Fahrwerkregelung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrwerkregelung sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Zur Verbesserung des Fahrverhaltens bei Kraftfahrzeugen ist es bekannt, Stabilisatoren einzusetzen. Bei Verwindung wirken diese der Verwindung entgegen und gleichen Wankbewegungen des Fahrzeugs aus. Ein solches System ist aus der Offenlegungs- schrift DE 43 37 765 AI bekannt.
Aus der gattungsgemäßen Patentschrift DE 42 37 708 Cl ist eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Wankbewegungen eines Fahrzeuges bekannt. Die Vorrichtung weist Stabilisatoren auf, die mittels Aktoren in Abhängigkeit von der Radeinfederung steuerbar sind. Jedem Aktor ist eine Sperrventilanordnung zugeordnet, welche den Aktor gegen Rückschlag des Hydraulikmediums zur Druckquelle sichert. Die Steuerung der Ventile erfolgt mittels einer elektronischen Regelvorrichtung. Aus den Signalen von Sensoren erzeugt die Regelvorrichtung ein Istwert-Signal für den Wankwinkel des Fahrzeugaufbaus relativ zum Untergrund. Dieses Istwert-Signal wird tiefpassgefiltert . Aus dem gefilterten Istwert-Signal wird durch Vergleich mit einem Sollwert ein Signal zur Steuerung der Ventile gebildet. Die Aktoren werden über die Ventile derart angesteuert, dass ein auf den Fahrzeugaufbau wirkendes Drehmoment bezüglich der Fahrzeuglängsachse erzeugt wird. Auch hier wird bei Verwindung des Stabilisators dieser Verwindung entgegengewirkt. Bei
Kurvenfahrten auf ebener Fahrbahn wirkt dies günstig auf das Fahrverhalten. Auf unebener Fahrbahn kann dadurch jedoch das Traktionsvermögen des Fahrzeuges verschlechtert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Traktion eines Fahrzeugs auf unebenem Untergrund verbessert werden kann, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Dazu sind gemäß Anspruch 1 die den Aktoren zugeordneten Teil- kreisläufe des Kreislaufs zur Ansteuerung der Aktoren entgegengerichtet zueinander ansteuerbar. Ziel ist es, alle Fahrzeugräder stets annähernd gleich zu belasten. Auf diese Weise werden Differenzen von Radlasten der Fahrzeugräder reduziert und die Traktion des Fahrzeugs wird erhöht .
Die Aktoren werden vorzugsweise kontinuierlich angesteuert. Die Stellung der Aktoren wird dadurch kontinuierlich den Veränderungen des Untergrunds angepasst. Dadurch werden die Auf- baubewegungen des Fahrzeugs bei unebenem Untergrund verringert. Dies führt zu weicheren Fahrzeugbewegungen und zu höherem Fahrkomfort . Das Verfahren ist besonders gut für langsame Fahrten in unebenem Gelände geeignet .
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung, sowie den Zeichnungen. Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten aktiven Fahrwerks gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kräfte und Stellwege an den Achsen eines bevorzugten aktiven Fahrwerks,
Fig. 3 eine bevorzugte Ausfuhrungsform einer Signal-
Verarbeitung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4 Ergebnisse eines Verwindungstests an einem passiven Fahrwerk,
Fig. 5 Ergebnisse des Verwindungstests an einem Fahrwerk mit offenem Stabilisator,
Fig. 6 Ergebnisse des Verwindungstests an einem Fahrwerk mit aktiver Geländefunktion,
Fig. 7 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Hydrauliksystems,
Fig. 8 eine alternative Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems,
Fig. 9 eine Variante des Hydrauliksystems nach Fig. 8,
Fig. 10 eine bevorzugte Ausfuhrungsform des Hydrauliksystems mit in den Teilkreisläufen parallel zueinander angeordneten Schalteinrichtungen.
Fig. 1 zeigt schematisch ein bevorzugtes aktivierbares Fahrwerk eines Kraftf hrzeugs. An einer Vorderachse 1 sind zwei Fahrzeugräder 3 und 4 und an einer Hinterachse 2 sind zwei Fahrzeugräder 5 und 6 angeordnet . Jedes Fahrzeugrad 3 , 4 , 5 und 6 ist drehbar an einem Radträger 7, 8, 9 und 10 gelagert. Dabei ist dem Fahrzeugrad 3 der Radträger 7, dem Fahrzeugrad 4 der Radträger 8 , dem Fahrzeugrad 5 der Radträger 9 und dem Fahrzeugrad 6 der Radträger 10 zugeordnet. Die Radträger 7, 8, 9, 10 sind beweglich am einem nicht dargestellten Fahr-
zeugaufbau befestigt. Der durch einen beweglichen Radträger 7, 8, 9 oder 10 veränderliche Abstand zwischen einem Fahrzeugrad 3, 4, 5, oder 6 und dem Fahrzeugaufbau wird als Federweg nLv, nR / nLH bzw. nRH bezeichnet. Dabei bedeuten die Indizes: V = Vorderachse, H = Hinterachse, L = links, R= rechts. Die Radträger 7 und 8 der Vorderachse 1 sind über einen gemeinsamen Stabilisator 11 miteinander verbunden. Die Radträger 9 und 10 der Hinterachse 2 sind über einen gemeinsamen Stabilisator 12 miteinander verbunden.
Die Stabilisatoren 11, 12 sind in Fig. 1 als u-förmig gebogene Rundstäbe mit einem Grundschenkel und zwei davon abragenden Seitenschenkeln ausgeführt . Die Seitenschenkel der Stabilisatoren 11, 12 sind jeweils an einen Radträger 7, 8, 9, 10 angebunden. Die Stabilisatoren 11, 12 sind am Fahrzeugaufbau drehbar gelagert .
Die Stabilisatoren 11, 12 übertragen Bewegungen und Kräfte vom dem einen Fahrzeugrad 3 , 5 auf das andere Fahrzeugrad 4 , 6 und umgekehrt. Bei Differenzen zwischen dem Federweg des linken Fahrzeugrads 3, 5 und dem des rechten Fahrzeugrads 4, 6 einer Achse 1, 2 entstehen im Stabilisator 11, 12 rückstellende Kräfte FSTAB-V bzw. FSTAB-H/ welche die Differenzen der Federwege nRV - nLV bzw. ΠRH - nLH zu verringern suchen.
Üblicherweise werden Kraftfahrzeuge zur Reduzierung von Wankbewegungen bei Kurvenfahrt mit einem Stabilisator ausgestattet. Bei Kurvenfahrt entstehen aufgrund der Federwegdifferenzen rückstellende Kräfte, die dem Aufbauwanken entgegenwirken. Bei Kurvenfahrt auf ebener Fahrbahn ist diese Eigenschaft der Stabilisatoren günstig.
Auf unebener Fahrbahn verstärken Stabilisatoren die Differenzen der Radlasten an den einzelnen Achsen. Unebene Fahrbahn liegt dann vor, wenn die vier RadaufStandspunkte nicht in einer Ebene liegen. Dabei sinkt das Traktionsvermögen des
Fahrzeugs, wenn die Radlasten aufgrund dieser Verspannung ungleichmäßiger verteilt werden. Diese Verspannung wird durch die Federung an jedem einzelnen Fahrzeugrad erzeugt und von den zusätzlich eingebauten Stabilisatoren verstärkt.
Der Zielkonflikt zwischen den fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs (z.B. Wankbewegungen bei Kurvenfahrt) und des Verwindungsvermögens im Gelände ist mit bisher bekannten Methoden nicht lösbar.
Ebenso kann der oben beschriebene Zielkonflikt bei passiven Fahrwerken nicht aufgelöst werden, denn eine Reduzierung des Wankwinkels bei Kurvenfahrt, z.B. durch Anhebung der Stabilisatorsteifigkeiten, geht gleichzeitig mit einer Verschlechterung der Geländeeigenschaften einher.
Beispielsweise wird bei unebener Fahrbahn das Fahrzeugrad 3 der Vorderachse 1 einseitig belastet. Dadurch wird der diesem Fahrzeugrad 3 zugeordnete Seitenschenkel des Stabilisators 11 verdreht und der gesamte Stabilisator 11 tordiert . Diese Torsion des Stabilisators 11 führt dazu, dass der dem Fahrzeugrad 4 zugeordnete Seitenschenkel des Stabilisators 11 dieser Bewegung folgt. Gleichzeitig wird durch die Torsion des Stabilisators 11 eine der Torsion entgegengerichtete Rückstellkraft FSTAB_V auf die den Fahrzeugrädern 3 und 4 zugeordneten Seitenschenkel ausgeübt. Diese Rückstellkraft FSTAB-V resultiert aus der Verformung des Stabilisators 11 infolge der Federwegdifferenz zwischen dem linken und dem rechten Fahrzeugrad 3 und 4 der Vorderachse 1. Sie wirkt im Sinne einer Reduzierung der Federwegdifferenz entgegen der Torsions- richtung. Bei idealisiert senkrechter Federung der Achsen 1, 2 erzeugen die Stabilisatoren 11, 12 im Wesentlichen vertikale Kräfte FSTAB-v, FSTAB-H/ die hier betrachtet werden. Bei annähernd reibungsfreier Führung eines Stabilisators 11 in
dessen Lagerstellen ist die entstehende Kraft am linken Fahrzeugrad 3 und am rechten Fahrzeugrad 4 im Betrag gleich. Die Kraft FSTAB-V> die über den Stabilisator 11 an den beiden Fahrzeugrädern 3 und 4 der Vorderachse 1 wirkt, ist abhängig von der Steifigkeit cv des Stabilisators 11 und dem Federweg nV und nRV der beiden Fahrzeugräder 3 und 4 links und rechts des Stabilisators 11 und lässt sich mit
FSTAB-V = (nRV - nLV) * cv errechnen, wobei nRV - nLV = ev im Folgenden als Stabilisatortorsion ev bezeichnet wird, die dem durch die Torsion des Stabilisators 11 bedingten horizontalen Abstand der Fahrzeugräder 3 und 4 entspricht. Im betrachteten Fall eines Stabilisators ohne Aktor entspricht dies der Differenz der Federwege nLV und nRV des linken und des rechten Fahrzeugrads 3 und 4 der Vorderachse 1. Als Federweg nLV bzw. nRV wird der veränderbare Abstand zwischen Fahrzeugrad 3, 4 und Fahrzeugaufbau bezeichnet .
Analog gilt
FSTAB-H = (ΠRH - nLH) * cH mit nRH - nLH = eH für die Kraft FSTAB-H^ die der Stabilisator 12 der Hinterachse 2 zwischen den beiden Fahrzeugrädern 5 und 6 der Hinterachse 2 überträgt .
Bei den in Fig. 1 dargestellten Stabilisatoren 11, 12 handelt es sich um aktivierbare Stabilisatoren. Als aktivierbare Stabilisatoren verfügen die Stabilisatoren 11 und 12 jeweils über einen Aktor 13 bzw. 14 zur aktiven Steuerung der Kraft- Übertagung zwischen den beiden Fahrzeugrädern 3 und 4 der Vorderachse 1 bzw. den beiden Fahrzeugrädern 5 und 6 der Hinterachse 2. Die Aktoren 13, 14 können als mechanische, elektrische oder hydraulische Stellglieder ausgeführt sein. Prinzipiell ist die Art der Energiezuführung beliebig, bevorzugt jedoch hydraulisch.
Mit Hilfe des Aktors 13, 14 sind die vom Stabilisator 11, 12 zwischen den Fahrzeugrädern 3, 4 bzw. 5, 6 einer Achse 1, 2 übertragenen Kräfte veränderbar. Der Aktor 13, 14 hat selbst keine direkten Lagerstellen am Aufbau und wird prinzipiell durch den Stabilisator 11, 12 gehalten. Dadurch wird erreicht, dass die vom Aktor 13, 14 aufgeprägten Kräfte FAKT-v bzw. FAKT_H links und rechts an den beiden radseitigen Befestigungsstellen des Stabilisators 11, 12 im Betrag näherungsweise gleich sind, wenn Beschleunigungs- und Reibungskräfte vernachlässigt werden.
Die Aktoren 13, 14 der beiden Achsen 1, 2 sind in der Lage sowohl positive als auch negative Stellkräfte FAKΎ_V, FA T-H Z übertragen und damit einen Vorzeichen- und Richtungswechsel von Fv, FH an beiden Fahrzeugseiten unterstützen. Weiterhin ist jeder Aktor 13, 14 in der Lage, bezogen auf seine neutrale Ausgangsposition sowohl positive als auch negative Aktorverschiebungen sV sH aufzubringen. Diese Aktorverschiebungen sv, sH sind nicht direkt mit der gleichzeitig auf die Fahrzeugräder 3, 4, 5, 6 übertragenen Kraft Fv, FH gekoppelt, weil die Aktorverschiebungen sv, s noch zusätzlich von den Differenzen der Federwege zwischen den Fahrzeugrädern 3, 4 bzw. 5, 6 der zugehörigen Achse 1 bzw. 2 abhängt. Es gilt also für die Vorderachse 1 ev + sv = nRV - nLV
Fv = cv * ev = cv * (nRV - nLV - sv) Und analog für die Hinterachse 2
Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Geländefunktion wird jeder Aktor 13, 14 so verstellt, dass die Kraft, die von dem zugehörigen Stabilisator 11, 12 auf die ihm zugeordneten Fahrzeugräder 3, 4 bzw. 5, 6 übertragen wird, stationär ein anderes Vorzeichen hat, als bei neutraler Stellung des Aktors 13, 14 (s = 0, d.h. arretierter oder nicht vorhandener Aktor) und gleichen Federwegen an den beiden Fahrzeugrädern 3, 4 bzw. 5, 6 einer Achse 11 bzw. 12.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass die durch die Stabilisatoren 11 und 12 auf die Fahrzeugräder 3, 4 und 5, 6 wirkenden Kräfte F
v, F
H auf einer Fahrzeugseite vorn und hinten entgegengesetzte Vorzeichen haben.
Um die Aktoren 13 , 14 nach Maßgabe der Federwegdifferenzen an den beiden Achsen 1, 2 verstellen zu können, müssen die Differenzen der Federwege ermittelt und in eine Steuerung der Aktoren 13, 14 umgewandelt werden. Erfindungsgemäß sind, wie in Fig. 1 dargestellt, vier Federweg-Sensoren 15, 16, 17, 18 zur Erfassung der Federwege der vier Fahrzeugräder 3, 4, 5, 6 vorgesehen. Alternativ können auch andere Sensoren vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Differenzen der Federwege ermittelbar sind. Die Signale der Sensoren 15, 16, 17, 18 werden einer Steuereinheit 19 zugeführt, die ein Steuersignal zur Steuerung eines Kreislaufs erzeugt. Der Aktor 13 des Stabilisators 11 und der Aktor 14 des Stabilisators 12 sind mit dem Kreislaufs verbunden. Die Aktoren 13 und 14 werden nach Maßgabe des Steuersignals der Steuereinheit 19 über den Kreislauf mit Druck beaufschlagt. Bei jedem der Aktoren 13, 14 bewirkt der auf den Aktor 13 , 14 wirkende Druck eine Stellkraft FAKτ-v, FAKT-H bzw. eine Aktorverschiebung sv, sH.
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung der Kräfte Fv, FH, der Federwege nLv nRV, nLH, ^, der Aktorverschiebungen sv, sH und der Stabilisatortorsionen ev, eH an den Achsen 1, 2 eines erfindungsgemäßen aktiven Fahrwerks. Dargestellt sind ein aktivierbarer Stabilisator 11 einer Vorderachse 1 und ein aktivierbarer Stabilisator 12 einer Hinterachse 2. Die Stabilisatoren 11, 12 sind schematisch als höhenbeweglich am Aufbau befestigte Federbauteile dargestellt. Die aufbaufesten Flächen sind schraffiert dargestellt. Die gestrichpunktete Linien von der aus die Stabilisatortorsionen ev, eH gemessen werden, kennzeichnen die kraftneutrale Position der Stabilisatoren 11, 12, bei der die Stabilisatortorsion e bzw. eH Null ist und nL gleich nRV bzw.
ΠLH gleich nm . Die Aktoren 13, 14 sind in den Stabilisator 11, 12 integriert und weisen keine eigene Anbindung an den Fahrzeugaufbau auf. Die Anbindungen der Stabilisatoren 11, 12 an die Radträger 7, 8, 9, 10 sind als schwarze Punkte dargestellt .
Im in Fig. 2 dargestellten Fall würde die positive Federwegdifferenz nRV-nLV an der Vorderachse 1 eine positive Kraft Fv bewirken. Durch die starke Verschiebung sv des Aktors 13 in positiver Richtung ergibt sich insgesamt ein negatives ev, was dann auch einer negativen Kraft Fv entspricht.
Für die Hinterachse 2 gilt entsprechendes umgekehrt. Weil niyi-nLH stationär ein anderes Vorzeichen hat als nRV-nLV/ wird im Ergebnis aktiv eine entsprechend positiv wirkende Kraft FH erzeugt .
Sind andere Regelungsanteile Null (z.B. Querbeschleunigung, Lenkradwinkel, Summe des Achswankwinkels) , dann wechseln Fv und FH genau dann das Vorzeichen, wenn X= nRV -nLV - nm + nLH sein Vorzeichen wechselt.
Fv und FH müssen nicht zwangsläufig im Betrag gleich groß sein. Nur wenn alle anderen Regelungsanteile und Stellbefehle des Reglers Null sind (z.B. Federwegregelung/-Steuerung oder Beschleunigungsregelung/-Steuerung) , und noch keines der Systeme am physikalischen Anschlag angelangt ist, ist die Gleichgestaltung der Kräfte vorne und hinten im Betrag sinnvoll .
Zur Ansteuerung der Aktoren 13 , 14 von Vorderachse 1 und Hinterachse 2 ist gemäß Fig. 1 ein Kreislauf mit einem Versorgungsreservoir 24, einer Pumpen-Einheit 25 und einer Stelleinrichtung 26 mit Schalteinrichtungen 27, 28 vorgesehen. Die Aktoren 13, 14 sind Teil dieses Kreislaufs. Mit Hilfe des Kreislaufs können die Richtung und die Kraft geregelt werden, mit denen die Aktoren 13, 14 angesteuert werden.
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Hierbei ist wichtig, dass der Kreislauf erlaubt, dass die Aktorverschiebung sv der Vorderachse 1 und die Aktorverschiebung sH der Hinterachse 2 in der Kraft-/Verstellrichtung ein unterschiedliches Vorzeichen haben (z.B. vorn positiv und hinten negativ wie in Fig. 2 dargestellt) .
Die Steuerung und/oder Regelung des Kreislaufs erfolgt über die Steuereinheit 19. Diese Steuereinheit 19 empfängt die Signale von den Sensoren 15, 16, 17, 18 und wandelt diese in einem in Fig. 3 dargestellten Verfahren in ein Steuersignal zur Steuerung und/oder Regelung des Kreislaufs um.
Fig. 3 zeigt das von der Steuereinheit 19 durchgeführte Verfahren, dass die erfindungsgemäße Geländefunktionen erzeugt und im Folgenden beschrieben wird. Zunächst ist die Kenntnis der Verschiebungen der Radstellungen zum Fahrzeugaufbau in Z- Richtung hilfreich, das heißt der 4 Federwege nR, nLv, nRH, nLH, bzw. der zwei Differenzen der Federwege nRV-nLV und nRH-nLH für die Vorderachse 1 und die Hinterachse 2.
Die Sensoren 15, 16, 17, 18 dienen zur Erfassung der Federwege n der Fahrzeugräder 3, 4, 5, 6. Diese Sensoren 15, 16, 17, 18 sind beispielsweise als vier in Radnähe angeordneten Niveausensoren ausgeführt. Alternativ sind alle denkbaren Sensoren und Kombinationen von Sensoren einsetzbar, mit deren Hilfe die Differenzen der Federwege der Fahrzeugräder 3, 4, 5, 6 ermittelt werden können. Die Signale der Sensoren 15, 16, 17, 18 für den Abstand n zwischen dem Fahrzeugrad 3, 4, 5 oder 6 und dem Fahrzeugaufbau werden einer Steuereinheit 19 gemäß Fig. 1 zugeführt.
Werden die Federwege n nicht durch Sensoren 15, 16, 17, 18 erfasst, so können sie durch Messung der Kräfte Fv, FH und der Aktorverschiebungen sv, sH abgeschätzt werden.
Beispielsweise kann die Federwegdifferenz der Fahrzeugräder 3 und 4 einer Vorderachse 1 aus der Aktorverschiebung sv des
Aktors 13 und der vom Fahrwerk an den Fahrzeugräder 3 und 4 wirkenden Kraft Fv sowie einer Federkonstante cv des Stabilisators 11 abgeschätzt werden, mit nRV - nLV = Fv/cv + sv .
Analog ergibt sich zur Abschätzung der Differenz der Federwege n der Fahrzeugräder 5 und 6 der Hinterachse 2 mit einem Index H für die Hinterachse 2 die Formel Π.RH - nL = Fv/cH + sv -
Bei unterschiedlichen Fahrzeugspuren von Vorderachse 1 und Hinterachse 2 sind die entsprechenden Hebelverhältnissen so umzurechnen, dass das auf das Fahrzeug wirkende Gesamtmoment möglichst Null ist. Dieser Ausgleich unterschiedlicher Spurweiten von Vorderachse 1 und Hinterachse 2 erfolgt über einen geeignet zu wählenden Normierungsfaktor N. Sind die Spurweiten der Vorderachse 1 und der Hinterachse 2 gleich, so ist der Normierungsfaktor N = 1.
Im Verfahrensschritt 20 wird aus den Differenzen der Federwege n der Fahrzeugräder 3, 4, 5, 6 und dem Normierungs- faktor N ein Wert
X = N* (nRV - nLV) - nRH + nLH ermittelt. Dieser Wert X ist ein Maß dafür, wie die vier Fahrzeugräder 3 , 4 , 5 , 6 zueinander stehen und damit für die Unebenheit der Fahrbahn.
In einer Ausführungsform wird dieses Ergebnissignal X durch einen Tiefpassfilter 21 geglättet und von hochfrequenten Signalen befreit. Übrig bleiben die zu dämpfenden Bewegungen zwischen Fahrwerk und Aufbau. Das neue geglättete Signal wird mit Xτ bezeichnet. Wie Fig. 3 zeigt kann nach einer Tiefpassfilterung von X zu Xτ, dieses Xτ einem Kennlinienfeld zugeführt werden.
In einer weiteren günstigen Ausgestaltung wird auf das geglättete und mit der Information über die aktuelle Stellung
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der Aktoren 13, 14 gekoppelte Signal X ein Kennlinienfeld 22 angewendet. Das Kennlinienfeld 22 kann erfindungsgemäß weitere Parameter berücksichtigen. Beispielsweise kann die Fahrgeschwindigkeit oder die Stellung von. Bedienschaltern berücksichtigt werden. Dabei ordnet das Kennlinienfeld 22 dem Xτ-Wert eine zu stellende Kraft FAKτ und ein Vorzeichen zu.
Dabei bedeutet ein positiver Xτ -Wert, dass der vordere Aktor
13 so angesteuert wird, dass die Kraft zwischen Fahrzeugrad 3 und Fahrzeugaufbau links vergrößert und die Kraft zwischen Fahrzeugrad 4 und Fahrzeugaufbau rechts reduziert wird und dass der hintere Aktor 14 so angesteuert wird, dass die Kraft zwischen Fahrzeugrad 5 und Fahrzeugaufbau links reduziert und die Kraft zwischen Fahrzeugrad 6 und Fahrzeugaufbau rechts vergrößert wird. Bei einem negativem Xτ-Wert werden die Aktoren genau umgekehrt angesteuert .
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ermittelt, welche Aktorbewegung erzeugt werden müssen, damit an die Fahrzeugräder 3, 4, 5, 6 die benötigten Kräfte gestellt werden.
In einer günstigen Ausfuhrungsform wird für jeden Aktor 13,
14 eine Stellkraft FAKT.G sowie je eine Stellrichtung für den Aktor 13 und 14 berechnet, mit denen die Radlastdifferenzen verringert werden.
In einer günstigen Weiterbildung können andere Regelanteile zur zu stellenden Kraft FAKT-G addiert werden. Beispielsweise ist es möglich, das Ergebnis einer Wankstabilisierung oder Einstellungen für ein sportliches oder ein komfortables Fahrwerk mit der errechneten Kraft FAKT_G zu verknüpfen. Dabei kann eine Superposition mehrerer Regelanteile dazu führen, dass die Aktoren 13, 14 zeitweise gleichgerichtet angesteuert werden.
Die Stellkraft aus der Geländefunktion FAKT-G ergibt dann mit
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FAKT-v = FAKτ-G*N+Fχv (...) und
FAKT-H = _FAKT-G*N+FXH (...) die Stellkräfte die am jeweiligen Aktor geregelt oder gesteuert werden können. Fx und FXH deuten an, dass bei der insgesamt zu stellenden Kraft für jeden Aktor hier noch Regelanteile addiert werden können (Superpositionsprinzip) , die andere Regelungsaufgaben erfüllen. Diese Vorgehensweise ist prinzipiell möglich, ohne dass die Aufgabe der Minimierung der Differenz der Radlasten dabei verloren geht.
Besonders bevorzugt wird die aktive Geländefunktion bei sehr kleinen Fahrgeschwindigkeiten oder im Stillstand eingesetzt. Genau in diesen Situationen besteht der größte Traktionsbedarf .
Bei Druckversorgungssystemen oder Energieversorgungssystemen, die stationär pro Achse 1, 2 zwar in der Richtung unterschiedliche, aber im Betrag nur gleiche Kräfte generieren und steuern können, ist die Stellkraft aus der Geländefunktion
betragsmäßig auf jeden Fall gleich zu setzen. Auch wäre in diesem Fall die voneinander unabhängige Addition anderer Regelanteile nicht mehr möglich.
Als Alternative zu einer Kraftsteuerung kann die zu stellende Kraft FAKτ für eine Wegsteuerung in eine zu stellende Aktorverschiebung s umgerechnet werden. Der Verschiebeweg wird dann erfasst, und es wird ermittelt, wann die zu stellende Aktorverschiebung s erreicht ist.
Handelt es sich bei den Aktoren um Wegsteuerungen/ Wegregelungen anstatt Kraftsteuerung/Kraftregelung, so können mit den bereits berechneten Sollkräften und den direkt oder indirekt ermittelten Sensorsignalen nR-nL die zu stellenden Aktorverschiebungen sAKT berechnet werden, mit
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sv = nRV - nLV - FAKT.v/cv und SH = U H - LH - FAKT_H/ CH .
Die zu stellenden Aktorverschiebungen s werden dann den Aktoren übermittelt .
Bevorzugt ist die Kennlinie sinnvoll anhand der Maximal- /Minimalkraft des Aktors und der maximalen und minimalen Aktorverschiebung zu dimensionieren.
Fig. 4 bis Fig. 6 zeigen Ergebnisse eines Verwindungstests. Dargestellt ist ein "langsamer" d.h. quasi statischer Ver- windungstest bei sehr steifer Aufbaustruktur und bei einer mittleren Beladung. Im Stand, bei laufendem Motor zur Druckversorgung, wird am rechten Fahrzeugrad 4 der Vorderachse 1 durch einen Hydropulsstempel das Fahrzeugrad 4 langsam belastet (in Richtung Einfedern bewegt) . Fig. 4 zeigt die Ergebnisse des Verwindungstests an einem passiven Fahrwerk, Fig. 5 die Ergebnisse des Verwindungstests an einem Fahrwerk mit offenen Stabilisatoren 11, 12 und Fig. 6 die Ergebnisse des Verwindungstests an einem erfindungsgemäßen Fahrwerk mit aktiver Geländefunktion.
Dazu wurde in einen Geländewagen ein erfindungsgemäßes Fahrwerk mit, im Vergleich zu üblichen Stabilisatoren, steiferen Stabilisatoren 11, 12 von etwa 50 N/mm wechselseitiger Federsteifigkeit implementiert. Als Aktoren 13, 14 wurden rota- torische Hydromotoren mit maximalen + 34 Grad Schwenkwinkel verwendet. Ebenso wären längs arbeitende Motoren direkt am Hebelarm der Stabilisatoren 11, 12 denkbar. Das erzeugte Drehmoment entspricht etwa 1300 Nm bei 150 bar Druckdifferenz .
Fig. 4 bis Fig. 6 zeigen jeweils zwei Grafiken zur Darstellung der Testergebnisse. In der unteren Grafik ist der Ver- fahrweg des Stempels Z-RAP-VR den ermittelten Federwegen n an
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den einzelnen Fahrzeugrädern (Einfedern positiv dargestellt) im zeitlichen Verlauf gegenübergestellt. Passend dazu sind in der oberen Grafik die von den Stabilisatoren 11, 12 ausgeübten Stabilisatorkräfte den Radlasten im zeitlichen Verlauf gegenübergestellt. Positiv dargestellte Stabilisatorkräfte vorne links und hinten links wirken jeweils radlasternied- rigend bzw. einfedernd auf der linken Radseite, rechts umgekehrt. Besonders zu beachtende Bereiche der Grafiken sind mit den Buchstaben A, B und C gekennzeichnet und werden im Weiteren näher erläutert .
Fig. 4 zeigt den Versuch mit passivem System und unveränderten Stabilisatorsteifigkeiten. Wie im Bereich A erkennbar setzen sofort mit einsetzender Verwindung Radlaständerungen ein. Bei etwa 330 mm Stempelweg hebt ein Fahrzeugrad 6 der Hinterachse 2 ab. Zu diesem Zeitpunkt ist die Radlast an diesem Fahrzeugrad 6 Null. Die passiv sich ergebenden Kräfte der Stabilisatoren 11, 12 sind, wie aus den beiden mit C markierten Kurven erkennbar, bezogen auf den RadaufStandspunkt vorn positiv und hinten negativ gerichtet.
Fig. 5 zeigt den gleichen Versuch mit geöffneten Stabilisatoren vorn und hinten. Die beiden mit C markierten Kurven für die Stabilisatorenkräfte vorne und hinten sind entsprechend über den ganzen Testverlauf Null . Wie im Bereich A erkennbar setzen die Radlaständerungen auch hier sofort mit Einsetzen der Verwindung ein. Diese Radlaständerungen resultieren aus der Aufbaufederung. Das Abheben eines Hinterrades an Punkt B findet erst bei etwa 400 mm statt.
Fig. 6 zeigt nun den Verwindungstest an aktivierbaren Stabilisatoren 11, 12 mit aktiver Geländefunktion. Kennzeichnend für die aktive Geländefunktion im Sinne dieser Erfindung ist, dass bei den beiden mit C markierten Kurven für die Stabili-
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satorenkräfte die Vorzeichen der Stabilisatorkräfte gegenüber dem Versuch mit passivem System (arretierten Motoren) in eine andere Richtung zeigen. Die Vorteile sind an zwei Merkmalen zu erkennen :
Auch bei mittleren Verwindungen kommt ein großer
Traktionsvorteil zur Geltung, weil über einen großen
Verwindungsbereich, wie im Bereich A erkennbar, die
Radlasten fast konstant gehalten werden können.
Das Abheben eines Hinterrades an Punkt B findet erst bei etwa 515 mm Verschiebeweg des Stempels statt.
Das angegebene Beispiel kann gleichzeitig als Messprozedur dafür verwendet werden festzustellen, ob ein Fahrzeug über eine aktive Geländefunktion verfügt oder nicht. Die unter Fig. 6 angegebenen Kriterien und der Vergleich mit dem passiven System (Motor arretiert oder überbrückt) muss die Vorzeichenumkehr der Stabilisatorkräfte ergeben und die Radlastverläufe über der Verwindung deutlich verbessern.
Die maximale Verwindung eines Kraftfahrzeugs kann dann je nach Auslegung der Aktorik und des passiven Fahrzeugs in Größenordnungen angehoben werden. Damit gewinnt das Fahrzeug ein großes Maß an zusätzlichem Traktionsvermögen. Traktionshilfen wie elektronische Stabilitätsprogramme, Anti-Schlupf- Regelungen oder Sperrdifferentiale können später zum Einsatz kommen, etwaige Sperrdifferentiale können gegebenenfalls komplett entfallen. Traktion und Verwindungsfähigkeit stellen insbesondere für geländefähige Fahrzeuge ein wichtiges Benchmark- und Kaufkriterium dar.
Zur Übertragung der Steuersignale in Aktorbewegungen ist erfindungsgemäß ein Kreislauf vorgesehen, der die Aktoren 13 und 14 betätigt. Derartige Kreisläufe sind in Fig. 7 bis Fig. 10 dargestellt. Ein solcher Kreislauf verfügt über ein Ver-
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sorgungsreservoir 24 für ein Hydraulikmedium, das über eine Pumpen-Einheit 25 mit einem Aktor 13 für einen Stabilisator 11 einer Vorderachse 1 und einem Aktor 14 für einen Stabilisator 12 einer Hinterachse 2 verbunden ist. Nach der Pumpen- Einheit 25 teilt sich der Kreislauf dazu in zwei parallel zueinander angeordnete Teilkreisläufe. Dabei ist jeder Teil- kreislauf einem der Aktoren 13, 14 zugeordnet. Jeder der Teilkreisläufe enthält einen dieser Aktoren 13 bzw. 14 und die diesem Aktor 13 bzw. 14 zugeordneten Schalteinrichtungen 27, 30, 32, 34 bzw. 28, 31, 33, 35. Dieser Aufbau des Kreislaufs hat den Vorteil, dass bei Ausfall eines Teilkreislaufs der andere Teilkreislauf weiter funktionsfähig ist. Die Schalteinrichtungen 27, 30, 32, 34 und 28, 31, 33, 35 sind in einer Stelleinrichtung 26 zusammengefasst . Die Strδmungs- richtung des Stellmediums ist in Fig. 7 bis Fig. 10 mit Pfeilen gekennzeichnet.
In Fig. 7 ist eine einfache mögliche Form eines solchen Kreislaufs dargestellt. Dieser Kreislauf verfügt in einer bevorzugten Ausfuhrungsform über ein Versorgungsreservoir 24 für ein Hydraulikmedium, das über eine Pumpen-Einheit 25 und über eine Richtungs-Schalteinrichtung 27 mit einem Aktor 13 für einen Stabilisator 11 einer Vorderachse 1 verbunden ist. In der Rückrichtung ist der Aktor 13 über die Richtungs- Schalteinrichtung 27 direkt mit dem Versorgungsreservoir 24 verbunden. Zwischen der Pumpen-Einheit 25 und der Richtungs- Schalteinrichtung 27 verzweigt der Kreislauf zu einer weiteren Richtungs-Schalteinrichtung 28, die mit einem Aktor 14 für einen Stabilisator 12 einer Hinterachse 2 verbunden ist. An beiden Aktoren 13, 14 steht auf diese Weise der selbe Pumpendruck an. In der Rückrichtung ist der Aktor 14 ebenfalls mit der Richtungs-Schalteinrichtung 28 verbunden. Die Rückläufe der beiden Richtungs-Schalteinrichtungen 27, 28 sind zum Versorgungsreservoir 24 hin zusammengeführt.
Dabei werden erfindungsgemäß die Pumpen-Einheit 25 und die in der Stelleinrichtung 26 zusammengefassten Richtungs-Schalt-
einrichtungen 27, 28 des Kreislaufs nach Maßgabe der von der Steuereinheit 19 errechneten Stellwerten angesteuert.
Die Pumpen-Einheit 25 erhält das Signal, den Systemdruck für eine zu stellende Aktorkraft FAKT aufzubauen. Die Richtungs- Schalteinrichtung 27 der Vorderachse 1 erhält ein Signal, auf Durchlass zu schalten, wenn FAKτ ein positives Vorzeichen zugeordnet ist und auf Umrichtung zu schalten, wenn FAKT ein negatives Vorzeichen zugeordnet ist.
Demgegenüber erhält die Richtungs-Schalteinrichtung 28 der Hinterachse 2 ein Signal, auf Durchlass zu schalten, wenn FAKT ein negatives Vorzeichen zugeordnet ist und auf Umrichtung zu schalten, wenn FAKT ein positives Vorzeichen zugeordnet ist . Somit werden der Aktor 13 der Vorderachse 1 und der Aktor 14 der Hinterachse 2 mit dem gleichen Systemdruck, aber mit umgekehrter Strömungsrichtung angesteuert .
In Fig. 7 bis 10 sind die Teilkreisläufe bezogen auf die Flussrichtung des Stellmediums parallel zueinander angeordnet. Wenn einer der Teilkreisläufe ausfällt, ist damit der andere Teilkreislauf trotzdem weiter funktionstüchtig.
Wie in Fig. 8 dargestellt, weist in einer weiteren Ausführungsform mindestens ein Teilkreislauf eine Sperr-Schalt- einrichtung 30 auf. Diese Sperr-Schalteinrichtung 30 dient als Sicherheit gegen einen Ausfall der Richtungs-Schalteinrichtung 27 und/oder der Pumpen-Einheit 25. Die Sperr- Schalteinrichtung 30 setzt den Aktor 13 bei Ausfall der Richtungs-Schalteinrichtung 27 und/oder bei Druckausfall in einer Stellung fest. Der Stabilisator 11 kann dann trotz des Ausfalls des Aktors 13 immer noch wie ein nicht aktivierbarer Stabilisator arbeiten. Bevorzugt wird eine derartige Sperreinrichtung 27 daher in dem Teilkreislauf vorgesehen, welcher der gelenkten Vorderachse 1 zugeordnet ist.
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Fig. 8 und 9 zeigen Kreisläufe, bei denen die einem Aktor 13, 14 zugeordneten Schalteinrichtungen 27, 30 bzw. 28, 31 bezogen auf die mit Pfeilen in Fig 8 und 9 gekennzeichnete Flussrichtung des Stellmediums seriell zueinander angeordnet sind. Dabei ist in der dargestellten Form eine Schalteinrichtung als Richtungs-Schalteinrichtung 27, 28 ausgeführt und die andere als Sperr-Schalteinrichtung 30, 31. Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der nur ein Teilkreis mit einer Sperr-Schalteinrichtung 30 ausgestattet ist. In Fig. 9 sind beide Teilkreise mit einer Sperr-Schalteinrichtung 30, 31 versehen. Bei derartigen Kreisläufen mit Sperr-Schalt- einrichtungen 30, 31 ist es auch möglich über die Steuereinheit 19 nur einen Aktor 13, 14 anzusteuern und den gleichzeitig anderen Aktor 14, 13 zu sperren.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist, wie anhand verschiedener Ausfuhrungsformen in Fig. 8 bis 10 dargestellt, ein Druckbegrenzer 29 vorgesehen, der zwischen der Ausgangsseite der Pumpen-Einheit 25 und dem Versorgungsreservoir 24 angeordnet ist. Aufgabe des Druckbegrenzers 29 ist es, den maximal am Aktor 13, 14 anstehenden Druck zu begrenzen. Steht am Druckbegrenzer 29 ein höherer Druck als der von der Steuereinheit 19 festgelegte Maximaldruck an, so öffnet sich der Druckbegrenzer 29, und der Druck fließt in Richtung Versorgungsreservoir 24 ab. Wird der eingestellte Maximaldruck wieder unterschritten, so schließt der Druckbegrenzer 29. Der Maximaldruck ist am Druckbegrenzer 29 frei einstellbar. Die Einstellung des Maximaldrucks am Druckbegrenzer 29 wird von der Signalverarbeitung 19 gesteuert. Mit dem Druckbegrenzer 19 wird der Systemdruck eingestellt. Bei Systemen ohne Druckbegrenzer 19 wird der Systemdruck über die Pumpen-Einheit 25 eingestellt .
In einer Ausfuhrungsform ist der Druckbegrenzer 19 Teil der Pumpen-Einheit 25.
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Fig. 10 zeigt ein Kreislauf, bei dem die einem Aktor 13, 14 zugeordneten Schalteinrichtungen 32, 34 bzw. 33, 35 bezogen auf die Flussrichtung des Stellmediums parallel angeordnet sind. Jede der Schalteinrichtungen 32, 33, 34, 35 weist eine Sperrstellung auf. Dabei ist in der dargestellten Form in jedem einem Aktor 13, 14 zugeordneten Teilkreislauf eine Schalteinrichtung als Sperr-Umschalteinrichtung 32, 33 ausgeführt und die andere als Sperr-Schalteinrichtung 34, 35.
In den in Fig. 7 bis Fig. 10 dargestellten Ausfuhrungsformen wird ein einziger gemeinsamer Systemdruck gesteuert oder geregelt . Ein derart aufgebauter Kreislauf beschränkt zwar die Stellmöglichkeiten der Aktoren 13, 14 zueinander, ist aber kostengünstig.
In einer anderen Ausfuhrungsform kann der Systemdruck für jeden Teilkreislauf separat gesteuert oder geregelt werden. Beispielsweise wird jeder Teilkreislauf des Kreislaufs, über einen Stromteiler mit einem eigenen veränderbaren Systemdruck versorgt . Damit ist eine sehr differenzierte Einstellung der Aktoren 13, 14 über einen großen Bereich möglich.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist das Stellmedium für den Kreislauf eine Hydraulikflüssigkeit. Beispielsweise ist das Versorgungsreservoir 24 als Hydraulikflüssigkeitsvorrat, die Pumpen-Einheit 25 als Motor-Pumpeneinheit die Stelleinrichtung 26 als Ventilblock ausgeführt. Dieser Ventilblock weist typischerweise Richtungsschaltventile 27, 28, ein Druckbegrenzungsventil 29 und Sperrschaltventile 30, 31 auf. Als Aktor 13, 14 kann beispielsweise ein hydraulischer Schwenkmotor oder ein hydraulischer Betätigungsarm eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausfuhrungsform ist das Stellmedium für den Kreislauf Druckluft. Beispielsweise ist das Versorgungsreservoir 24 als Druckluftvorrat, die Pumpen-Einheit 25 als Kompressor die Stelleinrichtung 26 als Pneumatikventilblock
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ausgeführt. Dieser Ventilblock weist typischerweise Richtungsschaltventile 27, 28, Druckbegrenzungsventile 29 und Sperrschaltventile 30, 31 auf. Als Aktoren 13, 14 sind druckluftgesteuerte oder hydropneumatische Aktoren geeignet.
In einer alternativen Ausfuhrungsform ist das Stellmedium für den Kreislauf elektrischer Strom. Beispielsweise ist die Versorgungsreservoir 24 als Batterie, die Pumpen-Einheit 25 als Generator, die Stelleinrichtung 26 als Platine ausgeführt. Diese Platine weist typischerweise Richtungsschalter 27, 28, Transistoren 29 und Ein/Aus-Schalter 30, 31 auf. Als Aktor 13, 14 ist beispielsweise Stellmotor vorgesehen.