DE4442355B4 - Verfahren zur Erfassung und Auswertung von fahrdynamischen Zuständen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Erfassung und Auswertung von fahrdynamischen Zuständen eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter für einen fahrdynamischen Zustand eine elastische Achsverformung einfließt und alsMaß für die Achsverformung die Dicke eines Luftspaltes zwischen einem rotierenden Encoder und einem Drehzahlsensor herangezogen wird.

Description

  • Es bestehen seit einigen Jahren mit steigender Tendenz innerhalb der Kraftfahrzeugindustrie Bestrebungen, durch geschickten Bremseneingriff oder elektronische Regelung der Lenkung, der Fahrzeugfederung oder aber der Motorleistung die Fahrstabilität von Kraftfahrzeugen in fahrdynamisch kritischen Situationen zu verbessern. In der DE 35 45 715 C2 wird beispielsweise vorgeschlagen, Informationen aus dem Lenkwinkel, der Fahrzeuggeschwinidigkeit, den einzelnen Radgeschwindigkeiten, der Querbeschleunigung des Fahrzeugs sowie aus der Giergeschwindigkeit heranzuziehen um einen gezielten Bremsen- und Motoreingriff vorzunehmen.
  • Aus der DE 2 147 396 geht eine Vorrichtung zum Verhindern des Blockierens einer Kraftfahrzeugbremse hervor, bei der eine Achsverschiebung in Fahrtrichtung auf mechanisch/hydraulische Weise zur Beeinflussung des Bremsdruckes herangezogen wird.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf neue Art und Weise Informationen über die Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs zu gewinnen.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit Hilfe der Merkmale des Anspruches 1. Es ist bekannt, daß bei bestimmten Fahrmanövern, z.B. dem schnellen Durchfahren enger Kurven, die auftretenden dynamischen Kräfte zu einer zeitweisen Verformung von Achsteilen führen können. Dieser Zustand gekennzeichnet eine bestimmte Situation von Fahrstabilität. Die Erfindungen beruht auf dem Grundgedanken, zur Unterstützung der Fahrstabilitätsregelung über die elastische Verformung der Achsteile Informationen über die dynamischen Kräfte zu erhalten.
  • Die Auswertung dieser Information kann unter Umständen in Kombination mit gemessenen Einzelraddrehzahlen einen kostenaufwendigen Giergeschwindigkeitsmesser ersetzen oder zumindest aus Redundanzgründen Grundlage für eine Plausibilitätsprüfung gemessener Giergeschwindigkeiten bzw. Querbeschleunigungen sein.
  • Ein geeignetes Maß für die Achsverformung bietet die Dicke eines Luftspaltes zwischen Sensor und Encoder eines Drehzahlmessers.
  • Sensorische Vorrichtungen zur Erfassung von Raddrehzahlen sind bekannt. Sie bestehen in der Regel aus einem inkrementalen Encoder, der mechanisch mit dem drehenden Teil verbunden ist und einen Sensor, der diesen Encoder abtastet. Als Encoder werden ferromagnetische Zahnräder, Zahnringe und ferromagnetische Lochscheiben verwendet. Zur Anwendung in Radlagern ist es auch bekannt, magnetisierte Strukturen zu verwenden, z.B. eine ring- oder kreisförmige Anordnung aufeinanderfolgender Nord- und Südpole, eingebettet in einen mechanischen Träger. Die gegenwärtig größte Verbreitung haben sogenannte "passive" Sensoren nach dem Reluktanzprinzip. Sie bestehen aus einer Kombination einer Kupferspule mit einem Permanentmagneten, der magnetisch an den Encoder gekoppelt ist. Der Encoder moduliert bewegungssynchron die magnetische Koppelreluktanz, wobei in die Kupferspule nach Art eines Dynamo eine bewegungssynchrone Wechselspannung induziert wird, deren Frequenz als Meßgröße ausgewertet wird. Die Höhe dieser induzierten Eingangsspannung ist veränderlich mit der Drehfrequenz des Encoder und der Dicke des Luftspaltes zwischen Encoder und Sensor.
  • In der Entwicklung befindlich sind verschiedene Varianten sogenannter "aktiver" Sensoren. Sie bestehen aus der Kombination eines magnetostatisch empfindlichen Elementes mit einem Permanentmagneten, der magnetisch an den Encoder gekoppelt ist. Der Encoder moduliert hierbei bewegungssynchron die magnetische Koppelreluktanz oder im Fall eines magnetisierten Encoders die Feldrichtung, wobei das Sensorelement effektspezifisch auf die Änderung der Flußdichte bzw. auf die Bewegung eines Feldvektors anspricht. Bekannte Beispiele solcher Grundelemente sind Hall-Sonden oder magnetoresistive Permalloy-Strukturen. Die Höhe der Signalspannung am Sensorelement ist mit der Luftspaltdicke veränderlich, jedoch unabhängig von der Frequenz.
  • Gegenwärtig ausgeführte aktive Sensoren beschränken die von Ihnen verfügbare sensorische Information auf einen einzigen Parameter, nämlich die Signalfrequenz. Durch eine interne Verstärker- und Tricggerschaltung wird ein binäres Ausgangssignal mit zwei konstanten Amplitudenwerten generiert, deren Flankenwechsel. ausgewertet werden. Dieses Ausgangssignal läßt keinen Rückschluß auf die eingestellte Luftspaltdicke zu.
  • Es ist aber bereits in der EP 783 699 A1 beschrieben worden, den elektronischen Schaltkreis eines aktiven Sensors so auszubilden, daß die Stärke des Ausgangssignales und/oder die Form des Ausgangssignales signifikant mit der Luftspaltdicke veränderlich ist. In einer der beschriebenen Ausführungsformen wird das sinusähnliche Eingangssignal, das durch die Wirkung des Encoders am magnetfeldempfindlichen Sensor entsteht und dessen Spitzenwert mit der Luftspaltdicke variiert, durch einen sensorintegrierten elektronischen Schaltkreis verstärkt und einen Ausgangssignalstrom gewandelt. Der Amplitudenbereich des Ausgangssignals ist begrenzt, so daß bei ausreichender Annäherung zwischen Sensor und Encoder die sinusähnliche Kurvenform einen rechteckähnlichen Verlauf annimmt. Eine andere Ausführungsform schlägt einen sensorintegrierten Schaltkreis vor, welche die Kurvenform des Ausgangssignalstromes stets rechteckförmig hält, jedoch die Amplitude des Rechteckes in Abhängigkeit von der Amplitude des sinusähnlichen Eingangssignals, dessen Spitzenwert mit der Luftspaltdicke variiert verändert. Schließlich ist auch noch vorgeschlagen worden, dem Ausgangssignalstrom mit der Information über die Geschwindigkeit stets eine rechteckige Kurvenform mit konstanter Amplitude zu geben, wie es an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist, jedoch zusätzlich ein weiteres Ausgangssignal an den elektronischen Regler zu senden, welches eine Information über die Intensität eines sinusähnlichen Eingangssignales enthält. Es läßt sich also auf besonders einfache Weise eine Information über die Achsverformung mit Hilfe einer Messung der Luftspaltdicke gewinnen, wenn ein derartig ausgerüsteter aktiver Sensor oder aber ein passiver Sensor verwendet wird, der ohnehin ein Ausgangssignal sendet, dessen Amplitude abhängig ist von der Luftspaltdicke.
  • Eine Verwendung derartiger Sensoren ermöglicht es, ohne weitere Sensorik Informationen über Einzelradgeschwindigkeiten, Fahrzeuggeschwindigkeit und dynamische Kräfte bei Achsverformung zu erhalten.
  • Die weiteren Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bei einem aktiven Sensor mit einer Ausrüstung zur Erkennung der Luftspaltdicke wird zur Durchführung der Erfindung der Sensor so justiert, daß die Dynamikbereiche von elastischer Achsverformung und Veränderung der Amplitude des sinusähnlichen Eingansgsignales ausreichend übereinstimmen. Danach besteht ein reproduzierbarer Zusammenhang zwischen dynamischer Verformung von Achsteilen und der Veränderung des Eingangssignales, der erfindungsgemäß genutzt werden soll. Diese dynamikabhängige Signalveränderung ist der Funktion der Drehzahlmessung linear überlagert und führt zu keiner Verfälschung dieser beiden Meßgrößen, die gemeinsam im elektronischen Regler dekodiert werden können.
  • Bei einer Verwendung passiver Sensoren in der erfindungsgemäßen Doppelfunktion ist es besonders günstig, daß derartige dynamische Verformungen insbesondere bei großen Fahrgeschwindigkeiten auftreten. Da die Sensoren bei hohen Geschwindigkeiten eine entsprechend hohe Dynamospannung erzeugen, ist bei hohen Geschwindigkeiten auch das Signal-Rausch-Verhältnis besonders gut. Die Justage erfolgt auf gleiche Weise, wie sie für aktive Sensoren erläutert wurde. Zur Ermittlung der Abweichung der dynamischen Luftspaltdicke von der Nennluftspaltdicke, also der Luftspaltdicke die ohne Achsverformung eingestellt ist, reicht bei passiven Sensoren der Vergleich mit einem konstanten Wert allerdings nicht aus, da die Amplitude des Eingangssignals auch frequenzabhängig ist. Die induzierte Eingangssignalspannung kann bei langsamen Geschwindigkeiten daher frequenzabhängig gemessen werden und dann durch Kenntnis der Abhängigkeit von Frequenz und Eingangssignalspannung für jeden dynamikfreien Normalwert, d.h. ohne Achsverformung, bei hohen Fahrgeschwindigkeiten berechnet werden. Die dynamische Verformung der Achsteile bewirkt Veränderungen der Luftspaltdicke und damit verbunden reproduzierbar entsprechende Signalgrößenabweichnungen vom dynamikfreien Normalwert, die dann im elektronischen Regler zusätzlich zur Drehzahlinformation ausgewertet werden können.
    •
  • Zur näheren Erläuterung dient die nun folgende Beschreibung einer Zeichnung, welche die Signalsituationen an der Vorderachse eines frontgetriebenen Fahrzeuges bei Durchfahren einer engen Kurve.
  • Der Einfachheit halber wird vorausgesetzt, daß bei der Kurvenfahrt die Fahrgeschwindigkeit relativ hoch ist und nicht vermindert wird. Die Situation vor der Kurve ist in 1a dargestellt, in welcher die Amplitudenwerte am linken Raddrehzahlmesser L und am rechten Raddrehzahlmesser R etwa gleich hoch sind. Beim Durchfahren der Kurve ergeben sich Werte gemäß 1b, nach welcher sich am linken Drehzahlmesser die Amplitude um dL vergrößert und am rechten Drehzahlmesser dR vermindert. Nach dem Durchfahren der Kurve stellt sich der ursprüngliche Amplitudenzustand gemäß 1c wieder ein. Die Relationen dl/L und -dR/R sind Kenngrößen für die dynamische Fahreugbelastung und werden vom elektronischen Regler ausgewertet.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Erfassung und Auswertung von fahrdynamischen Zuständen eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter für einen fahrdynamischen Zustand eine elastische Achsverformung einfließt und als Maß für die Achsverformung die Dicke eines Luftspaltes zwischen einem rotierenden Encoder und einem Drehzahlsensor herangezogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Information über die Luftspaltdicke mittels eines Sensors gewonnen wird, welcher an einen elektronischen Regler ein Ausgangssignal abgibt, welches signifikant mit der Luftspaltdicke veränderlich ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Ausgangssignals abhängig von der Luftspaltdicke veränderlich ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Regler das von einem passiven Sensor erhaltene Ausgangssignal mit einem Wert vergleicht, der der Amplitude des Ausgangssignals ohne Achsverformung entspricht.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal ein von der Luftspaltdicke abhängiges Bit-Muster beinhaltet.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden einer Fahrzeugachse die Luftspaltdicken gemessen und miteinander verglichen werden.
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