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Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Wankstabilisator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators nach Anspruch 10.
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Aus der Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere der Fahrwerkstechnik, ist es bekannt, das Roll- bzw. Wankverhalten von Kraftfahrzeugen mittels sogenannter Wankstabilisatoren zu beeinflussen. Im Grundaufbau handelt es sich hierbei um eine im Wesentlichen C-förmige Drehstabfeder, die im mittigen Bereich drehbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau gelagert ist und deren äußere, sich gegenüberliegende Enden mittels Koppelelementen, sogenannten Pendelstützen, jeweils mit einer Radaufhängung gekoppelt sind. Durch diese Konstruktion sorgt der Wankstabilisator dafür, dass die Karosserie des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt nicht nur an der kurvenäußeren Seite einfedert (bedingt durch die Zentrifugalkraft), sondern dass zudem das kurveninnere Rad etwas abgesenkt wird. Wankstabilisatoren verbessern die Spurtreue des Fahrzeugs und vermindern die seitliche Neigung des Fahrzeugaufbaus (Wanken), wodurch Kurvenfahrten sicherer und komfortabler werden.
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Zur weiteren Steigerung der Fahrzeugstabilität sowie des Fahrkomforts ist es bekannt, derartige Wankstabilisatoren verstellbar auszuführen. Der Wankstabilisator umfasst in diesem Fall einen Aktuator und ist in zwei mit Hilfe des Aktuators um eine Rotationsachse relativ zueinander verdrehbare Stabilisatorabschnitte geteilt. Durch Verdrehung der Stabilisatorabschnitte zueinander wird eine Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus gezielt erzeugt oder einer durch äußere Einflüsse hervorgerufenen Wankbewegung des Fahrzeugaufbaus gezielt entgegengewirkt. Aus dem Stand der Technik sind verstellbare Wankstabilisatoren bekannt, deren Aktuator einen Elektromotor aufweist, der zur Erzielung geeigneter Drehzahlen bzw. Drehmomente mit einem mechanischen Getriebe, insbesondere in Bauform eines mehrstufigen Planetengetriebes steht. In diesem Zusammenhang sei beispielhaft auf
DE 10 2016 219 399 A1 verwiesen.
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Neben der konstruktiven Gestaltung eines verstellbaren Wankstabilisators stellt auch dessen zweckgerechte Ansteuerung eine technische Herausforderung dar.
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Ein verstellbarer Wankstabilisator arbeitet im Kraftfahrzeug als mechatronisches System. Zur Gewährleistung einer gewünschten Funktions- bzw. Wirkungsweise werden im laufenden Betrieb Signale eingelesen, verarbeitet und davon abhängig entsprechende Aktionen (insbesondere Ansteuerung des Aktuators) ausgelöst. Konkret wird auf Grundlage einer Vielzahl von Eingangssignalen wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Querbeschleunigung, der Höhenstände einzelner Fahrzeugräder ein gewünschtes Abstützmoment errechnet, zu dessen Erreichung eine entsprechende Ansteuerung des Aktuators vorgenommen wird. Bei der Verarbeitung dieser Signale können unterschiedliche Fehler auftreten. Es können beispielsweise keine oder nur teilweise oder ungültige Eingangssignale vorliegen, es können Fehler in der Hardware vorliegen, wodurch eine Verarbeitung der Signale nicht möglich ist, es können Fehler in der Hardware vorliegen, die eine Umsetzung der Aktuatorbewegung verhindern.
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Bei einem aus
DE 10 2013 203 442 A1 bekannten verstellbaren Wankstabilisator wird in einem Fehlerfall der Aktuator mittels der Steuereinrichtung zur Einnahme eines sogenannten Basiswinkels angesteuert und auch aktiv in diesem Zustand gehalten, wobei es sich bei diesem Basiswinkel um einen Winkel handelt, der sich ohne Einwirkung fahrdynamischer Kräfte auf ebenem Untergrund einstellt und der dazu jeweils nach dem Starten des Fahrzeugs neu ermittelt wird. Die Einnahme des Basiswinkels bewirkt, dass sich der verstellbare Wankstabilisator im Fehlerfall quasi wie ein nicht verstellbarer Wankstabilisator verhält. In gewissen Fehlerfällen ist dies vorteilhaft und zweckmäßig. Es gibt jedoch Fehlersituationen, in welchen ein fortwährendes aktives Aufrechterhalten eines Basiswinkels nicht zweckmäßig ist. Hierzu zählen beispielsweise Fälle der Überlastung wie u. a. eine Temperaturüberschreitung an der Steuereinrichtung bzw. deren Komponenten oder eine Bordspannungsüberlast. In derartigen Fällen wäre ein aktives Halten des verstellbaren Wankstabilisators in einem Basiswinkel auf Dauer nicht möglich.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verstellbaren Wankstabilisator anzugeben, der in bestimmten Fehlersituationen, insbesondere in bestimmten Fällen einer Überlastung, ein Reaktionsverhalten aufweist, das trotz Vorliegen des Fehlers einen abgesicherten und möglichst komfortablen Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Daneben soll ein entsprechendes Verfahren angegeben werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen verstellbaren Wankstabilisator mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um einen verstellbaren Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen mittels einer Steuereinrichtung ansteuerbaren Aktuator sowie zwei damit verbundene Stabilisatorabschnitte. Die Stabilisatorabschnitte lassen sich mittels des Aktuators um eine Rotationsachse gegeneinander verdrehen, wobei jeder Stabilisatorabschnitt entfernt von der Rotationsachse mit einer zugehörigen Radaufhängung koppelbar ist. Der verstellbare Wankstabilisator zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Steuereinrichtung betreibbar ist, eine definierte Fehlersituation zu erkennen oder über das Kraftfahrzeug in Form eines Signals zu empfangen und im Fall eines erkannten bzw. empfangenen Fehlers eine Fehlerreaktion zu veranlassen, die einen durch zeitlich definiertes Verhalten beschreibbaren Abschaltvorgang des Aktuators beinhaltet.
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Zunächst wurde erkannt, dass es während des Betriebs eines verstellbaren Wankstabilisators an einem Kraftfahrzeug Fehlersituationen geben kann, in denen ein aktives Halten des Aktuators nicht zweckmäßig oder nicht möglich ist. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Fahrstabilität und/oder zur Gewährleistung eines angestrebten Fahrkomforts in solchen Situationen wurde erkannt, dass ein plötzliches Abschalten des Aktuators als Fehlerreaktion sich nachteilig auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs auswirkt. Beispielsweise erhöht sich in einer Kurvensituation der Fahrzeugwankwinkel ruckartig, was für den Fahrer überraschend auftritt und zudem - abhängig von der jeweiligen Fahrzeugcharakteristik - eine Veränderung des Über- /Untersteuerverhaltens des Fahrzeugs nach sich zieht. Zur Vermeidung einer verschlechterten Kontrollierbarkeit des Fahrzeugs wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in definierten Fehlersituationen die Steuereinrichtung eine Fehlerreaktion veranlasst, die einen durch zeitlich definiertes Verhalten beschreibbaren Abschaltvorgang des Aktuators beinhaltet. Mit anderen Worten, wird ein Abschaltvorgang mit zeitlichem Verlauf veranlasst. Die Fehlerreaktion beinhaltet demnach zwar ein Abschalten des Aktuators, jedoch findet dieses Abschalten eben nicht plötzlich, also zeitlich sprunghaft, sondern mit einem zeitlichen Verlauf statt, wodurch ein plötzlicher Verlust der Wankabstützung vermieden wird und auch der Fahrer auf die veränderte Situation vorbereitet wird. Die genannte Aufgabe wird damit gelöst.
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Der erfindungsgemäß vorgesehene Abschaltvorgang kann unterschiedlich gestaltet sein. Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung wird der Abschaltvorgang des Aktuators durch eine abfallende Funktion des vom Aktuator aufgebrachten Moments von einem vor Eintreten der Fehlersituation vorliegenden Anfangswert bis auf Null beschrieben. Der Abschaltvorgang beansprucht dabei zweckmäßigerweise eine Zeitdauer, die gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung parametrierbar ist. Zur Erfüllung ihres Zwecks ist die Zeitdauer größer als Null und ist sinnvollerweise ausreichend lang, um trotz nachlassender Wankabstützung ein kontrollierbares Fahrverhalten gewährleisten zu können.
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In regelungstechnischer Hinsicht lässt sich der Abschaltvorgang einfach und sicher gestalten, indem ein vom Aktuator aufgebrauchtes Moment während des Abschaltvorgangs stetig oder in mehreren Schritten auf den Wert Null verringert wird. Unter einer stetigen Verringerung sei in diesem Zusammenhang insbesondere eine degressive oder lineare Verringerung des aufgebrachten Aktuatormomentes verstanden, wobei eine lineare Verringerung vorzugsweise in Form einer abfallenden Rampe beschreibbar ist. Davon abweichend sind auch andere Verläufe denkbar.
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Zur Vermeidung der negativen Auswirkungen des plötzlichen Abschaltens des Aktuators wird allgemein als vorteilhaft angesehen, dass durch den Abschaltvorgang ein abrupter Sprung des vom Aktuator aufgebrachten Moments von einem vor Eintreten der Fehlersituation vorliegenden Anfangswert auf Null vermieden wird.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Fehlerreaktion, die durch das Steuergerät veranlasst wird, kann neben dem Abschaltvorgang des Aktuators weitere Maßnahmen umfassen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des verstellbaren Wankstabilisators beinhaltet die Fehlerreaktion zusätzlich eine Warnung über eine bevorstehende Veränderung des Wank- bzw. Fahrverhaltens des Kraftfahrzeugs. Konkret kann es sich um eine an den Fahrer des Kraftfahrzeugs gerichtete Warnung handeln, um diesem eine Vorbereitung auf die veränderte Situation zu ermöglichen. Die Warnung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise optisch und/oder akustisch, wie beispielsweise durch Ausgabe mittels einer Warnleuchte oder in Form eines Warntons. Der Fahrer wird auf diese Weise darüber informiert, dass sich die Fahrzeugbalance bzw. das Wankverhalten des Fahrzeugs aufgrund einer bevorstehenden Abschaltung des Wankstabilisierungssystems in nächster Zeit ändern wird.
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Wie eingangs erwähnt, sind im Zusammenhang mit dem Betrieb eines verstellbaren Wankstabilisators unterschiedliche Fehlersituationen denkbar. Bei einer Fehlersituation im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich bevorzugt um eine Situation, in welcher am verstellbaren Wankstabilisator und/oder am damit ausgestatteten Kraftfahrzeug zwar eine Störung im Sinne einer Abweichung gegenüber einem normalen Betriebszustand vorliegt, jedoch trotz dieser Störung zumindest ein leistungsmäßig und/oder zeitlich eingeschränkter Betrieb des verstellbaren Wankstabilisators möglich ist. Bei der die Fehlersituation verursachenden Störung kann es sich beispielsweise um eine insbesondere sensorisch erfasste Temperaturüberschreitung, insbesondere an der Steuereinrichtung und/oder um eine Bordspannungsüberlast handeln. In derartigen Fehlersituationen ist einerseits ein dauerhaftes Halten (aktiver Stillstand) nicht möglich, andererseits wäre ein plötzliches Abschalten aufgrund des abrupten Verlustes der Wankabstützung eine mit unverhältnismäßig nachteiligen Auswirkungen verbundene Maßnahme.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Wankstabilisators, insbesondere eines wie zuvor beschriebenen verstellbaren Wankstabilisators. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass von der Steuereinrichtung eine definierte Fehlersituation erkannt oder über das Kraftfahrzeug in Form eines Signals empfangen wird, und im Fall eines erkannten bzw. empfangenen Fehlers eine Fehlerreaktion veranlasst wird, die einen durch zeitlich definiertes Verhalten beschreibbaren Abschaltvorgang des Aktuators beinhaltet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Daraus ergeben sich auch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
- 1 einen verstellbaren Wankstabilisator für ein Kraftfahrzeug in schematischer Ansicht,
- 2 eine graphische Darstellung einer beispielhaften Fehlerreaktion im Fall eines erkannten Fehlers.
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Zur Veranschaulichung des Einsatzgebietes der Erfindung zeigt 1 zunächst einen verstellbaren Wankstabilisator 1 in schematischer Ansicht. Der verstellbare Wankstabilisator 1 ist Teil eines nicht vollständig gezeigten Fahrwerks eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs. Vom Kraftfahrzeug ist lediglich ein Fahrzeugaufbau 10 per Bezugszeichen angedeutet. Der Wankstabilisator 1 ist auch Teil einer Achse des Kraftfahrzeugs, beispielsweise kann bzw. können die Vorderachse und/oder Hinterachse des Kraftfahrzeugs mit dem verstellbaren Wankstabilisator 1 ausgestattet sein.
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Wie 1 zeigt, sind ein linkes Rad 7a und ein auf der gegenüberliegenden Fahrzeugseite angeordnetes rechtes Rad 7b jeweils über eine nicht näher zu erläuternde Lenkeranordnung 8a bzw. 8b mit dem Fahrzeugaufbau 10 verbunden. Rad 7a und Lenkeranordnung 8a bzw. Rad 7b und Lenkeranordnung 8b bilden somit jeweils eine Einheit, und sind jeweils über eine Pendelstütze 9a bzw. 9b an ein Ende eines zugehörigen Stabilisatorabschnitts 7a bzw. 7b des verstellbaren Wankstabilisators 1 gekoppelt. Der linke Stabilisatorabschnitt 6a und der rechte Stabilisatorabschnitt 6b sind fahrzeugmittig über einen als im Wesentlichen zylindrischer Körper dargestellten Aktuator 2 miteinander verbunden.
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Auf für sich gesehen bekannte Weise ist der verstellbare Wankstabilisator 1 um eine Rotationsachse 3 drehbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau 10 gelagert, hierzu dienen eine linke Stabilisatorlagerung 11a und eine rechte Stabilisatorlagerung 11b, welche gemäß 1 einen dem Aktuator 2 zugewandten Bereich des jeweiligen Stabilisatorabschnitts 6a bzw. 6b - vereinfacht dargestellt - U-förmig umgreifen.
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Der hier als zylindrischer Körper dargestellte Aktuator 2 umfasst im Wesentlichen ein in Bezug auf die Rotationsachse 3 im Wesentlichen rotationssymmetrisches Gehäuse (nicht näher bezeichnet), in welchem ein Elektromotor 4 sowie ein mehrstufiges Planetengetriebe 9 und ein Drehzahlsensor 13 (jeweils nur durch Bezugszeichen angedeutet) angeordnet sind. Über den Elektromotor 4 und das mehrstufige Planetengetriebe 5 stehen die Stabilisatorabschnitte 6a und 6b in Antriebsverbindung zueinander. Bei stehendem Aktuator 2 sind die beiden Stabilisatorabschnitte 6a, 6b über den stehenden Elektromotor 4 und das damit antriebsverbundene mehrstufige Planetengetriebe 5 starr miteinander verbunden. Durch den Betrieb des Elektromotors 4 lassen sich die Stabilisatorabschnitte 6a, 6b jedoch abhängig von der Drehrichtung des Elektromotors 4 um die Rotationsachse 3 gegeneinander verdrehen. Dabei gibt das mehrstufige Planetengetriebe 5 ein festes Drehzahlverhältnis zwischen Antrieb (Elektromotor 4) und Abtrieb (mit dem Getriebeausgang gekoppelter rechter Stabilisatorabschnitt 6b) vor. So lässt sich der verstellbare Wankstabilisator 1 auf für sich gesehen bekannte Weise verstellen. Mit Hilfe des Wankstabilisators 1 kann ein Wankmoment M abgestützt werden, das zwischen Fahrzeugaufbau 10 und Rädern 7a, 7b wirkt. Der Aktuator 2 bringt dabei ein um die Rotationsachse 3 wirkendes Moment MAkt auf. Durch Verstellung des Wankstabilisators 1 lässt sich das abstützbare Wankmoment M beeinflussen. Zur bedarfsgerechten Regelung des Wankstabilisators 1 sind dem linken Rad 7a bzw. dem rechten Rad 7b jeweils ein Höhenstandssensor 12a bzw. 12b zugeordnet, welche eine Erfassung von Radhubbewegungen des jeweiligen Rades ermöglichen und in Form eines Höhenstandes für das linke Rad z7a bzw. Höhenstandes für das rechte Rad z7b ausgeben. Daneben lässt sich über den Drehzahlsensor 13 die Drehung des Elektromotors 4 erfassen und wird in Form eines Drehzahlsignals als Motordrehzahl n ausgegeben.
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Wie 1 weiterhin zu entnehmen, ist dem verstellbaren Wankstabilisator 1 eine Steuereinrichtung 14 zugeordnet. Diese ist ebenfalls Teil des verstellbaren Wankstabilisators 1. Die Steuereinrichtung 14 steht in Signalaustauschverbindung mit sämtlichen mechatronischen Komponenten des Wankstabilisators 1. Daneben steht die Steuereinrichtung 14 in Signalaustauschverbindung mit einer Signalschnittstelle 16 zum Kraftfahrzeug. Über die Signalverbindungen werden unterschiedliche Signale übermittelt, beispielsweise Sensorinformationen, die innerhalb des verstellbaren Wankstabilisators 1 erfasst werden oder die auf Ebene des Kraftfahrzeugs erfasst und über die Signalschnittstelle 16 der Steuereinrichtung 14 bereitgestellt werden. Umgekehrt können über die Steuereinrichtung 14 Signale ausgegeben werden, beispielsweise um den Aktuator 2 anzusteuern und um über die Signalschnittstelle 16 Zustandsinformationen über den verstellbaren Wankstabilisator 1 an das Kraftfahrzeug zu übergeben.
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Während des Betriebs des verstellbaren Wankstabilisators 1 können Fehler auftreten, die ein Abschalten des Aktuators 2 erforderlich machen. Insbesondere kann es sich dabei um eine Fehlersituation 15 handeln, in welcher am verstellbaren Wankstabilisator 1 und/oder am Kraftfahrzeug zwar eine Störung im Sinne einer Abweichung gegenüber einem normalen Betriebszustand vorliegt, jedoch trotz dieser Störung zumindest ein leistungsmäßig und/oder zeitlich eingeschränkter Betrieb noch möglich ist. Beispielsweise kann an der Steuereinrichtung 14 bzw. an einzelnen elektronischen Komponenten der Steuereinrichtung 14 eine Temperaturüberschreitung vorliegen, die sensorisch erfasst wird und der Steuereinrichtung 14 als Fehlersituation 15 gemeldet wird. Alternativ oder ergänzend kann im elektrischen Bordnetz des mit dem verstellbaren Wankstabilisator 1 ausgestatteten Kraftfahrzeugs eine Überlast vorliegen. Zur Vermeidung beispielsweise sicherheitsrelevanter Funktionen des Kraftfahrzeugs kann diese Bordspannungsüberlast über die Signalschnittstelle 16 der Steuereinrichtung 14 als Fehler 15 gemeldet werden, wodurch die Steuereinrichtung 14 in die Lage versetzt wird, eine nachfolgend beschriebene Fehlerreaktion zu veranlassen.
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Die von der Steuereinrichtung 14 veranlasste Fehlerreaktion beinhaltet erfindungsgemäß einen durch zeitlich definiertes Verhalten beschreibbaren Abschaltvorgang des Aktuators 2. Während dieses Abschaltvorgangs veranlasst die Steuereinrichtung 14, dass das vom Aktuator 2 aufgebrachte Moment MAkt stetig von einem vor Eintreten der Fehlersituation vorliegenden Anfangswert auf den Wert Null verringert wird. Dies ist beispielhaft - und vereinfacht - dargestellt in 2. Diese gibt den Momentenverlauf MAkt bei Eintreten einer Fehlersituation wieder. Demnach weist das vom Aktuator 2 aufbrachte Moment MAkt zunächst beispielsweise einen konstanten Wert auf (beispielsweise bei konstanter Kurvenfahrt), bis ein Fehlerereignis eintritt, das in 2 zeichnerisch durch einen Blitz als Fehlersituation 15 dargestellt ist. Die Steuereinrichtung 14 veranlasst ab Erkennung der Fehlersituation 15 den Abschaltvorgang des Aktuators 2, indem sie diesen derart ansteuert, dass das vom Aktuator aufgebrachte Moment MAkt einer Linearfunktion folgend auf den Wert Null verringert wird, zeichnerisch als abfallende Rampe dargestellt. Der Abschaltvorgang beansprucht zwischen Auftreten der Fehlersituation 15 und Erreichen des Nullwerts des Moments MAkt eine Zeitdauer. Das vom Aktuator aufgebrachte Moment fällt mit Eintreten der Fehlersituation demnach nicht sprunghaft auf Null, sondern sinkt über den Verlauf des Abschaltvorgangs langsam ab. Die Zeitdauer kann parametrierbar sein, d. h. abhängig gemacht werden von einem Vorgabewert und/oder von Fahrzeugparametern oder dergleichen.
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Parallel zur Durchführung des Abschaltvorgangs kann die Fehlerreaktion eine optische und/oder akustische Warnung an den Fahrer beinhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- verstellbarer Wankstabilisator
- 2
- Aktuator
- 3
- Rotationsachse
- 4
- Elektromotor
- 5
- mehrstufiges Planetengetriebe
- 6a, 6b
- linker (bzw. rechter) Stabilisatorabschnitt
- 7a, 7b
- linkes (bzw. rechtes) Rad
- 8a, 8b
- linke (bzw. rechte) Lenkeranordnung
- 9a, 9b
- linke (bzw. rechte) Pendelstütze
- 10
- Fahrzeugaufbau
- 11a, 11b
- linke (bzw. rechte) Stabilisatorlagerung
- 12a, 12b
- Höhenstandssensor linkes (bzw. rechtes) Rad
- 13
- Drehzahlsensor
- 14
- Steuereinrichtung
- 15
- Fehler
- 16
- Signalschnittstelle zu Kraftfahrzeug
- z7a, z7b
- Höhenstand linkes (bzw. rechtes) Rad
- M
- Wankmoment (achsbezogen)
- MAkt
- Moment (Aktuator)
- n
- Motordrehzahl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016219399 A1 [0003]
- DE 102013203442 A1 [0006]
