DE4114783A1 - Verfahren zur regelung eines aktiven radtragsystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren insbesondere zur Wankstabilisierung von Kraftfahr­ zeugen bei Kurvenfahrt ist beispielsweise aus der DE 28 44 413 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die hydraulischen Federbeine bzw. Radtrageinheiten abhängig von Eingangsgrößen, wie z. B. dem Ist-Druck in den Hydraulikzylindern der Federbeine und der Querbeschleunigung des Fahr­ zeugs, aktiv verstellt, indem Ventile zur Ölversorgung der Hydraulikzylinder angesteuert werden. Das Öl zur Ölversorgung der Hydraulikzylinder wird über eine Pumpe gefördert und über die Ventile an die Hydraulikzylinder geleitet oder wieder in einen Auffangbehälter abgeführt.

In der DE 28 44 413 A1 wird davon ausgegangen, daß die Pumpe für den Druckaufbau zur optimalen Wankstabilisierung jederzeit einen ausreichenden Volumenstrom erzeugt. Die Abhängigkeit des Volumenstroms von der Pum­ pendrehzahl und damit von der Brennkraftmaschinendrehzahl des Fahrzeugs wird vernachlässigt. Bei niedrigen Brennkraftmaschinendrehzahlen, z. B. im Bereich der Leerlaufdrehzahl, kann die Förderleistung von nicht-überdimen­ sionierten Pumpen jedoch stark reduziert sein, so daß der Volumenstrom für den Druckaufbau zur optimalen Wankstabilisierung nicht mehr ausreicht. Tritt dieser Fall ein, wird die Regelung instabil, d. h. der Druck in den Hydraulikzy­ lindern fällt ab und kann nicht mehr ausreichend aufgebaut werden, solange der Volumenstrom kleiner ist als der zur stabilen Regelung erforderliche.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Stabilität des Regelkreises für ein aktives Radtragsystem unabhängig von der Brennkraftmaschinendrehzahl des Fahrzeuges zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das elektronische Steuergerät des aktiven Radtragsystems erhält erfindungs­ gemäß als zusätzliche Eingangsgröße die Pumpendrehzahl oder die Brenn­ kraftmaschinendrehzahl des Fahrzeuges, die direkt proportional zur Pumpen­ drehzahl ist. Ferner sind Daten, z. B. in Form einer Tabelle, im Steuergerät abgespeichert, womit das Steuergerät abhängig von der Pumpendrehzahl oder der Brennkraftmaschinendrehzahl den momentanen von der Pumpe maximal erzeugbaren Volumenstrom ermittelt. Diesem maximal erzeugbaren Volumen­ strom ordnet das Steuergerät aus den abgespeicherten Daten einen maximal zulässigen Öffnungsquerschnitt des Ventils an den Hydraulikzylindern zu. Die­ ser maximal zulässige Öffnungsquerschnitt führt einen maximal erzeugbaren Öldruck bei vorgegebenem Volumenstrom herbei. Sämtliche Regelvorgänge des aktiven Radtragsystems werden unter dem Kriterium durchgeführt, daß die Ventile nicht weiter geöffnet werden, als durch den maximal zulässigen Öffnungsquerschnitt vorgegeben ist.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren verhindert ein instabiles Verhalten des Regelkreises, d. h. einen Abbau des Öldrucks in den Ölversorgungsleitungen und damit in den Hydraulikzylindern bei ungenügendem Volumenstrom.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist der Gegenstand des Patentanspruchs 2.
Parallel zur Ermittlung des maximal zulässigen Öffnungsquerschnitts der Ven­ tile bzw. des max. erzeugbaren Öldrucks in den Hydraulikzylindern abhängig von der Pumpendrehzahl oder der Brennkraftmaschinendrehzahl wird ein op­ timaler Solldruck unabhängig von der Pumpendrehzahl oder Brennkraftma­ schinendrehzahl berechnet. Dieser optimale Solldruck ist der in den Hydrau­ likzylindern zu erzeugende Öldruck, der unter der Voraussetzung eines aus­ reichenden Volumenstroms zur Realisierung der optimalen Regelfunktionen des aktiven Radtragsystems führt. Diesem optimalen Solldruck entspricht je­ weils unter der Voraussetzung eines ausreichenden Volumenstroms ein ihm zugeordneter optimaler Öffnungsquerschnitt der Ventile.

Somit stehen dem elektronischen Steuergerät zur Ansteuerung der Ventile an den Hydraulikzylindern zwei Öffnungsquerschnitte zur Verfügung, der max. zulässige und der optimale Öffnungsquerschnitt. Ist der max. zulässige Öff­ nungsquerschnitt kleiner als der optimale Öffnungsquerschnitt, so wird der max. zulässige Öffnungsquerschnitt eingestellt. Dadurch werden die optimalen Regelfunktionen zwar teilweise eingeschränkt, andererseits aber der kriti­ schere Instabile Regelzustand verhindert. Ist der max. zulässige Öffnungs­ querschnitt größer oder gleich dem optimalen Öffnungsquerschnitt, so wird der optimale Öffnungsquerschnitt eingestellt, wodurch in diesem Fall die optimalen Regelfunktionen ausgenützt werden.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird einerseites bei ungenügendem Volumenstrom mit unbedeutenden Einschränkungen der optimalen Regelfunk­ tionen ein instabiler Regelkreis verhindert, andererseits bei ausreichendem Volumenstrom die uneingeschränkte Realisierbarkeit der optimalen Regelfunk­ tionen gewährleistet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Radtrageinheit, die von einer Pumpe mit einem Volumenstrom über ein Proportionalventil versorgt wird,

Fig. 2 die Grobstruktur eines Regelkreises zur Nick- und/oder Wankstabilisie­ rung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 zeitliche Signalverläufe des Lenkwinkels, des Volumenstroms, des Steu­ erstroms und des Öldruckes in einem der Hydraulikzylinder eines Radtrag­ systems bei Absinken der Brennkraftmaschinendrehzahl unter einen Schwell­ wert ohne Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 4 zeitliche Signalverläufe des Lenkwinkels, des Volumenstroms, des Steu­ erstroms und des Öldruckes in einem der Hydraulikzylinder eines Radtrag­ systems bei Absinken der Brennkraftmaschinendrehzahl unter einen Schwell­ wert mit Berücksichtigung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist eine der Radtrageinheiten 1 eines hier nicht dargestellten Rad­ tragsystems gezeigt, bestehend aus einem Hydraulikzylinder 4 und einem Druckspeicher 5. Vorteilhafterweise ist parallel zum Hydraulikzylinder 4 ein mechanisches Federsystem 13 angeordnet. Die Radtrageinheit 1 ist über eine Ölversorgungsleitung mit dem Proportionalventil 2 verbunden. In dieser Ölver­ sorgungsleitung zwischen der Radtrageinheit 1 und dem Proportionalventil 2 fließt ein den Öldruck im Hydraulikzylinder 4 erzeugender Volumenstrom . Das Proportionalventil 2 kann über den Steuerstrom 6 geöffnet und geschlos­ sen werden. Das Proportionalventil 2 besitzt einen Eingang 7, einen Ausgang 8 und einen Ein-/Ausgang 9. Der Eingang 7 Ist über eine Ölversorgungsleitung mit der Pumpe 3, der Ausgang 8 mit dem Auffangbehälter 10 und der Ein-/Aus­ gang 9 mit dem Hydraulikzylinder 4 verbunden.

Die Pumpe 3 wird von der Brennkraftmaschine 11 angetrieben. Die Drehzahl der Pumpe 3 Ist abhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 11. Mit steigender Drehzahl der Pumpe 3 wird ein steigender Volumenstrom des von der Pumpe abgegebenen Öls erzeugt. Dieser Volumenstrom fließt von der Pumpe 3 zum Eingang 7 und/oder in den Druckspeicher 12 und vom Eingang 7 des Proportionalventils 2 über den Ein-/Ausgang 9 zum Hydraulikzylinder 4, wenn im Hydraulikzylinder 4 der Öldruck erhöht werden soll. Die Höhe des Öldrucks im Hydraulikzylinder 4 hängt vom Volumenstroms des von der Pumpe 3 abgegebenen Öls und vom Öffnungsquerschnitts des Proportio­ nalventils 2 ab. Mittels einer hier nicht dargestellten Vorrichtung wird der Öl­ druck in der Ölversorgungsleitung zwischen der Pumpe 3 und dem Propor­ tionalventil 2 konstant gehalten. Der Öffnungsquerschnitt des Proportionalven­ tils 2 wird von der Höhe des Steuerstroms i_V bestimmt, der von dem in Fig. 2 dargestellten Steuergerät 14 abhängig von Eingangssignalen berechnet und erzeugt wird.

Soll der Öldruck im Hydraulikzylinder 4 verringert werden, fließt der Volu­ menstrom über den Ein-/Ausgang 9 und den Ausgang 8 des Proportio­ nalventils 2 in den Auffangbehälter 10 ab.

In Fig. 2 ist ein elektronisches Steuergerät 14 dargestellt. Seine Eingangs­ größen sind einerseits beispielsweise die Querbeschleunigung a_Q, die Fahr­ zeuggeschwindigkeit v, der Lenkwinkel α_L der Ist-Öldruck P_{i ist} ist des Hydrau­ likzylinders 4 sowie die senkrechte relative Verlagerung s_{i ist} des Federsystems 13 jeder Radtrageinheit 1 und andererseits die Brennkraftmaschinendrehzahl n_M. Die Ausgangsgröße des Steuergeräts 14 ist der Steuerstrom i_V (oder 6 aus Fig. 1) zur Steuerung des Proportionalventils 2. Der Steuerstrom i_V ist direkt proportional zum Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils 2.

Das Steuergerät 14 enthält vier Auswerteeinheiten (15, 16, 17, 18). Die Querbeschleunigung a_Q, die Fahrzeuggeschwindigkeit v, der Lenkwinkel α_L, der Ist-Öldruck p_{i ist} jeder Radtrageinheit 1 und die senkrechte relative Verlagerung s_{i ist} jeder Radtrageinheit 1 sind die Eingangsgrößen der Auswerteeinheit 15. In der Auswerteeinheit 15 wird abhängig von diesen Eingangsgrößen der optimale Öffnungsquerschnitt A_{i opt} zur Erzeugung des optimalen Öldrucks p_{i opt} für eine optimale Wank- und/oder Nickstabilisierung berechnet und an die Auswerteeinheit 17 weitergegeben.

Die Brennkraftmaschinendrehzahl n_M führt in die Auswerteeinheit 16. Die Auswerteeinheit 16 ordnet der Brennkraftmaschinendrehzahl n_M den dauerhaft max. erzeugbaren Volumenstrom _max und dem max. erzeugbaren Volumenstrom _max den max. zulässigen Öffnungsquerschnitt A_{i max} zur Erzeugung des max. erzeugbaren Öldrucks p_{i max} zu. Der max. zulässige Öffnungsquerschnitt A_{i max} wird ebenfalls an die Auswerteeinheit 17 weitergegeben und dort mit dem optimalen Öffnungsquerschnitt A_{i opt} verglichen. Der kleinere dieser beiden Öffnungsquerschnitte wird als Soll-Öffnungsquerschnitt A_{i soll} an die Auswerteeinheit 18 weitergeführt. Die Auswerteeinheit 18 ordnet dem Soll-Öffnungsquerschnitt A_{i soll} die Höhe des Steuerstroms i_V zu, der zur Realisierung dieses Soll-Öffnungsquerschnitts A_{i soll} am Proportionalventil 2 nötig ist und steuert mit diesem Steuerstrom i_V das Proportionalventil 2 an.

In Fig. 3 und Fig. 4 sind gleiche Signalverläufe der Brennkraftmaschinendrehzahl n_M bei sinusförmiger Druckänderung in den Hydraulik-Zylindern p_Zylinder durch sinusförmige Bewegungen des Lenkwinkels α_L über der Zeit t aufgetragen. Weiterhin sind die Signalverläufe des daraus resultierenden Volumenstroms =_Ventil in der Ölversorgungsleitung zwischen der Radtrageinheit 1 und dem Proportionalventil 2, des Steuerstroms i_V = i_Ventil zum Öffnen und Schließen eines Proportionalventils 2, des sich in einem Hydraulikzylinder 4 einstellenden Öldruckes p_{i ist} und des optimalen Öldrucks p_{i opt} dargestellt.

In der Zeit von t₀ bis t₁ liegt eine Brennkraftmaschinendrehzahl n_M vor, die größer als ein Schwellwert n_Schw ist. In diesem Zeitbereich steht sowohl in Fig. 3 als auch in Fig. 4 ein optimaler Volumenstrom _opt zur Verfügung, der für jeden optimalen Regelvorgang ausreicht. Der Steuerstrom i_V = i_Ventil wird in diesem Beispiel maximal eingestellt i_{V max}, um den optimalen Öldruck p_{i opt} zu erreichen. In der Zeit von t₀ bis t₁ ist der sich in einem Hydraulikzylinder einstellende Öldruck p_{i ist} gleich dem optimalen Öldruck p_{i opt}.

Ist die Brennkraftmaschinendrehzahl n_M in der Zeit t<t₁ unter den Schwellwert n_Schw, z. B. auf die Leerlaufdrehzahl n_LL, gesunken, unterscheiden sich die übrigen Signalverläufe in Fig. 3 und Fig. 4.

In Fig. 3 nimmt mit zunehmender Zahl t der Volumenstrom = _Ventil kontinuierlich ab, wobei der Steuerstrom i_V = i_Ventil auf maximalem Wert i_{V max} bleibt. Dadurch sinkt auch der sich im Hydraulikzylinder 4 einstellende Öldruck p_{i ist} kontinuierlich ab. Die Ursache für dieses Verhalten ist, daß in herkömmlichen Verfahren die Brennkraftmaschinendrehzahl n_M und der daraus resultierende max. erzeugbare Volumenstrom _max nicht ausgewertet werden, sondern daß von einem stets ausreichenden optimalen Volumenstrom _op ausgegangen wird. Dadurch wird bei ungenügendem Volumenstrom = _Ventil der Steuerstrom i_V = i_Ventil und damit der Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils 2 zu groß für den Aufbau des optimalen Öldrucks p_{i opt} in einem Hydraulikzylinder 4.

In Fig. 4 nimmt sowohl der Volumenstrom = _Ventil, als auch der Steuerstrom i_V = i_Ventil zum Zeitpunkt t₁ ab, wenn die Brennkraftmaschinendrehzahl n_M unter den Schwellwert n_Schw, z. B. auf die Leerlaufdrehzahl n_LL, gesunken ist, und bleibt dabei mit zunehmender Zeit t konstant. Dadurch sinkt zwar der sich im Hydraulikzylinder 4 einstellende Öldruck p_{i ist} zum Zeitpunkt t₁ auch unter den optimalen Öldruck p_{i opt} bleibt jedoch konstant und fällt nicht völlig ab, wie in Fig. 3. Dieses Verhalten wird durch die erfindungsgemäße Auswertung der Brennkraftmaschinendrehzahl n_M und des daraus resultierenden max. erzeugbaren Volumenstroms _max zur Berechnung des Steuerstroms i_V für die Erzeugung eines max. möglichen Öldrucks p_{i max} in einem Hydraulikzylinder 4 erreicht.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird demnach ein stabiler Regelkreis erreicht, der sicherheitskritische Folgen eines völligen Absinkens des Öl­ drucks in den Hydraulikzylindern eines aktiven Radtragsystems verhindert.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regelung eines aktiven Radtragsystems, insbesondere zur Wank- oder Nickstabilisierung, eines zweiachsigen Kraftfahrzeuges mit hydraulisch verstellbaren Radtrageinheiten, elektromagnetisch steuerbaren Ventilen an den Hydraulikzylindern der Radtrageinheiten, einer Pumpe zur Volumenstrom- bzw. Öldruckerzeugung und einem elektronischen Steuergerät, das abhängig von Eingangsgrößen die Ventile an den Hydraulikzylindern der Radtrageinheiten ansteuert, da­ durch gekennzeichnet, daß das elektronische Steuergerät (14) abhängig von der Drehzahl der Pumpe (3) den mittels der Pumpe (3) maximal erzeugbaren Volumenstrom (_max) bzw. den maximal erzeugbaren Öldruck (p_{i max}) in den Hydraulikzylindern (4) ermittelt und die Ventile (2) an den Hydraulikzylindern (4) abhängig von diesem maximal erzeugbaren Volumenstrom (_max) bzw. Öldruck (p_{i max}) regelt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Steuergerät (14) einen von der Drehzahl der Pumpe (3) unabhängigen optimalen Solldruck (p_{i opt}) für jeden Hydraulikzylinder (4) der Radtrageinheiten (1) ermittelt, diesen optimalen Solldruck (p_{i opt}) mit dem von der Drehzahl der Pumpe (3) abhängigen maximal erzeugbaren Öldruck (p_{i max}) vergleicht und die Ventile (2) derart regelt, daß sich der jeweils niedrigere dieser beiden Druckwerte einstellt.