DE102009034678B4

DE102009034678B4 - Verfahren zur Verbesserung einer Dynamikregelung für ein Fahrzeug mit einer Anhängerkupplung sowie Dynamikregelsystem und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009034678B4
Application number: DE102009034678.3A
Authority: DE
Inventors: Nando Laumanns
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2029-07-25
Also published as: DE102009034678A1

Abstract

Verfahren zur Verbesserung einer Dynamikregelung für ein Fahrzeug (10) mit einer Anhängerkupplung (4),
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Stützlast (FS) an der Anhängerkupplung (4) erfasst wird, wobei die Stützlast (FS) eine an der Anhängerkupplung (4) im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn des Fahrzeugs (10) auftretende Kraft ist,
dass mittels mindestens eines Krafterzeugungsgliedes (1, 2) des Fahrzeugs (10) der Stützlast (FS) entgegengewirkt wird,
dass jedes Krafterzeugungsglied (1; 2) eine Kraft F_i erzeugt, welche im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn wirkt, und
dass die Kräfte F_i des mindestens einen Krafterzeugungsgliedes (1, 2) abhängig von einem Moment geregelt werden, welches von der Stützlast (FS) bezüglich eines Raumpunktes (3) verursacht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um eine Dynamikregelung für ein Fahrzeug mit einer Anhängerkupplung zu verbessern, und ein entsprechend ausgestaltetes Dynamikregelsystem, wobei das Dynamikregelsystem eine Steuerung und mindestens ein Krafterzeugungsglied des Fahrzeugs umfasst, und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.
Die DE 10 2004 031 467 A1 beschreibt das Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Anhängerkupplung. Dabei werden von einem Sensor Vertikalkräfte an der Anhängerkupplung erfasst und einem Fahrzeug-Management, welches eine Pneumatik- bzw. Hydrofederung umfasst, eingespeist.
Die DE 10 2006 030 001 A1 offenbart ein Regel- und Steuersystem in einem Fahrzeugverbund. Dabei werden die auf eine Anhängerkupplung wirkenden Belastungen in allen drei Raumrichtungen gemessen und einem Steuergerät übertragen, welches Aktuatoren sowohl im Zugfahrzeug als auch im Anhänger einstellt.
Die gattungsbildende DE 44 02 182 A1 beschreibt einen Fahrzeuganhänger mit mehreren Achsen, von denen wenigstens eine abhängig von der Stützlast des Anhängers gegenüber dem Zugfahrzeug in Fahrbahnkontakt bringbar ist. Dadurch kann die Stützlast am Zugfahrzeug konstant gehalten werden.
Die DE 20 2008 015 740 U1 beschreibt eine statische Ermittlung einer Anhängerstützlast mit einer mit einem Federwegsensor ausgestatteten Hinterachse.
Die DE 10 2006 025 576 B3 beschreibt ein Verfahren zur Niveauregulierung bei einem Kraftfahrzeug. Dabei werden Stellkräfte auf den Fahrzeugaufbau ausgeübt und eine Dämpfkraft von Schwingungsdämpfern verändert, um eine definierte Niveaulage zu erreichen.
Die DE 100 60 536 A1 betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrwerksystems eines Kraftfahrzeugs, welches mit Hilfe eines Navigationssystems arbeitet.
Die DE 39 35 479 A1 beschreibt eine Anhängerkupplung mit einer Kraftmesszelle, um Zug-, Druck- und/oder Stützkräfte zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger zu messen.
Die EP 0 589 688 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, um einen Anhänger mit einem Zugfahrzeug zu koppeln.
Die DE 103 08 667 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeugs, womit der Betrieb des Fahrzeugs mit aktivem Fahrwerk verbessert wird.
Die WO 02/053398 A 1 betrifft ein System zur Betätigung eines gekuppelten Stabilisators bei einem Kraftfahrzeug, bei welchem der Stabilisator durch eine Kupplung trennbar ist. Dabei sind Mittel vorgesehen, mittels der die vor dem Fahrzeug befindliche Umgebung erfasst wird und die Betätigung der Kupplung abhängig von der erfassten Umgebung geschieht.
Ausgehend von dem vorab skizzierten Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Dynamikregelung für ein Fahrzeug mit einer Anhängerkupplung zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Verbesserung einer Dynamikregelung nach Anspruch 1, ein Dynamikregelsystem nach Anspruch 7 und ein Fahrzeug nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung einer Dynamikregelung für ein Fahrzeug mit einer Anhängerkupplung bereitgestellt. Dabei wird eine Stützlast an der Anhängerkupplung erfasst und mit Hilfe eines Krafterzeugungsgliedes oder mit Hilfe mehrerer Krafterzeugungsglieder des Fahrzeugs dieser Stützlast in Abhängigkeit von der erfassten Stützlast entgegengewirkt. Unter der Stützlast wird dabei eine an der Anhängerkupplung auftretende Kraft verstanden, welche durch einen an dem Fahrzeug mittels der Anhängerkupplung angekuppelten Anhänger auftritt und im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug fährt, wirkt. Ein Krafterzeugungsglied ist in der Lage, eine Kraft auf den Fahrzeugaufbau (Karosserie) des Fahrzeugs auszuüben. Ein Krafterzeugungsglied kann beispielsweise ein Stoßdämpfer des Fahrzeugs sein. Unter einer Dynamikregelung eines Fahrzeugs wird eine Regelung verstanden, mit welcher insbesondere Nick-, Hub- und Rollbewegungen des Fahrzeugs und Kombinationen davon vermieden (ausgeregelt) werden. Dass der Stützlast in Abhängigkeit von der erfassten Stützlast entgegengewirkt wird, bedeutet, dass das oder die Krafterzeugungsglieder abhängig von der Stützlast angesteuert werden, so dass eine von dem jeweiligen Krafterzeugungsglied erzeugte Kraft, mit welcher der Stützlast (oder Auswirkungen der Stützlast) entgegengewirkt wird, abhängig von der Stützlast ist.
Indem erfindungsgemäß die Stützlast erfasst wird, kann der Stützlast bereits entgegengewirkt werden, bevor die Stützlast zu einer zu kompensierenden Auslenkung oder Bewegung des Fahrzeugs geführt hat. Dadurch wird ein Vertikaldynamikregelsystem des Fahrzeugs im Anhängerbetrieb des Fahrzeugs verbessert, wodurch ein Fahrkomfort im Anhängerbetrieb gesteigert wird.
Dabei kann der Stützlast vorteilhafterweise derart entgegengewirkt werden, dass eine Nickbewegung des Fahrzeugs minimiert wird.
Wie bereits vorab angedeutet ist, können die Krafterzeugungsglieder des Fahrzeugs, mit deren Hilfe der Stützlast entgegengewirkt wird, einen oder mehrere Stoßdämpfer umfassen (d.h. zumindest einige der Krafterzeugungsglieder sind Stoßdämpfer), wobei der einzelne Stoßdämpfer oder Schwingungsdämpfer insbesondere an einem Rad des Fahrzeugs angebracht ist.
Dabei erzeugt jedes Krafterzeugungsglied, welches der Stützlast entgegengewirkt, eine Kraft, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug fährt, wirkt. Die Kräfte, welche von dem Krafterzeugungsglied oder von den Krafterzeugungsgliedern (wenn es mehrere gibt) werden nun abhängig von einem Moment geregelt, welches von der Stützlast bezüglich eines bestimmten Raumpunktes, welcher im festen Bezug zu dem Fahrzeug steht, erzeugt wird. Bei diesem Raumpunkt kann es sich beispielsweise um den Schwerpunkt des Fahrzeugs handeln.
Aufgrund der bereits beschriebenen Nick- und Rollbewegungen des Fahrzeugs kann es vorkommen, dass die von einem Krafterzeugungsglied erzeugte Kraft einen kleinen Winkel (im Normalfall unter 10°) zu einer Senkrechten auf der Fahrbahn aufweist, was im Übrigen auch für die Stützlast gilt, weshalb sowohl die von einem Krafterzeugungsglied ausgeübte Kraft als auch die Stützlast (nur) im Wesentlichen senkrecht (und nicht immer exakt senkrecht) zu der Fahrbahn wirkt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Kräfte, welche von dem mindestens einen Krafterzeugungsglied erzeugt werden, derart geregelt, dass die folgende Gleichung (1) gilt. $F S \times X S + \sum_{i = 0}^{N} F_{i} \times X_{i} = 0$
Dabei ist FS die Stützlast, XS ein Abstand der Anhängerkupplung (d.h. dem Ansatzpunkt der Stützlast auf die Anhängerkupplung) zu dem Raumpunkt bzw. Schwerpunkt des Fahrzeugs, F_i eine Kraft, welche von dem entsprechenden i-ten Krafterzeugungsglied erzeugt wird, X_i ein Abstand von dem entsprechenden Krafterzeugungsglied, welches die Kraft F_i erzeugt, zu dem Raumpunkt und N eine Anzahl der Krafterzeugungsglieder.
Bei dieser Ausführungsform werden die von den Krafterzeugungsgliedem erzeugten Kräfte derart berechnet, dass ein Momentengleichgewicht um den Raumpunkt (insbesondere Schwerpunkt des Fahrzeugs) vorliegt, wodurch eine Nickbewegung des Fahrzeugs vermieden wird.
Darüber hinaus kann, quasi als Nebenbedingung, die folgende Gleichung (2) erfüllt werden: $F S + \sum_{i = 0}^{N} F_{i} = 0$
Dabei ist wiederum FS die Stützlast und F_i die Kraft, welche von dem entsprechenden i-ten Krafterzeugungsglied erzeugt wird.
Durch eine erfindungsgemäße Regelung, welche der Gleichung (2) folgt, können neben den Nick- und Rollbewegungen auch die Hubbewegungen des Fahrzeugs aufgrund der Stützlast vermieden werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass für den Fall, dass ein Krafterzeugungsglied als Stoßdämpfer realisiert ist, von dem Stoßdämpfer nur dann eine Kraft erzeugt werden kann, wenn eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem Rad, an welchem der Stoßdämpfer angebracht ist, vorliegt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Dynamikregelsystem für ein Fahrzeug mit einer Anhängerkupplung bereitgestellt. Dabei umfasst das Dynamikregelsystem eine Steuerung, einen Stützlastsensor und ein oder mehrere Krafterzeugungsglieder des Fahrzeugs. Mit dem Stützlastsensor kann die Stützlast an der Anhängerkupplung erfasst werden. Das Dynamikregelsystem ist derart ausgestaltet, dass es mit Hilfe des mindestens einen Krafterzeugungsgliedes der Stützkraft in Abhängigkeit von der erfassten Stützlast entgegenwirkt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Dynamikregelsystems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Dynamikregelsystem bereitgestellt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Stützlast auf die Anhängerkupplung, welche sich im Fahrbetrieb dynamisch ändert, quasi als eine Störgröße betrachtet, welche eine unerwünschte vertikale Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus des Fahrzeugs bewirkt. Insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem geeigneten Vertikaldynamikregelsystem, wie z.B. ABC („Active Body Control“), eABC (elektronisches ABC), Dämpferregelung, kann die Sensorinformation bzw. Stützlast derart verwendet werden, dass die Zusatzkraft bzw. Stützkraft auf der Anhängerkupplung im Sinn einer Störgrößenaufschaltung eine Ansteuerung eines Aktors (Krafterzeugungsgliedes) bewirkt, wodurch eine Kraft erzeugt wird, welche der Stützlast entgegenwirkt.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einer Anhängerkupplung geeignet, welche einen Anhänger ziehen. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsfall beschränkt, da die vorliegende Erfindung prinzipiell auch bei anderen Fortbewegungsmitteln, wie beispielsweise gleisgebundenen Fahrzeugen oder auch Schiffen, eingesetzt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist schematisch ein Fahrzeug dargestellt, um die erfindungsgemäße Wirkungsweise von Stoßdämpfern zur Verbesserung der Dynamikregelung des Fahrzeugs zu erläutern.
In 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Dynamikregelsystem dargestellt.
In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 10 dargestellt, welches einen ersten Stoßdämpfer 1 an einem ersten Rad 11 und einen zweiten Stoßdämpfer 2 an einem zweiten Rad 12 sowie eine Anhängerkupplung 4 aufweist. Mit Hilfe eines in 2 dargestellten Stützlastsensors 7 wird eine an der Anhängerkupplung 4 angreifende Stützlast FS, welche durch einen Anhänger (nicht dargestellt) auf das Fahrzeug 10 ausgeübt wird, erfasst. Wenn diese Stützlast FS in der in 1 dargestellten Weise von oben nach unten auf die Anhängerkupplung 4 einwirkt und nicht kompensiert wird, führt dies zu einer Nickbewegung des Fahrzeugs 10, d.h. das Fahrzeug 10 wird hinten nach unten und vom nach oben bewegt. Eine solche Nickbewegung wird von Insassen des Fahrzeugs 10 als unangenehm empfunden und sollte daher minimiert werden.
Diese Nickbewegung wird erfindungsgemäß derart vermieden, dass durch die Stoßdämpfer 1, 2 jeweils eine Kraft F₁ bzw. F₂ erzeugt wird, so dass eine Momentensumme bezüglich des Schwerpunkts 3 des Fahrzeugs 10, welche die Momente X₁ × F₁ (erzeugt vom ersten Stoßdämpfer 1), X₂ × F₂ (erzeugt vom zweiten Stoßdämpfer 2) und XS × FS (erzeugt von der Stützlast FS) gleich Null ist (d.h. X₁ × F₁ + X₂ × F₂ + XS × FS = 0), so dass sich ein Momentengleichgewicht um den Schwerpunkt 3 herum ergibt.
Da es mehrere Möglichkeiten gibt, die Kräfte F₁ und F₂ derart zu wählen, dass die Momentensumme Null ist, können die Kräfte F₁ und F₂ zusätzlich noch derart bestimmt werden, dass die Summe der Kräfte F₁ , F₂ und FS gleich Null ist (d.h. F₁ + F₂ + FS = 0). Auf diese Weise wird auch eine Hubbewegung des Fahrzeugs 10, d.h. eine Bewegung des Fahrzeugs 10 von oben nach unten (oder von unten nach oben) aufgrund der einwirkenden Stützlast FS oder aufgrund der Kompensation dieser einwirkenden Stützlast FS vermieden.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches ein erfindungsgemäßes Dynamikregelsystem 5 umfasst. Das Dynamikregelsystem 5 umfasst seinerseits eine Steuerung 6, einen Stützlastsensor 7, einen ersten Stoßdämpfer 1 und einen zweiten Stoßdämpfer 2. Während die beiden Stoßdämpfer 1, 2 an einem ersten Rad 11 bzw. an einem zweiten Rad 12 des Fahrzeugs 10 angebracht sind, erfasst der Stützlastsensor 7 eine an dem Anhänger 4 des Fahrzeugs 10 einwirkende Stützlast FS. Die Steuerung 6 bestimmt abhängig von der von dem Stützlastsensor 7 übermittelten Stützlast FS jeweils die Kräfte F₁ und F₂ , welche der ersten Stoßdämpfer 1 bzw. der zweite Stoßdämpfer 2 auf einen Fahrzeugaufbau (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 10 ausübt, um eine Nickbewegung (und Hubbewegung) des Fahrzeugs 10 aufgrund der Stützlast FS zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

1: Stoßdämpfer
2: Stoßdämpfer
3: Schwerpunkt
4: Anhängerkupplung
5: Dynamikregelsystem
6: Steuerung
7: Stützlastsensor
10: Fahrzeug
11: Rad
12: Rad

Claims

Verfahren zur Verbesserung einer Dynamikregelung für ein Fahrzeug (10) mit einer Anhängerkupplung (4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützlast (FS) an der Anhängerkupplung (4) erfasst wird, wobei die Stützlast (FS) eine an der Anhängerkupplung (4) im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn des Fahrzeugs (10) auftretende Kraft ist, dass mittels mindestens eines Krafterzeugungsgliedes (1, 2) des Fahrzeugs (10) der Stützlast (FS) entgegengewirkt wird, dass jedes Krafterzeugungsglied (1; 2) eine Kraft F_i erzeugt, welche im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn wirkt, und dass die Kräfte F_i des mindestens einen Krafterzeugungsgliedes (1, 2) abhängig von einem Moment geregelt werden, welches von der Stützlast (FS) bezüglich eines Raumpunktes (3) verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützlast (FS) derart entgegengewirkt wird, dass eine Nickbewegung des Fahrzeugs (10) minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Krafterzeugungsglied mehrere Stoßdämpfer (1, 2) des Fahrzeugs (10) umfasst, welche jeweils an einem Rad (11; 12) des Fahrzeugs (10) angebracht sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass $F S \times X S + \sum_{i = 0}^{N} F_{i} \times X_{i} = 0$
gilt, wobei FS die Stützlast, XS ein Abstand der Anhängerkupplung (4) zu dem Raumpunkt (3), X_i ein Abstand von dem entsprechenden Krafterzeugungsglied (1; 2) zu dem Raumpunkt (3) und N eine Anzahl der Krafterzeugungsglieder (1, 2) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumpunkt der Schwerpunkt (3) des Fahrzeugs (10) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Krafterzeugungsglied (1; 2) eine Kraft F_i erzeugt, welche im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn wirkt, dass $F S + \sum_{i = 0}^{N} F_{i} = 0$
gilt, wobei FS die Stützlast und N eine Anzahl der Krafterzeugungsglieder (1, 2) ist.
Dynamikregelsystem für ein Fahrzeug mit einer Anhängerkupplung, wobei das Dynamikregelsystem (5) eine Steuerung (6) und mindestens ein Krafterzeugungsglied (1, 2) des Fahrzeugs (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Dynamikregelsystem (5) einen Stützlastsensor (7) umfasst, welcher zur Erfassung einer Stützlast (FS) an der Anhängerkupplung (4) ausgestaltet ist, wobei die Stützlast (FS) eine an der Anhängerkupplung (4) im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn des Fahrzeugs (10) auftretende Kraft ist, dass das Dynamikregelsystem (5) derart ausgestaltet ist, dass es mittels des mindestens einen Krafterzeugungsgliedes (1, 2) der Stützkraft (FS) entgegenwirkt,. dass jedes Krafterzeugungsglied (1; 2) eine Kraft F_i erzeugt, welche im Wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn wirkt, und dass das Dynamikregelsystem (5) derart ausgestaltet ist, dass es die Kräfte F_i des mindestens einen Krafterzeugungsgliedes (1, 2) abhängig von einem Moment regelt, welches von der Stützlast (FS) bezüglich eines Raumpunktes (3) verursacht wird.
Dynamikregelsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dynamikregelsystem (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-6 ausgestaltet ist.
Fahrzeug mit einem Dynamikregelsystem nach Anspruch 7 oder 8.