DE3916460A1 - Verfahren zur fahrwerksregelung - Google Patents
Verfahren zur fahrwerksregelungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrwerks
regelung, insbesondere von Personen- und Nutzkraft
wagen, bei dem - entsprechend der Gattung des Haupt
anspruchs - die Fahrwerkseigenschaften in Abhängig
keit von dem jeweiligen sensorisch ermittelten Fahr
zustand durch die Regelung verändert werden.
Bei den heute gebräuchlichen Fahrzeugtypen, insbeson
dere Personenkraftwagen, werden die Fahrwerkseigen
schaften auf einen mittleren Betriebsfall optimiert.
Die Eigenschaften sind durch die Konstruktion festge
legt und bleiben - abgesehen von Alterungserschei
nungen - im Fahrbetrieb unverändert. Da diese in ex
tremen Betriebsfällen, beispielsweise bei leerem oder
voll beladenem Fahrzeug und/oder sich extrem ändern
den Fahrzuständen (schnelle Kurvenfahrt, starkes
Bremsen bzw. Beschleunigen) hohen Sicherheitsanforde
rungen ggf. nicht genügen kann, ist es bekannt,
zwischen unterschiedlichen Dämpfereinstellungen umzu
schalten. Eine selbständige Einstellung auf ver
schiedene Fahrbahnzustände oder Fahrweisen in einer
feinen Anpassung ist nicht möglich, da lediglich in
groben Stufen eine Verstellung der Dämpfereigen
schaften erfolgt.
Ferner ist es bekannt, einer zwischen Achse und
Chassis (Fahrzeugaufbau) angeordneten Feder einen
Dämpfer parallel zu schalten, der aktiv oder semi
aktiv arbeitet. Der aktive Dämpfer weist einen Zylinder
auf, der mittels eines Kolbens in zwei Arbeitskammern
unterteilt ist. Durch aktive Druckmittelspeisung oder
ein Ablassen des Druckmittels können die
Dämpfereigenschaften gesteuert werden. Alternativ ist
es bei einem semiaktiven System möglich, die
Dämpfereigenschaften durch einen im Querschnitt
steuerbaren Bypaß zu variieren. Beispielsweise kann
der Kolben ein im Durchlaßquerschnitt steuerbares
Ventil aufweisen. Beim semiaktiven System erfolgt
keine aktive Druckmittelfluß-Steuerung.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Hauptan
spruch genannten Merkmalen zeigt demgegenüber die
Möglichkeit auf, wie auf einfache Weise und träg
heitslos in Abhängigkeit von der Dynamik des Fahrvor
ganges eine Fahrwerksabstimmung an die unterschied
lichen Anforderungen hinsichtlich Fahrkomfort und
Fahrsicherheit selbsttätig vorgenommen werden kann.
Dieses erfolgt durch eine entsprechende Variation der
Reglerparameter. Mithin wird die jeweilige Übertra
gungsfunktion des Reglers der Dynamik des Fahrvor
ganges angepaßt, so daß - bei unkritischen Fahrzu
ständen der größtmögliche Komfort und bei kritischen
Fahrzuständen eine der Sicherheit dienende, straffe
Fahrwerksabstimmung vorliegt.
Vorzugsweise wird zur Fahrzustandserkennung die Fahr
zeuglängs- und Fahrzeugquerdynamik erfaßt.
Ausgehend von unkritischen Fahrzuständen erfolgt beim
Auftreten kritischer Fahrzustände ein kontinuier
licher oder stufiger Übergang zu einer fahrsicher
heitsorientierten Auslegung der Reglerparameter. So
mit ist eine kontinuierliche Einflußnahme gegeben,
die mittels entsprechend kontinuierlich verstellbarer
Aktuatoren realisiert wird. Dabei kann das zuvor be
schriebene aktive oder semiaktive System eingesetzt
werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird zur Er
fassung der Fahrzeuglängsdynamik die Fahrzeuglängsge
schwindigkeit und/oder die Fahrzeuglängsbeschleuni
gung herangezogen. Aus diesen für die Längsdynamik
charakteristischen Größen läßt sich ein Näherungswert
für die Reifenlängskräfte ermitteln. So kann bei
spielsweise durch Differentiation der Fahrzeugge
schwindigkeit ein Näherungswert für die Reifenlängs
kräfte erhalten werden.
Zur Erfassung der Fahrzeugquerdynamik ist vorzugs
weise vorgesehen, die Fahrzeugquerbeschleunigung
und/oder die Giergeschwindigkeit und/oder den Lenk
winkel heranzuziehen. Aus der Fahrzeugquerdynamik
läßt sich dann ein Näherungswert für die Reifen
seitenkräfte ermitteln. Hierbei sind gegebenenfalls
der Schräglaufwinkel und die Reifenschräglaufsteifig
keit zu berücksichtigen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die
Näherungswerte der Reifenlängs- und Reifenseiten
kräfte zur Festlegung der Reglerparameter herange
zogen. Dabei kann die Umwandlung der Näherungswerte
der Reifenlängs- und Reifenseitenkräfte in die Reg
lerparameter über eine gespeicherte Wertetabelle oder
eine Rechenoperation erfolgen.
Das Gesamtsystem zeichnet sich dadurch aus, daß die
Reglerparameter einem Regler des Regelkreises zuge
führt werden, der als Eingangsgrößen eine oder
mehrere Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus in ver
tikaler Richtung und/oder einen oder mehrere Ein
federwege des Fahrwerks erhält und mit seiner Aus
gangsgröße die Dämpfungseigenschaften mindestens
eines Dämpfers des Fahrwerkes regelt. Die erfindungs
gemäße Adaption der Reglerparameter an den jeweiligen
Fahrzustand ermöglicht die Kopplung mit nahezu jedem
Fahrwerkregelungssystem, wobei diskret oder kontinu
ierlich verstellbare Aktuatoren verwendet werden kön
nen. Kritische Fahrmanöver werden erkannt und führen
zu einer die Sicherheit erhöhenden Fahrwerksabstim
mung, wobei in unkritischen Situationen der größtmög
liche Komfort vorliegt. Überdies werden einfache und
physikalisch interpretierbare Entscheidungskriterien
für die Charakterisierung des Fahrverhaltens und die
Adaption der Reglerparameter gegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das das erfindungsge
mäße Verfahren zur Fahrwerksregelung ver
deutlicht und
Fig. 2 ein Diagramm, das die Komfortziffer eines
Fahrwerks in Abhängigkeit von der Radlast
zeigt, wobei eine Grenzkurve dargestellt
ist, deren Werte durch Variation der
Reglerparameter der Fahrwerkregelung ange
nommen werden können.
Anhand des Blockschaltbilds der Fig. 1 soll das er
findungsgemäße Verfahren erläutert werden. Es sind
zwei Meß- und Auswerteeinrichtungen 1 und 2 vorge
sehen, denen Eingangsgrößen 3 zugeführt werden und
deren Ausgänge 4 und 5 mit einer Umsetzschaltung 6
verbunden sind. Der Ausgang 7 der Umsetzschaltung 6
ist an einen Regler 8 angeschlossen, dem Eingangs
größen 9 zugeführt werden und der einen Ausgang 10
aufweist. Der Regler 8 ist Bestandteil eines nicht
dargestellten Regelkreises einer Fahrwerksregelung
eines Kraftfahrzeuges.
Bei der Meß- und Auswerteeinrichtung 1 handelt es
sich um eine die Längsdynamik des Kraftfahrzeuges er
fassende Einrichtung. Es sind Sensoren vorgesehen,
die die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und/oder die
Fahrzeuglängsbeschleunigung ermitteln. In der Fig. 1
wird der Meß- und Auswerteeinrichtung 1 als Eingangs
größe 3 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit 11 zuge
führt. Durch Differentiation läßt sich hieraus ein
Näherungswert für die Reifenlängskräfte F L erhalten.
Es gilt die Beziehung:
F L ∼ m ges · L,
wobei m ges die Masse des Fahrzeuges und v L die Fahr
zeuglängsgeschwindigkeit bezeichnet.
Demgemäß steht am Ausgang 4 der Meß- und Auswerteein
richtung 1 ein Näherungswert für die Reifenlängs
kräfte F L zur Verfügung.
Der Meß- und Auswerteeinrichtung 2 werden andere Ein
gangsgrößen 3 zugeführt. Es handelt sich hierbei um
den Lenkwinkel 12, die Giergeschwindigkeit 13 und die
Fahrzeugquerbeschleunigung 14. Gegebenenfalls sind
nicht alle Eingangsgrößen erforderlich. Die genannten
Eingangsgrößen 3 werden ebenfalls durch geeignete
Sensoren ermittelt. Die Meß- und Auswerteeinrichtung
2 bildet aus den Eingangsgrößen 3 einen Näherungswert
für die Reifenseitenkräfte F S .
Die Reifenlängskräfte F L und die Reifenseitenkräfte
F S werden der Umsetzschaltung 6 zugeführt. Bei der
Umsetzschaltung 6 handelt es sich um eine ge
speicherte Wertetabelle, die am Ausgang 7 in Ab
hängigkeit von den Eingangsgrößen Reglerparameter RP
zur Verfügung stellt, die dem Regler 8 zugeführt wer
den. Als Eingangsgrößen 9 erhält der vorzugsweise als
Skyhook-Regler ausgebildete Regler 8 die Geschwindig
keit 15 des Aufbaues des Fahrzeuges und den Einfeder
weg 16. Unter letzterem ist der Verlagerungsweg einer
Achse des Kraftfahrzeuges relativ zum Chassis bzw.
zum Aufbau zu verstehen. An seinem Ausgang 10 stellt
der Regler ein Signal zur Stellung geeigneter Aktua
toren zur Verfügung, mit denen die Abstimmung der
Fahrwerkseigenschaften vorgenommen wird. Es kann sich
hierbei um aktiv oder semiaktiv arbeitende Dämpfer
handeln.
Durch die Fahrzustandserkennung der Meß- und Aus
werteeinrichtungen 1 und 2 lassen sich in Verbindung
mit semiaktiven oder aktiven Fahrwerksregelungen die
Fahrwerkseigenschaften nach Maßgabe des jeweils vor
liegenden Betriebszustandes einstellen.
Dabei erfolgt eine Einstellung der Reglerparameter in
unkritischen Fahrzuständen derart, daß eine kom
fortable Fahrwerksauslegung vorliegt. In kritischen
Fahrzuständen ist ein kontinuierlicher Übergang zu
fahrsicherheitsorientierter Auslegung der Reglerpara
meter vorgesehen. Mithin werden diese kritischen
Fahrzustände durch die Sensoren der Meß- und Aus
werteeinrichtungen 1 und 2 erkannt und der Umsetz
schaltung 6 entsprechende Werte für die Reifenlängs
kräfte F L und/oder Reifenseitenkräfte F S zugeführt.
Am Ausgang 7 der Umsetzschaltung 6 werden dann ent
sprechende Reglerparameter RP ausgegeben, die den
Regler 8 derart im Hinblick auf seine Übertragungs
funktion beeinflussen, daß das am Ausgang 10 ausge
gebene, die Aktuatoren des Fahrwerks steuernde Signal
eine der Fahrsicherheit dienende, straffere Fahr
werksabstimmung vornimmt. Dabei erfolgt der Übergang
von einer komfortorientierten Fahrwerksauslegung zu
der genannten straffen Abstimmung kontinuierlich. Die
Rückkehr zu höherem Fahrkomfort erfolgt ebenfalls
kontinuierlich.
Die Fig. 2 zeigt eine Grenzkurve für ein semiaktiv
geregeltes System mit Skyhookregler und frequenzab
hängiger Dämpfung. Die Komfortziffer KA gibt über die
Fahrwerksabstimmung Aufschluß. Je größer die Komfort
ziffer ist, umso schlechter wird der Komfort; mithin
erhöht sich die Fahrsicherheit. Gleichzeitig sinkt -
wie aus der Fig. 2 ersichtlich - die auf der
Abszisse abgetragene Radlast RL. Der Pfeil 17 zeigt
somit die Tendenz der dargestellten Grenzkurve zu
größerer Fahrsicherheit und der Pfeil 18 die Richtung
zu größerem Fahrkomfort auf. Die Werte der Grenzkurve
können durch Variation der Reglerparameter RP ange
nommen werden. Mithin wird deutlich, daß mit dem er
findungsgemäßen Verfahren durch die Variation der
Reglerparameter RP eine Fahrwerksabstimmung für
größere Sicherheit oder größeren Fahrkomfort vorge
nommen werden kann.
Claims (10)
1. Verfahren zur Fahrwerksregelung, insbesondere von
Personen- und Nutzkraftwagen, bei dem die Fahrwerks
eigenschaften in Abhängigkeit von dem jeweiligen sen
sorisch ermittelten Fahrzustand durch die Regelung
verändert werden, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Reglerparameter (RP) des
Regelkreises in Abhängigkeit von der Dynamik des
Fahrvorganges zur Anpassung der Fahrwerksabstimmung
an die unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich
Fahrkomfort und Fahrsicherheit selbsttätig verändert
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Fahrzustandserken
nung die Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerdynamik er
faßt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in
unkritischen Fahrzuständen eine Einstellung der Reg
lerparameter (RP) für eine komfortorientierte Fahr
werksauslegung erfolgt und daß bei kritischen Fahrzu
ständen ein kontinuierlicher oder stufiger Übergang
zur fahrsicherheitsorientierten Auslegung der Regler
parameter (RP) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur
Erfassung der Fahrzeuglängsdynamik die Fahrzeuglängs
geschwindigkeit (11) und/oder die Fahrzeuglängsbe
schleunigung herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß aus
der Fahrzeuglängsdynamik ein Näherungswert für die
Reifenlängskräfte (F L ) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur
Erfassung der Fahrzeugquerdynamik die Fahrzeugquerbe
schleunigung (14) und/oder die Giergeschwindigkeit
(13) und/oder der Lenkwinkel (12) herangezogen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß aus
der Fahrzeugquerdynamik ein Näherungswert für die
Reifenseitenkräfte (F S ) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Näherungswerte der Reifenlängs- und Reifenseiten
kräfte (F L , F S ) zur Festlegung der Reglerparameter
(RP) herangezogen werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Umwandlung der Näherungswerte der Reifenlängs- und
Reifenseitenkräfte (F L , F S ) in die Reglerparameter
(RP) über eine gespeicherte Wertetabelle (Umsetz
schaltung 6) oder eine Rechenoperation erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reglerparameter (RP) einem Regler (8) des
Regelkreises zugeführt werden, der als Eingangsgrößen
(9) eine oder mehrere Geschwindigkeiten (15) des
Fahrzeugaufbaus in vertikaler Richtung und/oder einen
oder mehrere Einfederwege (16) des Fahrwerks erhält
und mit seiner Ausgangsgröße (Ausgang 10) die
Dämpfungseigenschaften mindestens eines Dämpfers des
Fahrwerks regelt.
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