DE102013204024A1

DE102013204024A1 - Steuergerät für eine verstellbare Fahrerhauslagerung

Info

Publication number: DE102013204024A1
Application number: DE102013204024.5A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Frankenberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-09-11

Abstract

Steuergerät für ein verstellbares Fahrwerk-System, umfassend eine Verbindung mit mindestens einer Sensorik, die mindestens einen Fahrzustandsparameter eines Fahrerhaus bereitstellt, wobei der gemessene Fahrzustandsparameter räumlich auf eine Position außerhalb des Steuergeräts bezogen ist, wobei die Sensorik innerhalb des Steuergeräts angeordnet ist und eine virtuelle Miniatur-Messebene bildet, die auf eine tatsächliche Messebene extrapoliert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für eine verstellbare Fahrerhauslagerung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Für den einwandfreien Betrieb eines verstellbaren Fahrwerk-Systems werden Zustandsparameter des Fahrzeugs mittels einer Sensorik erfasst. Die Sensoren werden möglichst dort platziert, wo auch die zu messende Größe vorliegt. Diese Grundregel hat den Vorteil, dass etwaige negative Einflüsse auf die Signalqualität minimiert werden.
In der DE 199 50 177 A1 und der DE 44 27 559 A1 wird deshalb eine dezentrale Anordnung der Sensorik als besonders vorteilhaft beschrieben. Nun hat sich aber gezeigt, dass die Anordnung der Sensorik, z. B. der Beschleunigungssensoren, innerhalb des Schwingungsdämpfers verteuert wird, da die Verpackung der Sensoren sehr aufwändig ist. Die Sensoren müssen gegen Schmutz, Hitze und Feuchtigkeit geschützt werden. Der Schutzaufwand kostet unter Umständen mehr als ein Standardsensor.
Die DE 195 39 566 C1 offenbart ein Steuergerät für ein Fahrwerk-System. Das Steuergerät wird von einem einzigen Beschleunigungssensor mit Beschleunigungssignalen versorgt, die durch eine Zerlegung eines Gesamtbeschleunigungssignals in mehrere Signalkomponenten den Bewegungsachsen des Fahrzeugs zugeordnet werden können. Dieses Prinzip hat sich in der Praxis nicht durchsetzen können, da die Signalqualität nicht ausreichend war.
Die DE 43 13 973 C2 betrifft eine aktive Federung eines Fahrerhauses zu einem Fahrzeugrahmen. Es werden dabei dieselben Sensorik und Komponenten verwendet wie bei einem Pkw-Fahrwerk, d. h. Sensoren an den Federungsaggregaten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die aus dem Stand der Technik bekannte Problematik der Sensoranordnung und des Sensorschutzes zu minimieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Sensorik innerhalb des Steuergeräts angeordnet ist und eine virtuelle Miniatur-Messebene bildet, die auf eine tatsächliche Messebene extrapoliert ist.
Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Sensorik genau dort angeordnet ist, wo sie sich besonders leicht implementieren lässt. Das Steuergerät bietet einerseits einen Schutz und andererseits ist der Montageort in der Regel außerhalb besonders belasteter Zonen. Die Verdrahtung im Fahrzeug reduziert sich, ebenso wie bisher notwendige Schnittstellen.
Das Steuergerät ist an einer definierten Stelle im Fahrerhaus montiert. Folglich können aus den geometrischen Abmessungen des Fahrerhauses, z. B. den Abständen von verstellbaren Schwingungsdämpfern zum Steuergerät Koordinaten festgelegt werden, über die die Fahrzustandssignale leicht extrapolierbar sind.
In der einfachsten Ausführung stellt die Sensorik ein Beschleunigungssignal bezogen auf eine Fahrerhauslängsachse, eine Fahrerhausquerachse und eine Fahrerhaushochachse bereit.
Wenn die Sensorik durch die Anordnung innerhalb des Steuergeräts einen Abstand zu den für die Einstellung des Fahrwerk-Systems relevanten Positionen einnimmt, dann verändert sich proportional auch die Signalgröße. Die Veränderung führt, da das Steuergerät tendenziell in der Nähe des Fahrerhausschwerpunkts angeordnet ist, zu einer Signalstärkenreduzierung. Diese Signalstärkenreduzierung könnte durch die Verwendung von besonders hochwertigen, d. h. hochauflösenden Sensoren kompensiert werden. Das Problem lässt sich jedoch viel einfacher lösen, indem man ein Drehratensignal bezogen auf eine Fahrerhauslängsachse, eine Fahrerhausquerachse und eine Fahrerhaushochachse bereitstellt und die Drehratensignale in die Berechung des Fahrzustands einfließen lässt.
Eine weitere Möglichkeit zur Vereinfachung der Sensorik besteht darin, dass das Beschleunigungssignal für alle drei Fahrerhausachsen von einem einzigen Sensor bereitgestellt wird. Dadurch, dass drei Fahrerhausachsen in einem Koordinatensystem des Sensors zusammengefasst sind, bestimmt sich auch eine virtuelle Ebene.
Auch bei einer erweiterten Sensorik, die Drehratensignale erfasst, kann eine Bauraumoptimierung erreicht werden, indem das Drehratensignal für alle drei Fahrerhausachsen von einem einzigen Sensor bereitgestellt wird.
In der nochmals optimierten Variante werden die Beschleunigungssignale und die Drehratensignale von einem einzigen Sensor bereitgestellt. Diese Bauteil- und Funktionsverdichtung führt zu einer weiteren Miniaturisierung des Steuergeräts.
Für eine problemlose Integration des Steuergeräts in einem Fahrerhaus ist es vorteilhaft, wenn das Steuergerät vor allem nach Bauraumgesichtspunkten montiert werden kann. Dafür ist vorgesehen, dass das Steuergerät einen Algorithmus aufweist, der eine Winkelposition des Steuergeräts zur Messebene kompensiert. Damit kann das Steuergerät beliebig im Fahrerhaus montiert sein, die für den Betrieb des Fahrwerk-Systems notwendige virtuelle Ebene ist stets identisch ausgerichtet.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
1 Prinzipdarstellung eines Fahrerhaus
2 Vereinfachte Darstellung der Sensorik im Steuergerät
3 Steuergerät mit Beschleunigungs- und Drehratensensorik
Die 1 zeigt ein Prinzipschaubild eines Fahrerhaus-Systems 1 für einen Fahrerhausaufbau 3. Mindestens eine Stützstelle 5; 7 des Fahrerhaus-Systems 1 zwischen einem Fahrzeugrahmen und dem Fahrerhausaufbau ist mit Schwingungsdämpfern 9, 11 ausgeführt, die über mindestens ein verstellbares Dämpfventil 13 in ihrer Dämpfkraft einstellbar sind. Beispielhaft wird auf die DE 196 24 897 C2 verwiesen. Ergänzend oder alternativ können auch verstellbare Federelemente verwendet werden. Grundsätzlich ist die Erfindung auch bei anderen verstellbaren Fahrwerk-Systemen, z. B. einem verstellbaren Stabilisator verwendbar.
Die verstellbaren Dämpfventile 13 werden über ein Steuergerät betätigt 15. Basis der Dämpfventileinstellung ist ein Fahrzustand, der von einer Sensorik 17 erfasst wird, 2. Die Sensorik 17 stellt in der einfachsten Ausführung ein Beschleunigungssignal a_i bezogen auf eine Fahrerhauslängsachse X, eine Fahrerhausquerachse Y und eine Fahrerhaushochachse Z bereit. Die Sensorik ist innerhalb des Steuergeräts angeordnet und bildet eine virtuelle Miniatur-Messebene 19, die auf eine tatsächliche Messebene 21 extrapoliert ist. Man kann über drei einzelne Sensoren eine Miniatur-Messebene aufspannen, da drei zueinander definierte Punkte im Raum eine Ebene beschreiben. Die Fahrerhausabmessungen und die Lage des Steuergeräts 15 im Fahrerhaus sind bekannt, so dass die Extrapolation mit den Mitteln der Vektoralgebra möglich ist.
Die Sensorik umfasst optional gemäß 3 eine Drehratensensorik 23, die ein Drehratensignal bezogen auf eine Fahrerhauslängsachse X, eine Fahrerhausquerachse Y und eine Fahrerhaushochachse Z bereitstellt. Die Drehratensensorsignale φ werden mit den Beschleunigungssignalen a_i überlagert. Es könnte sein, dass das Steuergerät 15 exakt im Schwerpunkt des Fahrerhauses angeordnet ist. Bei einer reinen Rollbewegung des Fahrerhausaufbaus um die Fahrerhauslängsachse X träte bei idealisierter Betrachtung keine Vertikalbeschleunigung auf. Folglich würde das Beschleunigungssignal eine unzutreffende Beschreibung des tatsächlichen Fahrzustands darstellen. Das Drehratensignal kompensiert jedoch diese Abweichung.
Man kann das Beschleunigungssignal für alle drei Fahrerhausachsen X; Y; Z auch mit einem einzigen Sensor bereitstellen. Ein derartiger Sensor verfügt über drei integrierte Messachsen.
Auch für das Drehratensignal gibt es einzelne Sensoren, die für alle drei Fahrerhausachsen ein Drehratensignal bereitstellen.
Besonders kompakt gestaltet sich das Steuergerät, wenn die Beschleunigungssignale und die Drehratensignale von einem einzigen Sensor bereitgestellt werden.
In den 1 bis 3 ist das Steuergerät 15 idealisiert bezogen auf das Koordinatensystem des Fahrerhauses dargestellt. In der Realität kommt es sehr häufig vor, dass das Steuergerät 15 schräg im Raum bezogen auf die tatsächliche Messebene 21 montiert werden muss, da die Befestigungspunkte im Fahrerhaus diese Anordnung vorgeben. Um diese Winkelposition des Steuergeräts zur Messebene kompensieren zu können, weist das Steuergerät einen Algorithmus auf, der der Berechnung der Messebene überlagert ist. Die Winkelposition ist Fahrerhausspezifisch bekannt und durch die Verwendung der bekannten Winkelfunktionen können die von der Sensorik ermittelten Signale korrigiert werden. Die Signale der Sensorik 17; 23 werden praktisch auf die Miniatur-Messebene 19 projiziert.
Unabhängig von der Sensorik 17; 23 im Steuergerät 15 können auch Signale von weiteren Sensoreinrichtungen verwendet werden, die den Fahrzustand, insbesondere den zu erwartenden Fahrzustand prognostizieren. Dazu zählen z. B. ein Sensor zur Bestimmung der Gaspedalstellung, ein Bremspedalsensor, ein Tachometer oder auch ein Lenkwinkelsensor.
Bezugszeichenliste

1: Fahrwerk-Systems
3: Fahrerhausaufbau
5; 7: Stützstelle
9; 11: Schwingungsdämpfer
13: verstellbares Dämpfventil
15: Steuergerät
17: Sensorik
19: Miniatur-Messebene
21: tatsächliche Messebene
23: Drehratensensorik

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19950177 A1 [0003]
DE 4427559 A1 [0003]
DE 19539566 C1 [0004]
DE 4313973 C2 [0005]
DE 19624897 C2 [0020]

Claims

Steuergerät (15) für ein verstellbares Fahrerhaus-System (3), umfassend eine Verbindung mit mindestens einer Sensorik (17; 23), die mindestens einen Fahrzustandsparameter eines Fahrerhauses bereitstellt, wobei der gemessene Fahrzustandsparameter räumlich auf eine Position außerhalb des Steuergeräts (15) bezogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (17; 23) innerhalb des Steuergeräts (15) angeordnet ist und eine virtuelle Miniatur-Messebene (19) bildet, die auf eine tatsächliche Messebene (21) extrapoliert ist.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (17) ein Beschleunigungssignal bezogen auf eine Fahrerhauslängsachse (X), eine Fahrerhausquerachse (Y) und eine Fahrerhaushochachse (Z) bereitstellt.
Steuergerät nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik eine Drehratensensorik (23) umfasst, die ein Drehratensignal (ϕ) bezogen auf eine Fahrerhauslängsachse (X), eine Fahrerhausquerachse (Y) und eine Fahrerhaushochachse (Z) bereitstellt.
Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschleunigungssignal für alle drei Fahrerhausachsen von einem einzigen Sensor bereitgestellt wird.
Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehratensignal für alle drei Fahrerhausachsen von einem einzigen Sensor bereitgestellt wird.
Steuergerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssignale und die Drehratensignale von einem einzigen Sensor bereitgestellt werden.
Steuergerät nach mindestens einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (15) einen Algorithmus aufweist, der eine Winkelposition des Steuergeräts (15) zur Messebene (21) kompensiert.