DE4240614A1 - System zur Regelung und/oder Steuerung eines regelbaren und/oder steuerbaren Fahrwerks - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung und/oder Steuerung eines regelbaren und/oder steuerbaren Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.

Für die Ausgestaltung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs ist ein leistungsfähiges Aufhängungssystem zwischen den Radeinheiten und dem Fahrzeugaufbau wesentlich. Bei konventionell passiv ausgelegten Auf­ hängungssystemen werden die Federungs- und/oder Dämpfungseigenschaften als ein Kompromiß zwischen Fahrkomfort und Fahrsicherheit fest ein­ gestellt. Demgegenüber können bei einem vollaktiven Aufhängungs­ system beliebige Kräfte zwischen den Rädern und dem Fahrzeugaufbau aufgebracht werden. Im Falle eines semiaktiven Systems besteht das Aufhängungssystem im allgemeinen aus einer Federanordnung mit einer festen Federcharakteristik, der eine Dämpfungseinrichtung mit ver­ stellbarer Dämpfung parallel geschaltet ist. Ein solcher Dämpfer mit verstellbarer Dämpfungscharakteristik kann beispielsweise derart realisiert werden, daß der Dämpferkolben mit einem Drosselventil ausgestattet ist, dessen Durchflußquerschnitt veränderbar ausgelegt ist.

Für die Ausgestaltung eines solchen, in seiner Charakteristik ver­ änderbaren Fahrwerks ist ein leistungsfähiges Verfahren zur Steuerung oder Regelung des verstellbaren Aufhängungssystems von großer Bedeutung. Bei einer solchen Steuerung oder Regelung werden im allgemeinen aufgrund von Informationen von Sensorsignalen, die über den Fahrzustand des Fahrzeugs Auskunft geben, Ansteuersignale für die verstellbaren Aufhängungssysteme geliefert.

Ein solches Fahrwerkregelungssystem wird in dem SAE-Artikel "A Modular Concept for Suspension Control", Decker, Schramm, Kallen­ bach, SAE 905124 beschrieben.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Optimierung der An­ steuerungen bei solchen verstellbar ausgelegten Aufhängungssystemen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße System zur Regelung und/oder Steuerung eines regelbaren und/oder steuerbaren Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs weist zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern angeordnete Aktuatoren auf, die zur fahrzustandsabhängigen Aufbringung von Kräften zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern durch Signale beaufschlagt werden. Erfindungsgemäß sind bei einem solchen System Mittel vorgesehen, die die zeitlichen Änderungen dieser Signale begrenzen, wodurch die zeitlichen Änderungen der aufzubringenden Kräfte zwischen dem Fahr­ zeugaufbau und den Rädern begrenzt werden. Vorteilhafterweise werden hierdurch insbesondere hochfrequente Spitzen der Kraftänderungen unterbunden. Dies verbessert den Fahrkomfort, reduziert in dem Fahr­ zeug wahrnehmbare Schläge und Stöße, vermindert bei der Verwendung von verstellbar ausgelegten Dämpfern Schaltgeräusche, ohne das Fahr­ verhalten bzw. den Fahrkomfort zu verschlechtern. Weiterhin ist eine Kostenreduktion bei der Auslegung der Systemkomponenten möglich, da bei dem erfindungsgemäßen System geringere Anforderungen an das dynamische Verhalten der Komponenten (Dämpfer, Sensoren, elektro­ nisches Steuergerät) gestellt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, daß durch die Mittel die Begrenzung je nach Vor­ zeichen der zeitlichen Änderungen der Signale bzw. der aufzubringen­ den Kräfte unterschiedlich getätigt werden. Die Ansteuerungen der Aktuatoren, die Kraftänderungen, die das Aufhängungssystem in Rich­ tung "hart" verstellen, werden dabei vorteilhafterweise weniger be­ grenzt, als die Kraftänderungen, die die Aufhängungssysteme in Richtung "weich" verstellen. Es kann also vorgesehen sein, daß Kraftänderungen, die in Richtung Fahrsicherheit getätigt werden, weniger begrenzt werden als die, die Verstellungen in Richtung Fahr­ komfort tätigen. Dies hat den Vorteil, daß das System fahrsicher­ heitsgerichtet arbeitet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Begrenzun­ gen abhängig von dem erfaßten Fahrzustand getätigt. So kann vorge­ sehen sein, bei fahrsicherheitskritischen Fahrzuständen (beispiels­ weise hohe Fahrzeuglängs- und/oder Fahrzeugquerbeschleunigungen heftige Lenkbewegungen) die sicherheitsgerichteten zeitlichen Kraft­ änderungen weitaus weniger zu begrenzen als die fahrkomfortgerich­ teten zeitlichen Änderungen. Hierzu können zur Begrenzung erste Mittel vorgesehen sein, mittels der die zeitlichen Änderungen der aufzubringenden Kräfte mit wenigstens einem Schwellwert verglichen werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, daß beim Vorliegen eines positiven Kraftgradientens die zeitlichen Änderungen mit einer ersten Schwelle und beim Vor­ liegen eines negativen Kraftgradienten die zeitlichen Änderungen mit einer zweiten Schwelle verglichen werden, wobei die erste Schwelle größer als die zweite Schwelle gewählt ist. Bei Überschreiten einer der beiden Schwellen, werden dann die zeitlichen Änderungen der auf­ zubringenden Kräfte begrenzt. Neben der Ausgestaltung, daß die Schwellwerte feste Werte annehmen, kann vorgesehen sein, daß zur fahrzustandsabhängigen Begrenzung der zeitlichen Kraft- bzw. Signal­ änderungen die Schwellwerte von den Fahrzustand beeinflussenden Größen, wie Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, Fahrzeuglängs- und/oder Fahrzeugquerbeschleunigung abhängig sind. Hierdurch wird erreicht, daß die zeitlichen Änderungen der Signale bzw. der aufzubringenden Kräfte in fahrsicherheitskritischen Situationen weniger begrenzt werden als in fahrsicherheitsunkritischen Situationen. Dies kann beispielsweise derart ausgelegt sein, daß in fahrsicherheitskriti­ schen Situationen keine Begrenzung stattfindet.

Im Falle semiaktiver Fahrwerke, sind die Aktuatoren als Dämpfer aus­ gebildet, die zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Fahrzeugauf­ bau und den Rädern in ihrem Dämpfungsverhalten verstellbar sind. Insbesondere bei der Verwendung von Dämpfern kann es bei großen Kraftänderungen zu Umschaltgeräuschen kommen. Aus Fahrsicherheits­ aspekten heraus werden die Kraftänderungen, bei denen die Dämpfungs­ charakteristik der Dämpfer härter eingestellt wird, weniger begrenzt als die Kraftänderungen, bei denen die Dämpfungscharakteristik der Dämpfer weicher eingestellt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zeichnungen

Die Fig. 1 zeigt als Übersichtsdarstellung ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems.

Die Fig. 2 zeigt anhand eines Ablaufdiagramms ein detailliertes Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf der Signale zur Ansteuerung eines Dämpfers nach dem erfindungsgemäßen System und nach dem Stand der Technik.

Ausführungsbeispiel

Anhand des im folgenden zu beschreibenden Ausführungsbeispiels soll das erfindungsgemäße System erläutert werden.

Das Blockschaltbild in der Fig. 1 zeigt hierzu mit dem Bezugs­ zeichen S101 und S102 Sensoren, die Eingangssignale für die Mittel 11 liefern, die diese Eingangssignale zu Dämpferkraftsollsignalen Fdÿ verarbeiten. Mit dem Index i wird gekennzeichnet, ob sich das Aufhängungssystem im vorderen (i = v) oder im hinteren (i = h) Fahr­ zeugbereich befindet. Der Index j gibt ab, ob sich das Aufhängungs­ system im rechten (j = r) oder im linken (j = l) Fahrzeugbereich be­ findet. Die Dämpfersollkraft Fdvr bezeichnet somit die Dämpfersoll­ kraft für das vordere rechte Aufhängungssystem. Die Dämpfersoll­ kräfte Fdÿ werden den Mitteln 12 zur Begrenzung der zeitlichen Kraftänderungen zugeführt, an denen ausgangsseitig die Ansteuer­ signale Fÿ für Aktuatoren 13ÿ anliegen. Darüberhinaus kann den Mitteln 12 zur Begrenzung der zeitlichen Kraftänderungen das fahrzu­ standsabhängige Signal S zugeführt werden.

Im folgenden wird nun anhand der Fig. 1, 2 und 3 die Funktions­ weise eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems be­ schrieben.

In den Mitteln 11 werden abhängig von dem durch die Sensoren S101 und S102 ermittelten Fahrzustand die Steuersollkräfte für die Aktuatoren 13ÿ berechnet. Hierzu werden beispielsweise sensorisch die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rändern und/oder die Aufbaubewegungen in Form von Aufbaubeschleunigungen und/oder der momentane Lenkwinkel und/oder die momentanen Raddreh­ zahlen sensorisch erfaßt. Aus diesen Daten können nun in den Mitteln 11 in aus dem Stand der Technik vielfach bekannter Weise Ansteuer­ signale für die Aktuatoren 13ÿ berechnet werden.

So ist beispielsweise aus dem Stand der Technik das sogenannte Sky­ hook-Regelprinzip bekannt, bei dem durch die Aufhängungssysteme Kräfte aufgebracht werden, die proportional zur sensierten absoluten Aufbaugeschwindigkeit sind. Man gelangt so zu einer inertialen Dämpfung der Aufbaubewegungen. Weiterhin ist bekannt, die Radbewe­ gungen zu dämpfen um den dynamischen Radlastschwankungen entgegen zu wirken. Während die Beruhigung des Fahrzeugaufbaus in erster Linie Vorteile im Fahrkomfort zur Folge haben, gelangt man durch eine Minimierung der dynamischen Radlastschwankungen zur Erhöhung der Fahrsicherheit.

In diesem Ausführungsbeispiel sollen die Aktuatoren 13ÿ als Dämpfer ausgelegt sein, die in ihrem Dämpfungsverhalten verstellbar sind.

Die detaillierte Funktionsweise der Mittel 12 zur Begrenzung der zeitlichen Kraftänderungen soll im folgenden anhand des Ablauf­ diagramms der Fig. 2a und 2b aufgezeigt werden.

In der Fig. 2a wird nach dem Start (Schritt 201) in dem Schritt 202 der aktuelle Wert der aufzubringenden Kraft Fdÿnew (Dämpfersoll­ kraft) und der vorhergehend ermittelte Wert Fdÿold für die Dämpfer­ kraft eingelesen. In dem Schritt 203 wird der neue Wert Fdÿnew mit dem vorhergehend ermittelten Fdÿold verglichen. Ist der neue Wert der aufzubringenden Kraft Fdÿnew größer als der vorhergehend er­ mittelte, liegt also ein positiver Kraftgradient vor, so wird in den in der Fig. 2b aufgeführten Schritte 204 die betragliche Änderung der Sollkräfte mit einem Schwellwert LIMIT 1 verglichen. Im Fall eines negativen Kraftgradienten, wenn also der aktuell ermittelte Dämpferkraftsollwert Fdÿnew kleiner als der vorhergehend ermittelte Wert Fdÿold ist, wird in dem in der Fig. 2b aufgezeigten Schritt 205 die betragliche Differenz mit einem zweiten Schwellwert LIMIT 2 verglichen.

Wird in den Schritten 204 und 205 festgestellt, daß die in den Mitteln 11 ermittelten Dämpferkraftänderungen kleiner als die je­ weiligen Schwellen LIMIT 1 bzw. 2 sind, so wird in dem Schritt 206 der aktuell ermittelte Wert Fdÿnew für die Dämpferkraft an den je­ weiligen Dämpfer 13ÿ weitergeleitet und eine entsprechende Kraft zwischen dem jeweiligen Rad und dem Aufbau aufgebracht. Wird in den Schritten 204 bzw. 205 festgestellt, daß die zeitlichen Kraftände­ rungen größer als die jeweiligen Schwellwerte sind, so wird im Falle eines positiven Kraftgradienten die Dämpfersollkraft Fÿ = Fdÿold + LIMIT 1, und im Falle eines negativen Kraftgradienten die Dämpfer­ sollkraft Fÿ = Fdÿold - LIMIT 2 durchgestellt. In dem Schritt 209 wird dann der im Schritt 202 als aktuell ermittelte Kraftwert Fdÿnew als vorhergehend ermittelter Fdÿold gesetzt, um im Schritt 202 des nachfolgenden Programmdurchlaufs als vorhergehend ermittel­ ter Wert eingelesen zu werden.

Die Schwellwerte LIMIT 1 und 2 können entweder feste Werte annehmen oder abhangig vom erfaßten Fahrzustand gewählt werden. Hierzu ist in der Fig. 1 angedeutet, das Fahrzustandssignal S den Mitteln 12 zu­ zuführen. Insbesondere ist vorgesehen, daß die Schwellwerte LIMIT 1 bzw. 2 von Größen abhängig sind, die den Fahrzustand beeinflussen. Solche Größen sind beispielsweise die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit, die Fahrzeuglängs- und/oder Fahrzeugquerbeschleunigung, der Lenkwinkel oder die Raddrehzahlen bzw. daraus abgeleitete Größen. Insbesondere ist vorgesehen, daß die erste Schwelle LIMIT 1 größer als die zweite Schwelle LIMIT 2 gewählt ist. Dies hat zur Folge, daß die positiven Kraftänderungen, die im allgemeinen fahrsicherheitsgerichtete Ver­ stellungen bedeuten, weniger begrenzt werden als negative Kraft­ änderungen, bei denen die Aufhängungssysteme "weicher" verstellt werden.

In der Fig. 3 ist die Wirkung der erfindungsgemäßen Kraftänderungs­ begrenzung zu sehen. Hierzu ist zum einen die unbegrenzte Dämpfer­ sollkraft Fdÿ (dünn gezeichneter Verlauf) bzw. die erfindungsgemäß begrenzte Dämpfersollkraft Fÿ (dick eingezeichneter Verlauf) über der Zeit t aufgetragen. Man erkennt deutlich, daß ohne die erfin­ dungsgemäße Kraftänderungsbegrenzung (dünn eingezeichneter Verlauf, Linie 1) weitaus größere Kraftsprünge auftreten als mit der er­ findungsgemäßen Kraftänderungsbegrenzung (dick eingezeichneter Ver­ lauf, Linie 2).

Claims (10)

1. System zur Regelung und/oder Steuerung eines regelbaren und/oder steuerbaren Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs mit zwischen dem Fahr­ zeugaufbau und den Rädern angeordneten Aktuatoren, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern angeordnet sind und zur fahrzustands­ abhängigen Aufbringung von Kräften mit Signalen beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (12) vorgesehen sind, mittels der die zeitlichen Änderungen (|Fdÿnew-Fdÿold|) der Signale (Fdÿ) be­ grenzt werden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Mittel (12) die Begrenzungen je nach Vorzeichen der zeitlichen Änderungen der Signale (Fdÿ) unterschiedlich getätigt werden.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Mittel (12) die Begrenzungen abhängig von dem erfaßten Fahrzu­ stand getätigt werden.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Be­ grenzung erste Mittel (204, 205) vorgesehen sind, mittels der die zeitlichen Änderungen (|Fdÿnew-Fdÿold|) mit wenigstens einem Schwellwert (LIMIT 1, LIMIT 2) verglichen werden.

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeit­ lichen Änderungen (|Fdÿnew-Fdÿold|) der Signale (Fdÿ), durch die die Aktuatoren (13ÿ) zur Aufbringung einer größeren Kraft verstellt werden (positiver Kraftgradient), weniger begrenzt werden als die zeitlichen Änderungen (|Fdÿnew-Fdÿold|) der Signale (Fdÿ), durch die die Aktuatoren (13ÿ) zur Aufbringung einer geringeren Kraft verstellt werden (negativer Kraftgradient).

6. System nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen eines positiven Kraftgradienten die zeitlichen Änderungen (|Fdÿnew-Fdÿold|) mit einer ersten Schwelle (LIMIT 1) und beim Vorliegen eines negativen Kraftgradienten die zeitlichen Änderungen (|Fdÿnew-Fdÿold|) mit einer zweiten Schwelle (LIMIT 2) verglichen werden, wobei die erste Schwelle (LIMIT 1) größer als die zweite Schwelle (LIMIT 2) gewählt ist, und bei Überschreiten einer der beiden Schwellen (LIMIT 1, LIMIT 2) die zeitlichen Änderungen (|Fdÿnew-Fdÿold|) begrenzt werden.

7. System nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte (LIMIT 1, LIMIT 2) feste Werte annehmen und/oder von den Fahrzustand beeinflussenden Größen wie Fahrzeuglängsgeschwindig­ keit, Fahrzeuglängs- und/oder Fahrzeugquerbeschleunigung und/oder der Lenkwinkel und/oder die Raddrehzahlen oder daraus abgeleitete Größen abhängig sind.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeit­ lichen Änderungen (|Fdÿnew-Fdÿold|) in fahrsicherheitskritischen Situationen weniger begrenzt werden als in fahrsicherheitsunkri­ tischen Situationen.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aktuatoren (13ÿ) als Dämpfer ausgebildet, die zur Aufbringung von Kräften (Fÿ) zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern in ihrem Dämpfungsverhalten verstellbar sind.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft­ änderungen, bei denen die Dämpfungscharakteristik der Dämpfer härter eingestellt wird, weniger begrenzt werden als die Kraftänderungen, bei denen die Dämpfungscharakteristik der Dämpfer weicher einge­ stellt wird.