DE4141931A1

DE4141931A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines signals zur ansteuerung eines fahrwerkregelungssystems

Info

Publication number: DE4141931A1
Application number: DE19914141931
Authority: DE
Inventors: Bernhard Miller; Stefan Dipl Ing Gorny; Juergen Dipl Ing Hachtel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2011-12-20
Also published as: JPH05254328A; EP0552435A2; DE4141931C2; EP0552435A3; JP3285049B2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach Gattung des Haupt anspruchs.

Wesentlich für die Ausgestaltung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs ist ein leistungsfähiges Federungs- und/oder Dämpfungssystem. Hier bei ist zum einen der Fahrsicherheit Rechnung zu tragen und zum anderen ist es erstrebenswert, den Insassen und einer stoßempfindli chen Zuladung des Fahrzeugs einen möglichst hohen Reisekomfort zu ermöglichen. Dies sind aus der Sicht des Federungs- und/oder Dämpfungssystems sich widerstrebende Zielsetzungen. Ein hoher Reise komfort ist durch eine möglichst weiche Fahrwerkeinstellung zu er reichen, während hinsichtlich einer hohen Fahrsicherheit eine mög lichst harte Fahrwerkeinstellung erwünscht ist.

Um diesen Zielkonflikt zu lösen, geht man von dem bisher noch über wiegend benutzten passiven über zu regelbaren (aktiven) Fahrwerken. Ein passives Fahrwerk wird, je nach prognostiziertem Gebrauch des Fahrzeuges, beim Einbau entweder tendenziell hart ("sportlich") oder tendenziell weich ("komfortabel") ausgelegt. Eine Einflußnahme auf die Fahrwerkcharakteristik ist während des Fahrbetriebs bei diesen Systemen nicht möglich. Bei aktiven Fahrwerken hingegen kann die Charakteristik des Federungs- und/oder Dämpfungssystems während des Fahrbetriebs je nach Fahrzustand beeinflußt werden.

In der DE-OS 38 27 737 wird der oben genannte Zielkonflikt zwischen Fahrsicherheit und Fahrkomfort dadurch gelöst, daß ein aktives oder schaltbares Fahrwerk bei sich ändernden Betriebsbedingungen, zum Beispiel sich ändernde Fahrbahnbeschaffenheit, unter Veränderung des Fahrkomforts so angesteuert wird, daß die Fahrsicherheit stets ge währleistet ist. Als Bewertungskriterium für die Fahrsicherheit wird der Effektivwert der Radlastschwankungen während des Fahrbetriebs herangezogen. Unter der Radlastschwankung versteht man die Abwei chung der Radlast (Normalkraft zwischen Reifen und Fahrbahn) von ihrem statischen Wert. Die Radlastschwankung (wie auch die Radlast selbst) ist aber einer direkten Messung nur sehr schwer zugänglich, da Meßwertaufnehmer zwischen dem Rad bzw. dem Reifen und der Fahr bahn angebracht werden müßten. Die Messung des Federweges ist dage gen relativ einfach und kostengünstig zu realisieren. Als Federweg bezeichnet man die Relativverschiebung des Fahrzeugaufbaus relativ zum Rad. In der DE-OS 38 27 737 wird der Federweg als Ersatzgröße für die Radlastschwankung gemessen. Aus diesen Meßwerten werden der gleitende Effektivwert und der gleitende Mittelwert für die Ersatz größe sowie deren Differenz gebildet. Nachdem diese Differenz mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen worden ist, wird bei Über schreitung des Sollwertes ein elektrisches Anzeige- und/oder Steuer signal zur Steuerung/Regelung des Fahrwerks abgegeben.

In der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 41 07 090.9 wird, ausgehend von Signalen, die die relativen Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeugs repräsentieren, auf die aktuelle Radlastschwankung geschlossen. Weiterhin werden mögli che Änderungen der aktuellen Radlastschwankung als Funktion einer möglichen Änderungen der Fahrwerkcharakteristik vorausberechnet, woraufhin durch Abfrage gewisser Kriterien bestimmt wird, ob eine für die Fahrsicherheit kritische Situation vorliegt und ob im Falle einer für die Fahrsicherheit kritischen Situation zur Minimierung der Radlastschwankungen die Fahrwerkcharakteristik zu verstellen ist.

Der obengenannte Stand der Technik zeigt, daß die Kenntnis der Rad last wesentlich ist für die Ausgestaltung eines Fahrwerkregelungs systems.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erfassung der Radlast mit einem möglichst geringen Aufwand hinsichtlich der benötigten Sen sorik.

Vorteile der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Signals zur Ansteuerung eines Fahrwerkregelungssystems bei Kraftfahrzeugen wer den erste Signale erfaßt, die die Drehzahl wenigstens eines Rades repräsentieren. Ausgehend von diesen ersten Signalen werden zweite Signale ermittelt, die die mittlere Drehzahl wenigstens eines Rades wenigstens einer Achse repräsentieren. Zur Ansteuerung eines Fahr werkregelungssystems werden nun dritte Signale herangezogen, zu de ren Bildung die Differenz der ersten Signale zu den zweiten Signalen ermittelt wird. Hierbei repräsentieren die dritten Signale die dyna mische Radlast an dem jeweiligen Rad.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also die dynamische Rad last mittels der Raddrehzahlsignale ermittelt. Diese Raddrehzahl signale sind in Fahrzeugen mit einem Antiblockiersystem (ABS) und/oder mit einem Antriebsschlupfsystem (ASR) bereits vorhanden.

Die Einfederung des Reifens nimmt weitgehend linear mit der Vergrö ßerung der Radkraft zu. Damit verkleinert sich der Radhalbmesser des Rades zur Fahrbahn. Die Reifendämpfung ist dabei im Vergleich zur Dämpfung des Rades (bzw. der Achsseite) durch den eingebauten Stoß dämpfer sehr gering. Da während einer Einfederung des Reifens durch Fahrbahnunebenheiten oder Radschwingungen (Wheelhopeffekt) die Fahr geschwindigkeit des Aufbaus als konstant angenommen werden kann, er gibt sich zwangsweise, daß sich mit einer Veränderung des Radradius die Winkelgeschwindigkeit des Rades und somit die Frequenz des Rad drehzahlsignals verändert.

Ermittelt man nun die Abweichung der momentanen Drehzahl eines ein zelnen Rades zu der mittleren Drehzahl dieses Rades oder mehrerer Räder, so gelangt man hierdurch zu einer Größe, die die momentane Radlast an diesem Rad repräsentiert. Das erfaßte Raddrehzahlsignal (Frequenz oder Periodendauer) wird hierzu in einem Filter bearbei tet, der tiefpaßartiges Verhalten aufweist. Anschließend wird das so erfaßte Raddrehzahlsignal von seinem ungefilterten Wert subtrahiert. Als Ergebnis erhält man eine Größe, die den dynamischen Radlast schwankungen proportional ist.

Zur Mittelwertbildung durch das tiefpaßartige Filter können auch die Drehzahlen mehrerer Räder oder der Mittelwert der Drehzahlen mehrerer Räder herangezogen werden. Hierbei müssen gegebenenfalls Störgrößen, wie unterschiedliche Reifenluftdrücke und/oder eine vor liegende Kurvenfahrt, berücksichtigt werden.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich in der doppelten Nutzung bereits vorhandender Geber, da bei Fahrzeugen mit einem Antiblockiersystem (ABS) und/oder einem Antriebsschlupfsystem (ASR) die Raddrehzahl signale bzw. die entsprechende Sensorik vorhanden ist.

Die, wie oben beschrieben, erlangten dritten Signale werden zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrwerkregelungssystems herange zogen.

Insbesondere repräsentieren die dritten Signale der dynamischen Rad lastschwankungen den Fahrzustand des Fahrzeugs hinsichtlich der Fahrsicherheit. Wie im Stand der Technik beschrieben, können Fahr werkregelungsstrategien abhängig von der Größe der Radlastschwankun gen gewählt werden. Insbesondere wird bei größeren Radlastschwankun gen die Strategie verfolgt, die Radlastschwankungen zu minimieren.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Hierzu sind erste Mittel zur Er fassung der ersten Signale, die die Drehzahl wenigstens eines Rades repräsentieren, und zweite Mittel, die ausgehend von den ersten Signalen zweite Signale ermitteln, die die mittlere Drehzahl wenig stens eines Rades wenigstens einer Achse repräsentieren, vorgesehen. Durch dritte Mittel werden die Abweichungen der ersten Signale zu den zweiten Signalen ermittelt.

Bei einem erfindungsgemäßen Fahrwerkregelungssystem für Kraftfahr zeuge sind Aufhängungssysteme zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern angebracht, die zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Auf bau und den Rädern angesteuert werden. Es sind Mittel vorgesehen, mit denen ausgehend von den Drehzahlen wenigstens eines Rades An steuerungen wenigstens eines Aufhängungssystems getätigt werden.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung besteht darin, daß rechenzeitintensive Berechnungen der dynamischen Radlast aus den Signalen von Einfederwegsensoren und/oder vertikaler Aufbaubeschleunigungssensoren ersetzt werden durch eine einfache Bearbeitung der Raddrehzahlsignale.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die Blockschaltbilder der Fig. 1 und 2 zeigen verschiedene Ausfüh rungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 sind mit den Bezugszeichen 11 und 12 erste Mittel zur Erfassung der ersten Signale Nÿ gekennzeichnet. Mit dem Bezugszei chen 13 sind zweite Mittel dargestellt, die als Filter mit tiefpaß artigem Übertragungsverhalten ausgebildet sind. Dritte Mittel zur Ermittlung der Abweichung der ersten Signale Nÿ zu den zweiten Signalen Nquer haben das Bezugszeichen 14.

In der Fig. 2 bezeichnen die Positionen 21vl, 21vr, 21hl und 21hr erste Mittel zur Erfassung der ersten Signale Nÿ. Im folgenden ist mit dem Index i die Achse (i=v (vorne) bzw. i=h (hinten)) und mit dem Index j das Rad (jr (rechts) bzw. j=l (links)) bezeichnet. Die Position 22 stellt vierte Mittel zur Mittelwertbildung dar. Die Position 23 zeigt zweite Mittel mit tiefpaßartigem Übertragungsver halten. Mit dem Bezugszeichen 24vl, 24vr, 24hl und 24hr sind dritte Mittel zur Ermittlung der Abweichung der ersten Signale Nÿ zu den zweiten Signalen Nquerÿ gekennzeichnet.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl eines Rades durch einen Geber 11 erfaßt. Solche Geber 11 können beispielsweise derart gestaltet sein, daß an den Radeinheiten zentrisch zu den Rad achsen metallische Scheiben angeordnet sind, deren Ränder gleich große äquidistante Aussparungen aufzeigen. Eine realistische Zahl der Aussparungen beträgt beispielsweise 48 oder 96. Durch Abtasten dieser Zahnräder, beispielsweise durch induktive Sensoren, und einer ersten Signalaufbereitung zur Formung der Sensorsignale bzw. zur Eliminierung von Steuersignalen erhält man pro Zahn bzw. pro Ver tiefung des Zahnrades beispielsweise ein Rechtecksignal. Solch ein Rechtecksignal ist schematisch ausgangsseitig der Mittel 11 in der Fig. 1 zu sehen. In den Mitteln 12 kann nun die Frequenz und/oder die Periodendauer dieses Rechtecksignals ermittelt werden. In diesem Ausführungsbeispiel soll ausgangsseitig der Mittel 12 das Signal Nÿ anliegen, das die Drehzahl des Rades repräsentiert. Dieses erste Signal Nÿ wird nun zweiten Mitteln 13 bereits hinzugeführt. Durch die Verarbeitung in den zweiten Mitteln 13, die als Tiefpaß ausge bildet sind, entsteht als zeitliches Mittel der ersten Signale Nÿ das Signal Nquerÿ. Werden nun die ersten Signale Nÿ mit positivem Vorzeichen und die zweiten Signale Nquerÿ mit negativem Vorzeichen den dritten Mitteln 14, die als Additionseinheit ausgebildet sind, zugeführt, so liegt ausgangsseitig der dritten Mittel 14 das dritte Signal Pdynÿ an, das die Abweichung der ersten Signale Nÿ zu den zweiten Signalen Nquerÿ repräsentiert. Dieses dritte Signal Pdynÿ ist proportional zur Radlast des betrachteten Rades und wird zur An steuerung der nicht dargestellten Aufhängungssysteme herangezogen. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung, wie sie anhand der Fig. 1 dargestellt ist, kann an jeder Radeinheit des Fahrzeugs angewendet werden.

Werden zur Erfassung der Raddrehzahlen beispielsweise, wie oben beschrieben, 48 Zähne verwendet, so ergibt sich bezogen auf den Abrollweg des Rades eine mögliche Meßwiederholung alle 4 cm. Damit kann eine ausreichend genaue Meßwerterfassung und Auswertung im gewünschten Frequenzbereich sichergestellt werden.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 2 zu sehen ist, werden zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes der Raddrehzahlen die Mittelwerte aller Räder des Fahrzeugs herangezogen.

Hierbei entsprechen die Mittel 21ÿ den oben beschriebenen ersten Mitteln 11 und 12. Die ersten Signale Nÿ, die die Drehzahlen der Räder repräsentieren, werden vierten Mitteln 22 zur Mittelwertbil dung zugeführt. Das Ausgangssignal der vierten Mittel 22 repräsen tiert also den Mittelwert der Raddrehzahlen aller vier Räder. Dieser Mittelwert wird den zweiten Mitteln 23 zugeführt, die als Tiefpaß ausgebildet sind. Ausgangsseitig der zweiten Mittel 23 liegen die zweiten Signale Nquer, die den dritten Mitteln 24ÿ mit negativem Vorzeichen zugeführt werden. Weiterhin werden den dritten Mitteln 24ÿ die ersten Signale Nÿ einer jeden Radeinheit mit positivem Vorzeichen zugeführt. Die dritten Mittel 24ÿ sind als Addiereinhei ten ausgebildet, wodurch ausgangseitig der dritten Mittel 24ÿ die Abweichungen der ersten Signale Nÿ einer jeden Radeinheit zu dem zweiten Signal Nquer anstehen. Diese Abweichungen sind in der Fig. 2 als dritte Signale Pdynÿ bezeichnet und repräsentieren die momen tane Radlast an den entsprechenden Radeinheiten. Auf diese werden zur Ansteuerung von nicht dargestellten Aufhängungssystemen zwischen Fahrzeugaufbau und den Rädern herangezogen.

Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrich tung im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels ist darauf zu ach ten, daß bei der Mittelwertbildung der ersten Signale Nÿ der Rad drehzahlen Offsetfehler bedingt durch mittlere Absolutfrequenzunter schiede (Reifendruckdifferenzen, Kurvenfahrt usw.) nicht störend wirken. Gegebenenfalls müssen diese Offsetfehler im Rahmen der Mit telwertbildung berücksichtigt werden.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines Signals zur Ansteuerung eines Fahr werkregelungssystems bei Kraftfahrzeugen, wobei

- ersten Signale (Nÿ) erfaßt werden, die die Drehzahl wenigstens eines Rades repräsentieren, und
- ausgehend von den ersten Signalen (Nÿ) zweite Signale (Nquerÿ) ermittelt werden, die die mittlere Drehzahl wenigstens eines Ra des wenigstens einer Achse repräsentieren, und
- zur Bildung dritter Signale (Pdynÿ) zur Ansteuerung eines Fahr werkregelungssystems die Differenz der ersten Signale (Nÿ) zu den zweiten Signalen (Nquerÿ) herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Er mittelung der zweiten Signale (Nquerÿ) durch eine Filterung der er sten Signale (Nÿ) geschieht, wobei die Filterung ein tiefpaßartiges Verhalten aufweist.

3. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die ersten Signale (Nÿ) mittelbar oder unmittelbar aus den Raddrehzahlsignalen ermittelt werden, die zur Steuerung und/oder Regelung eines Antiblockiersystems (ABS) und/oder eines Antriebsschlupfsystem (ASR) verwendet werden oder die ersten Signale (Nÿ) zusätzlich zur Steuerung und/oder Regelung eines Anti blockiersystems (ABS) und/oder eines Antriebsschlupfsystem (ASR) verwendet werden.

4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei der Bildung der zweiten Signale (Nquerÿ) aus den ersten Signalen (Nÿ) wenigstens zweier Räder ei ner Achse Störgrößen, wie unterschiedliche Reifenluftdrücke und/oder eine vorliegende Kurvenfahrt, berücksichtigt werden.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die dritten Signale (Pdynÿ) zur Regelung und/oder Steuerung eines Fahrwerkregelungssystems im Sinne einer Minimierung der dynamischen Radlastschwankungen herangezogen werden.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind

- erste Mittel (11, 12, 21) zur Erfassung der ersten Signale (Nÿ), die die Drehzahl wenigstens eines Rades repräsentieren, und
- zweite Mittel (13, 23), die ausgehend von den ersten Signalen (Nÿ) und/oder ausgehend von dem in vierten Mitteln (22) gebilde ten Mittelwert der ersten Signale (Nÿ) zweite Signale (Nquerÿ) ermitteln, die die mittlere Drehzahl wenigstens eines Rades we nigstens einer Achse repräsentieren, und
- dritte Mittel (14, 24ÿ) zur Ermittelung der Abweichung der er sten Signale (Nÿ) zu den zweiten Signalen (Nquerÿ).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Mittel (13, 22) ein tiefpaßartiges Übertragungsverhalten aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Mittel (14, 24ÿ) als Subtrahierer und/oder als Addierer ausgebildet sind.

9. Fahrwerkregelungssystem für Kraftfahrzeuge mit Aufhängungssyste men zwischen Fahrzeugaufbau und den Rädern, die zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Aufbau den Rädern angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit denen ausgehend von den Drehzahlen wenigstens eines Rades Ansteuerungen wenigstens eines Aufhängungssystems getätigt werden.