DE4218087A1 - Verfahren zur Regelung der Dämpfung und/oder zur Diagnose des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Verfahren zur Regelung der Dämpfung und/oder zur Diagnose des Fahrwerks eines KraftfahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der
Dämpfung und/oder zur Diagnose des Fahrwerks eines
Kraftfahrzeugs.
Es ist bekannt, in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen
Schwingungsdämpfer mit einstellbaren Dämpfungskoeffizienten
zu verwenden, wobei die Dämpfungskoeffizienten durch
verschiedene Einflüsse, beispielsweise Brems- und
Lenkbewegungen, steuerbar sind. Dabei wird die effektive
Dämpfung nicht gemessen und auch nicht im Sinne einer
Regelung zurückgeführt. Änderungen der für das
Schwingungsverhalten des Fahrzeugs wichtigen Größen,
beispielsweise der Abhängigkeit der Dämpfung eines
Schwingungsdämpfers von nicht meßbaren Einflußgrößen, können
dabei nicht berücksichtigt werden. Dadurch kann bei den
bekannten Systemen eine vom beabsichtigten Wert abweichende
Dämpfung eingestellt werden, was ein ungünstiges
Fahrverhalten zur Folge hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelung der
Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen,
bei welcher Änderungen verschiedener die Dämpfung
beeinflussenden Größen ausgeregelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß Prozeßgrößen, welche mit einer vertikalen Bewegung des
Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell
zugeführt werden, das den Zusammenhang zwischen der
vertikalen Beschleunigung eines Rades oder eines Aufbaus des
Fahrzeugs einerseits und anderen Prozeßgrößen und Parametern
andererseits darstellt, und daß die Parameter des Modells
mit einem an sich bekannten Parameter-Schätzverfahren
geschätzt und zur Erzeugung einer Stellgröße zur Einstellung
der Dämpfung verwendet werden.
Vorzugsweise werden dabei aus den geschätzten Parametern
physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs berechnet, die
einem Regler zugeführt werden, der die Stellgröße für die
Einstellung der Dämpfung bildet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich,
verschiedene physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs zu
schätzen und damit eine Regelung zu beeinflussen. Die
Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der
Einfachheit halber im folgenden für jeweils ein Rad
angegeben. Normalerweise sind diese Maßnahmen für alle Räder
des Fahrzeugs anzuwenden.
Vorzugsweise dienen als andere Prozeßgrößen die Einfederung
und die Geschwindigkeit der Einfederung, wobei die
Geschwindigkeit der Einfederung z. B. aus meßbaren Größen
berechnet wird. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß das
Modell von folgender Gleichung dargestellt wird:
zA′′ = a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′),
wobei a0 und a1 Parameter, zR und zA die Absolutwege des
Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die
Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus und zA′′
die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus bedeuten.
Damit ist es möglich, die Parameter a0 und a1 zu schätzen.
Zusätzlich können aus den geschätzten Parametern
physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs nach folgenden
Gleichungen berechnet werden
a0 = cA/mA, a1 = dA/mA,
wobei cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame
Federsteifigkeit, mA die Masse des Aufbaus und
dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks sind.
Damit liegen zwar nur zwei Gleichungen für drei Unbekannte
vor. Nimmt man jedoch beispielsweise die Federsteifigkeit cA
als bekannt an, so können die Masse und der
Dämpfungskoeffizient berechnet werden. Da die Berechnung
aufgrund geschätzter Parameter erfolgt, werden diese Werte
im folgenden als geschätzte Masse A des Aufbaus und als
geschätzter Dämpfungskoeffizient A bezeichnet.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß als
Prozeßgröße ferner die Deformation des Reifens dient und daß
die Radbeschleunigung gemessen wird. Dabei ist vorzugsweise
vorgesehen, daß das Modell von folgender Gleichung gebildet
wird
zR′′ = -a0(zR-zA) - a1(zR′-zA′) + b0(h-zR),
wobei a0 und a1 Parameter, zR und zA die Absolutwege des
Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die
Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus, zR′′
die Vertikalbeschleunigung des Rades und h die Unebenheit
der Fahrbahn bedeuten. (h-zR) kann beispielsweise mit einem
an der Achse befestigten und auf die Fahrbahn gerichteten
Abstandssensor gemessen werden.
Dabei können aus den geschätzten Parametern physikalische
Koeffizienten des Fahrzeugs nach folgenden Gleichungen
berechnet werden
a0 = cA/mR, a1 = dA/mR, b0= cR/mR,
wobei cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame
Federsteifigkeit, dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks,
cR die zwischen dem Rad und der Fahrbahn wirksame
Federsteifigkeit und mR die Masse des Rades sind.
Hierbei können die Federsteifigkeit cA, der
Dämpfungskoeffizient dA und außerdem die zwischen Rad und
Fahrbahn wirksame Federsteifigkeit cR geschätzt werden, wenn
die Masse des Rades mR als konstant angenommen wird.
Kombiniert man die letztgenannte Gleichung mit einer
weiteren Schätzgleichung, die sich direkt aus der
Kräftebilanz ableiten läßt,
zR′′ = a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′) + (zR′′-zA′′)
mit a0 = cA/mA, a1 = dA/mA,
so läßt sich ohne weitere Meßgröße mit den geschätzten Koeffizienten A und A die Aufbaumasse mA bestimmen. (zR′′-zA′′) wird ebenfalls aus der Meßgröße (zR-zA) berechnet.
so läßt sich ohne weitere Meßgröße mit den geschätzten Koeffizienten A und A die Aufbaumasse mA bestimmen. (zR′′-zA′′) wird ebenfalls aus der Meßgröße (zR-zA) berechnet.
Die Federsteifigkeit cR kann auch ohne Messung der
Reifendeformation geschätzt werden. Bei Annahme einer sehr
langsamen Bewegung des Aufbaus im Vergleich der Bewegung des
Rades gilt folgende Differentialgleichung:
[mR/(cA+cR)]zR′′ + [dA/(cA+cR)]zR′ + zR = [cR/(cA+cR)]h.
Die Resonanzfrequenz des Rades ist dann:
fres = f0(1-2D2)1/2 = {(cA+cR)/mR]1/2·[1-2dA 2/4mR(cA+cR)]1/2}/2π,
-
-
was zur gesuchten Federsteifigkeit
cR = mR(2πfres)2 + dA 2/mR-cA führt.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, daß ferner
als weiterer physikalischer Koeffizient die bei einer
Vertikalbewegung des Rades im Verhältnis zum Aufbau wirksame
Reibung als angenommene Konstante mit einem sich aus der
Differenz der vertikalen Radgeschwindigkeit und der
vertikalen Geschwindigkeit des Aufbaus ergebendem Vorzeichen
berechnet wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht
darin, daß aus den Parametern ein die tatsächlich vorhandene
Dämpfung darstellender physikalischer Koeffizient
(geschätzter Istwert A) berechnet wird.
Dabei kann als Sollwert in Anlehnung an bekannte Systeme
eine aufgrund der jeweiligen Fahrsituation vorteilhafte
Dämpfung als Sollwert eingegeben werden. Diese
Ausführungsform kann jedoch auch dadurch weitergebildet
werden, daß aus den berechneten physikalischen Koeffizienten
ein Sollwert für die einzustellende Dämpfung berechnet wird,
der mit dem geschätzten Istwert (A) verglichen wird. Für
den Fall eines aperiodischen Einschwingverhaltens kann dabei
der Sollwert im wesentlichen nach der Gleichung
dAS = k·(A·A)1/2 berechnet werden, wobei k eine Konstante,
A die geschätzte Aufbaufederkonstante und A die geschätzte
Aufbaumasse ist.
Außer der geschätzten Masse A und der geschätzten
Federsteifigkeit A können zusätzlich die geschätzte
Coulombsche Reibung A und die geschätzte zwischen dem Rad
und der Fahrbahn wirksame Federsteifigkeit R berücksichtigt
werden. Dazu ist gemäß einer anderen Weiterbildung
vorgesehen, daß der Sollwert ferner von der Coulombschen
Reibung des Fahrwerks und/oder von der Federsteifigkeit des
Reifens derart abhängig ist, daß der Sollwert kleiner wird,
wenn die Coulombsche Reibung größer und/oder die
Federsteifigkeit des Reifens kleiner wird.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung
besteht darin, daß dem Regler ferner aus den Prozeßgrößen
berechnete Zustandsgrößen zugeführt werden.
Außer zur Regelung der Dämpfung können die berechneten
physikalischen Koeffizienten zur Fehlererkennung mit
vorgegebenen Werten verglichen werden. So kann
beispielsweise aus einer übermäßigen Abweichung der
geschätzten Federsteifigkeit R auf falschen Luftdruck
geschlossen werden. An einer übermäßigen Abweichung der
geschätzten Dämpfung A ist ein Fehler eines
Schwingungsdämpfers ersichtlich. Aus einem hohen geschätzten
Wert der Reibung A kann auf Dämpfer- oder Lagerverschleiß
geschlossen werden.
Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Diagnose des
Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, insbesondere der Wirksamkeit
der Schwingungsdämpfer. Dieses Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, daß Prozeßgrößen, welche mit einer
vertikalen Bewegung des Fahrzeugs zusammenhängen, einem
mathematischen Modell zugeführt werden, das den Zusammenhang
zwischen der vertikalen Beschleunigung eines Rades oder
eines Aufbaus des Fahrzeugs einerseits und anderen
Prozeßgrößen und Parametern andererseits darstellt, und daß
die Parameter des Modells mit einem an sich bekannten
Parameter-Schätzverfahren geschätzt werden.
Vorzugsweise werden dabei aus den geschätzten Parametern
physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs berechnet und
ausgegeben.
Zur Durchführung dieses Verfahrens können entweder die zur
erfindungsgemäßen Regelung im Fahrzeug vorhandenen
Einrichtungen oder ein im Zusammenhang mit einem Prüfstand
vorhandener Rechner benutzt werden.
Wird ein auf einem Prüfstand befindliches Fahrzeug in
vertikaler Richtung aktiv angeregt und werden ferner sowohl
die statische als auch die dynamische Radlast und die
Einfederung gemessen, so ist ohne weitere Verbindung mit dem
Fahrzeug eine Überprüfung verschiedener
Fahrwerkseigenschaften möglich.
Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der in den Hauptansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der
normierten vertikalen Beschleunigung des Aufbaus und
der normierten dynamischen Radlastschwankung mit
verschiedenen physikalischen Koeffizienten als
Parameter zeigt,
Fig. 3 Darstellungen des von dem Aufbau und dem Rad
gebildeten Schwingungssystems,
Fig. 4 eine weitere Darstellung des ersten
Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines dritten
Ausführungsbeispiels.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
In Fig. 1 sind nur diejenigen Teile eines Kraftfahrzeugs
dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich
sind. Der nur teilweise angedeutete Aufbau 1 ist über eine
Feder 2, einen Schwingungsdämpfer 3 und verschiedene
Fahrwerkselemente 4, 5, 6 mit dem Rad 7 verbunden. Am Aufbau
1 befindet sich ein Beschleunigungssensor 8. Ferner ist ein
Sensor 9 zur Messung der Einfederung vorgesehen. Die
Sensoren 8, 9 sind mit Eingängen eines digitalen
Steuergerätes 10 verbunden, das ferner einen Eingang 11 zur
Eingabe des gewünschten Dämpfungsgrades D aufweist. Der
Dämpfungsgrad D kann in vorgegebenen Grenzen willkürlich
eingestellt werden, um beispielsweise eine komfortbetonte
oder eine sogenannte sportliche Dämpfung zu wählen. An einen
Ausgang des Steuergerätes 10 ist ein Stellglied 12
angeschlossen, mit welchem die Dämpfung des
Schwingungsdämpfers 3 eingestellt werden kann. Dieses kann
in an sich bekannter Weise mit einem elektromagnetisch
gesteuerten Ventil erfolgen.
Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der normierten
vertikalen Aufbaubeschleunigung zA′′/g und der normierten
dynamischen Radlastschwankung Fzdyn/Fzstat. Im Sinne einer
Minimierung beider Werte, das heißt, einer möglichst
geringen Aufbaubeschleunigung im Sinne eines größeren
Komforts und einer möglichst geringen dynamischen
Radlastschwankung im Sinne einer größeren Fahrsicherheit
sollte der Dämpfungskoeffizient dA möglichst in dem
hervorgehobenen Bereich 15 der Kurve 16 liegen, die sich
allerdings mit Änderungen der Masse mA des Aufbaus und der
Federsteifigkeit cA des Aufbaus und cR des Reifens ändert.
Damit trotzdem der Dämpfungskoeffizient in einem optimalen
Bereich 15 bleibt, erfolgt eine Regelung des
Dämpfungskoeffizienten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 3 stellt schematisch das aus dem Aufbau 1, der Feder 2,
dem Stoßdämpfer 3 und dem Rad 7 bestehenden
Schwingungssystem dar. In Fig. 3a sind Einflüsse auf die
einzelnen Größen angedeutet. So wird beispielsweise die
Masse mA des Aufbaus von der Zuladung L beeinflußt. Der
Dämpfungskoeffizient des Schwingungsdämpfers 3 hängt unter
anderem von der Temperatur T, von der Abnutzung W und von
einer Steuerspannung U ab, welche dem Stellglied 12 (Fig. 1)
zugeführt wird. Schließlich wirken auf das Rad 7
Unebenheiten h der Fahrbahn 17 und der Reifendruck PR.
In Fig. 3b ist das Rad 7 ebenfalls als Schwingungssystem
dargestellt mit einer Masse mR und einer Federsteifigkeit
cR, die im wesentlichen vom Reifendruck PR abhängt. Die
Federsteifigkeit der Feder 2 wird mit cA bezeichnet. dA ist
der Dämpfungskoeffizient des Schwingungsdämpfers 3. Die
vertikalen Wege des Aufbaus und des Rades sind mit zA und zR
bezeichnet. Die Radlast FZ setzt sich aus der Gewichtskraft
FZstat und den dynamischen Radlastschwankungen FZdyn wie
folgt zusammen:
FZ = FZstat + FZdyn = (mA+mR)g + FZdyn.
Das Steuergerät 10 besteht im wesentlichen aus einem
Mikrocomputer mit geeigneten Ein- und Ausgangsschnittstellen
und einem das erfindungsgemäße Verfahren durchführenden
Programm. Zur Darstellung einzelner Verarbeitungsschritte
bei den einzelnen Ausführungsbeispielen wurde jedoch die
Form von Blockschaltbildern gemäß den Fig. 4 bis 6
gewählt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird vom
Sensor 9 die Einfederung, das heißt, die Wegdifferenz des
Rades und des Aufbaus einerseits zum mathematischen Modell
18 und andererseits zur Berechnung 19 der Differenz zwischen
der Radgeschwindigkeit und der Aufbaugeschwindigkeit
geleitet. Vom Beschleunigungssensor 8 wird die
Aufbaubeschleunigung dem mathematischen Modell 18 zugeführt.
Das mathematische Modell 18 entspricht der Gleichung
zA′′= a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′).
Durch ein an sich bekanntes Parameterschätzverfahren werden
die Parameter â0 und â1 geschätzt. Ein geeignetes Verfahren
zum Schätzen von Parametern ist beispielsweise in
R. Isermann: "Estimation of Physical Parameters for Dynamic
Processes with Application to an Industrial Robot", American
Control Conference, Santiago 1990 angegeben.
Aus den geschätzten Parametern â0 und â1 wird bei 20 ein
geschätzter Istwert des Dämpfungskoeffizienten A berechnet,
der von einem bei 21 zugeführten Sollwert bei 22 subtrahiert
wird. Die Differenz wird einem Regler 23 zugeführt, von
dessen Ausgang 24 die Stellspannung U für das Stellglied 12
(Fig. 1) abnehmbar ist.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
außer den Sensoren 8, 9 ein weiterer Sensor 26 vorgesehen,
der die Einfederung des Reifens mißt - also die Differenz
der Unebenheiten der Fahrbahn und des Absolutweges des
Rades. Die gemessenen Größen, sowie die bei 19 berechnete
Geschwindigkeitsdifferenz werden einem Modell 27 zugeführt,
das der Gleichung
zR′′ =- a0(zR-zA) - a1(zR′-zA′) + b0(h-zR) (2)
entspricht. Die geschätzten Parameter â0, â1 und 0 gelangen
zu einer Berechnung bei 28 des geschätzten Istwertes A des
Dämpfungskoeffizienten, der geschätzten
Reifenfedersteifigkeit R und der geschätzten
Federsteifigkeit A entsprechend den Gleichungen
a0 = cA/mR, a1 = dA/mR, b0 = cR/mR. (3).
Bei 30 wird aus A und A für den Fall eines aperiodischen
Einschwingverhaltens nach der Gleichung dAS = k · (A · A)1/2 ein
Sollwert dAS berechnet, der dem Subtrahierer 22 zugeleitet
wird. Zusätzlich kann dAS durch R beeinflußt werden.
Kombiniert man die letztgenannte Gleichung mit einer
weiteren Schätzgleichung, die sich direkt aus der
Kräftebilanz ableiten läßt,
zR′′ = a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′) + (zR′′-zA′′)
mit a0 = cA/mA, a1 = dA/mA,
so läßt sich ohne weitere Meßgröße mit den geschätzten Koeffizienten A und A die Aufbaumasse mA bestimmen. (zR′′-zA′′) wird ebenfalls aus der Meßgröße (zR-zA) berechnet.
so läßt sich ohne weitere Meßgröße mit den geschätzten Koeffizienten A und A die Aufbaumasse mA bestimmen. (zR′′-zA′′) wird ebenfalls aus der Meßgröße (zR-zA) berechnet.
Gegenüber dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird bei diesem Ausführungsbeispiel nicht nur eine
Abweichung der Kennlinie des Stellgliedes des
Schwingungsdämpfers ausgeregelt, sondern auch eine Änderung
der Masse des Aufbaus. Außerdem wird über den Sensor 26 die
Auswirkung des Reifendrucks berücksichtigt. Über einen
Eingang 29 kann ein Vorgabewert für das Fahrverhalten,
beispielsweise ein die Konstante k beeinflussendes Signal
zugeführt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ferner eine
Diagnoseeinrichtung 31 vorgesehen, welcher der geschätzte
Istwert A und die geschätzte Federsteifigkeit des Reifens
R zugeführt werden. Durch einen geeigneten Vergleich mit
vorgegebenen Bezugswerten kann eine Fehlermeldung erzeugt
werden, die beispielsweise besagt, daß der Reifendruck oder
die Dämpfungswirkung des Stoßdämpfers zu niedrig ist. Das in
Fig. 5 dargestellte Verfahren kann in vereinfachter Form
auch ohne den Sensor 26 durchgeführt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 werden wie beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 mit Hilfe des Modells 27 die
Parameter â0, â1 und gegebenenfalls 0 geschätzt. Auch die
Berechnung der physikalischen Koeffizienten bei 28 erfolgt
wie bei den anderen Ausführungsbeispielen. Zur Berechnung
eines zukünftigen optimalen Dämpfungskoeffizienten dA(k+1)
wird von der folgenden Zustandsraumdarstellung der
Gleichungen (1) und (2) ausgegangen:
Die Zustandsvariablen errechnen sich dann wie folgt:
Unterstrichene Größen bedeuten Vektoren. Die Systemmatrizen
A bis G enthalten physikalische Koeffizienten, insbesondere
A, A und gegebenenfalls R im Falle der Verwendung eines
Sensors 26. Das Verfahren liefert jedoch auch günstige
Ergebnisse, wenn h(t)-zR(t) nicht gemessen, sondern als Null
angenommen wird. Der ebenfalls geschätzte physikalische
Koeffizient, nämlich der geschätzte Istwert A, ist nicht in
die Systemmatrizen einbezogen, da dieser Wert
zeitveränderlich ist und somit eine häufige Wiederholung der
Berechnung der Systemmatrizen erforderlich machen würde. Die
Zustandsvariablen x(t) werden bei 35 gebildet und über den
Regler 36 zurückgeführt, um eine schnelle Einstellbarkeit
des Schwingungsdämpfers bzw. eine schnelle Änderung des
Dämpfungskoeffizienten zu ermöglichen.
Die im Zusammenhang mit Fig. 5 bereits beschriebene
Parameterschätzung bewirkt bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 6 eine zweite Regelschleife zur Adaption an sich
normalerweise langsam ändernde Bedingungen. Das durch die
Gleichungen (4) und (5) gegebene Prozeßmodell wird im
folgenden wegen der zeitdiskreten Verarbeitung im
Mikrocomputer im Zustandsraum in diskreten Zeitschritten (k,
k+1 . . .) dargestellt:
Diese Gleichungen erlauben die Vorhersage des zukünftigen
Fahrzeugverhaltens, wenn die Zustandsvariablen x(k) zum
gegenwärtigen Zeitpunkt k bekannt sind und die Unebenheit
der Fahrbahn 0 ist. Der optimale Wert von u kann durch eine
Minimierung eines Güteindizes bestimmt werden. Zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hierzu
vorgeschlagen, die erwartete Varianz der
Aufbaubeschleunigung und der Radlastschwankung zum Zeitpunkt
k+1 zu benutzen. Damit erhält man folgende Gleichungen:
Dabei sind g1 und g2 Gewichtungsfaktoren. Der Güteindex
Ipi(k+1) kann durch eine Einschrittvorhersage des internen
Modells berechnet werden. Die erforderliche Bedingung für
ein Minimum
führt zu einem optimalen Wert von u(k+1) nach der Gleichung
wobei u(k+1; k) die Größe u im Zeitpunkt k+1 berechnet aus
Werten zum Zeitpunkt k und k T ein transponierter
Rückführvektor ist. Mit Hilfe der Gleichungen (7) und (14)
ist dann eine analytische Berechnung eines optimalen Wertes
für dA(k+1) und dadurch eine Berechnung in Realzeit möglich.
Die Berechnung wird etwa alle 5 ms wiederholt, so daß das
System in der Lage ist, auf schnelle Änderungen wie die
Unebenheit der Fahrbahn zu reagieren. Es verbessert somit
den Fahrkomfort und die Sicherheit gleichzeitig.
dA(k+1) ist der Sollwert, der im nächsten Abtastschritt
eingestellt werden soll. An den Dämpfer wird eine
entsprechende Stellgröße (Spannung oder Strom) abgegeben.
Der Zusammenhang zwischen dieser Stellgröße und der sich
ergebenden Dämpfung dA ist in Form eines Kennfeldes im
Rechner bereits abgelegt. Das Kennfeld wird durch Schätzen
von A für unterschiedliche Stellgrößen ermittelt und von
Zeit zu Zeit aktualisiert, um sich an langsame Änderungen
anzupassen.
Im folgenden sind einige mögliche Gleichungen zur Schätzung
der Parameter aufgeführt unabhängig davon, ob sie im
Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen bereits erwähnt
sind:
(zR-zA)=(mA/cA)zA′′-(dA/cA)(zR′-zA′) (15)
zR′′=(zR/mR)(h-zR)-(cA/mR)(zR-zA)-(dA/mR)(zR′-zA′) (16)
zR′′=(cA/mA)(zR-zA)+(dA/mA)(zR′-zA′)+(zR′′-zA′′) (17)
Fc=mAzR′′-(dA/cA)Fc′-(mA/cA)Fc′′ (18)
Mit diesen Schätzgleichungen lassen sich aus gemessenen
Prozeßgrößen unter Verwendung von bekannten Koeffizienten
die folgenden Koeffizienten gemäß folgender Tabelle
schätzen:
Eine weitere Schätzgleichung enthält die dynamische
Radlastschwankung FZdyn und die Einfederung zR-zA. Diese
Gleichung läßt sich vorteilhaft für Fahrzeuguntersuchungen
auf einem Prüfstand verwenden, wobei FZdyn leicht meßbar
ist, und lautet:
b₀FZdyn=(zR-zA)+a₁(zR′-zA′)+a₂(zR′′-zA′′) (19)
mit b₀=mA/(mA+mR)cA
a₁=dA/cA , a₂=mAmR/(mA+mR)cA .
Die Summe (mA+mR) läßt sich in einfacher Weise durch
statische Messung der Gewichtskraft FZstat bestimmen,
während die Einfederung durch ein geeignetes Meßgerät
gemessen werden kann.
Claims (22)
1. Verfahren zur Regelung der Dämpfung des Fahrwerks eines
Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet,
daß Prozeßgrößen, welche mit einer vertikalen Bewegung des Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell zugeführt werden, das den Zusammenhang zwischen der vertikalen Beschleunigung eines Rades oder eines Aufbaus des Fahrzeugs einerseits und anderen Prozeßgrößen und Parametern andererseits darstellt, und
daß die Parameter des Modells mit einem an sich bekannten Parameter-Schätzverfahren geschätzt und zur Erzeugung einer Stellgröße zur Einstellung der Dämpfung verwendet werden.
daß Prozeßgrößen, welche mit einer vertikalen Bewegung des Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell zugeführt werden, das den Zusammenhang zwischen der vertikalen Beschleunigung eines Rades oder eines Aufbaus des Fahrzeugs einerseits und anderen Prozeßgrößen und Parametern andererseits darstellt, und
daß die Parameter des Modells mit einem an sich bekannten Parameter-Schätzverfahren geschätzt und zur Erzeugung einer Stellgröße zur Einstellung der Dämpfung verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten
des Fahrzeugs berechnet werden, die einem Regler zugeführt
werden und
daß der Regler die Stellgröße für die Einstellung der
Dämpfung bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als andere Prozeßgrößen die Einfederung und die
Geschwindigkeit der Einfederung dienen, wobei die
Geschwindigkeit der Einfederung aus meßbaren Größen
berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird:
zA′′= a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′),wobei a0 und a1 Parameter, zR und zA die Absolutwege des
Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die
Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus und zA′′
die Vertiaklbeschleunigung des Aufbaus bedeuten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten
des Fahrzeugs nach folgenden Gleichungen berechnet werden
a0 = cA/mA, a1 = dA/mA,wobei cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame
Federsteifigkeit, mA die Masse des Aufbaus und
dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks sind.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
als Prozeßgröße ferner die Deformation des Reifens dient.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Modell von folgender Gleichung gebildet wird
zR′′ = -a0(zR-zA) - a1(zR′-zA′) + b0(h-zR),wobei a0 und a1 Parameter, zR und zA die Absolutwege des
Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die
Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus, zR′′
die Vertikalbeschleunigung des Rades und h die Unebenheit
der Fahrbahn bedeuten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten
des Fahrzeugs nach folgenden Gleichungen berechnet werden
a0 = cA/mR, a1 = dA/mR, b0 = cR/mR,wobei cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame
Federsteifigkeit, dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks,
cR die zwischen dem Rad und der Fahrbahn wirksame
Federsteifigkeit und mR die Masse des Rades sind.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird:
zR′′= (cA/mA)(zR-zA) + (dA/mA)(zR′-zA′) + (zR′′-zA′′),wobei cA die Federsteifigkeit zwischen Aufbau und Rad, mA
die Masse des Aufbaus, dA der Dämpfungskoeffizient des
Fahrwerks, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des
Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades
bzw. des Aufbaus und zA′′ und zR′′ die Vertikalbeschleunigung
des Aufbaus bzw. des Rades bedeuten.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird:
Fc = mAzR′′ - (dA/cA)Fc′ - (mA/cA)Fc′′,wobei mA die Masse des Aufbaus, dA der Dämpfungskoeffizient
des Fahrwerks, cA die Federsteifigkeit zwischen Aufbau und
Rad, zR′′ die Vertikalbeschleunigung des Rades, Fc die Kraft
der Feder zwischen Rad und Aufbau und Fc′ und Fc′′deren
Ableitungen nach der Zeit bedeuten.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ferner als weiterer
physikalischer Koeffizient die bei einer Vertikalbewegung
des Rades im Verhältnis zum Aufbau wirksame Reibung als
angenommene Konstante mit einem sich aus der Differenz der
vertikalen Radgeschwindigkeit und der vertikalen
Geschwindigkeit des Aufbaus ergebendem Vorzeichen berechnet
wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß aus den Parametern ein die
tatsächlich vorhandene Dämpfung darstellender physikalischer
Koeffizient (geschätzter Istwert A) berechnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
aus den berechneten physikalischen Koeffizienten ein
Sollwert für die einzustellende Dämpfung berechnet wird, der
mit dem geschätzten Istwert (A) verglichen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
für ein aperiodisches Einschwingverhalten der Sollwert im
wesentlichen nach der Gleichung
dAS = k·(A·A)1/2berechnet wird,
wobei k eine Konstante, A die geschätzte
Aufbaufederkonstante und A die geschätzte Aufbaumasse ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sollwert ferner von der Coulombschen Reibung des
Fahrwerks und/oder von der Federsteifigkeit des Reifens
derart abhängig ist, daß der Sollwert kleiner wird, wenn die
Coulombsche Reibung größer und/oder die Federsteifigkeit des
Reifens kleiner wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Regler ferner aus den Prozeßgrößen
berechnete Zustandsgrößen zugeführt werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß berechnete physikalische
Koeffizienten zu Diagnosezwecken mit vorgegebenen Werten
verglichen werden.
18. Verfahren zur Diagnose des Fahrwerks eines
Kraftfahrzeugs, insbesondere der Wirksamkeit der
Schwingungsdämpfer, dadurch gekennzeichnet, daß
Prozeßgrößen, welche mit einer vertikalen Bewegung des
Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell
zugeführt werden, das den Zusammenhang zwischen der
vertikalen Beschleunigung eines Rades oder eines Aufbaus des
Fahrzeugs einerseits und anderen Prozeßgrößen und Parametern
andererseits darstellt, und daß die Parameter des Modells
mit einem an sich bekannten Parameter-Schätzverfahren
geschätzt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten
des Fahrzeugs berechnet und ausgegeben werden.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß berechnete physikalische
Koeffizienten oder davon abgeleitete Daten über eine
Schnittstelle ausgegeben werden.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein auf einem Prüfstand
befindliches Fahrzeug in vertikaler Richtung aktiv angeregt
wird.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird:
b0FZdyn = (zR-zA) + a1(zR′-zA′) + a2(zR′′-zA′′)
mit b0 = mA/(mA+mR)cA
a1 = dA/cA, a2 = mAmR/(mA+mR)cA,wobei die dynamische Radlastschwankung FZdyn und die Einfederung zR-zA gemessen werden und die Summe durch statische Messung der Gewichtskraft FZstat bestimmt wird und dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks, cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame Federsteifigkeit, mA die Masse des Aufbaus, mR die Masse des Rades, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus und zA′′ und zR′′ die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus bzw. des Rades bedeuten.
mit b0 = mA/(mA+mR)cA
a1 = dA/cA, a2 = mAmR/(mA+mR)cA,wobei die dynamische Radlastschwankung FZdyn und die Einfederung zR-zA gemessen werden und die Summe durch statische Messung der Gewichtskraft FZstat bestimmt wird und dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks, cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame Federsteifigkeit, mA die Masse des Aufbaus, mR die Masse des Rades, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus und zA′′ und zR′′ die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus bzw. des Rades bedeuten.
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