umgerechnet. Als absolute Wankbeschleunigung wird die auf das Inertialsystem der Erde bezogene Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus senkrecht zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus bezeichnet. Wankbeschleunigungen im Inertialsystem werden von den Fahrzeuginsassen grundsätzlich als unangenehm empfunden, ungeachtet der Ursache der Wankbewegungen. Ob Wankbeschleunigungen durch Lenkeingaben oder durch Straßenanregungen entstehen ist prinzipiell nicht von Bedeutung. Unabhängig von der Ursache der Störungen wirkt es sich immer komfortverbessernd aus, die absoluten Wankbeschleunigungen zu reduzieren. Eine Funktion mit einem solchen Regelungsziel wird üblicherweise als Sky-Hook-Funktion bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung ist in der Lage, eine solche Sky-Hook-Funktion bereits mit einem einfachen und kostengünstigen Fahrwerk darzustellen. Benötigt wird ein aktivierbarer Stabilisator und einfache, häufig bereits serienmäßig vorhandene Sensoren. Gemäß dem unabhängigen Anspruch 12 ist der aktivierbare Stabilisator erfindungsgemäß in einen Regelkreis zur Reduzierung der absoluten Wankbeschleunigung integriert.

Dazu wird der aktivierbare Stabilisator nach Maßgabe der ermittelten absoluten Wankbeschleunigung mit einer Regelkreisstellkraft beaufschlagt. Diese Regelkreisstellkraft wirkt der ermittelten absoluten Wankbeschleunigung entgegen und führt damit zu einer aktiven Reduzierung der absoluten Wankbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus.

Zwar werden auch Hub- und Nickschwingungen bei einseitiger Anregung induziert, jedoch sind insbesondere Bewegungen des Fahrzeugaufbaus um die Längsachse des Fahrzeugs maßgebend für das Sicherheits- und Komfortempfinden der Insassen von besonderer Bedeutung. Insbesondere bei Fahrzeugen mit hoher Sitzposition wie Vans oder Geländewagen wird dieser Freiheitsgrad bezogen auf den Sensor "Mensch" verstärkt.

Die Karosserie und die Insassen werden bei einem Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Wankdämpfung weniger zu Wankbewegungen angeregt und empfinden das Fahrzeug so komfortabler.

Die erfindungsgemäße Wankdämpfung ist in jeder Fahrsituation einsetzbar. Im Unterschied zu üblichen Wankdämpfungen bleibt die erfindungsgemäße Wankdämpfung auch außerhalb von Kurvenfahrten aktiviert. Auch bei Geradeausfahrt ohne Lenkeingaben werden eingeprägte Bewegungen des Fahrzeugaufbaus aktiv reduziert.

Ein weiterer Vorteil ist die Fahrsicherheit. So werden beispielsweise bei Straßenanregungen in der Kurve Radlastschwankungen reduziert und damit die Fahrsicherheit deutlich erhöht. Durch die Verringerung der Radlastschwankungen wird der Seitenhalt und das Reibwertpotenzial deutlich angehoben. Mit der vorliegenden Erfindung wird das Verhalten des Fahrzeugs bei wechselseitigen Straßenanregungen aktiv verbessert und so das Komfortempfinden und die Fahrsicherheit deutlich angehoben.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung, sowie den Zeichnungen. Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Wankdämpfung,
2 eine bevorzugte Ausführungsform einer Signalverarbeitung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3a nicht tiefpassgefilterte absolute Wankbeschleunigung eines Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeugs mit einem offenen Stabilisator bei Fahrt über eine Bodenwelle,
3b nicht tiefpassgefilterte absolute Wankbeschleunigung eines Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen aktiven Wankdämpfung bei Fahrt über eine Bodenwelle,
4a tiefpassgefilterte absolute Wankbeschleunigung eines Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeugs mit einem offenen Stabilisator bei Fahrt über eine Bodenwelle,
4b tiefpassgefilterte absolute Wankbeschleunigung eines Fahrzeugaufbaus eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen aktiven Wankdämpfung bei Fahrt über eine Bodenwelle.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur aktiven Wankdämpfung eines Fahrzeugs. Dabei wird ein aktivierbarer Stabilisator 1 von einem Regelkreis 14 gesteuert.
Ein derartiger aktivierbarer Stabilisator 1 ist Teil eines aktivierbaren Fahrwerks eines Fahrzeugs. Er ist an einem Fahrzeugaufbau 9 drehbar gelagert. Der Stabilisator 1 ist als U-förmig gebogener Rundstab mit einem quer zur Fahrtrichtung angeordneten Grundschenkel, und einem davon abragenden linken Seitenschenkel 2 und einem davon abragenden rechten Seitenschenkel 3 ausgeführt. Die Seitenschenkel 2 und 3 des Stabilisators 1 sind jeweils an ein Fahrzeugrad 7 und 8 angebunden. Der veränderliche Abstand zwischen einem Fahrzeugrad 7, 8 und dem Fahrzeugaufbau 9 wird als Federweg n_L, n_R bezeichnet. Dabei bedeuten die Indizes: L = links, R = rechts.
Der Stabilisator 1 überträgt Bewegungen und Kräfte vom dem einen Fahrzeugrad 7 auf das andere Fahrzeugrad 8 und umgekehrt. Bei Differenzen zwischen dem Federweg n_L des linken Fahrzeugrads 7 und dem Federweg n_R des rechten Fahrzeugrads 8 einer Achse wird der Stabilisator 1 tordiert. Aufgrund der Steifigkeit c des Stabilisators 1 entstehen im Stabilisator 1 rückstellende Kräfte F, welche die Federwegdifferenz Δn zu verringern suchen. Der Anteil der Federwegdifferenz Δn, der mit einer Torsion des Stabilisators 1 verbunden ist, wird im Folgenden als Stabilisatortorsion e bezeichnet. Bei einem nicht aktivierbaren Stabilisator gilt Δn = e.
Üblicherweise werden Fahrzeuge mit einem Stabilisator 1 ausgestattet, um bei Kurvenfahrt auftretende Wankbewegungen zu reduzieren. Bei Kurvenfahrt wird der Fahrzeugaufbau 9 in Richtung Kurvenaußenseite gedrückt. Dabei wird das kurvenäußere Fahrzeugrad 7 oder 8 stärker belastet und sein Federweg n_L oder n_R verringert. Entsprechend wird der Federweg n_L oder n_R des kurveninneren Fahrzeugrades 8 oder 7 erhöht. Aufgrund der Federwegdifferenz Δn = n_L– n_R wird der Stabilisator 1 tordiert. Es entstehen im Stabilisator 1 rückstellende Kräfte F, die dem Aufbauwanken entgegenwirken. Bei Kurvenfahrt auf ebener Fahrbahn ist diese Eigenschaft der Stabilisatoren günstig.
Auf unebener Fahrbahn verstärken Stabilisatoren die Differenzen der Radlasten an der Achse und damit das Wanken des Fahrzeugs. Unebene Fahrbahn liegt dann vor, wenn die vier Radaufstandspunkte eines Fahrzeugs nicht in einer Ebene liegen.
Bei dem in 1 dargestellten Stabilisator 1 handelt es sich um einen aktivierbaren Stabilisatoren. Aktivierbare Stabilisatoren verfügen über einen Aktor 5 zur aktiven Steuerung der Kraftübertragung zwischen den an einer gemeinsamen Fahrzeugachse angeordneten Fahrzeugrädern 7 und 8. Mit Hilfe des Aktors 5 sind die vom Stabilisator 1 zwischen den Fahrzeugrädern 7, 8 übertragenen Kräfte F veränderbar.
Der Stabilisator 1 ist in 1 schematisch als mit einem Federelement versehenes Bauteil dargestellt, das beweglich am Fahrzeugaufbau 9 befestigt ist. Auf der linken Fahrzeugseite ist der Stabilisator 1 über den Seitenschenkel 2 mit dem linken Fahrzeugrad 7 verbunden. Auf der rechten Fahrzeugseite ist der Stabilisator 1 über den Seitenschenkel 3 mit dem rechten Fahrzeugrad 8 verbunden. Der Federweg zwischen dem Fahrzeugaufbau 9 und dem linken Fahrzeugrad 7 wird mit n_L bezeichnet, der Federweg zwischen dem Fahrzeugaufbau 9 und dem rechten Fahrzeugrad 8 wird mit n_R bezeichnet. Als neutrale Position 4 des Stabilisators 1 wird die Position bezeichnet, bei der keine Stabilisatortorsion e des vorliegt. Der Aktor 5 ist Teil des aktivierbaren Stabilisators 1. In 1 ist der Aktor 5 zwischen den beiden Seitenschenkeln 2 und 3 angeordnet. Der Aktor 5 hat selbst keine eigenen Lagerstellen am Fahrzeugaufbau 9 und wird vom Stabilisator 1 gehalten. Dadurch wird erreicht, dass die vom Aktor 5 aufgeprägten Kräfte F_Stell links und rechts an den beiden radseitigen Befestigungsstellen des Stabilisators 1 im Betrag näherungsweise gleich sind, wenn Beschleunigungs- und Reibungskräfte vernachlässigt werden. Der Aktor 5 hat also nur einen Freiheits grad als Stellvariable (Kraft oder Weg) und bedient damit gleichzeitig die beiden Fahrzeugräder 7 und 8, jeweils mit umgekehrten Vorzeichen und der betragsmäßig gleichen Kraft F_STELL. Die Aktoren 5 können als mechanische, elektrische oder hydraulische Stellglieder ausgeführt sein. Prinzipiell ist die Art der Energiezuführung beliebig, bevorzugt jedoch hydraulisch. Von Bedeutung ist, dass der Aktor 5 in der Lage ist sowohl eine positive als auch eine negative Kraft F_STELL zu übertragen. Damit ist der Aktor 5 in der Lage einen Vorzeichen- und Richtungswechsel von F an beiden Fahrzeugseiten zu generieren. Weiterhin ist der Aktor 5 in der Lage, bezogen auf seine neutrale Ausgangsposition 6 positive und negative Verschiebungen s aufzubringen. Die Verschiebung s ist nicht direkt mit der gleichzeitig übertragenen Kraft F gekoppelt, weil diese noch zusätzlich von den Federwegen n_R und n_L abhängt.
Bei idealisiert senkrechter Federung der Achsen erzeugt der Stabilisator 1 im Wesentlichen vertikale Kräfte F, die hier betrachtet werden. Bei annähernd reibungsfreier Führung des Stabilisators 1 in dessen Lagerstellen ist die entstehende Kraft bei Kurvenfahrt auf der Kurveninnen- und der Kurvenaußenseite im Betrag gleich. Für einen aktivierbaren Stabilisator 1 ergibt sich die Federwegdifferenz Δn mit e + s = nR – nL und die an den beiden Rädern wirkende Kraft mit F = c·e,wobei
e = Stabilisatortorsion,
s = Verschiebungsweg des Aktors 5 aus seiner neutralen Position 6,
n_L = Federweg zwischen dem Fahrzeugaufbau 9 und dem linkem Fahrzeugrad 7,
n_R = Federweg zwischen dem Fahrzeugaufbau 9 und dem rechtem Fahrzeugrad 8,
L = Kennzeichnung links,
R = Kennzeichnung rechts,
F = am linken Fahrzeugrad 7 und am rechten Fahrzeugrad 8 wirkende Kraft und
c = Steifigkeit des Stabilisators 1 bezeichnet.
Wie in 1 dargestellt, ist der Aktor 5 in einen Regelkreis 14 integriert. Dieser Regelkreis 14 steuert und/oder regelt den Aktor 5 nach Maßgabe der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus 9. Der Regelkreis 14 weist Sensoren 10, 11 zur Erfassung von Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus 9 auf. Sie sind mit einer Regelungseinheit 13 verbunden. Die Regelungseinheit 13 verarbeitet die Signale der Sensoren 10, 11 und erzeugt ein Signal für eine Regelkreisstellkraft F_STELL. Mit dieser Regelkreisstellkraft F_STELL wird der Aktor 5 des Stabilisators 1 angesteuert. Um in 1 Baugruppen und gerichtete Größen voneinander unterscheiden zu können, sind gerichtete Größen mit einem Pfeil mit einer gefüllten Pfeilspitze versehen, Baugruppen hingegen mit einem Pfeil mit offener Pfeilspitze.
In einer Weiterbildung wird ein nicht dargestellter weiterer Aktor ebenfalls durch die Regelungseinheit 13 angesteuert. Dabei ist beispielsweise der Aktor 5 einem Stabilisator 1 einer Vorderachse zugeordnet und der weitere Aktor einem Stabilisator einer Hinterachse zugeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist als Sensor zur Signalerfassung ein um die Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9 messenden Rollsensor 12 (in 1 nicht dargestellt) vorgesehen. Dabei ist die Einbauposition des Rollsensors 12 von zweitrangiger Bedeutung. Wichtig ist hingegen die möglichst genaue Ausrichtung der Messachse des Rollsensors 12 parallel zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9 und die Anbindung an eine möglichst struktursteife Stelle des Fahrzeugaufbaus 9.
Dieser Rollsensor 12 erfasst die absolute Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 9.
Eine alternative Ausführungsform besteht in der Verwendung von zwei Beschleunigungssensoren 10. Die Beschleunigungssensoren 10 sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Achse angeordnet, die parallel zur Y-Achse oder der Z-Achse des Fahrzeugaufbaus 9 ausgerichtet ist. Dabei wird die Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9 als X-Achse bezeichnet, von der aus die Z-Achse senkrecht nach oben zeigt und die Y-Achse senkrecht dazu nach links. Die Beschleunigungssensoren 10 sind annähernd parallel zueinander angeordnet und messen orthogonal zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9. Die Wankbeschleunigung entspricht dann der Differenz der Signale der beiden Beschleunigungssensoren 10 dividiert durch die Komponente des Abstands der beiden Beschleunigungssensoren 10 zueinander, die senkrecht zur Messrichtung sowie zur X-Achse steht. In diesem Fall entspricht die ermittelte Wankbeschleunigung der absoluten Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9.
In einer günstigen Ausgestaltung sind die Beschleunigungssensoren 10 als parallel zur Y-Achse nebeneinander angeordnete Vertikalbeschleunigungssensoren ausgeführt. Dabei sind die beiden Beschleunigungssensoren 10 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9 in unterschiedlichem Abstand zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9 parallel zueinander eingebaut.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung sind die Beschleunigungssensoren 10 als Querbeschleunigungssensoren ausgeführt, die auf einer gemeinsamen Achse parallel zur Z-Achse übereinander angeordnet sind (1).
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Giersensor 11 vorgesehen. Manchmal ist der Bauraum so beschränkt, dass sich beispielsweise die als Querbeschleunigungssensoren ausgeführten Beschleunigungssensoren 10 nicht parallel zur Z-Achse ausrichten lassen. Die Beschleunigungssensoren 10 sind dann zwar in der gleichen Y-Koordinate angeordnet, nicht aber in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9. In diesem Fall wird zusätzlich ein Giersensor 11 eingesetzt (1). Er dient zur Ermittlung der um die Z-Achse wirkenden Drehwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 9 senkrecht zur horizontalen Ebene. Aus dieser Drehwinkelgeschwindigkeit lässt durch Ableitung die Gierbeschleunigung a_G berechnen. Durch Multiplikation der Gierbeschleunigung a_G mit dem Abstand der Beschleunigungssensoren in x-Richtung lässt sich ein Korrekturterm berechnen. Mit diesem Korrekturterm können die Beschleunigungssensoren 10 rechnerisch in eine gemeinsame Ebene senkrecht zur x-Achse gelegt werden. Aus den gemessenen Werten der beiden Beschleunigungssensoren 10 für die Wankbeschleunigung und dem durch den Giersensor ermittelten Korrekturterm wird ein Wert für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 ermittelt. Damit lässt sich auch mit Beschleunigungssensoren 10, die nicht in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9 liegen, die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 ermitteln.
2 zeigt eine Regelungseinheit 13 mit einer bevorzugten Ausführungsform einer Sensorerfassung 15 eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In der Regelungseinheit 13 werden die Signale der Sensoren 10 und/oder des Sensors 11 und/oder des Sensors 12 einer Sensorerfassung 15 zugeführt.
Die Sensorerfassung 15 ermittelt aus den Signalen der Sensoren 10, 11, 12 die absolute Wankbeschleunigung W des Fahr zeugaufbaus 9. Dabei werden bevorzugt bereits serienmäßig vorhandene Sensoren 10, 11, 12 zur Signalerfassung verwendet. In einer Ausführungsform erfasst die Sensorerfassung 15 zusätzlich die aktuelle Position des Aktors 5.
Erfindungsgemäß erzeugt die Sensorerfassung 15 aus den Sensorsignalen ein Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9. Ein solches Signal kann beispielsweise als ein Signal für die absolute Wankgeschwindigkeit oder als ein Signal für die absolute Wankbeschleunigung ausgeführt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfasst die Sensorerfassung 15 die Signale eines Rollsensors 12. Rollsensoren erfassen die Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 9. In diesem Signal sind bereits alle benötigten Informationen über die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus 9 relativ zum Inertialsystem der Erde enthalten. Wichtig ist dabei die möglichst exakte Ausrichtung der Messachse des Sensors 12 in Längsrichtung Fahrzeugaufbaus 9.
Die Veränderung der Wankgeschwindigkeit ist ein Maß für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9. Damit kann das gemessene Signal direkt ohne weitere Bearbeitung als Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 genutzt werden. In diesem Fall entfällt eine spätere Integration des Sensorsignals in einem Integrator 17.
In einer bevorzugten Ausgestaltung führt die Sensorerfassung 15 eine Differentiation des Signals des Rollsensors 12 durch und ermittelt dadurch die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9.
In einer alternativen Ausführungsform erfasst die Sensorerfassung 15 die Signale von zwei Beschleunigungssensoren 10. Sind die Beschleunigungssensoren 10 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9 annähernd parallel zueinander angeordnet und messen sie orthogonal zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9, so sind keine weiteren Sensoren nötig. Die Sensorerfassung 15 berechnet dann die Differenz der Signale der beiden Sensoren 10 dividiert durch den Abstand der beiden Beschleunigungssensoren 10. Liegen die beiden Beschleunigungssensoren 10 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9, so entspricht das Ergebnis der absoluten Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9.
In einer Weiterbildung der obengenannten Ausführungsform erfasst die Sensorerfassung 15 die Signale von zwei Beschleunigungssensoren 10 und einem Giersensor 11. Lassen sich die Beschleunigungssensoren 10 aus baulichen oder anderen Gründen nicht in einer Ebene in Richtung Fahrzeuglängsachse parallel zueinander anordnen, so lässt sich mit ihnen allein die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 nicht ermitteln. In diesem Fall ist erfindungsgemäß zusätzlich ein um Z-messenden Giersensor 11 vorgesehen. Der um Z-messenden Giersensor 11 erfasst die Giergeschwindigkeit v_G des Fahrzeugaufbaus 9. Die Sensorerfassung 15 bildet die Ableitung dieses Signals v_G und man erhält die Gierbeschleunigung a_G. Durch Multiplikation der Gierbeschleunigung a_G mit dem Abstand (X₁-X₂) der beiden Beschleunigungssensoren 10 in Richtung der Längsachse des Fahrzeugaufbaus 9 lässt sich nun der Korrekturfaktor berechnen, mit dem ein bei X = X₁ liegender erster Beschleunigungssensor 10 in die Ebene des anderen Beschleunigungssensors 10 bei X = X₂ vorzeichenrichtig korrigiert werden kann. Der Korrekturfaktor ergibt sich also zu: a_G·(X₁-X₂)
Die zu ermittelnde absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 entspricht dann der Differenz des mit dem Korrekturfaktor versehenen Beschleunigungssignals W₁ ersten Beschleunigungssensors 10 und des unkorrigierten Beschleunigungssignals W₂ des zweiten Beschleunigungssensors 10, verstärkt um den in Z-Richtung des Fahrzeugs zu messenden Abstand der Beschleunigungssensoren 10 zueinander. Damit gilt: W = (W1·(aG·(X1-X2))-W2)·Z1-Z2.
In einer alternativen Ausführungsform wird der um die Z-Achse messende Giersensor 11 genutzt um das Signal eines Rollsensors 12 mit nicht exakt in Längsrichtung des Fahrzeugaufbaus 9 verlaufender Ausrichtung der Messachse zu korrigieren. Dabei ist die vom Giersensor 11 gemessene Z-Geschwindigkeit ohne weitere Bearbeitung als Korrekturfaktor für die vom Rollsensor 12 gemessene Wankgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus 9 einsetzbar.
Im Weiteren wird das von der Sensorerfassung 15 erzeugte Signal für eine absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 weiterverarbeitet. Dabei ist die Reihenfolge der angewendeten Filterverfahren frei wählbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das von der Sensorerfassung 15 erzeugte Signal für eine absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 einem Tiefpassfilter 16 zugeführt. Durch den Tiefpassfilter 16 wird dieses Ergebnissignal der Sensorerfassung 15 geglättet. Dabei entfernt der Tiefpassfilter 16 hochfrequente Signalanteile, die nicht vom Regelkreis 14 bearbeitet werden sollen. Dies sind beispielsweise alle Frequenzen oberhalb von 3 Hz. Übrig bleibt ein Signal, dass die zu dämpfenden Bewegungen des Fahrzeugaufbaus 9 wiedergibt.
In einer günstigen Ausgestaltung wird das Signal für die absolute Wankbeschleunigung W in einem Integrator 17 integriert. Dabei wird das Signal nochmals geglättet und verstärkt. Der Integrator erzeugt aus einem Signal für eine absolute Wankbeschleunigung ein Signal für eine absolute Wankgeschwindigkeit. Wie bereits erwähnt ist ein derartiges Signal für die absolute Wankgeschwindigkeit ebenfalls als Maß für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 geeignet. Wird bereits das nicht differenzierte Signal eines Rollsensors 12 verwendet, so entfällt dieser Schritt üblicherweise.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung wird das Signal für die absolute Wankbeschleunigung W hochpassgefiltert. Der Hochpassfilter 18 entfernt die Informationen über sehr langsame Aufbaubewegungen aus dem Signal. Typischerweise werden Frequenzen unterhalb von 0.5 Hz durch den Hochpassfilter 18 weggefiltert. Derartige Bewegungen, die beispielsweise das Ergebnis einer sich ändernden Straßenführung (Berg und Tal) sein können, sollen nicht durch die erfindungsgemäße aktive Wankdämpfung gedämpft werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Kennlinienfeld 19 vorgesehen. Das Kennlinienfeld 19 kann erfindungsgemäß verschiedene Parameter berücksichtigen. Im Kennlinienfeld 19 können beliebige Abhängigkeiten, beispielsweise zur Fahrgeschwindigkeit, zur Aktorposition, zur Lenkradstellung, zu Federwegen der Räder, zu der Stellung von Bedienschaltern hergestellt werden. Bevorzugt werden dabei Fahrzeugparameter wie Spurweite, Gewicht des Fahrzeugs, Stellsystem und Stelldynamik berücksichtigt. Das Kennlinienfeld 19 erzeugt auf Grundlage der vorgegebenen zu berücksichtigenden Parameter ein Signal für eine Größe K.
In einer Ausführungsform ermittelt das Kennlinienfeld 19 den aktuellen Zustand der vorgegebenen zu berücksichtigenden Parameter und erzeugt auf dieser Grundlage die variable Größe K. Dazu kann das Kennlinienfeld 19 mit entsprechenden Sensoren z.B. für die Fahrgeschwindigkeit oder die Aktorposition verbunden sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in einer Stellkraftermittlung 20 dem Signal für eine absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 eine zu stellende Regelkreisstellkraft F_STELL zugeordnet.
Dazu wird in einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung die Größe K aus dem Kennlinienfeld 19 mit dem bereinigten Signal für die absoluten Wankbeschleunigung W (also bereinigte absolute Wankgeschwindigkeit/Wankbeschleunigung) in der Stellkraftermittlung 20 multipliziert. Der sich ergebende Wert ist ein Maß für eine zu stellende Regelkreisstellkraft F_STELL. Diese Regelkreisstellkraft F_STELL ist so ausgelegt, dass die Wankbeschleunigung im Mittel um mindestens 5% gedämpft wird.
Im einer Ausführungsform wird dabei die aktuelle Position des Aktors 5 berücksichtigt. Dabei wird die Regelkreisstellkraft F_STELL so gewählt, dass der entsprechende Stellweg s des Aktors 5 nicht größer als der maximale aktuell stellbare Stellweg ist.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Regelkreisstellkraft F_STELL mit nichtlinearen Filtern weiterverarbeitet werden. Dieser Filter bewirkt, dass die Regelkreisstellkraft F_STELL. bei sehr kleinen Signalpegeln Null ist oder sich nicht so schnell ändert.
In einer weiteren Ausführungsform hat die Reglungseinheit 13 auch die Aufgabe das Fahrzeug bei Kurvenfahrt waagerecht auszurichten. In diesem Fall wird die Regelkreisstellkraft F_STELL vor der Übergabe an den Aktor 5 noch um eine zusätzliche Stellkraft zur waagerechten Ausrichtung des Fahrzeuges angehoben oder abgesenkt. D.h. die insgesamt zu stellende Kraft ergibt sich aus Superposition der einzelnen Regelanteile.
Erfindungsgemäß wird die Regelkreisstellkraft F_STELL als Stellbefehl dem Aktor 5 des Stabilisators 1 übergeben werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Aktor 5 eines Stabilisators 1 einer Vorderachse und ein Aktor 5 eines Stabilisators 1 einer Hinterachse vorgesehen. In diesem Fall kann die Regelkreisstellkraft F_STELL beliebig in Abhängigkeit weiterer Parameter zwischen dem Stabilisator 1 der Vorderachse und dem Stabilisator 1 der Hinterachse verteilt werden.
Es ergeben sich die Regelkreisstellkräfte am jeweiligen Aktor 5, die geregelt oder gesteuert werden können wie folgt: FSTELL-V = FSTELL·(1 – V), FSTELL-H = FSTELL·V,mit
F_STELL-V = Sollkraft Vorderachse,
F_STELL-H = Sollkraft Hinterachse,
V = Verteilungsvariable.
Handelt es sich um eine Wegsteuerungen/Wegregelungen anstatt Kraftsteuerungen/Kraftregelungen können mit sV = nRV – nLV – FSTELL-V/cV SH = nRH – nLH – FSTELL-H/cH die zu stellende Verschiebung s_V des Aktors 5 der Vorderachse und die zu stellende Verschiebung s_H des Aktors der Hinterachse ermittelt werden.
Erfindungsgemäß werden die zu stellenden Verschiebungen s_V, s_H in der Stellkraftermittlung 20 berechnet und anschließend als Stellbefehl dem Aktor 5 des Stabilisators 1 der Vorderachse und dem Aktor des Stabilisators der Hinterachse übergeben.
In 3a, 3b, 4a und 4b wird das Verhalten eines Geländewagens beim Überfahren einer einseitigen "Sinus-Bodenwelle" dargestellt. Die Fahrgeschwindigkeit beträgt 80 km/h, die Amplitude der Bodenwelle 0,15 m, ihre Wellenlänge 33,33 m. Das Lenkrad wird während der Überfahrt über die einseitige Welle fest gehalten, um den Fahrereinfluss auszublenden. Gemessen wird die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 im zeitlichen Verlauf.
Die Beschleunigungswerte tragen dabei die Einheit m/s² weil die Wankbeschleunigung hier aus dem Differenzsignal zweier in einem Abstand von 1 m zueinander angeordneten Beschleunigungssensoren 10 in einer Ebene bei X = konst. ermittelt wurden. D.h. die entsprechenden Werte für die absolute Wankbeschleunigung W in rad/s² ergäben sich in diesem Fall durch Division mit 1 m.
3a zeigt die nicht tiefpassgefilterte absolute Wankbeschleunigung eines Fahrzeugaufbaus 9 eines Fahrzeugs mit einem offenen Stabilisator 1. Dabei ist unter einem offenen Stabilisator 1 ein Stabilisator 1 zu verstehen, bei dem die Verbindung zwischen den beiden Rädern einer Achse unterbrochen ist. Beispielsweise ist dabei der Stabilisator 1 aufgeschnittenen oder ausgebaut. Das dargestellte ungefilterte Signal für die absolute Wankbeschleunigung W zeigt Maximalwerte von +2,7 m/s² und –3,0 m/s².
Im Vergleich dazu zeigt 3b die nicht tiefpassgefilterte absolute Wankbeschleunigung W eines Fahrzeugaufbaus 9 eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen aktiven Wankdämpfung bei Fahrt über eine Bodenwelle. Das dargestellte ungefilterte Signal für die absolute Wankbeschleunigung W zeigt gegenüber 3a niedrigere Maximalwerte von +2,2 m/s² und -2,0 m/s².
4a zeigt die mit 3 Hz tiefpassgefilterte absolute Wankbeschleunigung W eines Fahrzeugaufbaus 9 eines Fahrzeugs mit einem offenen Stabilisator 1 bei Fahrt über eine Bodenwelle. Die Messverläufe der Wankbeschleunigungen W sind mit etwa 3 Hz Eckfrequenz tiefpass-gefiltert. Nur die mit dieser Eckfrequenz gefilterten Signalverläufe werden nunmehr betrachtet. Das Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 ist gegenüber dem Signal aus 3a deutlich geglättet. Das dargestellte Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 zeigt Maximalwerte von +1,3 m/s² und –0,9 m/s². Die zwischen der Kurve und der X-Achse eingeschlossenen Flächen, die ein Maß für die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus 9 sind, sind in der Grafik mit Kreuzen markiert.
4b zeigt im Vergleich dazu die mit 3 Hz tiefpassgefilterte Wankbeschleunigung eines Fahrzeugaufbaus 9 eines Fahrzeugs mit aktiver Wankdämpfung bei Fahrt über eine Bodenwelle. Die Kurve stellt das gleiche Manöver wie in 4a mit einer erfindungsgemäßen aktiven Wankdämpfung dar. Das dargestellte Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus 9 zeigt Maximalwerte von +1,2 m/s² und –0,7 m/s². Die zwischen der Kurve und der X-Achse eingeschlossenen Flächen, die ein Maß für die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus 9 sind, sind in der Grafik mit Kreuzen markiert. Die sich ergebende von den gefilterten Signalen mit der X-Achse eingeschlossene aufsummierte Fläche, ist bei der erfindungsgemäßen aktiven Wankdämpfung (4b) mehr als 5 % kleiner, bezogen auf den Wert mit offenen Stabilisatoren 1 (4a). Wichtig ist hierbei, das die gemessenen/ermittelten Signale kurz vor dem "Ereignis" Null sind, d.h. die Ermittlung dieser Flächen muss mit offset-korrigierten Signalen erfolgen.
Das dargestellte Beispiel kann als "Messverfahren" verwendet werden, um zu überprüfen, ob ein Fahrzeug über eine erfindungsgemäße aktive Wankdämpfung verfügt oder nicht. Nur mit der erfindungsgemäßen aktiven Wankdämpfung werden die Beschleunigungswerte (und somit auch die Summe der Flächen) kleiner, als bei einem derartigen Manöver ohne Stabilisatoren 1. Als Kriterium sind die Beträge der unter der Wankbeschleunigung eingeschlossenen Fläche aufzusummieren und mit der Fahrt über eine einseitige Bodenwelle bei passivem System zu vergleichen. Beträgt die Verkleinerung der aufsummierten Fläche im Frequenzbereich bis etwa 3 Hz mindestens 5 % zur Messung mit offenen oder nicht vorhandenen Stabilisatoren 1, handelt es sich um eine "aktive Wankdämpfung" mit aktivierbaren Stabilisatoren 1.
Erfindungsgemäß ist der Aktor 5 und gegebenenfalls der weitere Aktor auch bei einseitiger Straßenanregung so zu verstellen, dass insbesondere in typischen Wank-Aufbaufrequenzbereichen von 1–2 Hz das aktive System geringere Wankbeschleunigungen als Ergebnis liefert als ein passives System mit aufgeschnittenen oder "ausgebauten" Stabilisatoren 1.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Regelkreises (14) zur aktiven Wankdämpfung eines Fahrzeuges mit einem aktivierbaren Stabilisator (1), dadurch gekennzeichnet, dass Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus (9) von Sensoren (10, 11, 12) erfasst und von einer Regelungseinheit (13) in ein Signal für eine absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus (9) umgerechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abstand zweier Beschleunigungssensoren (10) und der Differenz ihrer Signale ein Signal für eine Wankbeschleunigung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Z-Geschwindigkeits-Signal eines Giersensors (11) erfasst wird, um ein Signal für eine Wankbeschleunigung von seiner Z-Komponente zu befreien.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus (9) hochfrequente Signalanteile durch einen Tiefpassfilter (16) und/oder einen nichtlinearen Filter ausgeblendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus (9) durch einen Integrator (17) über die Zeit integriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus (9) niederfrequente Signalanteile durch einen Hochpassfilter (18) ausgeblendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Signal für die absolute Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus (9) ein Kennlinienfeld (19) angewendet wird, wobei der ermittelten Wankbeschleunigung eine gerichtete Regelkreisstellkraft F_STELL zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die gerichtete Regelkreisstellkraft F_STELL die Ergebnisse weitere Parameter wie konventionelle Wankstabilisierungsprogramme eingehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktivierbarer Stabilisator (1) von der Regelungseinrichtung (13) mit der gerichteten Regelkreisstellkraft F_STELL angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (13) die Regelkreisstellkraft F_STELL auf Grundlage der absoluten Wankbeschleunigung W des Fahrzeugaufbaus (9) und der von den Sensoren (10, 11, 12) erfassten Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus (9) zwischen dem aktivierbaren Stabilisator (1) und einem weiteren aktivierbaren Stabilisator aufgeteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Regelkreisstellkraft F_STELL veränderte Wankbeschleunigung mittelbar oder unmittelbar durch die Sensoren (10, 11, 12) erfasst und dem Regelkreis (14) zugeführt wird.
Vorrichtung zur aktiven Wankdämpfung eines Fahrzeugs mit einem aktivierbaren Stabilisator (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierbare Stabilisator (1) in einen Regelkreis (14) zur Reduzierung der absoluten Wankbeschleunigung W integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (14) einen Rollsensor (12) zur Erfassung der Wankgeschwindigkeit aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (14) zwei Beschleunigungssensoren (10) aufweist, die bezogen auf einen Fahrzeugboden als übereinander angeordnete Querbeschleunigungssensoren ausgeführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (14) zwei Beschleunigungssensoren (10) aufweist, die als bezogen auf einen Fahrzeugboden nebeneinander angeordnete Vertikalbeschleunigungssensoren ausgeführt sind.
Vorrichtung zur aktiven Wankdämpfung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoren (10) in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Fahrtrichtung angeordnet sind.
Vorrichtung zur aktiven Wankdämpfung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Giersensor (11) zu Ermittlung der Z-Geschwindigkeit vorgesehen ist.
Vorrichtung zur aktiven Wankdämpfung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinheit (13) vorgesehen ist, welche die Signale der Sensoren (10, 11, 12) verarbeitet und die auf einen aktivierbaren Stabilisator (1) wirkt.