DE102006003068B3 - Motor vehicle structure level controlling method, involves adjusting actual motor angle depending on actual spring strut lengths by changing motor current such that difference to desired value of engine angle lies in given tolerance range - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Fahrzeugaufbauniveaus bei Kraftfahrzeugen mit Hilfe eines elektromechanisch verstellbaren Federbeins, welches an einem ersten Befestigungspunkt mit dem Fahrzeugaufbau und an einem zweiten Befestigungspunkt mit einem Radführungselement verbunden ist und einen in axialer Richtung verstellbaren Federteller, an dem sich eine den Fahrzeugaufbau tragende Aufbaufeder abstützt, eine zwischen dem Federteller und dem Aufbau wirksame Speicherfeder und einen eine Spindel und ein Getriebe aufweisenden Spindeltrieb zur Verstellung der axialen Position des Federtellers umfasst, wobei der Spindeltrieb durch einen über ein Steuergerät angesteuerten Elektromotor angetrieben und zur Regelung des Fahrzeugaufbauniveaus die tatsächliche Federbeinlänge durch Verstellung der axialen Position des Federtellers geregelt wird.The The invention relates to a method for regulating the vehicle body level in motor vehicles with the aid of an electromechanically adjustable shock absorber, which at a first attachment point with the vehicle body and at a second attachment point with a wheel guide element is connected and an axially adjustable spring plate, on which a build-up spring supporting the vehicle body is supported, a between the spring plate and the structure effective storage spring and a spindle and a gear having spindle drive for Adjustment of the axial position of the spring plate comprises, wherein the spindle drive through an over a control unit driven electric motor driven and to the regulation of the vehicle construction level the actual strut length through Adjustment of the axial position of the spring plate is regulated.
Aus
dem Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren
zur Regelung des Fahrzeugaufbauniveaus bei Kraftfahrzeugen bekannt.
So ist aus der
Die Verwendung von Wegsensoren zur Messung des Einfederweges des Federbeins ist aufwendig und mit erhöhten Kosten verbunden. Neben den Sensoren selbst wird auch entsprechender Bauraum für die Unterbringung der Sensoren und die Verkabe lung benötigt. Wenn ein Sensor fehlerhaft arbeitet und z.B. ungenaue Messwerte liefert, so funktioniert die gesamte Niveauregelung nicht richtig.The Use of displacement sensors for measuring the compression travel of the shock absorber is elaborate and with elevated Costs connected. In addition to the sensors themselves is also appropriate Space for the accommodation of the sensors and the cabling ment needed. If a sensor is malfunctioning and e.g. provides inaccurate readings, so the entire level control does not work properly.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem auf Sensoren und Sensorinformationen verzichtet werden kann.Of the Invention is the object of a method of the beginning mentioned type available to provide in which waived sensors and sensor information can be.
Diese Aufgabe wird jeweils gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These Task is solved in each case by a method having the features of claims 1 and 2. Advantageous developments are specified in the subclaims.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass allein aus den ohne Sensoren auf einfache Weise abgreifbaren Messgrößen für den Motorstrom und den Motorwinkel des Elektromotors alle zur Regelung des Aufbauniveaus erforderlichen Größen bestimmt werden können, und dass die Regelung des Aufbauniveaus des Fahrzeugs allein über eine Regelung des Motorwinkels am Elektromotor erfolgen kann. Eine Erfassung des Einfederweges des Federbeins und ggf. zusätzlich der Aktuatorwege über Wegsensoren ist bei der Erfindung nicht erforderlich. Auf derartige Wegsensoren kann vollständig verzichtet werden.The Invention makes use of the knowledge that alone from the Without sensors, easily measurable parameters for the motor current and the motor angle of the electric motor all to control the construction level required sizes determined can be and that the regulation of the construction level of the vehicle alone over a Control of the motor angle can be done on the electric motor. A capture the compression travel of the shock absorber and possibly also the actuator paths via displacement sensors is not required in the invention. On such displacement sensors can be completely dispensed with become.
Ein wichtiger Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Gedanke, durch Bildung eines mechanischen Kräftegleichgewichts am Federteller und unter Berücksichtigung der entsprechenden Federraten wesentliche, für die erfindungsgemäße Niveauregelung erforderliche Größen zu bestimmen. Hierzu werden zunächst die auf den axial verstellbaren Federteller einwirkenden äußeren Kräfte bestimmt. Dabei kann entweder, wie dies bei dem im Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahren der Fall ist, zwischen dem Federteller und dem mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Befestigungspunkt lediglich ein Spindeltrieb angeordnet sein. In diesem Fall wirken auf den Federteller nur zwei Kräfte ein, nämlich einerseits die von dem Spindeltrieb und andererseits die von der Aufbaufeder auf den Federteller übertragenen Kräfte. Alternativ kann zwischen den mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Befestigungspunkt und dem Federteller zusätzlich und parallel zu dem Spindeltrieb noch eine Speicherfeder vorgesehen sein. In diesem Fall, der dem Verfahren gemäß Patentanspruch 2 zu Grunde liegt und der weiter unten in der Beschreibung des konkreten Ausführungsbeispiels erläutert ist, wirken auf den Federteller drei Kräfte ein, nämlich die von dem Spindeltrieb, von der Speicherfeder und von der Aufbaufeder auf den Federteller übertragenen Kräfte.One important part of the method according to the invention is the idea by forming a mechanical balance of forces on the spring plate and considering the corresponding spring rates essential for the level control according to the invention to determine required sizes. To do this, first determines the forces acting on the axially adjustable spring plate outer forces. It can either, as described in the patent claim 1 Procedure is the case, between the spring plate and the with the Vehicle body connected attachment point only a spindle drive be arranged. In this case, act on the spring plate only two personnel one, namely on the one hand from the spindle drive and on the other hand of the Build-up spring transferred to the spring plate Forces. Alternatively, between those connected to the vehicle body Attachment point and the spring plate in addition to and parallel to the Spindle drive still be provided a memory spring. In this Case, the method according to claim 2 is based and the further below in the description of the specific embodiment explained is, act on the spring plate three forces, namely that of the spindle drive, transmitted from the storage spring and the mounting spring on the spring plate Forces.
Im Folgenden wird die Erfindung für das letztgenannte Ausführungsbeispiel beschrieben, das heißt für den Fall, dass parallel zu dem Spindeltrieb noch zusätzlich eine Speicherfeder zwischen dem Federteller und dem Fahrzeugaufbau vorgesehen ist. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich keine grundsätzlichen Abweichungen hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben, wenn auf die Speicherfeder verzichtet wird. Es ist dann lediglich eine Kraft weniger zu berücksichtigen. Die Erfindung wird daher am besten und umfassendsten beschrieben, wenn die Ausführungsform mit Speicherfeder beschrieben wird.in the The following is the invention for the latter embodiment described, that is for the Case, that in addition to the spindle drive additionally a memory spring between the spring plate and the vehicle body is provided. It is on This point noted that there are no fundamental Deviations in terms of the method according to the invention result when is dispensed with the memory spring. It's just one Less force to consider. The The invention is therefore best and broadly described when the embodiment with Memory spring is described.
Um das mechanische Kräftegleichgewicht am Federteller bilden zu können, werden zunächst die auf den axial verstellbaren Federteller einwirkenden äußeren Kräfte bestimmt, d.h. einerseits wird die von dem Elektromotor über den Spindeltrieb auf den Federteller einwirkende Kraft bestimmt, und andererseits wird die von der Speicherfeder auf den Federteller einwirkende Kraft bestimmt. Zur Bestimmung dieser Kräfte werden dabei ausschließlich zwei Messwerte benötigt, nämlich einerseits der dem Motor zugeführte Strom (Motorstrom IMOT) und andererseits der tatsächliche Motorwinkel, den der Elektromotor relativ zur der Winkellage hat, bei der sich der verstellbare Federteller in Konstruktionslage befindet. Aus dem Messwert für den Motorstrom wird die von dem Spindeltrieb auf den Federteller tatsächlich einwirkende Kraft bestimmt. Aus dem Messwert für den tatsächlich vorliegenden Motorwinkel wird zunächst einmal die tatsächliche Länge der Speicherfeder relativ zu der Länge bestimmt, die die Speicherfeder hat, wenn sich der Federteller in Konstruktionslage befindet. Aus diesem Wert für die tatsächliche Länge der Speicherfeder bzw. aus der Differenz der beiden vorgenannten Längen wird sodann unter Berücksichtigung der Federkennung die von der Speicherfeder auf den Federteller einwirkende tatsächliche Kraft bestimmt.Around the mechanical balance of forces on To be able to form spring plates be first the determined on the axially adjustable spring plate acting external forces, i.e. on the one hand, that of the electric motor via the spindle drive on the spring plate acting force determined, and on the other hand is the memory spring determined force acting on the spring plate. To determine this personnel become exclusive requires two readings, namely on the one hand, the motor supplied Current (motor current IMOT) and on the other hand the actual Motor angle that the electric motor has relative to the angular position, where the adjustable spring plate is in the design position. From the measured value for the motor current is that of the spindle drive on the spring plate indeed acting force determined. From the measured value for the actual motor angle will be first once the actual Length of Memory spring relative to the length determined, which has the memory spring, when the spring plate in Construct position is located. From this value for the actual length of the memory spring or from the difference of the two aforementioned lengths is then taking into account the spring detection acting on the spring plate from the storage spring actual Strength determined.
Durch Bildung des mechanischen Kräftegleichgewichts am Federteller für den quasistatischen Fall wird sodann die Kraft bestimmt, die von der Aufbaufeder auf den Federteller tatsächlich einwirkt. Aus diesem Wert lässt sich dann die tatsächliche Länge der Aufbaufeder auf einfache Weise bestimmen, da diese beiden Werte miteinander über die Federkonstante gemäß der für Federn allgemein geltenden Beziehung F = c X verknüpft sind (F = Federkraft, c = Federkonstante; X = Federweg).By Formation of the mechanical balance of forces on the spring plate for the quasi - static case is then determined by the force exerted by the Aufbaufeder actually acts on the spring plate. For this Value then the actual Length of Build-up spring in a simple way, as these two values over each other the spring constant according to that for springs generally valid relationship F = c X are linked (F = spring force, c = Spring constant; X = travel).
Aus der Summe der tatsächlichen Längen der Aufbaufeder und der Speicherfeder sowie den bekannten und unveränderlichen geometrischen Maßen des Federbeins ergibt sich dann die tatsächliche Länge des Federbeins, welche wiederum über die fest vorgegebene Achskinematik des Fahrwerks linear mit dem Radhöhenstand, d.h. mit der relativen Position des Rads gegenüber dem Aufbau, verknüpft ist. Diese lineare Verknüpfung zwischen Radhöhenstand und Federbeinlänge kann z.B. durch ein konstantes Übersetzungsverhältnis ausgedrückt werden. So kann eine bestimmte Fahrzeugachse beispielsweise ein konstruktionsbedingtes kinematisches Übersetzungsverhältnis von 0,7 aufweisen, was bedeutet, dass eine Änderung des Radhöhenstands von 100 mm eine Änderung der Federbeinlänge von 70 mm zur Folge hat und umgekehrt. Folglich kann der Radhöhenstand und damit das Aufbauniveau des Fahrzeugs durch gezielte Veränderung der Federbeinlänge geregelt werden. Zur gezielten Veränderung der Federbeinlänge wird hierzu der höhenverstellbare Federteller dadurch gezielt verstellt, dass der Motorstrom des Elektromotors als regelungstechnische Stellgröße so verändert wird, dass die Differenz zwischen einem vorgebbaren Sollwert und dem Istwert des Motorwinkels auf ein in einem Toleranzbereich liegendes Maß verringert wird.Out the sum of the actual Lengths of Aufbaufeder and the memory spring and the known and unchanging geometric dimensions of the strut then gives the actual length of the strut, which turn over the fixed axis kinematics of the chassis linear with the Radhöhenstand, i.e. with the relative position of the wheel relative to the structure, is linked. This linear linkage between wheel height and strut length can e.g. be expressed by a constant gear ratio. For example, a particular vehicle axle may be a design-related one kinematic ratio of 0.7, which means that a change in the Radhöhenstands of 100 mm a change the strut length of 70 mm and vice versa. Consequently, the Radhöhestand and thus the construction level of the vehicle through targeted change the strut length be managed. For a specific change in strut length is this is the height-adjustable Federteller thereby specifically adjusted that the motor current of the electric motor as a control engineering variable is changed so that the difference between a predefinable setpoint and the actual value of the motor angle is reduced to within a tolerance range becomes.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigenin the The invention is based on an embodiment drawing closer explained. Show in detail
In
Im
rechten Bildteil der
In
Das aktive Federbein weist ein Federbein-Steuergerät auf, welches einen Vergleicher und einen Stromregler, der als Ausgangsgröße den Motorstrom IMot ausgibt, umfasst. Der Motorstrom IMot beaufschlagt den Elektromotor. In Abhängigkeit vom Motorstrom IMot wird die Welle des Elektromotors um einen bestimmten Winkel verdreht, so dass sich ein tatsächlicher Motorwinkel φist einstellt. Dieser Wert des Motorwinkels φist wird mittels einer einen Drehgeber umfassenden Messeinrichtung gemessen und zum Vergleicher des Federbein-Steuergerätes rückgeführt. Im Vergleicher wird der Istwert des Motorwinkels φist dann mit einem Sollwert φsoll durch Differenzbildung verglichen. Übersteigt die Differenz eine vorgebbare Toleranz, so wird der Motorstrom IMot über das Regelglied so verändert, dass sich die Differenz (φist – φsoll) auf ein tolerierbares Maß reduziert.The active strut includes a strut control unit which includes a comparator and a current regulator outputting the motor current IMot as an output. The motor current IMot acts on the electric motor. Depending on the motor current IMot, the shaft of the electric motor is rotated by a certain angle, so that an actual motor angle φ is set. This value of the motor angle φ is measured by means of a rotary encoder comprehensive measuring device and returned to the comparator of the strut control unit. In the comparator, the actual value of the motor angle φ is then compared with a desired value φ soll by subtraction. If the difference exceeds a predefinable tolerance, then the motor current IMot is changed via the control element so that the difference (φ is - φ soll ) is reduced to a tolerable level.
Zur
Bestimmung des Sollwerts φsoll wird dem Regelsystem ein vorgebbarer
Sollwert des Radhöhenstands
HRad_soll zugeführt.
Dieser Sollwert gibt das gewünschte
Fahrzeugaufbauniveau an. Eine signifikante Abweichung des tatsächlichen
Radhöhenstands
HRad_ist von dem Sollwert kann sich zum Beispiel aus der Absenkung
des Fahrzeugaufbaus infolge einer Zuladung z.B. von Reisegepäck in den Kofferraum
des Fahrzeugs ergeben. Die Ermittlung des aktuellen, d.h. des tatsächlichen
Radhöhenstands
HRad_ist erfolgt ausschließlich
unter Verwendung der Messgrößen IMot
für den
Motorstrom und φist für
den Motorwinkel. Wie der tatsächliche
Höhenstand
HRad_ist ausschließlich
aus diesen beiden Messwerten ermittelt wird, wird nachstehend zu
Der
Wert des tatsächlichen
Radhöhenstands HRad_ist
wird durch Differenzbildung mit dem Sollwert HRad_soll verglichen.
Die sich ergebende Differenz ΔHRad bildet das Maß für den Sollwert φsoll, denn eine Veränderung des Radhöhenstands
ist über
die Gewindesteigung des Spindeltriebs
Im
Folgenden wird nun anhand von
Die zu regelnde Größe ist der Radhöhenstand HRad_ist, d.h. die relative Position des Rads gegenüber dem Fahrzeugaufbau. Der Radhöhenstand HRad_ist ist über die Achskinematik der Fahrzeugachse linear mit der Federbeinlänge LFB verknüpft ist, d.h. eine bestimmte Veränderung der Federbeinlänge LFB bewirkt eine bestimm te Veränderung des Radhöhenstands HRad_ist. Ziel ist es daher, zur Regelung des Fahrzeugaufbauniveaus die Federbeinlänge LFB zu regeln.The to be regulated size is the Radhöhenstand HRad_ist, i. the relative position of the wheel relative to the Vehicle body. The wheel height HRad_ist is over the axle kinematics of the vehicle axle linear with the strut length LFB connected is, i. a certain change the strut length LFB causes a certain change the Radhöhenstands HRad_ist. The aim is therefore to regulate the vehicle body level the strut length To regulate LFB.
Wie
bereits voranstehend zu
Die
Ermittlung der tatsächlichen
Länge LAF der
Aufbaufeder erfolgt dadurch, dass zunächst über die Bildung eines mechanischen
Kräftegleichgewichts
an dem Federteller
Die
Werte des Motormoments MMot und des Motorstroms IMot sind über das
Motorkennfeld des Elektromotors miteinander verknüpft, sodass
zur Bestimmung des Motormoments MMot nur der Wert des Motorstroms
IMot bekannt sein muss. Der Wert für den Motorstrom IMot liegt
jedoch aufgrund des gewählten
Antriebskonzeptes (permanenterregter Sychronmotor mit stromgeführter Regelung)
als abgreifbarer Messwert im Steuergerät des elektromechanischen aktiven
Federbeins vor. Aus dem Messwert für den tatsächlichen Motorstrom IMot kann
somit unter Berücksichtigung
der voranstehend erläuterten
Verknüpfungen
die tatsächliche
Kraft FKGT, die der Spindeltrieb auf den Federteller
In ähnlicher
Weise erfolgt die Bestimmung der für die Bildung des Kräftegleichgewichts
am freigeschnittenen Federteller
Um
den Wert für
die tatsächliche
axiale Position ZFT des Federtellers
Somit sind alle für die Bestimmung des aktuellen Wertes der Regelgröße LFB bzw. HRad_ist benötigten Werte FKGT, FSF, FAF, LAF und LSF allein aus den Messgrößen IMot und φist bestimmbar. Sensoren sind nicht erforderlich.Thus, all values FKGT, FSF, FAF, LAF and LSF required for determining the current value of the controlled variable LFB or HRad_ist can be determined solely from the measured variables IMot and φ. Sensors are not required.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann somit durch gezielte Veränderung des Motorwinkels φist die Federbeinlänge LFB, d.h. der Radhöhenstand HRad_ist und somit letztlich das Fahrzeugaufbauniveau geregelt werden, ohne dass Sensoren zur Messung von Einfederwegen des Federbeins oder von Verstellwegen der Aktuatoren für die Federtellerverstellung benötigt werden.The inventive method can thus by targeted modification of the engine angle φ is the strut length LFB, ie the wheel height HRad_ist and thus ultimately the vehicle body level are regulated without sensors for measuring compression travel of the shock absorber or adjustment of the actuators are required for the spring plate adjustment.
Wie
voranstehend beschrieben wird die Kraft FAF der Aufbaufeder durch
Bildung eines Kräftegleichgewichts
am freigeschnittenen Federteller
Um
diesen verfälschenden
Einfluss zu eliminieren wird ein Mittelwert für den Motorstrom IMot bestimmt,
der einen vom Einfluss der Reibung im Spindeltrieb
Um
den störenden
Einfluss der Reibung zu eliminieren wird daher erfindungsgemäß der Federteller
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |