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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Signalen zur
Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen
steuerbaren oder regelbaren Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges,
wobei sensorisch die Bewegung des Fahrzeugaufbaus ermittelt wird,
die den ermittelten Sensorwerten entsprechenden Sensorsignale einem Dämpferregler
zugeführt werden, der Dämpferregler wenigstens
ein Steuersignal zur Ansteuerung von Aktuatoren, insbesondere von
semiaktiven oder aktiven Dämpfern, liefert, mittels denen
die Bewegung des Fahrzeugaufbaus beeinflusst werden kann. Die Erfindung
betrifft ferner ein System zur Durchführung des Verfahrens
und ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem System zur
Beeinflussung der Bewegung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren
oder regelbaren Fahrzeugaufbaus.
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Verfahren
und Systeme der gattungsgemäßen Art sind bekannt.
So ist beispielsweise aus
DE 39
18 735 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung
von Bewegungsabläufen an Fahrwerken von Personen- und Nutzkraftfahrzeugen
bekannt, bei denen aus einer sensorisch ermittelten Bewegung zweier
Fahrzeugmassen mittels einer Signalverarbeitungsschaltung ein Steuersignal
für einen steuerbaren, an den Fahrzeugmassen angreifenden
Aktuator gebildet wird. Für eine komfortable und dennoch sichere
Fahrwerkabstimmung ist vorgesehen, die sensorisch ermittelten Signale über
eine der Signalverarbeitungsschaltung angehörenden Schaltungsanordnung
mit frequenzabhängigem Übertragungsverhalten zu
leiten. Hierdurch soll erreicht werden, dass aufgrund der frequenzabhängigen
Verarbeitung der Sensorsignale keine statische Kennlinie für
die Aktuatorsteuerung beziehungsweise Aktuatorregelung eingesetzt
wird, sondern eine von dem Frequenzinhalt des Bewegungsablaufs abhängige
Aktuatorsteuerung beziehungsweise Aktuatorregelung erfolgt. Hierdurch
soll das Ziel eines möglichst hohen Fahrkomforts bei einer
auch in Grenzbereichen des Fahrzustandes sicheren Auslegung des
Fahrwerks erzielt werden. Diesem Ansatz liegt der Gedanke zugrunde,
dass dem Zielkonflikt zwischen gewünschtem Fahrkomfort,
das heißt komfortable und weiche Auslegung, und Fahrdynamik,
das heißt sportliche und straffe Abstimmung, einerseits
und einer ausreichenden Fahrsicherheit andererseits entsprochen werden
soll. Für Fahrkomfort und Fahrdynamik ist eine Dämpfung
der Bewegung des Aufbaus entscheidend, während für
eine Fahrsicherheit eine Radlast beziehungsweise Radlastschwankung
entscheidend ist.
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Bekannt
sind im Wesentlichen drei Dämpfersysteme für Fahrzeuge,
wobei einer Federanordnung zwischen Rad und Aufbau ein Aktuator
parallel geschaltet ist. Bekannt sind passive, semi-aktive und aktive
Dämpfersysteme. Bei passiven Dämpfersystemen ist
eine Veränderung der Dämpferkraft während des
Fahrbetriebes nicht vorgesehen. Bei semi-aktiven Dämpfersystemen
kann die Dämpferkraft durch eine Veränderung eines Ölfluidstromes
unter Verwendung eines oder mehrerer Ventile verändert
werden. Auf diese Art und Weise können die Dämpfungseigenschaften
verändert werden. Semi-aktive Dämpfersysteme arbeiten
rein energieabsorbierend. Bei aktiven Dämpfersystemen kann
eine gewünschte Dämpferkraft sowohl dämpfend
als auch energieeinbringend in jede Richtung bereitgestellt werden.
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Beim
Anfahren und Bremsen wirken äußere Kräfte
auf ein Kraftfahrzeug. Antriebs- oder Bremskräfte wirken
als Radumfangskräfte, während das Gesamtfahrzeug
der Trägheit unterliegt und daher die Trägheitskraft
im Gesamtschwerpunkt angreift. Es ist bekannt die Gesamtbremskraft
auf Vorder- und Hinterachse gemäß einer Bremskraftverteilung
aufzuteilen, so dass die Umfangskräfte an allen Rädern angreifen.
Zusammen mit dem Abstand des Fahrzeugschwerpunktes zur Fahrbahn
ergibt sich beim Anfahren und Bremsen ein Nickmoment, welches durch
Radlastverschiebungen kompensiert wird. Somit stehen Trägheitskraft,
Reifenumfangskräfte sowie die resultierenden Radlastdifferenzen
im statischen Gleichgewicht.
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Beim
Bremsen findet eine Radlastverschiebung nach vorn statt, während
beim Beschleunigen die hinteren Radlasten ansteigen. Eine steigende Radlast
bringt zunächst eine verbesserte Kraftübertragung
mit sich, wenn man den Coulombschen Reibungskoeffizienten und somit
den linearen Zusammenhang zwischen der Vertikal- und Horizontalkraft betrachtet.
Da die Reifeneigenschaften einen degressiven Verlauf über
steigender Radlast bis hin zu einer Sättigung der übertragbaren
Kraft zeigen, führt eine Radlasterhöhung im Grenzbereich
des Reifens nicht notwendigerweise zu einer erhöhten übertragbaren
Umfangskraft. Die entstehenden Radlastdifferenzen beim Antreiben
und Bremsen führen im Allgemeinen zu einer Nickbewegung
des Aufbaus, die allerdings durch geeignete Maßnahmen im
Bereich der Fahrwerkkinematik abgeschwächt beziehungsweise gar
kompensiert werden kann. Diese Maßnahmen werden als Anfahr-
beziehungsweise Brems-Nickausgleich bezeichnet.
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Ähnliche
Aspekte wie bei der Bremsung des Fahrzeugs sind auch bei einem Lastwechsel
bei Geradeausfahrt zu sehen. Als Lastwechsel wird der Moment bezeichnet,
in dem der Fahrer das Gaspedal verlässt beziehungsweise
dieses ruckartig drosselt. Wenn dabei der Triebstrang noch mit den
Antriebsrädern verbunden ist, wirkt das Schlepp- und Bremsmoment
des Motors als bremsendes Moment auf die angetriebenen Räder.
Dieses Bremsmoment sorgt für eine Verzögerung,
dadurch kommt es wie bei einem Bremsvorgang zu dynamischen Radlastverschiebungen
nach vorn sowie zu einer Nickbewegung des Aufbaus. Besondere Bedeutung
kommt diesem Lastwechsel bei Kurvenfahrt zu.
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Längsdynamische
Bewegungsänderungen wirken sich somit zum Einen komfortseitig
dadurch aus, dass Nickbewegungen auftreten können. Zum Anderen
besteht in der Regel die Forderung, dass bei Bremsvorgängen
eine möglichst gering optimierte Radlastverteilung mit
geringer Radlastschwankung auftritt und so ein optimaler Kontakt
der Reifen eines Fahrzeugs mit der Straße gegeben ist.
Dies vermittelt nicht nur dem Fahrer ein gutes Bremsverhalten des Fahrzeugs,
sondern Kräfte können auch besser übertragen
werden. Dies ist insbesondere wichtig bei fahrsicherheitskritischen
Bremsmanövern, wie einer Vollbremsung oder einer ABS-Bremsung
(ABS = Antiblockiersystem). Zielsetzung sollte sein, dass sich ein
möglichst harmonischer Bewegungsablauf ergibt, der ein
subjektiv möglichst sicheres Fahrgefühl vermittelt.
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Stand
der Technik ist es, einzelne Größen, wie beispielsweise
der Bremsdruck oder dessen Ableitung, für eine Brems-Längsdynamikregelung
zu verwenden. Der Bremsdruck wird vom Fahrer durch die Stellung
des Bremspedals vorgegeben. Nachteilig ist hier, dass es sich nur
um eine beziehungsweise zwei ausgewählte Größen
handelt. Weiterhin wird oft vorhaltend der Bremslichtschalter in
einem separaten Regler ausgewertet. Wenn mehr Größen
in Analogie zu dem bekannten Verfahren ausgewertet werden sollen,
werden entsprechend mehr Regelkreise benötigt. Ein oder
zwei Größen geben ferner meist nicht hinreichend
Aufschluss über den Bremsvorgang, so dass häufig
entweder zu viel oder zu wenig geregelt wird. Eine langsame Bremsverzögerung
erfordert zum Beispiel eine gänzlich andere Behandlung
als eine Vollbremsung.
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Eine
derartige Vorrichtung und ein Verfahren zur Beeinflussung der Dämpfungskraftcharakteristik einer
Fahrwerksaufhängung eines Kraftfahrzeuges ist aus
DE 10 2005 040 907
A1 bekannt. Dort ist vorgesehen, dass eine Steuereinrichtung
bei Erfüllung eines auf einen Anfahrvorgang hinweisenden
Anfahrkriteriums oder eines auf einen Abbremsvorgang hinweisenden
Abbremskriteriums die Dämpfungskraft der Dämpfungseinrichtung
durch Ansteuerung der Steuereinrichtung jeweils derart erhöht,
dass eine aufgrund des Anfahrvorganges oder des Abbremsvorganges
zu erwartenden Fahrzeugaufbaubewegung unterdrückt wird.
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Gerade
bei der Vielzahl an Fahrerassistenzsystemen, die heutzutage in den
Fahrzeugen verbaut sind, gibt es sehr viele unterschiedliche Bremsanforderungen.
Diese alle in einzelnen Reglern abzudecken erfordert nicht nur viel
Speicherbedarf und Rechenzeit sondern auch einen sehr hohen Abstimmaufwand.
Wenn nur einzelne Größen berücksichtigt werden,
dann hat das häufig ein unharmonischeres Fahrzeugverhalten
zur Folge.
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Bei
den bekannten Verfahren und Systemen zur Beeinflussung der Bewegung
des Fahrwerkes ist nachteilig, dass als Ausgangsgröße
aus eingesetzten Reglermodulen eine Kraft angefordert wird. Dies hat
den Nachteil, dass zusätzlich eine Dämpfergeschwindigkeit
als Zusatzgröße benötigt wird, um über eine
Kennfeldumrechnung zu der eigentlichen Stellgröße,
dem Steuerstrom, zu gelangen. Darüber hinaus kann auch
bei einer konstanten Kraftanforderung der Strom sich in Abhängigkeit
von der Dämpfergeschwindigkeit ändern. Da eine
Kennfeldumrechnung fehlerbehaftet ist, wird auch die resultierende
Dämpferkraft entsprechend unstetig. Gerade im Bereich von
niedrigen Dämpfergeschwindigkeiten, die insbesondere häufig
bei Querdynamikvorgängen vorliegen, ist dies nachteilig,
da hier die größten Nichtlinearitäten
und Ungenauigkeiten im Kennfeld vorliegen. Darüber hinaus
ist bekannt, dass im Geschwindigkeitsnulldurchgang im Kennfeld der
Dämpfer in der Regel weich gestellt wird. Gerade bei Dämpfergeschwindigkeiten,
die um null herum pendeln wird dann bei einer konstanten Kraftanforderung
ein ständig pendelnder Strom gestellt, der kontraproduktiv
für die eigentliche Regelung ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein
System der gattungsgemäßen Art anzugeben, mittels
denen in einfacher und sicherer Weise eine Regelung der Bewegung
eines Fahrzeugaufbaus mit elektronisch ansteuerbaren Aktuatoren
(Dämpfern) unter gleichzeitiger Berücksichtigung
von Fahrkomfort, Fahrdynamik und Fahrsicherheit möglich
ist.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
gelöst. Dadurch, dass mittels des Dämpferreglers
aus den Sensorsignalen unter Berücksichtigung wenigstens
eines Längsverzögerungszustandes und wenigstens
eines Längserzögerungsableitungszustandes des
Fahrzeuges mittels zustandsabhängiger Regelalgorithmen
das wenigstens eine Steuersignal zur Ansteuerung der Aktuatoren
ermittelt wird, ist vorteilhaft möglich, Fahrkomfort und Fahrdynamik
einerseits und Fahrsicherheit andererseits durch die spezielle Einbindung
der zustandsabhängigen Regelalgorithmen zu gewährleisten.
Durch die Berücksichtigung der Längsverzögerungs-
und Längsverzögerungsableitungszustände
bei der Bereitstellung der Steuersignale für die Aktuatoren,
das heißt also bei der Einstellung der Dämpfung
der Bewegung des Fahrzeugaufbaus, wird neben den Komfortanforderungen
eines Fahrzeugführers auch den dynamischen Fahrzuständen
des Fahrzeuges insbesondere auch unter Berücksichtigung
sicherheitskritischer Zustände Rechnung getragen.
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Die
Erfindung besteht im Prinzip darin, den Längsverzögerungszustand
des Fahrzeugs und den Zustand der differenzierten Längsverzögerung (Bremsruck)
festzustellen und diese Größen als Steuersignale
für eine nachgeschaltete Regelung auszuwerten. Die vorliegende
Erfindung rückt daher von dem Stand der Technik ab, bei
dem die Wunschverzögerung des Fahrers und dessen Ableitung
für eine Längsdynamikregelung ausgewertet wird.
Die Erfindung schließt nicht aus, dass auch die Wunschverzögerung
des Fahrers und die Ableitung dieses Signals einen Einfluss auf
die Längsdynamikregelung besitzen, allerdings nur in dem
Umfang, in dem diese Größen in dem Längsverzögerungszustand beziehungsweise
den Bremsruckzustand, das heißt der Differenzierung der
Längsverzögerung, eingehen. Damit ist der Gegenstand
der Erfindung nicht auf die Auswertung nur einer beziehungsweise
zweier Größen festgelegt, sondern kann in weiter
unten geschilderter vorteilhafter Weise eine größere
Anzahl von Eingansgrößen berücksichtigen.
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Um,
die Längsdynamik des Fahrzeugs im Hinblick auf eine größere
Anzahl von Parametern berücksichtigen zu können,
ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
zur Ermittlung der Zustandsgrößen (x_verzög,
x_verzabl) längsdynamische Eingangsgrößen
Verwendung finden, insbesondere die Längsbeschleunigung
(a), der Bremsdruck (p), die Bremslichtschalterstellung (BLS), die
EPB-Anforderung (a_EPB), die ACC-Anforderung (a_ACC), die AWV-Warnung
(AWV_warn), die AWV-Bremsung (AWV_brems) und/oder die Raddrehzahl.
Die Aufzählung der genannten Größen ist nicht
abschließend, sondern lediglich beispielhaft.
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Bei
den eine Verzögerung anfordernden längsdynamischen
Eingangsgrößen lässt sich eine Einteilung
treffen, in welcher Form diesen Eingangsgrößen
die jeweilige Verzögerung zur Verfügung gestellt
werden soll. Dies steht im Gegensatz zu den Eingangsgrößen,
die eine Beschleunigung anfordern. Dabei existieren eine Verzögerung
anfordernde Eingangsgrößen, die eher eine an Komfort
orientierte Verzögerung bedingen, wie beispielsweise der
durch die Stellung des Bremspedals gesteuerte Bremsdruck, die vom
ACC (Active/Adaptive Cruise Control, Abstandsregeltempomat) angeforderte
Verzögerung und die von der elektronischen Parkbremse (EPB) angeforderte
Verzögerung. Dann gibt es wiederum Verzögerung
anfordernde Eingangsgrößen, bei denen mehr die
Fahrsicherheit betont werden sollte. Dazu gehören das ABS-Bit
des Antiblockiersystems und das AWV-Bit (AWV = Anhaltewegverkürzung), welches
eine Verkürzung des Anhalteweges einleitet (Notbremsung).
Eine weitere Gruppe von Eingansgrößen, welche
Verzögerung anfordert, weist auf eine zukünftige
Bremsung hin, wie das BLS-Bit des Bremslichtschalters oder das AWV-Warnsignal.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass mehrere, insbesondere zwei oder drei, Längsverzögerungszustandgrößen
(x_verzög1, x_verzög2, x_verzög3) und
korrespondierend dazu Längsverzögerungsableitungsgrößen
(x_verzabl) Verwendung finden, die jeweils unterschiedliche Zustandsausprägungen
darstellen, wie Signale mit Bremswahrscheinlichkeit (zum Beispiel
BLS oder AWV-Warnung), Signale mit „Standard"-Verzögerung (Bremsdruck,
EPB-Verzögeruzng, ACC-Verzögerung) oder Signale
mit fahrsicherheitsbetonter Verzögerung (wie ABS-Bit, AWV-Bremsung).
Es werden also nicht alle Eingangsgrößen zu einer übergeordneten,
gemeinsamen Zustandsgröße vereint sondern es werden
mehrere Zustandsgrößen gebildet, in denen jeweils
mehrere Eingangsgrößen zusammengefasst werden,
die ein ähnliches Anforderungsprofil besitzen.
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Die
einen Einfluss auf die Längsdynamik eines Fahrzeugs aufweisenden
Größen können physikalisch unterschiedliche
Einheiten besitzen, wie beispielsweise Massen, Drehzahlen, Verzögerungen, Ableitungen
von Verzögerungen (Ruck), Prozentangaben, Warnsignale und
so weiter. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird daher
vorgesehen eine Konvertierungseinheit vorzuhalten, welche die an
ihrem Eingang anstehenden Größen in ihrem Einfluss
bewertet und ihnen ein bestimmtes Gewicht einer zu bildenden Längsverzögerungszustandsgröße zuteilt.
Diese Zustandsgröße wird in einer geeigneten Einheit
zum Beispiel der negativen Beschleunigung angegeben, unabhängig
davon, dass die ihr zugrunde liegenden Eingangsgrößen
vollkommen andere Einheiten besitzen können. Wesentlich
für eine optimale Ausgestaltung dieser neuen Zustandsgröße
ist nur, dass die Einflüsse der einzelnen Eingangsgrößen
sinnvoll hinsichtlich der alle Eingangsgrößen
zusammenfassenden Zustandsgröße bewertet werden. Die
Einheit dieser neuen Zustandsgröße kann bevorzugt
die negative Beschleunigung sein.
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Ferner
ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, über
die Konvertierungseinheit eine Wichtung beziehungsweise eine Filterung der
Eingangsgrößen vorzunehmen. Der Einsatz der Konvertierungseinheit
ist lediglich beispielhaft. Es können auch andere vor-
oder nachgeschaltete Einheiten eine derartige Bewertung und Bearbeitung
der Eingangsgrößen vornehmen.
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Für
die Bildung der zusammenfassenden Zustandsgröße
können auch Eingangsgrößen Verwendung
finden, welche durch die Stellung des Bremspedals, Verzögerungs-Anforderungen
von ABS, AWV und ähnlichem gebildet sein können.
Diese Größen zeichnen sich in der Regel dadurch
aus, dass sie eine sofortige Anforderung von 100% darstellen, die
angesprochenen Fahrzeugkomponenten, wie Bremssystem und ähnliches,
aber träge reagieren, so dass die mit 100% angeforderte
Verzögerung erst spät erreicht wird und möglicherweise
noch weiter aufgebaut wird, während die entsprechende Pedalstellung
oder Anforderung eines Assistenzsystems schon beendet ist. Um hier
die praktische Wirkung der aufzubauenden Momente beziehungsweise Beschleunigungen
an den Verlauf der entsprechenden Steuersignale als Eingangsgrößen
anzupassen, ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, dass sprungförmigen (Soll-)Verzögerungsgrößen
ein Zeitverhalten aufgeprägt wird. Es wird somit aufgrund
der anliegenden Steuersignale am Eingang auf das entsprechende längsdynamische
Verhalten des Fahrzeugs geschlossen. Dementsprechend wird dann das
Steuersignal durch Aufprägen eines geeigneten Zeitverhaltens
verformt.
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Für
die an sich frei wählbare Einheit der Zustandsgröße
der Längsverzögerung, die gegebenenfalls am Ausgang
der Konvertierungseinheit anliegt, wird bevorzugt die negative Beschleunigung
gewählt. In diesem Fall ist vorteilhaft zur Bestimmung
des Bremsrucks des Fahrzeugs die ermittelte Längsverzögerung
zu differenzieren, da der negative Ruck durch die Ableitung der
Verzögerung gebildet wird.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
auch die Eingangsgrößen durch Differenzierung
beziehungsweise Differenzierung und Filterung vorab zu Ruck-Größen
umzuformen, soweit sie nur selbst negative Beschleunigungen darstellen.
Diese so abgeleiteten Ruck-Größen können
dann bevorzugt miteinander zu einer gemeinsamen Bremsruckzustandsgröße
vereint werden, die sich als Längsverzögerungs-Änderungsgröße
darstellt.
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Darüber
hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
die einzelnen, die Längsdynamik beschreibenden, Eingangsgrößen oder
die aus diesen geformten gemeinsamen Zustandsgrößen über
weitere Eingangsgrößen zu modifizieren, wie Fahrzustand,
Beladungszustand, Straßenzustand und Fahreraktivität
hinsichtlich Bremse, Lenkung Moduswahl (Sport, Komfort) und dergleichen.
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Es
ist vorteilhaft für die vorzugsweise einer nachgeschalteten
Regelung zuzuführende Ausgangsgröße der
Steuerung eine der Stellgröße des Aktors proportionale
Größe zu wählen. Hierdurch wird vermieden,
dass die Ausgangsgröße der Steuerung noch über
ein Kennlinienfeld in die Stellgröße transformiert
werden muss.
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Die
von mehreren Eingangsgrößen gebildeten abhängigen
Zustandsgrößen können hinsichtlich der
Längsverzögerung und der Änderung der
Längsverzögerung (Bremsruck) in weiterer bevorzugter Ausgestaltung
der Erfindung parallelen Steuerungen zugeführt werden,
welche dann Ausgangssignale abgeben, die bevorzugt eine der Aktorstellgröße
proportionale Größe, insbesondere einen Strom,
umfassen.
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Um
die Vielfältigkeit der Einstellmöglichkeiten zu
reduzieren ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
die Zustandsgrößen für Längsverzögerung
und Änderung der Längsverzögerung (Ruck)
in einer Kombinationseinheit miteinander in geeigneter Weise zu
Wichten und zu kombinieren. Als Ergebnis erhält man eine
gemeinsame Größe, die hinsichtlich der beiden
Eingangszustände repräsentativ ist. Die Bewertung
der beiden, an den Eingängen anliegenden Signale kann bevorzugt
in Abhängigkeit von den einstellbaren Größen
"Komfort" und "Sport" erfolgen, wobei für die Einstellung
"Sport" das Steuerverhalten mehr auf Fahrsicherheit und geringe
Radlastschwankungen ausgerichtet wird.
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Darüber
hinaus ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
die Steuerungsausgangsgröße beziehungsweise Steuerungsausgangsgrößen über
zusätzliche Eingangsgrößen abzuändern.
Als zusätzliche Eingangsgrößen können
dabei beispielsweise der energetische Straßenzustand oder
die Fahrdynamik gelten. Die Fahrdynamik, eher komfortorientiert
oder eher sportlich, kann dabei aus Eingangssignalen geschätzt
werden oder aus entsprechend wählbaren Einstellungen des
Fahrers abgeleitet werden. Die Modifikation der Steuerungsausgangsgrößen
kann bevorzugt auch in einer Begrenzung in Form von minimalen und/oder
maximalen Werten liegen.
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Aus
den Eingangsgrößen oder der aus diesen gebildeten
Steuergröße kann schließlich eine Informationsgröße
gebildet werden, welche über den Längszustand
des Fahrzeugs informiert. Diese Informationsgröße
kann anderen Regelungsmodulen des Fahrzeugs zugeführt werden
um zu erreichen, dass auch dort der Längsdynamikzustand
des Fahrzeugs berücksichtigt wird.
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Es
ist möglich, den Fahrzustand (komfortabel, sportlich) aufgrund
der Eingangsgrößen abzuschätzen. Diese
Möglichkeit wird bevorzugt genutzt, um eine zusätzliche
Zustandsbewertung der Längsdynamik zu erreichen, wodurch
bestimmt werden kann, ob das Fahrzeug mehr Komfort oder mehr Optimierung
der Radlast, und damit der Sicherheit, erfordert. Diese Bewertung
wird dann schließlich anderen Regelungs-Modulen zugeführt,
in denen diese Information sinnvoll ausgewertet wird. Diese Module können
bevorzugt zur Regelung der Vertikaldynamik, der Querdynamik oder
der Stromberechnung zugeordnet werden.
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Ferner
ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, Ausgangsgrößen
der Steuerung eine Halte-Abklingfunktion zuzuordnen, durch welche
die Redaktionsträgheit der entsprechenden Baugruppen des
Fahrzeugs gegenüber dem anfordernden Steuersignal berücksichtigt
wird. Das gilt beispielsweise für die Verzögerung
des Fahrzeugs aufgrund eines entsprechenden Anforderungssignals,
insbesondere dem Bremsvorgang. Hierbei ist bevorzugt, dass die Halte-Abklingfunktion
einen Anteil umfasst, der die Eingangsgröße über
eine definierbare Zeitspanne hält und/oder über
eine zweite definierbare Zeitspannen abklingen lässt (linear,
quadratisch oder entsprechend einer anderen mathematischen Funktion).
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Die
Erfindung lässt sich mit anderen Worten wie folgt beschreiben:
In
Erweiterung des Stands der Technik sollen längsdynamische
Brems-/Verzögerungszustandsgrößen, das
heißt Größen entlang der x-Achse, zur
Steuerung Verwendung finden.
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Es
wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es sich um eine Steuerung
handelt, da zur Regelung eine Rückführeinheit
benötigt wird und es ferner nicht möglich ist,
Längsverzögerungsgrößen über
einen vertikal angebrachten Aktor, wie ein Dämpfer, zu
regeln.
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Aus
mehreren Eingangsgrößen werden ein oder mehrere
Verzögerungszustände ermittelt. Die unterschiedlichen
Eingangsgrößen können dabei in völlig
divergierenden Einheiten vorliegen, wie beispielsweise eine Längsbeschleunigung
in m/s2, ein Bremsdruck in bar, eine ABS-Bremsung
(dimensionslos), eine AWV-Bremsung (dimensionslos), eine AWV-Warnung
(dimensionslos), ein Ansprechen des Bremslichtschalters BLS (dimensionslos),
eine EPB-Anforderung in Nm (elektronsicher Parkbremsvorgang), eine
ACC-Anforderung (Bremsvorgang initiiert durch das Adaptive Cruise
Control System) in m/s2 oder eine Raddrehzahl
in 1/min und dergleichen. Im Verlauf der Bildung der Zustandsgröße
werden diese unterschiedlichen Größen auf die
Einheit der Zustandsgröße konvertiert. Diese ist
vorteilhafter eine Beschleunigung, zum Beispiel m/s2.
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Essentiell
sowohl für das Empfinden des Fahrers als auch für
die Fahrzeugbewegung ist ferner die Änderung der Bewegung,
zum Beispiel in Form der Verzögerungsableitung in m/s3. Hierbei existiert die Möglichkeit,
zunächst alle Eingangsgrößen einzeln
zu differenzieren und bedarfsgerecht zu filtern oder aber erst die
Verzögerungszustandsgröße zu differenzieren
und zu filtern. Beide Ausprägungen haben Vor- und Nachteile.
Aus Gründen zum Beispiel der Übersicht, der Einfachheit
oder der Rechenzeit wird empfohlen, nur die Zustandsgröße
zu differenzieren.
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Bei
der Kombination der unterschiedlichen Eingangsgrößen
kann neben der Normierung auf die Zustandseinheit ferner eine Wichtung
erfolgen oder aber auch ein Zeitverhalten aufgeprägt werden.
So weisen zum Beispiel Sollverzögerungen meist einen Beschleunigungssprung
auf. Dieser würde bei einer Differenzierung zu einer Unendlichkeitsstelle
führen. Hier ist es somit vorteilhaft dieser Größe
ein Zeitverhalten aufzuprägen, so dass eine „Istverzögerung" näherungsweise
abgebildet wird. Diese Zustandsgröße kann ferner
veränderbar sein, zum Beispiel in Abhängigkeit
von der Fahrgeschwindigkeit, dem energetischen (Straßen-)Zustand,
dem Beladungszustand oder aber der gewünschten Fahrdynamik (sportlich-/komfortorientiert)
und dergleichen.
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Im
Gegensatz zu Beschleunigungsvorgängen sind verschiedene
Ausprägungen bei Verzögerungssignalen zu finden.
Zum Einen existieren die Verzögerungssignale, die eher
eine komfortorientierte Verzögerung bis mittlere Fahrsport-Anforderungen an
die Verzögerung bedingen, wie beispielsweise der Bremsdruck,
die ACC-Verzögerung oder die EPB-Verzögerung (EPB
= Elektrische Feststellbremse). Dann existieren Längsdynamiksignale
wie das ABS-Bit oder das AWV-Bremsbit, die ein sicheres Anzeichen
für einen mehr fahrsicherheitsbetonten Zustand darstellen.
Abschließend gibt es noch Signale, die auf eine zukünftige
Bremsung hinweisen, wie das BLS-Bit oder das AWV-Warnbit. Es gibt
nun zum Einen die Möglichkeit drei Längsverzögerungszustandsgrößen
entsprechend der unterschiedlichen Kategorien zu bilden und drei
dazugehörige Längsverzögerungsableitungszustandsgrößen
mit einer entsprechenden Anzahl an nachgeschalteten Regel-Steuerungen.
Zum Anderen können auch alle Signale zu nur einem Längsverzögerungszustand
zusammengefasst werden. In diesem Fall werden die Vorhaltesignale
zum Beispiel in Form einer leichten Verzögerung umgesetzt
und die fahrsicherheitslastigen Signale als starke Verzögerung
(Vollbremsung). Beide Varianten haben ihre Vorteile. Bei der ersten kann
der Fahrzustand besser berücksichtigt werden, bei der letztgenannten
wird die Applikation stark vereinfacht, da es nur die zwei Zustandsgrößen Längsverzögerung
und Längsverzögerungsänderung gibt. Selbstverständlich
kann auch eine Mischform stattfinden, in der zum Beispiel nur die
sicherheitsrelevanten Signale separat behandelt werden.
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In
einer weiteren Ausführung ist es möglich, einen
Gesamtlängsdynamikzustand zu ermitteln, der als Information
in anderen Modulen Eingang finden kann. Da bereits zwei Zustandsgrößen,
die Längsverzögerung und die Längsverzögerungsänderung existieren,
empfiehlt es sich hier, zunächst eine resultierende Ausgangssteuergröße
aus diesen beiden Eingangsgrößen zu ermitteln
und diese als Informationsgrundlage zu verwenden. Dieser Gesamtlängsdynamikzustand
ist zum Beispiel besonders vorteilhaft in Kombination mit der Vertikaldynamikregelung, da
diese zum Beispiel auch auf Nickbewegungen regelt. Hilfreich kann
dies jedoch auch bei stärker sicherheitsbetonten Aspekten
in der Querdynamik sein, so dass keine unerwünschten Sprünge
zwischen den Anforderungen aus Längs- und aus Querdynamik
entstehen.
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Des
Weiteren ist es möglich, anhand der Zustandsgrößen
eine Einschätzung zu treffen, wie weit der Zustand komfortorientiert
oder sportlich/sicherheitsorientiert ist. Diese Information kann
unter anderem für eine nachgeschaltete Steuergrößenauswahl aus
den unterschiedlichen Reglern (wie Vertikaldynamik, Querdynamik,
Längsdynamik, Endlagen und dergleichen) zur Ermittlung
dienen, welches Modul mit welchem Anteil durchgeschaltet wird.
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In,
der Zustandsgrößenberechnung nachgeschalteten,
Reglerelementen wird vorteilhafterweise einmal entsprechend der
Längsverzögerungszustandsgröße
und zum Beispiel parallel auf die Längsverzögerungsableitungszustandsgröße
gesteuert.
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In
einem Kombinierer ist es möglich, beide Ausgänge
miteinander zu verknüpfen. Dies kann in unterschiedlichster
Form (wie Max-Bildung, Min-Bildung und dergleichen) erfolgen, auch
abhängig davon, ob es sich um einen mehr komfortorientierten oder
einen sport-/sicherheitsorientierten Zustand handelt. Es ist nicht
direkt notwendig einen Kombinierer an dieser Stelle zu integrieren,
sondern es kann auch erst ein Zusammenfassen aller Regleranforderungen
in einem nachgelagerten Reglermodul erfolgen. Vorteilhaft bei Verwendung
eines Kombinierers ist jedoch, dass eine Zustandsgröße
für den Längszustand gefunden werden kann, die
durch die Reglerausgangsgröße des Kombinierers
definiert wird.
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Besonders
vorteilhaft an dem genannten Vorgehen, zuerst alle Eingangsgrößen
zu (zwei) Zustandsgrößen zusammenzufassen, besteht
darin, dass man die Steuerung und die Bildung der Steuerungseingangsgröße
weitgehend entkoppelt. Eine Normierung der Eingangsgrößen
auf die Einheit der Zustandsgröße erfolgt in der
Regel nur einmalig und kann auch weitgehend außerhalb des
Fahrzeugs bestimmt werden. Bei der Applikation in einem Fahrzeug
muss dann nur noch die Steuerung für die Zustandsgrößen
abgestimmt werden.
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Da
die aus der Längsdynamik resultierenden Fahrzeugbewegungen
sich langsamer aufbauen, ist es vorteilhaft, entweder die Eingangs-
oder die Ausgangsgrößen der Steuerung zeitlich
abklingen zu lassen. Im Allgemeinen ist es günstiger, die
Ausgangsgröße zu halten und nachfolgend abklingen
zu lassen, da so ein stetiger Verlauf sichergestellt ist. Je nach
Parameterapplikation beziehungsweise Kombination der unterschiedlichen
Zustandsausgangsgrößen können bei einem
Halte-Abklingen der Eingangsgröße Sprünge
auftreten, die eher unerwünscht sind.
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Das
Abklingen selbst setzt sich vorteilhafterweise aus einem Halteteil
und einem Abklingteil zusammen, wobei letzterer linear, quadratisch
oder ähnlich erfolgen kann. Als Ausgangsgröße
der längsdynamischen Steuerung empfiehlt sich eine Größe, die
direkt proportional abhängig von der Steuergröße des
Aktors ist, also beispielweise der Dämpferstrom.
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In
einer weiteren Ausprägung soll die resultierende längsdynamische
Steuerausgangsgröße veränderbar oder
aber korrigierbar über andere Zustandsgrößen
sein, beispielweise in Abhängigkeit von dem energetischen
(Straßen-)Zustand und/oder aber der gewünschten
Fahrdynamik (sportlich-/komfortorientiert, Tasterwahl) und dergleichen.
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Da
Radlastschwankungen direkt von der Aktor-(Dämpfer-)kraft
abhängig sind, die wiederum eine Folge der Stellgröße,
zum Beispiel des Stroms, ist, sollte die Abhängigkeit von
energetischen Zuständen oder der gewünschten Fahrdynamik
am Ende der Steuerung erfolgen, da so eine Entkopplung dieser Einflussgrößen
von den Applikationsparametern der Steuerung gegeben ist. Diese
Korrektur kann beispielsweise auch in der Form erfolgen, dass die
Steuergrößen in ihrem Min- und/oder Maxwert durch
diese zusätzlichen Zustandsgrößen begrenzt
werden. Besonders empfehlenswert ist dies bei fahrsicherheitsbetonten
Manövern, wie einer ABS- oder einer Vollbremsung, da so
zum Beispiel eine Unter- oder Überdämpfung vermieden
werden kann.
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In
einer ganz anderen Ausprägung können die längsdynamischen
Zustandsgrößen statt in einer Längsdynamiksteuerung
auch als Vorsteuer-Eingangsgröße, zum Beispiel
für Vertikaldynamikregelungen Verwendung finden. Hierbei
ist es vorteilhaft, die Längsverzögerungsableitungszustandsgröße beispielsweise
in einem Nickregler zu verwenden, da die Verzögerungsänderung
wesentlich den Nickvorgang beeinflusst. Die Längsverzögerungszustandsgröße
kann in einem Radlastschwankungsregler Eingangs finden.
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Die
Aufgabe wird ferner durch ein System zur Beeinflussung der Bewegung
eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren
Fahrzeugaufbaus eines Kraftfahrzeuges mit den in Anspruch 26 genannten
Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Dämpferregler
wenigstens ein Modul umfasst, mittels dem aus den Sensorsignalen
unter Berücksichtigung eines Längsverzögerungszustandes und
eines Längsverzögerungsableitungszustandes mittels
zustandsabhängigen Regelalgorithmen wenigstens eine Steuersignal
für die Aktuatoren generierbar ist, ist vorteilhaft möglich,
den Dämpferregler modular aufzubauen und in im Fahrzeug
bestehende Systeme, beispielsweise in ein Steuergerät,
in einfacher Art und Weise zu integrieren.
-
Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand
der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch
ein Kraftfahrzeug mit einer Dämpferregelung;
-
2 eine
Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit vertikalen Eck-Aufbaugeschwindigkeiten;
-
3 eine
Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit vertikalen Modal-Aufbaugeschwindigkeiten;
-
4 eine
Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit im Dämpfersystem
angeordneten Sensoren und den resultierenden Rad-, Aufbau- und Dämpfergeschwindigkeiten;
-
5 eine
Grobstruktur der Funktionsmodule einer Dämpferregelung;
-
6 ein
Blockschaltbild eines Standardregelkreises;
-
7 ein
Blockschaltbild eines erweiterten Regelkreises;
-
8 eine
Zusammenfassung verschiedener längsdynamischen Eingangsgrößen
zu der Längsverzögerungszustandsgröße
x_verzög;
-
9 eine
Zusammenfassung verschiedener längsdynamischen Eingangsgrößen
zu mehreren Längsverzögerungszustandsgrößen
x_verzög1/2/3;
-
10 eine
Differenzierung der Längsverzögerungszustandsgröße
x_verzög zur Längsverzögerungsableitungszustandsgröße
x_verzabl;
-
11 eine
Zusammenfassung (beispielhaft) verschiedener längsdynamischen
Eingangsgrößen zu der Längsverzögerungsableitungszustandsgröße
x_verzabl;
-
12 eine
Steuerung (offener Regelkreis) der Längsdynamikzustandsgrößen;
-
13 eine
weiterführende Auswertung der Steuerungsausgangsgrößen
zu einer resultierenden Steuerungsausgangsgröße
i_längs sowie der längsdynamischen Zustandsausgangsgröße;
-
14 einen
Vertikaldynamikregler mit einer Korrektur über den Längsdynamikzustand
und
-
15 einen
Vertikaldynamikregler mit einer Kombination der Eingangsgrößen.
-
1 zeigt
schematisch in Draufsicht ein insgesamt mit 10 bezeichnetes
Kraftfahrzeug. Aufbau und Funktion von Kraftfahrzeugen sind allgemein
bekannt, so dass im Rahmen der vorliegenden Beschreibung hierauf
nicht näher eingegangen wird.
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Das
Kraftfahrzeug 10 besitzt vier Räder 12, 14, 16 und 18.
Die Räder 12, 14, 16 und 18 sind über eine
bekannte Radaufhängung an einem Aufbau 20 des
Kraftfahrzeuges 10 befestigt. Unter Aufbau 20 wird
im Rahmen der Erfindung allgemein die Fahrzeugkarosserie mit der
Fahrgastzelle verstanden. Zwischen den Rädern 12, 14, 16 und 18 einerseits und
dem Aufbau 20 ist jeweils ein Dämpfer 22, 24, 26 beziehungsweise 28 angeordnet.
Die Dämpfer 22, 24, 26 und 28 sind
parallel zu nicht dargestellten Federn angeordnet. Die Dämpfer 22, 24, 26 und 28 sind beispielsweise
als semi-aktive Dämpfer ausgebildet, das heißt
durch Anlegen eines Steuersignals an ein Stellmittel der Dämpfer
kann die Dämpferkraft variiert werden. Das Stellmittel
ist üblicher Weise als elektromagnetisches Ventil ausgebildet,
so dass das Stellsignal ein Steuerstrom für das Ventil
ist.
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Jedem
Rad beziehungsweise jedem Dämpfer ist ein Wegsensor 30, 32, 34 beziehungsweise 36 zugeordnet.
Die Wegsensoren sind als Relativwegsensoren ausgebildet, das heißt
diese messen eine Veränderung des Abstandes des Aufbaus 20 von
dem jeweiligen Rad 12, 14, 16 beziehungsweise 18.
Typischerweise werden hier sogenannte Drehwinkel-Wegsensoren eingesetzt,
deren Aufbau und Funktion allgemein bekannt sind.
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Der
Aufbau 20 umfasst ferner drei an definierten Punkten angeordnete
Vertikalbeschleunigungssensoren 38, 40 und 42.
Diese Beschleunigungssensoren 38, 40 und 42 sind
fest an dem Aufbau 20 angeordnet und messen die Vertikalbeschleunigung
des Aufbaus im Bereich der Räder 12, 14 beziehungsweise 18.
Im Bereich des linken hinteren Rades 16 kann die Beschleunigung
aus den drei anderen Beschleunigungssensoren rechnerisch ermittelt
werden, so dass hier auf die Anordnung eines eigenen Beschleunigungssensors
verzichtet werden kann.
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Die
Anordnung der Sensoren ist hier lediglich beispielhaft. Es können
auch andere Sensoranordnungen, beispielsweise ein vertikaler Aufbaubeschleunigungssensor
und zwei Drehwinkelsensoren oder dergleichen, zum Einsatz kommen.
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Das
Kraftfahrzeug 10 umfasst ferner ein Steuergerät 44,
das über Signal- beziehungsweise Steuerleitungen mit den
Stellmitteln der Dämpfer 22, 24, 26 und 28,
den Wegsensoren 30, 32, 34 und 36 und
den Beschleunigungssensoren 38, 40 und 42 verbunden
ist. Das Steuergerät 44 übernimmt die nachfolgend
noch näher zu erläuternde Dämpferregelung.
Daneben kann das Steuergerät 44 selbstverständlich
auch weitere, hier nicht zu betrachtende Funktionen innerhalb des
Kraftfahrzeuges 10 übernehmen. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst
ferner ein Schaltmittel 46, beispielsweise einen Taster,
ein Drehrad oder dergleichen, mittels dem von einem Fahrzeugführer
eine Anforderung an die Bewegung des Aufbaus 20 gewählt
werden kann. Hier kann beispielsweise zwischen der Anforderung „Komfort",
der Anforderung „Sport" und der Anforderung „Basis"
gewählt werden. Die Wahl ist entweder stufenförmig zwischen
den drei Modi oder stufenlos mit entsprechenden Zwischenmodi möglich.
-
Das
Schaltmittel 46 ist ebenfalls mit dem Steuergerät 44 verbunden.
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2 zeigt
eine Prinzipskizze des Kraftfahrzeuges 10, wobei hier der
Aufbau 20 als ebene Fläche angedeutet ist. An
den Ecken des Aufbaus 20 sind jeweils die Räder 12, 14, 16 und 18 über
eine Feder-Dämpfer-Kombination in an sich bekannter Art und
Weise angeordnet. Die Feder-Dämpfer-Kombination besteht
aus den Dämpfern 22, 24, 26 und 28 und
jeweils parallel geschalteten Federn 48, 50, 52 und 54.
An den Ecken des Aufbaus 20 sind die in 1 dargestellten
Beschleunigungssensoren 38, 40 beziehungsweise 42 angeordnet,
mittels denen die vertikale Geschwindigkeit an den Ecken des Aufbaus 20 bestimmt
werden kann. Hierbei handelt es sich um die Geschwindigkeiten vA_vl
(Geschwindigkeit Aufbau vorne links), vA_vr (Geschwindigkeit Aufbau
vorne rechts), vA_hl (Geschwindigkeit Aufbau hinten links) und vA_hr
(Geschwindigkeit Aufbau hinten rechts). Die Geschwindigkeit kann
aus den mittels der Beschleunigungssensoren gemessenen Beschleunigungen
durch Integration errechnet werden.
-
3 zeigt
wiederum die Prinzipskizze des Kraftfahrzeuges 10, wobei
gleiche Teile wie in den vorhergehenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen und nicht nochmals erläutert sind. In einem Schwerpunkt 56 sind
die Modalbewegungen des Aufbaus 20 verdeutlicht. Dies ist
einerseits ein Hub 58 in vertikaler Richtung (z-Richtung),
ein Nicken 61, das heißt eine Drehbewegung um
eine in der y-Achse liegende Querachse, und ein Wanken 63,
das heißt eine Drehbewegung um eine in der x-Achse liegende
Längsachse des Kraftfahrzeuges 10.
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4 zeigt
eine weitere Prinzipskizze des Kraftfahrzeuges 10, wobei
hier, in Ergänzung zu der Darstellung in 2,
weitere Signale dargestellt sind. Zusätzlich sind hier
die Dämpfergeschwindigkeiten vD dargestellt, wobei vD_vl
die Dämpfergeschwindigkeit für den Dämpfer 22 (vorne
links), vD_vr die Dämpfergeschwindigkeit für den
Dämpfer 24 (vorne rechts), vD_hl die Dämpfergeschwindigkeit
für den Dämpfer 26 (hinten links) und
vD_hr die Dämpfergeschwindigkeit für den Dämpfer 28 (hinten rechts)
ist. Die Dämpfergeschwindigkeiten können über
eine Differenzierung aus den Signalen der Wegsensoren 30, 32, 34 beziehungsweise 36 (1)
ermittelt werden. In 4 sind ferner die Radgeschwindigkeiten
vR angedeutet. Hier steht Geschwindigkeit vR_vl für das
Rad 12 (vorne links), vR_vr für das Rad 14 (vorne
rechts), vR_hl für das Rad 16 (hinten links) und
vR_hr für das Rad 18 (hinten rechts). Die Radgeschwindigkeiten
vR können beispielsweise über Radbeschleunigungssensoren ermittelt
werden.
-
Da
sowohl die Aufbaugeschwindigkeiten vA, die Dämpfergeschwindigkeiten
vD und die Radgeschwindigkeiten vR alle den gleichen Richtungsvektor
besitzen (in z-Richtung), besteht der Zusammenhang vD = vA – vR.
Hierdurch müssen nicht alle Messgrößen
in Form von Messsignalen vorliegen, sondern können aus
den anderen Messgrößen errechnet werden.
-
Anhand
der bisherigen Erläuterungen wird deutlich, dass es für
eine effektive Regelung des Bewegungsablaufes des Aufbaus auf die
Bereitstellung eines Stellstromes für das Steuermittel
der Dämpfer ankommt. Nachfolgend wird auf die Bereitstellung dieses
Stellstromes unter Berücksichtigung der Umsetzung der erfindungsgemäßen
Lösungen näher eingegangen.
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5 zeigt
in einem Blockschaltbild eine Grobstruktur der Funktionsmodule zur
erfindungsgemäßen Dämpferregelung. Die
einzelnen Module sind aus Gründen der Übersichtlichkeit
und Verständlichkeit gekapselt dargestellt. Die gesamte
Struktur ist vorteilhafterweise hierarchisch über mehrere
Ebenen aufgebaut. Die Funktionsmodule sind in einem Dämpferregler,
vorzugsweise dem Steuergerät 44 (1)
integriert. Die Dämpferregelung umfasst ein Signaleingangsmodul 60,
ein Hilfsfunktionsmodul 62, ein Reglermodul 64,
ein Auswertemodul 66 und ein Signalausgangsmodul 68.
In dem Signaleingangsmodul 60 werden die Sensorsignale
der Wegsensoren 30, 32, 34 beziehungsweise 36 und
der Beschleunigungssensoren 38, 40 und 42 sowie
weitere, über den CAN-Bus des Kraftfahrzeuges zur Verfügung
stehende, Signale eingelesen. Das Hilfsfunktionsmodul 62 umfasst
ein Man-Machine-Interfacemodul 70, ein Filtermodul 72 und
ein Beladungserkennungsmodul 74.
-
Das
Reglermodul 64 umfasst ein Straßenerkennungsmodul 76,
ein Endlagendämpfungsmodul 78, ein Querdynamikmodul 80,
ein Längsdynamikmodul 82 sowie ein Vertikaldynamikmodul 84.
Das Auswertelogikmodul 66 umfasst ein Stromberechnungsmodul 86.
Die Reglermodule 76, 78, 80, 82 und 84 generieren
vorteilhafterweise einen Strom, oder eine Größe,
die proportional zum Strom ist. Im Stromberechnungsmodul 86 findet
die Stromberechnung aller Reglerausgangsgrößen
zu Steuergrößen für die Dämpfer 22, 24, 26 beziehungsweise 28 statt. Über das
Signalausgangsmodul 68 werden diese Stellströme
den Dämpfern zur Verfügung gestellt. Sowohl das Signaleingangsmodul 60 als
auch das Signalausgangsmodul 68 können optional
selbstverständlich auch weitere Signale empfangen beziehungsweise ausgeben,
je nach Ausstattung des betreffenden Kraftfahrzeuges.
-
In 6 ist
ein Standardregelkreis dargestellt. Dieser besteht aus einer Strecke 90,
einem Regler 92 und einer negativen Rückkopplung
der Regelgröße, das heißt des Istwertes
auf dem Regler 92. Die Regeldifferenz wird aus der Differenz
zwischen Sollwert (Führungsgröße) und
Regelgröße berechnet. Die Stellgröße
wirkt auf die Strecke 90 und damit auf die Regelgröße.
-
Die
Störgröße bewirkt eine, normalerweise unerwünschte,
Veränderung der Regelgröße, die kompensiert
werden muss. Die Eingangsgröße des Reglers 92 ist
die Differenz aus dem gemessenen Istwert der Regelgröße
und dem Sollwert. Der Sollwert wird auch als Führungsgröße
bezeichnet, dessen Wert durch den gemessenen Istwert nachgebildet werden
soll. Da der Istwert durch Störgrößen
verändert werden kann, muss der Istwert dem Sollwert nachgeführt
werden. Eine in einem Vergleicher 94 festgestellte Abweichung
des Istwertes von dem Sollwert, die sogenannte Regeldifferenz, dient
als Eingangsgröße für den Regler 92.
Durch den Regler 92 wird festgelegt, wie das Regelungssystem
auf die festgestellten Abweichungen reagiert, beispielsweise schnell,
träge, proportional, integrierend oder dergleichen. Als
Ausgangsgröße des Reglers 92 ergibt sich eine
Stellgröße, welche auf eine Regelstrecke 90 Einfluss
nimmt. Die Regelung dient hauptsächlich zur Beseitigung
von Störgrößen, um diese auszuregeln.
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In 7 ist
eine detailliertere Darstellung des Regelkreises gemäß 6 dargestellt.
Es ist ein erweiterter Regelkreis mit den zusätzlichen
Elementen Stellglied 96 und Messglied 98 gezeigt.
Im Beispiel der erfindungsgemäßen Dämpferregelung
setzt sich die Stelleinrichtung beziehungsweise das Stellglied 96 aus
einer elektronischen Komponente und einer elektro-hydraulischen
Komponente zusammen. Die elektronische Komponente entspricht dem Stromregler
im Steuergerät 44, während die elektro-hydraulische
Komponente dem elektrisch ansteuerbaren Ventil der Dämpfer 22, 24, 26 beziehungsweise 28 entspricht.
In den nachfolgenden Ausführungen sollen diese jedoch nicht
weiter betrachtet werden. Diese werden als ideal angenommen beziehungsweise
ihr Einfluss wird vernachlässigt. Somit stimmt idealisiert
der Reglerausgang, der die Steuergröße liefert,
mit der Stellgröße überein oder ist zu dieser
zumindest proportional. Der Regler 92 gemäß 15 ist
hierbei aufgeteilt in den eigentlichen Regler 92 und das
Stellglied 96. Der Regler 92 dient dazu, eine
Größe zu bestimmen, mit der auf eine durch den
Vergleicher 94 festgestellte Regeldifferenz über das
Stellglied 96 reagiert werden soll. Das Stellglied 96 liefert
die notwendige Energie in der geeigneten physikalischen Form, um
auf den Prozess beziehungsweise die Regelstrecke einzuwirken. In
dem Messglied 98 wird der Istwert gemessen. Die Störgröße
kann bei einer Regelung der Bewegung eines Fahrzeugaufbaus 20 in
Unebenheiten der Fahrbahn, seitlich wirkenden Kräften,
wie beispielsweise Wind oder dergleichen, oder ähnlichen
Einflüssen begründet sein.
-
8 zeigt
eine Eingangseinheit 100, deren Eingängen eine
Reihe von Eingangsgrößen zugeführt wird,
die unterschiedliche physikalische Einheiten besitzen. So handelt
es sich bei p um den Bremsdruck in bar, das Signal des Bremslichtschalters
BLS ist dimensionslos, während es sich bei a_EPB und a_ACC
um die (negative) Längsbeschleunigung des Fahrzeugs beziehungsweise
eine Anforderung von (negativer) Beschleunigung durch ACC handelt.
Negative Beschleunigungen sind hier im Sinne von Verzögerungen
gemeint. Bei der Anforderung a_EPB kann es sich zudem um ein Drehmoment
in Newton-Meter handeln. Die genannten Eingangsgrößen werden
in dem Einheiten-Konvertierer 102 jeweils in die gleiche
Einheit, insbesondere eine (negative) Beschleunigung beziehungsweise
eine Verzögerung konvertiert und durch nachfolgende Filter 104 von nicht
zugehörigen Signalteilen getrennt, so dass sie in bereinigter
Form einem Kombinierer 106 zugeführt werden können.
In dem Kombinierer 106 werden die Signale im Hinblick auf
ihre Wirkung gewichtet und dann zu einem Gesamtsignal x_verzög
zusammengefasst, welches ein negatives Beschleunigungssignal beziehungsweise
ein Verzögerungssignal darstellt.
-
In 9 werden
jeweils mehrerer Eingangsgrößen, in Abhängigkeit
von ihrer Anforderung nach Verzögerung geordnet, zusammengefasst.
Dabei lassen sich die Signale p, a_ACC und a_EPB als Signale auffassen,
die eine übliche Verzögerung anfordern und damit
den Standard hinsichtlich der Verzögerungen darstellen.
Die Signale ABS und AWV_brems fordern erhebliche Bremskräfte
beziehungsweise Verzögerungskräfte an, so dass
bei Wirksamkeit dieser Signale die Fahrsicherheit des Fahrzeugs
und nicht der Komfort betont werden sollte. Das von dem Bremslichtschalter
BLS abgegebene Signal und AWV'_warn lassen in Kürze eine
erhebliche Anforderung an Verzögerung erwarten, so dass
die Dynamik-Regelung des Aufbaus hierauf vorbereitet werden kann.
Die drei so gebildeten Gruppen von Signalen werden jeweils so, wie
im Zusammenhang mit 8 beschrieben, behandelt, so dass
in den Kombinierer 106 drei Verzögerungs-Zustandsgrößen
x_verzög1, x_verzög2, x_verzög3 gebildet
werden, die unterschiedliche Zustands-Ausprägungen darstellen
und einen unterschiedlichen Einfluss auf die nachgeschaltete Steuerung
haben.
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10 zeigt
die prinzipielle Möglichkeit das Verzögerungs-Änderungssignal
(Rucksignal) x_verzabl aus dem Verzögerungssignal x_verzög
abzuleiten, was durch Differenzierung in dem Differenzierer 108 geschieht.
In dem Filter 110 wird das Signal noch bereinigt beziehungsweise
in Amplitude und Phase geändert, falls dies zweckmäßig
ist.
-
In 11 wird
das im Zusammenhang mit 10 vorgestellte
Schema auf die Eingangsignale gemäß 8 angewendet.
Nach einer zur Filterung in 8 analogen
Filterung der in den Differenzierern 112 differenzierten
Signale werden die geschilderten Signale schließlich wiederum
einem Kombinierer 106 zugeführt, in dem sie entsprechend
ihrer Bedeutung für den Steuerungsvorgang gewichtet und
zu einem gemeinsamen Signal x_verzabl zusammengefasst werden. Die
Ausgangssignale x_verzög und x_verzabl der Kombinierer 106 bilden die
für die nachfolgende Steuerung wichtigen Zustandsgrößen.
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In 11 wurden
die Eingangsignale nicht entsprechend 9 in Gruppen
aufgeteilt. Selbstverständlich ist auch diese Aufteilung
hinsichtlich der Ableitung der Verzögerungssignale (Bremsruck) möglich
und liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, falls dies für
eine Optimierung der Aufbau-Regelung eines Fahrzeugs Vorteile bringt.
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In 12 ist
dargestellt, wie die zuletzt genannten Zustandsgrößen
x_verzög gemäß 8 und x_verzabl
gemäß den 10 und 11 in
einem Korrigierer 96 über weitere Eingangsgrößen modifiziert
werden können, um einen Einfluss dieser Größen
auf die nachfolgenden Steuerungen 116 wirksam machen zu
können. Dabei kann es sich zum Beispiel um den Fahrzustand
(Längs-/Querdynamik) Fahr, den Beladungszustand Bel, den
Straßenzustand Str oder die Fahreraktivität (Gas,
Bremse, Lenkung) Akt handeln. In 12 ist
zu erkennen, wie die Zustandsgrößen x_verzög
und x_verzabl durch den Korrigierer 114 in die korrigierten
Zustandsgrößen x_verzög* und x_verzabl*
umgesetzt werden, während die beiden Steuerungen 116 die
korrigierten Zustandsgrößen in Steuergrößen
i_verzög und i_verzabl umformen, welche, wie im vorliegenden Beispiel,
bevorzugt Ströme sind.
-
In 13 wurde
angenommen, dass sowohl hinsichtlich der eine Verzögerung
anfordernden Eingansgrößen als auch hinsichtlich
von deren Ableitungen jeweils zwei Gruppen entsprechend dem Schema
nach 9 gebildet wurde, woraus sich jeweils zwei Zustandsgrößen
ergeben, die gemäß 12 gegebenenfalls
korrigiert (114) und in einer jeweiligen Steuerung 116 bearbeitet
wurden zu i_verzög1, i_verzög2, beziehungsweise
i_verzabl1, iverzabl2.
-
Die
Steuergrößen i_verzög1, i_verzög2,
beziehungsweise i_verzabl1, iverzabl2 können entsprechend 13 in
einem Kombinierer 106 zu den kombinierten Signalen i_verzög
beziehungsweise i_verzabl in einer geeigneten Gewichtung vereint werden
und die so gewonnenen kombinierten Signale können in Abklinggliedern 118 derart
zu den Signalen i_verzög* beziehungsweise i_verzabl* umgeformt werden,
dass sie die tatsächlichen Reaktionen des Fahrzeugs auf
die anfordernden Steuergrößen berücksichtigen.
Im Prinzip geht es darum, dass das Fahrzeug den Anforderungen nach
Verzögerung, beispielsweise durch die Betätigung
des Bremspedals oder durch ACC, nur stark verzögert folgt.
Auch würde die vielfach sprungartige Anforderung zu Unendlichkeitsstellen
beim Differenzieren der Beschleunigungssignale führen,
die vermieden werden sollen. Das Differenzieren ist notwendig, um
von dem Verzögerungssignal zu der Ableitung des Verzögerungssignals
(Bremsruck-Signal) zu gelangen.
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In 13 ist
noch ein Korrigierer 114 eingeschaltet, der die Korrektursignale
Energ und Modus aufnimmt, wobei Energ die Energie berücksichtigt, die
von den in ihrer Bewegung zu regelnden Körpern des Fahrzeugs
(zum Beispiel Aufbau, Rad) durch den Einfluss der Straße
aufgenommen wurde, während das Signal Modus die von dem
Fahrer bevorzugte Regelungsart (komfortabel, sportlich) berücksichtigt,
die entweder von dem Fahrer eingestellt werden kann oder von dem
Regelungssystem aufgrund von Messungen erkannt wird. Am Ausgang
des Korrigierers 114 liegen schließlich die Signale
i_verzög** beziehungsweise i_verzabl** an, die in einem
zweiten Kombinierer 120 zu einer Steuerungsausgangsgröße
i_längs sowie einer Zustands-Ausgangsgröße x_längs
umgeformt werden. Die Steuerungsausgangsgröße
kann dabei zur Ansteuerung eines nachgeschalteten, vorzugsweise
Längsdynamik regelnden, Reglers dienen, während
die Zustands-Ausgangsgröße zu Zwecken der Vorsteuerung
oder Korrektur in einem anderen Regelungssystem dienen kann, beispielsweise
zur Regelung der Vertikaldynamik oder Querdynamik.
-
14 zeigt
die Möglichkeit in die vertikale Regelung Korrekturen einzubringen,
die die Längsdynamik des Fahrzeugs berücksichtigen.
Dabei ist dem Vertikalregler 84 ein Korrekturglied 122 vorgeschaltet. Üblicherweise
wird der Vertikalregler 84 durch ein Signal vAufbau_ges
angesteuert, welches die Geschwindigkeiten des Aufbaus, beispielsweise an
den vier Ecken des Aufbaus, beinhaltet. Diese Signale wandelt der
Vertikalregler 84 in eine Stellgröße i_Dämpfer,
mit der in Abhängigkeit von der Aufbaugeschwindigkeit die
vertikale Bewegung des Aufbaus geregelt wird. Eingangs war schon
beschrieben worden, dass bei Vorgängen der Längsdynamik,
wie beispielsweise dem Beschleunigen oder Bremsen, sich die Verteilung
der Radlast ändert, so dass das Fahrzeug eine Nickbewegung
durchführt. Diese Nickbewegung äußert
sich in voneinander abweichenden vertikalen Bewegungen der Eckpunkte
der Vorderachse gegenüber den Eckpunkten der Hinterachse. Sollen
nun diese Nickbewegungen aufgrund der Längsdynamik vermieden
werden, so ist es sinnvoll, die gemessenen Aufbaugeschwindigkeiten vAufbau_ges
entsprechend zu korrigieren, um der Nickbewegung entgegenwirken
zu können. Um dies zu ermöglichen wird dem Korrekturglied 122 das
Signal x_längsdyn zugeführt, wodurch sich das
Eingangsignal der Aufbaugeschwindigkeit vAufbau_ges in v*Aufbau_ges ändert.
Diese geänderte Aufbaugeschwindigkeit berücksichtigt
nun auch Vorgänge der Längsdynamik und wird dem
vertikal wirksamen Regler 84 zugeführt. Das Signal
x_längsdyn kann beispielsweise durch das Signal x_längs
in 13 gebildet sein.
-
In 15 wird
das Signal VAufbau_ges (siehe auch 14) in
Verbindung mit dem Signal x_längs_verz, welches beispielsweise
dem Ausgangssignal in 8 entsprechen kann, in einen Kombinierer 124 eingegeben,
der die beiden Signale zu einem modifizierten kombinierten Aufbau-Geschwindigkeitssignal
V*Aufbau_ges entsprechend dem Einfluss der Eingangsignale umwandelt.
Das Ausgangssignal des Kombinierers 124 wird auf den Vertikalregler 84 gegeben,
mit dessen Ausgangssignal i_Dämpfer ein Dämpfer
angesteuert werden kann.
-
Die
in den Figuren jeweils dargestellten Ströme mit i_verzög,
i_verzabl und i_längs und dergleichen können sowohl
Einzelsignale als auch Vektoren darstellen. Insgesamt resultieren
aus einer Längssteuerung in der Regel vier Steuergrößen,
zum Beispiel in Form von Strömen, jeweils für
die Dämpfer vorne links, vorne rechts, hinten links und
hinten rechts.
-
Da
sich die Dämpfer an der Vorder- und Hinterachse meist relativ
deutlich in ihrer Charakteristik und ihrem Kraftbereich voneinander
unterscheiden, werden die Ströme für die Achsen
jeweils unterschiedlich voneinander appliziert und auch berechnet.
Dementsprechend ergeben sich meist parallel angeordnete Steuereinheiten
für die Vorder- und Hinterachse. Dies wird jedoch als bekannt
vorausgesetzt.
-
Die
Erfindung betrifft also ein Verfahren oder eine Regelungssystemkomponente
zur Steuerung von Aktoren, vorzugsweise Fahrzeugstoßdämpfern, wobei
längsdynamische Zustandsgrößen, wie der Längsverzögerungszustand
(x_verzög) und der Längsverzögerungsableitungszustand
(x_verzabl), als Steuerungseingangsgrößen Verwendung
finden.
-
- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Rad
- 14
- Rad
- 16
- Rad
- 18
- Rad
- 20
- Aufbau
- 22
- Dämpfer
- 24
- Dämpfer
- 26
- Dämpfer
- 28
- Dämpfer
- 30
- Wegsensor
- 32
- Wegsensor
- 34
- Wegsensor
- 36
- Wegsensor
- 38
- Beschleunigungssensoren
- 40
- Beschleunigungssensoren
- 42
- Beschleunigungssensoren
- 44
- Steuergerät
- 46
- Schaltmittel
- 48
- Feder
- 50
- Feder
- 52
- Feder
- 54
- Feder
- 56
- Schwerpunkt
- 58
- Hub
- 60
- Signaleingangsmodul
- 61
- Nicken
- 62
- Hilfsfunktionsmodul
- 63
- Wanken
- 64
- Reglermodul
- 66
- Signalausgangsmodul
- 68
- Signalausgangsmodul
- 70
- Man-Machine-Interfacemodul
- 72
- Filtermodul
- 74
- Beladungserkennungsmodul
- 76
- Straßenerkennungsmodul
- 78
- Endlagendämpfungsmoduls
- 80
- Querdynamikmodul
- 82
- Längsdynamikmodul
- 84
- Vertikaldynamikmodul
- 86
- Stromberechnungsmodul
- 90
- Strecke
- 92
- Regler
- 94
- Vergleicher
- 96
- Stellglied
- 98
- Messglied
- 100
- Eingangseinheit
- 102
- Einheiten-Konvertierer
- 104
- Filter
- 106
- Kombinierer
- 108
- Differenzierer
- 110
- Filter
- 112
- Differenzierer
- 114
- Korrigierer
- 116
- Steuerungen
- 118
- Abklingglieder
- 120
- Kombinierer
- 122
- Korrekturglied
- 124
- Kombinierer
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3918735
A1 [0002]
- - DE 102005040907 A1 [0009]