EP1814747A2 - Verfahren zum steuern und regeln eines aktiven fahrwerksystems - Google Patents

Verfahren zum steuern und regeln eines aktiven fahrwerksystems

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EP1814747A2
EP1814747A2 EP05807345A EP05807345A EP1814747A2 EP 1814747 A2 EP1814747 A2 EP 1814747A2 EP 05807345 A EP05807345 A EP 05807345A EP 05807345 A EP05807345 A EP 05807345A EP 1814747 A2 EP1814747 A2 EP 1814747A2
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EP
European Patent Office
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vehicle
torsional vibrations
control
regulation
body torsional
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05807345A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Pelchen
Siegfried Licher
Ronald Wellmann
Winfried Bunsmann
Peter Kalinke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wilhelm Karmann GmbH
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
Wilhelm Karmann GmbH
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Wilhelm Karmann GmbH, ZF Friedrichshafen AG filed Critical Wilhelm Karmann GmbH
Publication of EP1814747A2 publication Critical patent/EP1814747A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60G2800/90—System Controller type
    • B60G2800/91—Suspension Control
    • B60G2800/916—Body Vibration Control

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling and regulating a akti ⁇ ven suspension system according to the nä ⁇ in the preamble of claim 1 defined type.
  • the driving behavior of a vehicle taking into account a desired driving comfort and a required driving safety, is set by a corresponding configuration of the chassis as well as by a corresponding torsionally rigid body of the vehicle in order to influence the forces acting on the vehicle during operation of the vehicle and be able to counteract the resulting vehicle movements in the desired manner.
  • the driving dynamics is considered, which represents a sub-area of technical mechanics or vehicle dynamics and which deals with the forces acting on a vehicle and the resulting vehicle movements.
  • the vehicle dynamics itself is basically divided into the longitudinal dynamics, the lateral dynamics and the vertical dynamics of a vehicle.
  • the longitudinal dynamics are concerned with the interaction of driving or braking forces on the wheels and with the driving resistances as a function of the route and operating conditions.
  • important conclusions for the fuel consumption, the acceleration capability and the design of the drive train and brake system can be achieved from the longitudinal dynamics.
  • the lateral dynamics considers the forces, such as crosswinds or centrifugal forces, which distract the vehicle from the direction of travel.
  • a balance of these forces can only take place by cornering forces of the tires or wheels, wherein the rubber-tired wheel rolls with respect to its center plane under a entspre ⁇ chenden slip angle.
  • Of influence are also the dynamic Rad ⁇ load, the drive and braking forces and the friction properties of Fahr ⁇ track.
  • the construction of the suspension and the tire characteristics result driving characteristics, which together with the steering reactions of the driver on the driving behavior, the direction of travel when driving straight ahead and Fahrsta ⁇ bility when cornering close.
  • the use of electronic control systems is an attempt to improve Fahr ⁇ dynamics, the longitudinal dynamics, for example, by a Fahrdynamik ⁇ control with targeted influencing the yawing moments by a Bremsein ⁇ grip and the vertical dynamics by reducing the tendency to roll of the vehicle body and influencing the damping properties can be influenced by electronic suspension control.
  • active suspension systems are used for the active reduction of vehicle body oscillations resulting from skidding, rolling and pitching movements about the vertical axis, the longitudinal axis and the transverse axis of the vehicle.
  • active suspension systems are ange ⁇ controls or the mode of operation of the individual components of Fahrtechniksys ⁇ systems is set such that vehicle body vibrations in a frequency range up to 5 Hz in the desired manner and Be reduced or avoided altogether.
  • vibration absorbers with continuously variable damper characteristics are components of active vehicle systems which depend on vehicle acceleration detected via a sensor device and on a control device via appropriate calculation algorithms Actuated control variables are controlled, so that the Anlagen inconvenienceschwin ⁇ ments are reduced taking into account the current operating condition of the vehicle to the desired extent.
  • Active suspension systems which are formed with variable-length actuators in the field of structural suspension of a vehicle, spielmik as an active electro-hydraulic suspension system designed to keep the vehicle body in all driving situations at the same level. With such suspension systems, both the suspension and the vibration damping are changed and the level control allows.
  • vertically adjustable hydraulic cylinders are arranged in each suspension strut for regulation. The more oil is pumped into the hydraulic cylinder, the stronger the spring is biased and the greater its spring force. The oil flow itself is controlled by regulating and shut-off valves. About the Re ⁇ gelventile the pressure is fed either to the hydraulic cylinder or to the return. The check valves close, for example, when the engine is stopped or in case of malfunction of the suspension system, the flow. All valves will be preferably electromagnetically actuated and sitting as valve units on the axles, each strut being individually controllable.
  • the self-checking control and regulating device includes, for example, sensors for speed, lateral acceleration and road conditions, a computer unit with intelligent software and actuators.
  • One of the actuators is designed as a proportional damping valve, by means of which the damping forces between a minimum and a maximum value are infinitely adjustable.
  • the active suspension systems known from practice and embodied with actively rotatable actuators in the stabilizers include, inter alia, two active stabilizers, a valve block with integrated sensors, a pump, a lateral acceleration sensor, a control device and other supply components. Core elements of such suspension systems are the two active stabilizers, which are integrated instead of conventional mechanical stabilizers in the front and rear axle.
  • the actuator is a hydraulically operated swivel motor, in which the swivel motor shaft and the swivel motor housing are each connected to a stabilizer half.
  • the active stabilizers convert the hydraulic pressure into a torsional or via the connection in a stabilizing moment.
  • the hydraulic pressure is controlled via two electronically controlled pressure regulating valves in such a way that the rolling movement of the vehicle body when cornering is minimized or completely eliminated, high agility and target accuracy are achieved over the entire speed range and an optimum Eigensch- and a good-natured load change behavior is generated.
  • the actuators are unpressurized during straight travel or very low transverse accelerations, so that the rotational spring rate of the stabilizer can not harden the basic suspension and the copying movement of the vehicle body is reduced.
  • a motor vehicle is known from DE 19820617 A1, which is designed with a vibration damping device or an active vibration reduction system and in which active variable-length control elements are integrated into the power flow of the body torsional vibrations.
  • the body torsional vibrations are actively reduced.
  • the bodies of cabriolet vehicles are carried out by additional use of material even with a higher torsional rigidity, in order to minimize the occurring during operation Bodors torsionsschwingun ⁇ gene can.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method for controlling and regulating an active chassis system for a vehicle, by means of which body torsional vibrations can be reduced in comparison to conventional vehicles without increasing the vehicle weight.
  • the total weight of a vehicle is reduced by the activation according to the invention of an active chassis system which is known per se, since additional active or even passive systems for reducing body torsional vibrations can be dispensed with and the body itself becomes cluttered compared to conventional vehicles ⁇ Tors torsional resistance torque is executable.
  • an active vehicle system already present in a vehicle which has hitherto been provided for minimizing vehicle body vibrations occurring during the operation of a vehicle, is for the active reduction of body torsional vibrations, which preferably move in a frequency range up to 20 Hz. drew.
  • body torsional vibrations which preferably move in a frequency range up to 20 Hz. drew.
  • a suitable sensor or sensor device occurring body torsional vibrations are detected.
  • the mode of action of at least one element of the active chassis system is varied in a corresponding manner so that the body torsional vibrations occurring during operation of the vehicle are actively reduced.
  • the sole figure of the drawing shows a highly schematized representation of an active chassis system of a vehicle with a sensor device for detecting vehicle accelerations and with several elements of the chassis system.
  • a part of a highly schematic illustrated active suspension system 1 for a vehicle with a sensor device 2 for Erfas ⁇ sen of vehicle accelerations and with several elements 3, 4 and 5 of the chassis system 1 is shown.
  • the mode of action of the elements 3 to 5 can be changed in a manner known per se by means of a control device 6 operatively connected to the sensor device 2 in such a way that vehicle body vibrations occurring during the operation are minimized.
  • the sensor device 2 comprises a plurality of acceleration sensors distributed over the vehicle body series, by means of which accelerations about the vehicle vertical axis, the vehicle longitudinal axis and about the vehicle transverse axis are determined.
  • control and control variables for the elements 3 to 5 of the active vehicle system 1 to the elements 3 to 5 are output in order to compensate or at least approximately compensate for the vehicle-mounted vibrations determined in the control device 6 in a range from 0 Hz to 7 Hz, preferably in a range from 0 Hz to 5 Hz.
  • body torsional vibrations are determined via a further calculation algorithm and corresponding control and regulation variables for the elements 3 to 5 are determined so that body torsional vibrations occurring in operation are within a range of 10 Hz to 40 Hz, preferably in a range of 10 Hz to 20 Hz, reduced or at least approximately compensated.
  • the mode of action of one of the elements 3 to 5 alone, the mode of action of two of the three elements 3 to 5 or the instrumentss ⁇ of all elements 3 to 5 simultaneously taking into account the Ansteue ⁇ tion the other elements 3 to 5 is changed in order to counteract the determined body torsional vibrations to the desired extent.
  • the first element 3 is embodied as a variable-length actuator of a structural spring device 7, wherein the length of the actuator 3 is variable in each case such that the pretensioning of the structural device 7 is changed as a function of the respectively determined operating state of the vehicle and the mode of operation of the first element 3 counteracts the body torsional vibrations determined in the control device 6 in the aforementioned frequency range within a few milliseconds in such a way that the body torsional vibrations are at least approximately eliminated.
  • the second element 4 is embodied in the exemplary embodiment of the active chassis system 1 shown in the FIGURE as a damper assigned to a wheel 10 with a continuously variable characteristic.
  • the characteristic or the damping rate of the damper 4 is varied in accordance with the respectively determined operating state of the vehicle to the effect that body torsional vibrations occurring during operation of the vehicle are minimized in comparison to conventionally designed vehicles.
  • the damping forces of the damper 4 are infinitely variable between a minimum and a maximum value, so that the body torsion vibrations determined via the sensor device 2 and the control device 6 are counteracted to a desired extent in a simple manner via a corresponding characteristic of the damper 4 can be.
  • the third element of the chassis system 1 is presently designed as an actively rotatable actuator of a stabilizer device 8, which consists inter alia of two active stabilizers 8A and 8B.
  • the two active stabilizers 8A, 8B are rotatable relative to each other via the actively rotatable actuator 5 as a function of the determined operational state-dependent body torsional vibrations, such that a hydraulic signal generated by the control device 6 via a pump device (not shown) Pressure in a torsional moment or via the connection of the two Stabilisato ⁇ ren 8A, 8B is converted to a chassis 9 in a stabilizing moment.
  • the control and regulation of the elements 3 to 5 with respect to the reduction of the vehicle body vibrations and the control and regulation of the elements 3 to 5 with respect to the reduction of the Bodos tors torsions are superimposed on each other here, so that both depending on the respectively determined or present operating state of a vehicle the vehicle body vibrations determined via the sensor device 2 and the control device 6 as well as the determined body torsional oscillations, which each occur in different frequency ranges, can be effectively counteracted in a simple manner.
  • the control of the elements 3 to 5 of the chassis system 1 takes place such that the functionalities of the elements 3 to 5 for reducing the vehicle body vibrations by the control and regulation for Re ⁇ reduction of the body torsional vibrations is not significantly affected.
  • the functionalities of the elements 3 to 5 for the reduction of the body torsional vibrations by the control and regulation of the elements 3 to 5 for reducing the vehicle body vibration is impaired only to a limited extent.
  • the control of the elements 3 to 5 of the active chassis system 1 is phorograph to reduce the Anlagenanteschwingonne with respect to the control and regulation of the elements 3 to 5 for the reduction of the Karosserietorsionsschwin ⁇ .
  • the control and regulation of the elements 3 to 5 takes place such that first the vehicle body vibrations are reduced or eliminated to the desired extent and the body torsion vibrations only after fulfillment of this premise by a corresponding control and regulation of the elements 3 to 5 actively counteract without impairing the compensation of the vehicle body vibrations.
  • control and regulation of the elements 3 to 5 for the reduction of the body torsional vibrations gegen ⁇ on the control and regulation of the elements 3 to 5 is prioritized in order to reduce the vehicle body oscillations such that the mode of action of the elements 3 to 5 of the active chassis system 1 is changed depending on the operating state such that initially the determined body torsional vibrations are reduced or almost completely eliminated and subsequently the determined vehicle body vibrations are actively counteracted by a corresponding control and regulation of the elements 3 to 5, without compromising the compensation of the body torsional vibrations.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines aktiven Fahrwerk­systems (1) für ein Fahrzeug mit einer Sensoreinrichtung (2) zum Erfassen von Fahrzeugbeschleunigungen und mit wenigstens einem Element (3, 4, 5) des Fahrwerksystems (1) beschrieben. Die Wirkungsweise des Elements ($i, 4, 5) ist über eine mit der Sensoreinrichtung (2) wirkverbundene Steuereinrich­tung (6) derart veränderbar, dass während des Betriebs auftretende Fahrzeug­aufbauschwingungen minimiert werden. Über die Sensoreinrichtung (2) und die Steuereinrichtung (6) werden Karosserietorsionsschwingungen bestimmt. Des Weiteren ist die Wirkungsweise des Elements (3, 4, 5) zusätzlich von der Steu­ereinrichtung (6) derart gesteuert und geregelt variierbar, dass diese den ermit­telten Karosserietorsionsschwingungen entgegenwirkt.

Description

Verfahren zum Steuern und Regeln eines aktiven Fahrwerksvstems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines akti¬ ven Fahrwerksystems gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 nä¬ her definierten Art.
In der Praxis wird das Fahrverhalten eines Fahrzeugs unter Berücksich¬ tigung eines gewünschten Fahrkomforts sowie einer erforderlichen Fahrsicher¬ heit durch eine entsprechende Konfiguration des Fahrwerks als auch durch eine entsprechend verwindungssteif ausgeführte Karosserie des Fahrzeugs eingestellt, um den im Betrieb des Fahrzeugs auf das Fahrzeug einwirkenden Kräften und den daraus resultierenden Fahrzeugbewegungen in gewünschter Art und Weise entgegenwirken zu können. Bei der Auslegung der vorgenann¬ ten Fahrzeugsysteme wird die Fahrdynamik betrachtet, welche ein Teilgebiet der technischen Mechanik bzw. der Fahrzeugdynamik darstellt und die sich mit den auf ein Fahrzeug einwirkenden Kräften und den daraus resultierenden Fahrzeugbewegungen befasst. Die Fahrdynamik selbst wird grundsätzlich in die Längsdynamik, die Querdynamik und die Vertikaldynamik eines Fahrzeugs unterteilt.
Die Längsdynamik befasst sich mit dem Zusammenwirken von Antriebs¬ oder Bremskräften an den Rädern und mit den Fahrwiderständen in Abhängig¬ keit von den Strecken- und Betriebsverhältnissen. Somit sind aus der Längsdy¬ namik unter anderem wichtige Schlussfolgerungen für den Kraftstoffverbrauch, die Beschleunigungsfähigkeit und die Auslegung von Triebstrang und Brems¬ anlage erzielbar.
Die Querdynamik betrachtet die Kräfte, wie Seitenwind oder Fliehkräfte, die das Fahrzeug von der Fahrtrichtung ablenken. Ein Ausgleich dieser Kräfte kann nur durch Seitenführungskräfte der Reifen bzw. Räder erfolgen, wobei das gummibereifte Rad gegenüber seiner Mittelebene unter einem entspre¬ chenden Schräglaufwinkel rollt. Von Einfluss sind auch die dynamische Rad¬ last, die Antriebs- und Bremskräfte sowie die Reibungseigenschaften der Fahr¬ bahn. Je nach Lage des Schwerpunkts, des Angriffspunkts der Windkräfte, der Konstruktion der Radaufhängung und der Reifenbeschaffenheit ergeben sich Fahreigenschaften, die zusammen mit den Lenkreaktionen des Fahrers auf das Fahrverhalten, die Fahrtrichtungshaltung bei Geradeausfahrt und die Fahrsta¬ bilität bei Kurvenfahrt schließen lassen.
Die Vertikaldynamik untersucht die senkrechten Kräfte und Bewegun¬ gen, die durch die Unebenheiten der Straße erzeugt werden und unter Zwi¬ schenschaltung von Reifen- und Wagenfederung Hubschwingungen und Nick¬ schwingungen um die Querachse erzeugen, die mit Hilfe von Schwingungs¬ dämpfern reduziert werden. Bei Kurvenfahrt ergibt sich ein von der Achsanord¬ nung abhängiges Wanken um die Längsachse, dass durch Stabilisatoren be- einflusst werden kann.
Durch den Einsatz elektronischer Regelsysteme wird versucht die Fahr¬ dynamik zu verbessern, wobei die Längsdynamik beispielsweise durch ein Antiblockiersystem, die Querdynamik beispielsweise durch eine Fahrdynamik¬ regelung mit gezielter Beeinflussung der Giermomente durch einen Bremsein¬ griff sowie die Vertikaldynamik durch eine Verringerung der Wankneigung des Fahrzeugaufbaus und eine Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften durch elektronische Fahrwerkregelung beeinflusst werden kann.
Derzeit werden so genannte aktive Fahrwerksysteme zur aktiven Reduk¬ tion von Fahrzeugaufbauschwingungen verwendet, welche aus Schleuder-, Wank- und Nickbewegungen um die Hochachse, die Längsachse und die Querachse des Fahrzeugs resultieren. Bei der Ansteuerung der aktiven Fahr- werksysteme wird die Karosserie als ideal starres Gebilde angesehen und die einzelnen Komponenten der aktiven Fahrwerksysteme werden derart ange¬ steuert bzw. die Wirkungsweise der einzelnen Komponenten der Fahrwerksys¬ teme wird jeweils derart eingestellt, dass Fahrzeugaufbauschwingungen in einem Frequenzbereich bis zu 5 Hz in gewünschter Art und Weise reduziert bzw. ganz vermieden werden.
Dabei stellen Schwingungsdämpfer mit kontinuierlich veränderlicher Dämpfercharakteristik, aktiv verdrehbare Aktuatoren in Stabilisatoren sowie längenveränderliche Aktuatoren im Bereich der Aufbaufederung eines Fahr¬ zeugs Komponenten von aktiven Fahrzeugsystemen dar, welche in Abhängig¬ keit von über eine Sensoreinrichtung erfassten Fahrzeugbeschleunigungen und in einer Steuereinrichtung über entsprechende Rechenalgorithmen be¬ stimmte Stellgrößen angesteuert werden, so dass die Fahrzeugaufbauschwin¬ gungen unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes des Fahr¬ zeugs in gewünschtem Umfang reduziert werden.
Aktive Fahrwerksysteme, welche mit längen veränderlichen Aktuatoren im Bereich der Aufbaufederung eines Fahrzeugs ausgebildet sind, sind bei¬ spielsweise als ein aktives elektrohydraulisches Federungssystem ausgeführt, das den Fahrzeugaufbau in allen Fahrsituationen auf gleichem Niveau halten soll. Mit derartigen Fahrwerksystemen werden sowohl die Federung und die Schwingungsdämpfung verändert als auch die Niveauregelung ermöglicht. Dabei sind zur Regelung in jedem Federbein vertikal verstellbare Hydraulikzy¬ linder angeordnet. Je mehr Öl in den Hydraulikzylinder gepumpt wird, umso stärker wird die Feder vorgespannt und umso größer wird deren Federkraft. Der ölfluss selbst wird durch Regel- und Sperrventile gesteuert. Über die Re¬ gelventile wird der Druck entweder zum Hydraulikzylinder oder zum Rücklauf geführt. Die Sperrventile schließen beispielsweise bei stehendem Motor oder bei Funktionsstörungen des Fahrwerksystems den Vorlauf. Alle Ventile werden vorzugsweise elektromagnetisch betätigt und sitzen als Ventileinheiten an den Achsen, wobei jedes Federbein einzeln regelbar ist.
Aktive Fahrwerksysteme mit kontinuierlich veränderlicher Charakteristik ausgeführten Schwingungsdämpfern bieten die Möglichkeit, die Dämpferrate innerhalb von Sekundenbruchteilen an den jeweiligen Betriebszustand anzu¬ passen. Die sich selbst überprüfende Steuer- und Regelungseinrichtung um- fasst beispielsweise Sensoren für Geschwindigkeit, Querbeschleunigung und Straßenzustand, eine Rechnereinheit mit intelligenter Software und Aktuatoren. Einer der Aktuatoren ist als ein Proportionaldämpfventil ausgebildet, mittels welchem die Dämpfkräfte zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert stufenlos verstellbar sind.
Die aus der Praxis bekannten und mit aktiv verdrehbaren Aktuatoren in den Stabilisatoren ausgeführten aktiven Fahrwerksysteme umfassen unter anderem zwei aktive Stabilisatoren, einen Ventilblock mit integrierten Senso¬ ren, eine Pumpe, einen Querbeschleunigungssensor, ein Steuergerät sowie weitere Versorgungskomponenten. Kernelemente solcher Fahrwerksysteme bilden die beiden aktiven Stabilisatoren, die anstelle von konventionellen me¬ chanischen Stabilisatoren im Bereich der Vorder- und Hinterachse integriert sind. Der Aktuator ist ein hydraulisch betriebener Schwenkmotor, bei dem die Schwenkmotorwelle und das Schwenkmotorgehäuse mit jeweils einer Stabilisa¬ torhälfte verbunden sind. Die aktiven Stabilisatoren wandeln den hydraulischen Druck in ein Torsions- bzw. über die Anbindung in ein Stabilisierungsmoment um.
Der hydraulische Druck wird über zwei elektronisch geregelte Druckre¬ gelventile derart gesteuert, dass die Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus bei Kurvenfahrt minimiert oder ganz beseitigt, eine hohe Agilität und Zielgenauig¬ keit über den gesamten Geschwindigkeitsbereich erreicht und ein optimales Eigenlenk- sowie ein gutmütiges Lastwechselverhalten erzeugt wird. Anderer¬ seits sind die Aktuatoren bei Geradeausfahrt bzw. sehr geringen Querbe¬ schleunigungen drucklos, so dass die Drehfederrate des Stabilisators die Grundfederung nicht verhärten kann und die Kopierbewegung des Fahrzeug¬ aufbaus reduziert wird.
Des Weiteren führen durch Straßenunebenheiten angeregte Rad¬ schwingungen zu so genannten Karosserietorsionsschwingungen, welche vom Fahrer als störend und damit komfortmindernd empfunden werden. Insbeson¬ dere weisen Cabrioletfahrzeuge im Vergleich zu Limousinen auf Grund des fehlenden fest mit der Karosserie des Fahrzeugs verbundenen Fahrzeugda¬ ches grundsätzlich eine geringere Torsionssteifigkeit auf und sind daher be¬ züglich der Radanregungen sehr empfindlich. Herkömmliche Maßnahmen zur Reduktion der Karosserieschwingungen sind unter anderem passive Karosse- rietilger oder aktive Schwingungsreduktionssysteme.
Aus der DE 19820617 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, welches mit ei¬ ner Schwingungsdämpfungseinrichtung bzw. einem aktiven Schwingungsre- duktionssystem ausgeführt ist und bei dem aktive längenveränderliche Stell¬ glieder in den Kraftfluss der Karosserietorsionsschwingungen integriert sind. Mittels einer zu den Karosserietorsionsschwingungen gegenphasig ausgeführ¬ ten Ansteuerung dieser Stellglieder, der eine tordierbare Fahrzeugkarosserie modellhaft zugrunde liegt, werden die Karosserietorsionsschwingungen aktiv reduziert. Des Weiteren werden die Karosserien von Cabrioletfahrzeugen durch zusätzlichen Materialeinsatz selbst mit einer höheren Torsionssteifigkeit ausgeführt, um die die im Betrieb auftretenden Karosserietorsionsschwingun¬ gen minimieren zu können.
Die vorbeschriebenen und zur Reduzierung von Karosserietorsions¬ schwingungen vorgesehenen Maßnahmen führen jedoch nachteilhafterweise zu einer deutlichen Erhöhung des Fahrzeuggewichtes, was jedoch hinsichtlich eines angestrebten geringen Kraftstoffverbrauches sowie eines agilen Fahr¬ verhaltens unerwünscht ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver¬ fahren zum Steuern und Regeln eines aktiven Fahrwerksystems für ein Fahr¬ zeug zur Verfügung zu stellen, mittels dem Karosserietorsionsschwingungen im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen ohne Erhöhung des Fahrzeuggewich¬ tes reduzierbar sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern und Regeln eines akti¬ ven Fahrwerksystems für ein Fahrzeug mit einer Sensoreinrichtung zum Erfas¬ sen von Fahrzeugbeschleunigungen und mit wenigstens einem Element des Fahrwerksystems, dessen Wirkungsweise über eine mit der Sensoreinrichtung wirkverbundene Steuereinrichtung derart veränderbar ist, dass während des Betriebs auftretende Fahrzeugaufbauschwingungen minimiert werden, bietet vorteilhafterweise die Möglichkeit, Karosserietorsionsschwingungen auf einfa¬ che und kostengünstige Art und Weise im Betrieb eines Fahrzeugs zu reduzie¬ ren.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Wirkungsweise des zum Reduzie¬ ren von Fahrzeugaufbauschwingungen ansteuerbaren Elements zusätzlich derart gesteuert und geregelt variierbar ist, dass diese Karosserietorsions¬ schwingungen entgegenwirkt.
Durch die Verwendung einer bereits in aus der Praxis bekannten Fahr¬ zeugen befindlichen Fahrzeugkomponente, nämlich eines aktiven Fahrwerk- Systems zur Reduzierung von Fahrzeugaufbauschwingungen, zur Kompensati¬ on von Karosserietorsionsschwingungen, kann auf ein zusätzliches System zur Reduktion von Karosserietorsionsschwingungen, wie einem an sich bekannten Karosserietilger oder eines separaten aktiven Systems bzw. eines aktiven Schwingungsreduktionssystems, vorteilhafterweise verzichtet werden. Dies führt sowohl zu einer Verringerung der Fertigungskosten eines Fahrzeugs als auch zu einem verringertem Bedarf an Bauraum, der dann für andere Fahr¬ zeugkomponenten zur Verfügung steht.
Zusätzlich wird durch die erfindungsgemäße Ansteuerung eines an sich bekannten aktiven Fahrwerksystems auch das Gesamtgewicht eines Fahr¬ zeugs reduziert, da auf zusätzliche aktive oder auch passive Systeme zur Re¬ duktion von Karosserietorsionsschwingungen verzichtet werden kann und die Karosserie selbst im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen mit einem gerin¬ geren Torsionswiderstandsmoment ausführbar ist.
Erfindungsgemäß wird ein bereits in einem Fahrzeug vorhandenes akti¬ ves Fahrwerksystem, welches bisher zur Minimierung von während des Be¬ triebs eines Fahrzeugs auftretenden Fahrzeugaufbauschwingungen vorgese¬ hen ist, zur aktiven Reduktion von Karosserietorsionsschwingungen, welche sich vorzugsweise in einem Frequenzbereich bis zu 20 Hz bewegen, herange¬ zogen. Durch eine geeignete Sensorik bzw. Sensoreinrichtung werden die auftretenden Karosserietorsionsschwingungen erfasst. Des Weiteren wird mittels einer in einer Steuereinrichtung hinterlegten geeigneten Betriebs- und Regelstrategie die Wirkungsweise wenigstens eines Elementes des aktiven Fahrwerksystems in entsprechender Art und Weise variiert, dass die im Betrieb des Fahrzeugs auftretenden Karosserietorsionsschwingungen aktiv reduziert werden. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuerung und Regelung des Elements zur Minimierung der Karosse¬ rietorsionsschwingungen der Ansteuerung und Regelung des Elements zum Minimieren der Fahrzeugaufbauschwingungen überlagert ist, so dass sicher¬ gestellt ist, dass sowohl die Fahrzeugaufbauschwingungen als auch die Karos¬ serietorsionsschwingungen in gewünschtem Umfang im Vergleich zu herkömm¬ lichen Fahrzeugen vermindert sind und für Fahrzeuginsassen eine wesentliche Komforterhöhung erreicht wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungen eines Verfahrens gemäß der Erfindung sind den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeich¬ nung entnehmbar.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in der nachfol¬ genden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine stark schematisierte Darstel¬ lung eines aktiven Fahrwerksystems eines Fahrzeugs mit einer Sensoreinrich¬ tung zum Erfassen von Fahrzeugbeschleunigungen und mit mehreren Elemen¬ ten des Fahrwerksystems.
In der Figur ist ein Teil eines stark schematisiert dargestellten aktiven Fahrwerksystems 1 für ein Fahrzeug mit einer Sensoreinrichtung 2 zum Erfas¬ sen von Fahrzeugbeschleunigungen und mit mehreren Elementen 3, 4 und 5 des Fahrwerksystems 1 gezeigt. Die Wirkungsweise der Elemente 3 bis 5 ist über eine mit der Sensoreinrichtung 2 wirkverbundene Steuereinrichtung 6 in an sich bekannter Art und Weise derart veränderbar, dass während des Be¬ triebs auftretende Fahrzeugaufbauschwingungen minimiert werden. Dabei umfasst die Sensoreinrichtung 2 mehrere über die Fahrzeugka¬ rosserie verteilt angeordnete Beschleunigungssensoren, mittels welchen Be¬ schleunigungen um die Fahrzeughochachse, die Fahrzeuglängsachse sowie um die Fahrzeugquerachse ermittelt werden. Anhand der Sensorwerte der Beschleunigungssensoren werden in der Steuereinrichtung 6 unter Annahme einer absolut starren Fahrzeugkarosserie so genannte Fahrzeugaufbau¬ schwingungen ermittelt und über einen geeigneten Rechenalgorithmus wieder¬ um die erforderlichen Stellgrößen ermittelt, die als Steuer- und Regelgrößen für die Elemente 3 bis 5 des aktiven Fahrzeugsystems 1 an die Elemente 3 bis 5 ausgegeben werden, um die in der Steuereinrichtung 6 ermittelten Fahrzeug¬ aufbauschwingungen in einem Bereich von 0 Hz bis 7 Hz, vorzugsweise in einem Bereich von 0 Hz bis 5 Hz, auszugleichen bzw. wenigstens annährend zu kompensieren.
Des Weiteren werden anhand der über die Sensoreinrichtung 2 bzw. über deren Beschleunigungssensoren ermittelten Sensorwerte über einen weiteren Rechenalgorithmus so genannte Karosserietorsionsschwingungen ermittelt und entsprechende Steuer- und Regelgrößen für die Elemente 3 bis 5 bestimmt, so dass im Betrieb auftretende Karosserietorsionsschwingungen in einem Bereich von 10 Hz bis 40 Hz, vorzugsweise in einem Bereich von 10 Hz bis 20 Hz, reduziert bzw. wenigstens annährend kompensiert werden.
Dabei ist es vorgesehen, dass in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Betriebszustandes die Wirkungsweise eines der Elemente 3 bis 5 allein, die Wirkungsweise von jeweils zwei der drei Elemente 3 bis 5 oder die Wirkungs¬ weise aller Elemente 3 bis 5 gleichzeitig unter Berücksichtigung der Ansteue¬ rung der anderen Elemente 3 bis 5 verändert wird, um den ermittelten Karosse¬ rietorsionsschwingungen in gewünschtem Umfang entgegenzuwirken. Das erste Element 3 ist vorliegend als ein längenveränderlicher Aktuator einer Aufbaufedereinrichtung 7 ausgeführt, wobei die Länge des Aktuators 3 jeweils derart veränderbar ist, dass die Vorspannung der Aufbaufedereinrich¬ tung 7 in Abhängigkeit des jeweils ermittelten Betriebszustandes des Fahr¬ zeugs verändert wird und dass die Wirkungsweise des ersten Elements 3 den in der Steuereinrichtung 6 ermittelten Karosserietorsionsschwingungen in dem vorgenannten Frequenzbereich innerhalb von wenigen Millisekunden derart entgegenwirkt, dass die Karosserietorsionsschwingungen wenigstens annäh¬ rend eliminiert werden.
Das zweite Element 4 ist bei dem in der Figur dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel des aktiven Fahrwerksystems 1 als ein einem Rad 10 zugeordne¬ ter Dämpfer mit kontinuierlich veränderlicher Charakteristik ausgeführt. Die Charakteristik bzw. die Dämpferrate des Dämpfers 4 wird in Abhängigkeit des jeweils ermittelten Betriebszustandes des Fahrzeugs dahingehend variiert, dass im Betrieb des Fahrzeugs auftretende Karosserietorsionsschwingungen im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten Fahrzeugen minimiert werden. Dabei sind die Dämpfkräfte des Dämpfers 4 zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert stufenlos verstellbar, so dass den über die Sensorein¬ richtung 2 und die Steuereinrichtung 6 ermittelten Karosserietorsionsschwin¬ gungen über eine entsprechende Charakteristik des Dämpfers 4 auf einfache Art und Weise in gewünschtem Umfang entgegengewirkt werden kann.
Das dritte Element des Fahrwerksystems 1 ist vorliegend als aktiv verdrehbarer Aktuator einer Stabilisatoreinrichtung 8 ausgebildet, die unter anderem aus zwei aktiven Stabilisatoren 8A und 8B besteht. Die beiden aktiven Stabilisatoren 8A, 8B sind in Abhängigkeit der ermittelten betriebszustandsab- hängigen Karosserietorsionsschwingungen über den aktiv verdrehbaren Aktua¬ tor 5 derart zueinander verdrehbar, dass ein von der Steuereinrichtung 6 über eine nicht näher dargestellte Pumpeneinrichtung generierter hydraulischer Druck in ein Torsionsmoment bzw. über die Anbindung der beiden Stabilisato¬ ren 8A, 8B an ein Fahrwerk 9 in ein Stabilisierungsmoment umgewandelt wird.
Die Ansteuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 hinsichtlich der Verringerung der Fahrzeugaufbauschwingungen und die Ansteuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 bezüglich der Reduktion der Karosserietorsi¬ onsschwingungen sind vorliegend einander überlagert, so dass in Abhängigkeit des jeweils ermittelten bzw. vorliegenden Betriebszustandes eines Fahrzeugs sowohl den über die Sensoreinrichtung 2 und die Steuereinrichtung 6 ermittel¬ ten Fahrzeugaufbauschwingungen als auch den ermittelten Karosserietorsi¬ onsschwingungen, welche jeweils in verschiedenen Frequenzbereichen auftre¬ ten, auf einfache Art und Weise wirkungsvoll entgegengewirkt werden kann. Dabei erfolgt die Ansteuerung der Elemente 3 bis 5 des Fahrwerksystems 1 derart, dass die Funktionalitäten der Elemente 3 bis 5 zum Verringern der Fahrzeugaufbauschwingungen durch die Ansteuerung und Regelung zur Re¬ duktion der Karosserietorsionsschwingungen nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Zusätzlich ist es jedoch auch vorgesehen, dass die Funktionalitäten der Elemente 3 bis 5 zur Reduktion der Karosserietorsionsschwingungen durch die Ansteuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 zur Verringerung der Fahr¬ zeugaufbauschwingungen nur in begrenztem Umfang beeinträchtigt wird.
Abweichend hierzu kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die An¬ steuerung der Elemente 3 bis 5 des aktiven Fahrwerksystems 1 zur Verringe¬ rung der Fahrzeugaufbauschwingungen in Bezug auf die Ansteuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 zur Reduktion der Karosserietorsionsschwin¬ gungen phorisiert ist. In diesem Fall erfolgt die Ansteuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 derart, dass zunächst die Fahrzeugaufbauschwingungen in gewünschtem Umfang reduziert bzw. eliminiert werden und den Karosserietor¬ sionsschwingungen erst nach Erfüllung dieser Prämisse durch eine entspre¬ chende Ansteuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 aktiv entgegengetre- ten wird, ohne die Kompensation der Fahrzeugaufbauschwingungen zu beein¬ trächtigen.
Darüber hinaus kann es bei einer weiteren Variante des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens zum Steuern und Regeln des aktiven Fahrwerksystems 1 für ein Fahrzeug vorgesehen sein, dass die Ansteuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 zur Reduktion der Karosserietorsionsschwingungen gegen¬ über der Steuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 zur Verringerung der Fahrzeugaufbauschwingungen dahingehend priorisiert ist, dass die Wirkungs¬ weise der Elemente 3 bis 5 des aktiven Fahrwerksystems 1 betriebszustands- abhängig derart verändert wird, dass zunächst die ermittelten Karosserietorsi¬ onsschwingungen reduziert bzw. nahezu in vollem Umfang eliminiert werden und anschließend den ermittelten Fahrzeugaufbauschwingungen durch eine entsprechende Ansteuerung und Regelung der Elemente 3 bis 5 aktiv begeg¬ net wird, ohne die Kompensation der Karosserietorsionsschwingungen zu be¬ einträchtigen.
Bezuαszeichen
1 Fahrwerksystem
2 Sensoreinrichtung 3, 4, 5 Element
6 Steuereinrichtung
7 Aufbaufedereinrichtung
8 Stabilisatoreinrichtung 8A, 8B aktiver Stabilisator
9 Fahrwerk
10 Rad

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Steuern und Regeln eines aktiven Fahrwerksys¬ tems (1) für ein Fahrzeug mit einer Sensoreinrichtung (2) zum Erfassen von Fahrzeugbeschleunigungen und mit wenigstens einem Element (3, 4, 5) des Fahrwerksystems (1), dessen Wirkungsweise über eine mit der Sensoreinrich¬ tung (2) wirkverbundene Steuereinrichtung (6) derart veränderbar ist, dass während des Betriebs auftretende Fahrzeugaufbauschwingungen minimiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass über die Sensoreinrich¬ tung (2) und die Steuereinrichtung (6) Karosserietorsionsschwingungen be¬ stimmt werden und dass die Wirkungsweise des Elements (3, 4, 5) von der Steuereinrichtung zusätzlich derart gesteuert und geregelt variierbar ist, dass diese den ermittelten Karosserietorsionsschwingungen entgegenwirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Element (4) als ein einem Rad zugeordneter Dämpfer mit kontinuierlich veränderlicher Charakteristik ausgeführt ist und die Charakteristik des Dämp¬ fers (4) derart variiert wird, dass im Betrieb des Fahrzeugs auftretende Karos¬ serietorsionsschwingungen minimiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Element (5) als ein aktiv verdrehbarer Aktuator einer Stabilisatoreinrich¬ tung (8) ausgebildet ist und der Aktuator (5) derart verdreht wird, dass im Be¬ trieb des Fahrzeugs auftretende Karosserietorsionsschwingungen minimiert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Element (3) als ein längenveränderlicher Aktuator einer Aufbaufederein¬ richtung (7) ausgeführt ist, wobei die Länge des Aktuators (3) derart verändert wird, dass im Betrieb des Fahrzeugs auftretende Karosserietorsionsschwin¬ gungen minimiert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Element (3, 4, 5) im Betrieb des Fahrzeugs derart angesteuert und geregelt wird, dass Karosserietorsionsschwingungen in einem Bereich von 10 Hz bis 40 Hz1 vorzugsweise in einem Bereich von 10 Hz bis 20 Hz, wenigstens annähernd kompensiert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Element (3, 4, 5) im Betrieb derart angesteuert und geregelt wird, dass Fahrzeugaufbauschwingungen in einem Bereich von 0 Hz bis 7 Hz, vorzugsweise in einem Bereich von 0 Hz bis 5 Hz, wenigstens annä¬ hernd kompensiert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Steuerung und Regelung des Elements (3, 4, 5) zum Minimieren der Fahrzeugaufbauschwingungen gegenüber der Ansteuerung und Regelung des Elements (3, 4, 5) zur Minimierung der Karosserietorsions¬ schwingungen priorisiert ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Steuerung und Regelung des Elements (3, 4, 5) zur Minimierung der Karosserietorsionsschwingungen gegenüber der Ansteuerung und Regelung des Elements (3, 4, 5) zum Minimieren der Fahrzeugaufbau¬ schwingungen priorisiert ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Steuerung und Regelung des Elements (3, 4, 5) zur Minimierung der Karosserietorsionsschwingungen der Ansteuerung und Rege- lung des Elements (3, 4, 5) zum Minimieren der Fahrzeugaufbauschwingungen überlagert ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass mehrere Elemente (3, 4, 5) vorgesehen sind, deren Wir¬ kungsweisen jeweils derart in Abhängigkeit zueinander variierbar sind, dass die im Betrieb des Fahrzeugs auftretenden Karosserietorsionsschwingungen minimiert werden.
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Inventor name: BUNSMANN, WINFRIED

Inventor name: LICHER, SIEGFRIED

Inventor name: KALINKE, PETER

Inventor name: WELLMANN, RONALD

Inventor name: PELCHEN, CHRISTOPH

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