DE19846275A1 - System und Verfahren zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen - Google Patents

System und Verfahren zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen

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DE19846275A1
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vehicle
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Armin Schuelke
Armin-Maria Verhagen
Roland Stoller
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einem System zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, bei dem Stellmittel vorgesehen sind, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Wankgröße und mindestens einen Schwenkantrieb, der zwischen Hälften (11, 12) des vorderen und/oder hinteren Fahrwerkstabilisators angeordnet ist, aufweisen, die eine Vorspannung der Stabilisatorhälften (11, 12) zur Reduzierung oder Unterdrückung der Wankbewegung bewirken und die im Wankfall ein Gegenmoment auf den Fahrzeugaufbau abhängig von Ausgangssignalen des Sensors aufbringen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schwenkantrieb ein elektromechanischer Schwenkantrieb ist und Mittel (7) zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung der Stabilisatorhälften (11, 12) aufweist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung befaßt sich mit einem System und einem Verfahren zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, bei dem Stellmittel vorgesehen sind, die wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Wankgröße und mindestens einen Schwenkantrieb, der zwischen den beiden Hälften des vorderen und/oder hinteren Fahrwerkstabilisators angeordnet ist, aufweisen, die eine Vorspannung der Stabilisatorhälften zur Reduzierung oder Unterdrückung der Wankbewegung bewirken und die im Wankfall ein Gegenmoment auf den Fahrzeugaufbau abhängig von Ausgangssignalen des Sensors aufbringen.
Ein derartiges System ist aus Konstruktion und Elektronik Nr. 17, Seite 9, 5.8.1992 bekannt.
Bei einem solchen System wird, um die Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrten zu unterdrücken, über eine geeignete Stellfeder ein Gegenmoment auf den Aufbau aufgebracht. Dabei erfolgt die Erzeugung dieses Moments zweckmäßigerweise an den Stabilisatoren der Vorder- und Hinterachse. Die konventionellen, als Drehstabfedern ausgebildeten Stabilisatoren werden aufgetrennt und zwischen den beiden Stabilisatorhälften ein Schwenkantrieb angeordnet, der eine aktive Verdrehung und somit eine Vorspannung der Stabilisatorhälften erzeugen kann. Mit Hilfe eines solchen Systems werden einerseits der Fahrkomfort, d. h. die Reduzierung bzw. Unterdrückung der Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus, Entkopplung der linken und rechten Fahrzeugseite bei einseitigen Fahrbahnanregungen, und andererseits das Fahrverhalten verbessert.
Das oben erwähnte bekannte System verwendet einen hydraulischen Stellantrieb. Ein solcher hydraulischer Stellantrieb benötigt besondere, zum Teil teure Installationen im Fahrzeug, z. B. eine aufwendige Verrohrung. Bei Geradeausfahrt bzw. quasistationären Zuständen des Fahrzeugs muss je nach Ausführung der Druckversorgung ebenfalls eine Leistung aufgebracht werden, so daß auch bei Geradeausfahrt sogenannte Leerlauf- Pumpenverluste auftreten. Im Fahrzeug installierte Hydrauliksysteme haben außerdem den Nachteil, daß bei einem Leck des Systems, z. B. infolge eines Unfalls, umweltschädigende Hydraulikflüssigkeit nach außen treten kann.
Aufgaben und Vorteile der Erfindung
Angesichts des oben Gesagten ist es Aufgabe der Erfindung, ein rein elektromechanisch ausgeführtes System zur Wankstabilisierung zu ermöglichen, welches eine Reduzierung der benötigten Leistung bei stationären bzw. quasistationären Fahrmanövern und auch verringerte Kosten gegenüber der bekannten Hydrauliklösung erzielt.
Ausgehend von einem solchen erfindungsgemäßen elektromechanischen System zur Wankstabilisierung soll ein erfindungsgemäßes Verfahren die Möglichkeit schaffen, daß auch außerhalb des Stellbereichs eine gegenüber dem passiven Fahrzeug reduzierte Wankbewegung möglich ist.
Ein die obige Aufgabe lösendes gattungsgemäßes System zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen ist gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkantrieb ein elektromechanischer Schwenkantrieb ist und Mittel zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung der Stabilisatorhälften aufweist.
Das erfindungsgemäße Wankstabilisierungssystem ermöglicht, da es eine reine elektromechanische Stelleinheit aufweist, eine einfache Installation im Fahrzeug. Die Umweltverträglichkeit und auch die Installationskosten sind gegenüber einem hydraulischen System verbessert. Das erfindungsgemäße Wankstabilisierungssystem benötigt keine Leistung bei Geradeausfahrt, da dabei keine Hydraulikpumpenverluste auftreten.
Durch die erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung einer elektromagnetisch öffnenden oder schließenden Bremse zur Blockierung läßt sich die benötigte Leistung bei stationären oder quasistationären Fahrmanövern und auch die thermische Belastung des Elektromotors senken. Bei geschlossener Bremse ist ein Überlastschutz erreicht, der ein Durchrutschen bei zu großen Momenten ermöglicht und damit die Bauteile schützt.
Ferner ermöglichen die an der Vorder- und Hinterachse angebrachten elektromechanischen Schwenkantriebe auch eine Verringerung der Wankbewegung bei geschlossener Bremse oberhalb der stellbaren Momente.
Der Einsatz einer elektromagnetisch öffnenden oder schließenden Bremse hängt im wesentlichen von der verfolgten Systemausfallstrategie ab. Bei elektromagnetisch schließender Bremse sind bei Systemausfall die Stabilisatorhälften an der Vorder- und Hinterachse getrennt. Das Wank- und Eigenlenkverhalten wird damit nur von den konventionellen Feder- und Dämpferelementen bestimmt.
Bei elektromagnetisch öffnender Bremse muß durch geeignete Maßnahmen sichergestellt sein, daß bei Systemausfall der elektromechanische Stellantrieb an Vorder- und Hinterachse jeweils nur in Mittelstellung blockiert werden kann, um eine Schrägstellung des Fahrzeugaufbaus bei Geradeausfahrt zu vermeiden. Die in dieser Weise gegeneinander blockierten Stabilisatorhälften wirken dann wie passiven Drehstabfedern. Durch die Wahl der Drehsteifigkeiten wird das Wank- und Eigenlenkverhalten festgelegt.
Eine zusätzliche Verbesserung des Komforts kann durch Einsatz einer Kupplung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite der Stelleinheit erreicht werden. Abhängig von der Anordnung der Kupplung können der Elektromotor und/oder das Getriebe oder auch einzelne Getriebestufen von der Abtriebsseite der Stelleinheit getrennt und durch die damit reduzierten Trägheitsmomente die Entkopplung der linken und rechten Fahrzeugseite verbessert werden. Je nach Ausführung kann jeweils eine separate Bremse und/oder Kupplung oder eine entsprechende Bremsen-Kupplungs-Kombination verwendet werden.
Als ein eine Wankgröße (Rollen) des Fahrzeugs erfassender Sensor kann vorteilhafterweise ein Querbeschleunigungssensor verwendet werden. Außerdem kann vorteilhafterweise ein Sensor zur Erfassung des Lenkradwinkels und ein weiterer Sensor zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen sein.
Der Sensor oder die Sensoren, der elektromechanische Stellantrieb und die Bremse sind vorteilhafterweise jeweils mit einem elektronischen Steuergerät zur Erzeugung entsprechender Ansteuersignale für den elektromechanischen Schwenkantrieb und die Bremse abhängig von den von den Sensoren aufgegebenen Signalen mit Hilfe von im elektronischen Steuergerät ausgeführten vorgegebenen oder lernenden Algorithmen verbunden.
Das das erfindungsgemäße Wankstabilisierungssystem verwendende Verfahren zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
  • I. Bestimmung des maximalen stellbaren Moments aus den Größen:
    • - maximales Motormoment des elektrischen Schwenkmotors,
    • - Getriebeuntersetzung des Getriebes,
    • - Wirkungsgrad, und
    • - Verlustmomenten;
  • II. Ermittlung des geforderten Stellmoments;
  • III. Öffnen der Bremse und Aufbringen des Moments auf der Niedrigmomentenseite des Schwenkmotors, wenn das geforderte Stellmoment unterhalb des maximalen Stellmoments liegt;
  • IV. Schließen der Bremse, wenn das geforderte Stellmoment das maximale Stellmoment des Schwenkantriebs überschreitet; und
  • V. Erzeugung von Sollströmen für die Elektromotoren zur Erzeugung eines zur Wankstabilisierung dienenden Gegenmoments.
Das erfindungsgemäße Wankstabilisierungssystem läßt sich außerdem bei stehendem Fahrzeug für bestimmte Horizontierungs- und Neigungseffekte des Fahrzeugaufbaus sowie zum Anheben oder Absenken einzelner Räder verwenden. Dabei sind insbesondere folgende Anwendungen realisierbar:
  • - Manuelles oder automatisches Horizontieren eines Fahrzeugs um seine Längsachse durch entsprechendes Bestromen der Schwenkantriebe und Fixieren durch Schließen der Bremsen, z. B. eines am Hang stehenden Fahrzeugs oder bei einem einseitig auf einem Bordstein stehend Wohnmobil o.a.;
  • - manuelles oder automatisches Horizontieren eines Fahrzeugs um seine Längsachse im Stand, wenn das Fahrzeug mit einem einzelnen Rad in einer Vertiefung steht;
  • - Verwendung des Wankstabilisierungssystems als Einstiegs- oder Ausstiegshilfe mit leichterem Türöffnen bzw. -schließen durch definierte Neigung des Fahrzeugaufbaus;
  • - Verwendung des Wankstabilisierungssystems zum einfacheren Beladen eines Dachgepäckträgers, Fahrradträgers etc. durch Neigen des Aufbaus bei horizontal bleibender Längsachse;
  • - Verwendung des Wankstabilisierungssystems zum Anheben einzelner Räder, z. B. zum Radwechsel, durch diagonale Verspannung des vorderen und hinteren Schwenkantriebs;
  • - Verwendung des Wankstabilisierungssystems zum definierten Neigen des Fahrzeugaufbaus oder Anheben einzelner Räder durch entsprechende Bestromung der Schwenkantriebe und anschließendes Fixieren der Bremsen, z. B. damit Gegenstände o. ä. leichter unter dem Fahrzeug entfernt werden können oder um eine Zugänglichkeit zum Unterboden des Fahrzeugs zu schaffen, beispielsweise für Reparaturarbeiten.
Weitere vorteilhafte Merkmale sind in abhängigen Verfahrensansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnung enthalten.
Zeichnung
Fig. 1 zeigt schematisch ein das erfindungsgemäße Wankstabilisierungssystem anwendendes Kraftfahrzeug.
Fig. 2 zeigt schematisch den zwischen einer linken und rechten Stabilisatorhälfte angeordneten elektromechanischen Schwenkantrieb gemäß der Erfindung.
Fig. 3 stellt in Form eines Blockschaltbildes eine
Funktionsstruktur zur Ansteuerung der Stellglieder an der Vorder- und Hinterachse des erfindungsgemäßen Wankstabilisierungssystems dar.
Die Fig. 4A, 4B, 4C erläutern in Form von Flußdiagrammen die Ausführung des Funktionsblocks D gemäß Fig. 3.
Fig. 4D erläutert in Form eines Flußdiagramms den Ablauf in den Funktionsblöcken F und G der Fig. 3.
In dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Kraftfahrzeug (PKW) ist ein erster elektromechanischer Schwenkantrieb 1 zwischen der linken und rechten Hälfte eines der Vorderachse VA zugeordneten Drehstabs und ein zweiter elektromechanischer Schwenkantrieb 2 zwischen der linken und rechten Hälfte eines der Hinterachse HA zugeordneten Drehstabs angeordnet. Ein Sensor 3 ist beispielshaft ein Querbeschleunigungssensor zur Erfassung der Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs. Ferner ist ein im Kraftfahrzeug angebrachtes Steuergerät 4 über (nicht gezeigte) Verbindungsleitungen jeweils mit dem Sensor 3 und den elektromechanischen Stellantrieben 1 und 2 verbunden. Die im Drehstab der Vorderachse VA und im Drehstab der Hinterachse HA eingebauten elektromechanischen Schwenkantriebe erzeugen eine aktive Verdrehung und somit eine Vorspannung der jeweiligen Stabilisatorhälften. Das in den Stabilisatoren erzeugte Vorspannmoment stützt sich einerseits an der linken und rechten Radaufhängung sowie über die Lagerung am Aufbau des Kraftfahrzeugs ab. Die über die Lagerung am Aufbau eingeleiteten Kräfte erzeugen dann das zur Wankstabilisierung benötigte Moment.
Selbstverständlich kann zusätzlich zu dem vom Sensor 3 erzeugten Querbeschleunigungssignal auch jeweils ein Sensor vorgesehen sein, der einen Lenkwinkelwert und die Fahrgeschwindigkeit oder einen sonstigen für die Ansteuerung der Schwenkantriebe zu verarbeitenden Wert ermittelt.
Fig. 2 zeigt schematisch den zur Erzeugung der Vorspannmomente dienenden elektromechanischen Schwenkantrieb 1 bzw. 2. Dieser besteht im wesentlichen aus drei Grundkomponenten, nämlich einem Elektromotor 6, einem Untersetzungsgetriebe 8 und einer dazwischenliegenden Bremse 7.
Das vom Elektromotor 6 erzeugte Moment wird über das Untersetzungsgetriebe 8 in das zur Vorspannung der Stabilisatoren benötigte Moment umgewandelt. Eine Stabilisatorhälfte 11 ist über die Lagerung 13 direkt mit dem Gehäuse des elektromechanischen Schwenkantriebs 1 bzw. 2 und die andere Stabilisatorhälfte 12 mit der Ausgangsseite (Hochmomentseite) des Untersetzungsgetriebes 8 verbunden und in einer Lagerung 14 gelagert.
Wie erwähnt, erfolgt die Ansteuerung des Elektromotors 6 und der Bremse 7 über das in Fig. 1 dargestellte Steuergerät 4 und eine damit verbundene Leistungselektronik, die ihrerseits die entsprechenden Ansteuersignale vom Steuergerät 4 erhält.
Bei den stationären bzw. quasistationären Fahrmanövern, d. h. wenn keine oder nur geringe Änderungen des benötigten Moments zur Stabilisierung des Fahrzeugaufbaus vorliegen, d. h. von den Sensoren erkannt werden, kann die gemäß Fig. 2 an der Niedrigmomentseite des Getriebes 8 bzw. auf der Motorwelle des Elektromotors 6 angeordnete Bremse 7 geschlossen und anschließend der Elektromotor 6 abgeschaltet werden. Auf diese Weise wird die für das Haltemoment benötigte Leistung je nach Ausführung der Bremse 7 entweder auf 0 bzw. auf ein Minimum verringert und damit die thermische Belastung des Elektromotors 6 reduziert.
Wenn von den Sensoren ein Übergang vom stationären zum instationären Betrieb erkannt wird, ist das unmittelbar vor dem Schließen der Bremse 7 wirkende Moment am Elektromotor 6 wieder einzustellen und anschließend die Bremse 7 zu lösen. Zweckmäßigerweise erfolgt die Einstellung dieses Drehmoments durch Vorgabe des Sollwerts für den Motorstrom, der unmittelbar vor Schließen der Bremse eingestellt war. Bei Kenntnis des aktuell wirkenden Moments im Stabilisator vor Öffnen der Bremse 7 ist der vor dem Schließen der Bremse 7 gespeicherte Wert gegebenenfalls zu korrigieren, um einen möglichst sanften Übergang zwischen dem Zustand "Bremse geschlossen" und "Bremse offen" zu erhalten.
Für die einzelnen Komponenten 6, 7 und 8 und des elektromechanischen Stellantriebs 1, 2 können verschiedene Bauformen und Prinzipien zum Einsatz kommen:
Als Elektromotor 6 kommt z. B. ein
  • - permanenterregter oder fremderregter Gleichstrommotor (mechanisch oder elektronisch kommutiert;
  • - Reluktanzmotor;
  • - Wanderwellenmotor;
  • - Schrittmotor;
  • - Synchron- oder Asynchronmotor;
  • - Splitfeldmotor
in Frage.
Als Untersetzungsgetriebe 8 kommt insbesondere ein
  • - ein- oder mehrstufiges Planetengetriebe, Koppel- oder
  • - Differenzengetriebe (Cyclogetriebe, Harmonic Drive, Wolfromgetriebe, . . .)
in Frage.
Die Bremse 7 kann eine elektromagnetisch öffnende oder auch eine elektromagnetisch schließende Bremse sein.
Mit Hilfe der Bremse 7 läßt sich die benötigte Leistung bei stationären bzw. quasistationären Fahrmanövern und außerdem die thermische Belastung des Elektromotors verringern. Die Bremse bildet in ihrem geschlossenen Zustand einen Überlastschutz, ermöglicht dadurch ein Durchrutschen bei zu großen Momenten und bietet damit Schutz der Bauteile/Komponenten. Außerdem verringert die Bremse 7 in ihrem geschlossenen Zustand die Wankbewegung oberhalb der mit dem Elektromotor 6 stellbaren Momente.
Beim Einsatz einer elektromagnetisch schließenden Bremse muß beachtet werden, daß bei einem Systemausfall die Stabilisatorhälften an der Vorder- und Hinterachse getrennt sind. Das Wank- und Eigenlenkverhalten wird damit nur von den konventionellen Feder- und Dämpfungselementen bestimmt.
Bei einer elektromagnetisch öffnenden Bremse 7 wird durch geeignete Maßnahmen sichergestellt, daß bei Systemausfall der Stellantrieb an Vorder- und Hinterachse jeweils nur in seiner Mittelstellung blockiert werden kann, um so eine Schrägstellung des Fahrzeugaufbaus bei Geradeausfahrt zu vermeiden. Die in dieser Weise gegeneinander blockierten Stabilisatorhälften 11, 12 wirken dann wie passive Drehstabfedern. Durch die Wahl der Drehsteifigkeit der Drehstabfedern wird das Wank- und Eigenlenkverhalten festgelegt.
Eine in Fig. 2 nicht gezeigte, zusätzliche Kupplung zwischen Antriebs- und Antriebsseite des in Fig. 2 gezeigten elektromechanischen Schwenkantriebs kann den Komfort zusätzlich verbessern.
Abhängig von der Anordnung der Kupplung können der Elektromotor 6 und/oder das Untersetzungsgetriebe 8 oder auch einzelne Getriebestufen desselben ohne sonstige Bauteile von der Abtriebsseite der Stelleinheit 1, 2 getrennt und durch die damit reduzierten Trägheitsmomente die Entkopplung der linken und rechten Fahrzeugseite verbessert werden. Je nach Ausführung kann jeweils eine separate Bremse und/oder Kupplung oder auch eine entsprechende Bremsen-Kupplungs-Kombination verwendet werden.
Wird die Entkopplung zwischen linker und rechter Fahrzeugseite durch andere Maßnahmen, wie z. B. durch die Verwendung von Stabilisatorhälften mit niedriger Drehsteifigkeit erreicht, ist alternativ zu einer Bremse auch der Einsatz einer, z. B. zwischen dem Elektromotor 6 und dem Getriebe 8 angeordneten Lastmomentsperre (das ist ein selbsttätig schaltender, doppelseitig wirkender Freilauf) möglich, die verhindert, daß ein äußeres, z. B. vom Fahrzeugaufbau eingeleitetes Moment die Stabilisatorhälften 11, 12 gegeneinander verdreht und dadurch die Haltemomente aufnimmt.
Alternativ zur Lastmomentsperre können das Getriebe 8 oder z. B. einzelne Getriebestufen selbsthemmend ausgeführt sein, um von außen eingeleitete Momente abzustützen und eine Verdrehung der Stabilisatorhälften zu verhindern.
Ausgehend von dem erfindungsgemäßen elektromechanischen System zur Wankstabilisierung wird nachfolgend ein Steuer/Regelalgorithmus dargestellt, der auch außerhalb des Stellbereichs des elektromechanischen Stellantriebs eine gegenüber dem passiven Fahrzeug reduzierte Wankbewegung ermöglicht. Weiterhin wird die gewünschte Wankmomentverteilung gewährleistet, solange das Stellglied einer Achse die Stellgrößenbegrenzung noch nicht erreicht hat.
Das maximal stellbare Moment wird durch das maximale Motormoment und die vorliegende Getriebeübersetzung unter Berücksichtigung von Wirkungsgraden und weiteren Verlustmomenten bestimmt. Liegt das geforderte Stellmoment unterhalb des maximalen Stellmoments, ist die Haltebremse 7 geöffnet, und das Moment auf der Niedrigmomentenseite des Getriebes 8 muß durch den Elektromotor 6 übernommen werden. Überschreitet an einer Achse VA, HA das geforderte Moment den Maximalwert, wird die Bremse 7 geschlossen und das Moment von der Bremse 7 übernommen. Bei einer weiteren Zunahme der Querbeschleunigung und damit einer auftretenden Wankbewegung des Aufbaus wirken die Stabilisatorhälften 11, 12 wie im passiven Fall und können ein zusätzliches Moment aufnehmen, wodurch sichergestellt ist, daß die Wankbewegung auch bei Überschreiten des maximalen Stellbereichs kleiner ist als im passiven Fall. Ohne eine entsprechende Haltebremse 7 würde beim Überschreiten des maximalen Stellbereichs der Motor 6 über das durch die Aufbaubewegung eingeleitete äußere Moment zurückgedreht werden, ohne ein zusätzliches Moment aufzunehmen.
Das Blockschaltbild in Fig. 3 zeigt eine Funktionsstruktur zur Ansteuerung der Stellglieder an Vorder- und Hinterachse. In Block A wird aus den Größen Lenkradwinkel äLR, Querbeschleunigung aQ und Fahrgeschwindigkeit vX das zur Wankabstützung benötigte Moment MX auf den Fahrzeugaufbau ermittelt und im Block B tiefpaßgefiltert. Zusätzlich wird in Block A ein Vorhaltemoment MX,VOR bestimmt.
Die auf den Fahrzeugaufbau bezogenen Momente MX und MX,VOR werden unter Berücksichtigung der Wankmomentverteilung WMV sowie der geometrischen Verhältnisse auf die entsprechenden Sollmomente MST,VA, MST,HA, MST,VA,VOR und MST,HA,VOR an der Vorder- und Hinterachse VA, HA transformiert (Block C). In Block D wird die Anpassung der Sollmomente MST,VA und MST,HA unter Berücksichtigung der Stellgrößenbegrenzung durchgeführt und die Aktivierung der Haltebremse(n) 7 vorgenommen. Ausgangsgrößen sind die modifizierten Stellmomente M*ST,VA und M*ST,HA sowie Flags BREMS-A-VA und BREMS-A-HA für die Bremsansteuerung. Im Fall, daß die Bremsen 7 an Vorder- und/oder Hinterachse VA, HA geschlossen sind, entspricht M*ST,VA und M*ST,HA dem wirkenden Gesamtmoment im Stabilisator, das sich aus der aktiven Vorspannung sowie der durch die zusätzliche Aufbaubewegung erzeugten Verdrehung ergibt. In Block E wird aus Lenkradwinkel äLR und Querbeschleunigung aQ ermittelt, ob aktuell ein stationärer oder instationärer Fahrzustand vorliegt und diese Information über das Flag FZST an Block D zur Ansteuerung der Haltebremsen übergeben. In den Blöcken F und G werden aus den modifizierten Sollmomenten M*ST,VA und M*ST,HA, den Vorhaltemomenten MST,VA,VOR und MST,HA,VOR sowie den Winkelgeschwindigkeiten _ST,VA und _ST,HA der Stellantriebe die Sollströme Isoll,VA und Isoll,HA für die Elektromotoren bestimmt und zusammen mit den Ansteuersignalen BREMSVA und BPEMSHA für die Bremsen 7 an den Vorderachs- und Hinterachsstellantrieb ausgegeben.
Im folgenden wird der Funktionsblock D anhand von Flußdiagrammen (Fig. 4A, 4B, 4C) näher beschrieben. Die verwendeten Flags haben dabei folgende Bedeutung:
FZST
= 0: Fahrzustand instationär
= 1: Fahrzustand stationär
BREMS-A-VA
= 0: Haltebremse VA öffnen bzw. offen
= 1: Haltebremse VA schließen bzw.
geschlossen
BREMS-A-HA
= 0: Haltebremse HA öffnen bzw. offen
= 1: Haltebremse HA schließen bzw. geschlossen.
Der Algorithmus gliedert sich in zwei Abschnitte. Während im ersten Teil (Fig. 4A) die modifizierten Ausgangsmomente M*ST,VA und M*ST,HA ermittelt werden, werden im zweite Abschnitt (Fig. 4B und 4C) die Flags BREMS-A-VA und BREMS- A-HA für die Bremsansteuerung in Abhängigkeit von M*ST,VA und M*ST,HA gesetzt.
Zunächst erfolgt in Schritt S10 eine Abfrage, ob ein stationärer oder instationärer Fahrzustand vorliegt. Bei stationärem Fahrzustand werden unabhängig vom Zustand der Bremsen 7 (offen - geschlossen) die aktuellen Momente M*ST,VA und M*TST,HA aus den Eingangsmomenten M*ST,VA und MST,HA sowie aus der gemessenen Querbeschleunigung aQ berechnet (Schritte S14, S19) und die Flags BREMS-A-VA und BREMS-A-VA für Vorder- und Hinterachse VA, HA auf 1 gesetzt (Schritte S24, S25).
Liegt kein stationärer Fahrzustand (FZST=0) vor, wird im ersten Abschnitt (Fig. 4A, Schritte S11 bis S13) geprüft, ob die Bremsen 7 an Vorder- und/oder Hinterachse VA, HA bereits geschlossen sind, d. h. ob die Flags BREMS-A-VA=1 bzw. BREMS-A-HA=1 sind. Sind beide Bremsen geöffnet, sind die Ausgangsmomente M*ST,VA und M*ST,HA gleich den Eingangsmomenten MST,VA und MST,HA (Schritte S18, S23). Sind die Bremsen 7 an einer oder beiden Achsen VA, HA geschlossen, d. h. BREMS-A-VA=1 bzw. BREMS-A-HA=1, wird das Moment M*ST,VA und M*ST,HA an der jeweiligen Achse aus dem Moment MST,VA und MST,HA sowie der gemessenen Querbeschleunigung aQ berechnet (Schritte S15, S20). Ist z. B. die Bremse an der Vorderachse geschlossen und an der Hinterachse geöffnet, d. h. BREMS-A-VA=1 und BREMS-A-HA=0 (Schritt 12), wird das Ausgangsmoment ST,HA aus den Eingangsmomenten MST,VA und MST,HA sowie dem zuvor berechneten Moment M*ST,VA ermittelt (Schritt S16, S21). Die gewünschte Wankmomentverteilung ist dabei bereits in den Eingangsmomenten MST,VA und MST,HA sichergestellt. Ist die Bremse an der Vorderachse geöffnet und an der Hinterachse geschlossen, d. h. BREMS-A-VA=0 und BREMS-A-HA=1 (Schritt S13), erfolgt das Vorgehen analog (S17 und S22).
Ausgehend von den im ersten Abschnitt (Fig. 4A) ermittelten Momenten M*ST,VA und M*ST,HA werden im zweiten Abschnitt (Fig. 4B, Fig. 4C) die Flags BREMS-A-VA und BREMS-A-HA für die Bremsansteuerung gesetzt. Da der Algorithmus an Vorder- und Hinterachse gleich ist, ist es hier in dieser Beschreibung ausreichend, nur die Vorderachse zu betrachten.
Fig. 4B beschreibt den Funktionsablauf für die Vorderachse VA und Fig. 4C den für die Hinterachse HA.
Liegt kein stationärer Fahrzustand (FZST=0) vor (Schritt S10), erfolgt zunächst die Abfrage (Schritt S26), ob das aktuelle Ausgangsmoment M*ST,VA größer als das maximale Stellmoment M*max,VA ist. Wenn nein, wird geprüft (Schritt S27, 27'), ob die Bremse 7 offen oder geschlossen ist. Ist die Bremse offen, d. h. BREMS-A-VA=0, befindet man sich im "normalen" Regelzyklus, in dem das Stellmoment durch den Elektromotor 6 aufgenommen wird. Ist die Bremse 7 dagegen geschlossen, d. h. BPEMS-A-VA=1, bedeutet dies, daß das notwendige Moment M*ST,VA zuvor außerhalb des Stellbereichs war und durch die Bremse übernommen wurde. Erst wenn das Moment M*ST,VA für eine festgelegte Zeit tauf unterhalb des maximalen Moments Mmax,VA liegt (S30, 30'), wird das Flag BREMS-A-VA auf 0 gesetzt, um die Bremse 7 zu öffnen (S36, 36').
Ist das aktuelle Moment M*ST,VA dagegen größer als das maximale Stellmoment Mmax,VA, wird ebenfalls geprüft, ob die Bremse offen oder geschlossen ist (S28, S28'). Ist die Bremse geschlossen, d. h. BREMS-A-VA=1, bedeutet dies, daß das Moment bereits durch die Bremse 7 aufgenommen wurde. Ist die Bremse dagegen offen, d. h. BREMS-A-VA=0, ist das maximale Stellmoment Mmax,VA überschritten worden. Liegt das notwendige Moment M*ST,VA für eine bestimmte Zeit tzu oberhalb des maximalen Moments Mmax,VA (S29, S29'), wird das Flag BREMS-A-VA auf 1 gesetzt, um die Bremse zu schließen (S23, S23'). Die Zeitabfragen tVA < tauf bzw. tVA < tzu sollen verhindern, daß die Bremse bei kleinen Schwankungen von M*ST,VA um den Grenzwert Mmax,VA ständig öffnet und schließt.
Die ermittelten Momente M*ST,VA und M*ST,HA und die Flags BREMS-A-VA und BREMS-A-HA werden an die Blöcke F und G weitergeleitet, die ihrerseits die Sollströme und Ansteuersignale der Bremsen an den Vorder- und Hinterachsstellantrieb ausgeben. Das Ablaufschema der Blöcke F und G ist in Fig. 4D dargestellt. Da die Funktion für die Vorder- und Hinterachse VA, HA identisch ist, wird im Ablaufdiagramm gem. Fig. 4D keine Unterscheidung in der Indizierung vorgenommen.
Das Setzen des Ansteuersignals BREMS für die Bremse und die Vorgabe des Sollstromes Isoll erfolgt zeitlich gesteuert. Im Vergleich zum Flag BREMS-A, welches dem "Wunsch" zum Öffnen oder Schließen der Bremse entspricht, stellt BREMS das direkte Ansteuersignal für die Bremse dar, das analog oder digital vom Steuergerät ausgegeben wird.
Der Funktionsblock kann in vier Modi - OFFEN, OEFFNEN, SCHLIESSEN, GESCHLOSSEN - unterteilt werden. Der Modus OFFEN entspricht dem "normalen" Regelzyklus, d. h. BREMS-A=0 und BREMS=0 (Schritte S40, S41, S42, S43, S44). Der Sollstrom Isoll ergibt sich als Funktion von M*ST,VOR und _ST. Wird das Flag BREMS-A von 0 auf 1 gesetzt, wird in den Modus SCHLIESSEN gewechselt und das Ansteuersignal BREMS=1 ausgegeben (S46). Für eine festgelegte Zeit tschl wird der Sollstrom Isoll entsprechend dem "normalen" Regelzyklus bestimmt (S50-S53), wobei die Zeit tschl abhängig von der Schließzeit der Bremse zu wählen ist. Für t<tschl (S47) wird der Sollstrom Isoll=0 gesetzt (S48, S49: und in den Modus GESCHLOSSEN gewechselt (S53, S55). Das Moment im Stabilisator wird jetzt vollständig von der Bremse 7 aufgenommen. Wird das Flag BREMS-A von 1 auf 0 gesetzt (S41), wird in den Modus OEFFNEN gewechselt und der Sollstrom von 0 auf den aktuellen Strom entsprechend dem "normalen" Pegelzyklus hochgefahren. Für eine festgelegte Zeit tI,aufb (S58) wird die Bremse geschlossen gehalten (S61-S63) Für t<tI,aufb (S58) wird dann die Bremse geöffnet, d. h. BREMS=0 (S60) ausgegeben. Die Zeit t1,aufb entspricht der Zeit, die benötigt wird, um den Strom aufzubauen und damit das anstehende Moment wieder durch den Elektromotor 6 zu übernehmen. Anschließend wird in den Modus OFFEN gewechselt.
Das erfindungsgemäße System zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen läßt sich, wie erwähnt, auch bei stehendem Fahrzeug zur manuellen oder automatischen definierten Neigung des Fahrzeugaufbaus, zur Horizontierung des Fahrzeugs um seine Längsachse und für weitere Eingriffe in das Lagesystem des Fahrwerks des Fahrzeugs und damit seines Aufbaus verwenden. Fahrzeuge, die beispielsweise auf einer schrägen Fahrbahnoberfläche abgestellt sind, lassen sich auf diese Weise durch eine entsprechende Bestromung der Schwenkantriebe und anschließendes Fixieren durch Schließen der Bremsen manuell oder automatisch horizontieren. Durch eine definierte Neigung des Fahrzeugaufbaus des stehenden Fahrzeugs mit Hilfe des erfindungsgemäßen Wankstabilisierungssystems läßt sich eine Ein- und Ausstiegshilfe erreichen, wobei sich die Türen leichter öffnen bzw. schließen lassen. Desgleichen läßt sich ein Dachgepäckträger oder eine Ladefläche leichter beladen, indem durch eine definierte Bestromung der Schwenkantriebe und anschließendes Fixieren durch Schließen der Bremsen der Fahrzeugaufbau des stehenden Fahrzeugs definiert geneigt wird. Schließlich lassen sich auch einzelne Räder, beispiels­ weise zum Radwechsel, durch diagonale Verspannung der Schwenkantriebe und anschließendes Fixieren durch das Schließen der Bremsen definiert anheben, sowie die Karosserie zur leichteren Zugänglichkeit von unten, z. B. zu Reparaturarbeiten, definiert neigen.

Claims (17)

1. System zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, bei dem Stellmittel vorgesehen sind, die wenigstens einen Sensor (3) zur Erfassung einer Wankgröße und mindestens einen Schwenkantrieb (1, 2), der zwischen Hälften (11, 12) des vorderen und/oder hinteren Fahrwerkstabilisators angeordnet ist, aufweisen, die eine Vorspannung der Stabilisatorhälften (11, 12) zur Reduzierung oder Unterdrückung der Wankbewegung bewirken und die im Wankfall ein Gegenmoment auf den Fahrzeugaufbau abhängig von Ausgangssignalen des Sensors (3) aufbringen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkantrieb ein elektromechanischer Schwenkantrieb (1, 2) ist und Mittel (7) zur Blockierung der gegenseitigen Verschwenkung der Stabilisatorhälften (11, 12) aufweist.
2. System zur Wankstabilisierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierungsmittel eine elektromagnetisch öffnende oder elektromagnetisch schließende Bremse (7) aufweisen, die bei jedem Schwenkantrieb (1, 2) zwischen einem jeweiligen Schwenkmotor (6) und einem Untersetzungsgetriebe (8) desselben angeordnet ist.
3. System zur Wankstabilisierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektromagnetisch öffnender Bremse (7) Mittel vorgesehen sind, die den elektromechanischen Schwenkantrieb (1, 2) an Vorder- und Hinterachse (VA, HA) bei Systemausfall nur in einer neutralen Mittelstellung blockieren.
4. System zur Wankstabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebs- und der Abtriebsseite des elektromechanischen Schwenkantriebs (1, 2) eine Kupplung so eingesetzt ist, daß der elektrische Schwenkmotor (6) und/oder das Untersetzungsgetriebe (8) oder einzelne Getriebestufen desselben von der Abtriebsseite des Schwenkantriebs (1, 2) trennbar sind.
5. System zur Wankstabilisierung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Bremsen-Kupplungs-Kombination enthält.
6. System zur Wankstabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (3) ein Querbeschleunigungssensor ist.
7. System zur Wankstabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem ein Sensor zur Erfassung des Lenkradwinkels (äLR) und ein weiterer Sensor zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit (vx) vorgesehen sind.
8. System zur Wankstabilisierung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor oder die Sensoren, der elektromechanische Stellantrieb und die Bremse jeweils mit einem elektronischen Steuergerät (4) zur Erzeugung entsprechender Ansteuersignale für den elektromechanischen Schwenkantrieb und die Bremse jeweils der Vorderachse (VA) und Hinterachse (HA) verbunden sind.
9. Verfahren zur Wankstabilisierung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen mit Hilfe eines Wankstabilisierungssystems nach einem der Ansprüche 1-­ 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • I. Bestimmung des maximalen stellbaren Moments aus den Größen:
    • - maximales Motormoment des elektrischen Schwenkmotors,
    • - Getriebeuntersetzung des Getriebes,
    • - Wirkungsgrad, und
    • - Verlustmomenten;
  • II. Ermittlung des geforderten Stellmoments;
  • III. Öffnen der Bremse und Aufbringen des Moments auf der Niedrigmomentenseite des Schwenkmotors (6), wenn das geforderte Stellmoment unterhalb des maximalen Stellmoments liegt;
  • IV. Schließen der Bremse (7), wenn das geforderte Stellmoment das maximale Stellmoment des Schwenkantriebs überschreitet; und
  • V. Erzeugung von Sollströmen für die Elektromotoren zur Erzeugung eines zur Wankstabilisierung dienenden Gegenmoments.
10. Verfahren zur Wankstabilisierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt II das zur Wankabstützung geforderte Stellmoment (MX) auf den Fahrzeugaufbau aus dem erfaßten Lenkradwinkel (äLR), der erfaßten Querbeschleunigung (aQ) und der erfaßten Fahrgeschwindigkeit (vx) ermittelt wird.
11. Verfahren zur Wankstabilisierung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt II zusätzlich ein auf den Fahrzeugaufbau bezogenes Vorhaltemoment (Mx,VOR) ermittelt wird.
12. Verfahren zur Wankstabilisierung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin die auf den Fahrzeugaufbau bezogenen Momente (Mx, Mx,VOR) unter Berücksichtigung einer Wankmomentverteilung (WMV) sowie der geometrischen Verhältnisse zu entsprechenden Sollmomenten (MST,VA, MST,HA, MST,VA,VOR, MST,HA,VOR) der Stellglieder an der Vorder- und Hinterachse (VA, HA) transformiert werden.
13. Verfahren zur Wankstabilisierung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin die entsprechenden Sollmomente (MST,VA, MST,HA) für die Vorder- und Hinterachse (VA, HA) unter Berücksichtigung der Stellgrößenbegrenzung angepaßt werden, und daß Bremsansteuerungssignale (Brems-A-VA, Brems-A-HA) für die Schritte III und IV auf der Grundlage der angepaßten Sollmomente (M*ST,VA und M*ST,HA) und eines auf der Basis des erfaßten Lenkwinkels (äLR) sowie der erfaßten Querbeschleunigung (aQ) ermittelten aktuellen Fahrzustands (FZST) (stationär oder nichtstationär) erzeugt werden.
14. Verfahren zur Wankstabilisierung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt V aus den angepaßten Sollmomenten (M*ST,VA und M*ST,HA), den Vorhaltemomenten (MST,VA,VOR und MST,VA,VOR) sowie den Winkelgeschwindigkeiten _ST,VA und _ST,HA) die Sollströme (ISOLL,VA und ISOLL,HA) bestimmt und zusammen mit den Bremsansteuersignalen (BREMSVA und BREMSHA) für die Bremsen an den Vorderachs- und Hinterachsstellantrieb (1, 2) ausgegeben werden.
15. Verwendung des Wankstabilisierungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur manuellen oder automatisierten Horizontierung eines Fahrzeugs um seine Längsachse im Stand, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der entsprechenden Stellung des Fahrzeugs, z. B. am Hang oder einseitig auf einem Bordstein, oder auch, wenn das Fahrzeug mit einem einzelnen Rad in einer Vertiefung steht, die beiden Schwenkantriebe entsprechend bestromt werden, bis eine horizontale Stellung des Fahrzeugs erreicht ist, und anschließend diese horizontale Stellung durch Schließen der Bremse fixiert wird.
16. Verwendung des Wankstabilisierungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur manuellen oder automatischen Schrägstellung eines Fahrzeugaufbaus um einen definierten Winkel, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vorgabe des Neigungswinkels die Schwenkantriebe entsprechend bestromt werden und anschließend durch Schließen der Bremsen die geneigte Lage des Fahrzeugaufbaus fixiert wird.
17. Verwendung des Wankstabilisierungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum manuellen oder automatischen Anheben einzelner Räder eines Fahrzeugs im Stand, dadurch gekennzeichnet, daß nach Vorgabe des anzuhebenden Rads oder der anzuhebenden Räder der vordere und hintere Schwenkantrieb so bestromt wird, daß die Stabilisatorhälften diagonal verspannt werden und anschließend durch Schließen der Bremsen diese Stellung fixiert wird.
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