DE4218087A1 - Verfahren zur Regelung der Dämpfung und/oder zur Diagnose des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Regelung der Dämpfung und/oder zur Diagnose des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Dämpfung und/oder zur Diagnose des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs.
Es ist bekannt, in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen Schwingungsdämpfer mit einstellbaren Dämpfungskoeffizienten zu verwenden, wobei die Dämpfungskoeffizienten durch verschiedene Einflüsse, beispielsweise Brems- und Lenkbewegungen, steuerbar sind. Dabei wird die effektive Dämpfung nicht gemessen und auch nicht im Sinne einer Regelung zurückgeführt. Änderungen der für das Schwingungsverhalten des Fahrzeugs wichtigen Größen, beispielsweise der Abhängigkeit der Dämpfung eines Schwingungsdämpfers von nicht meßbaren Einflußgrößen, können dabei nicht berücksichtigt werden. Dadurch kann bei den bekannten Systemen eine vom beabsichtigten Wert abweichende Dämpfung eingestellt werden, was ein ungünstiges Fahrverhalten zur Folge hat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Regelung der Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, bei welcher Änderungen verschiedener die Dämpfung beeinflussenden Größen ausgeregelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßgrößen, welche mit einer vertikalen Bewegung des Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell zugeführt werden, das den Zusammenhang zwischen der vertikalen Beschleunigung eines Rades oder eines Aufbaus des Fahrzeugs einerseits und anderen Prozeßgrößen und Parametern andererseits darstellt, und daß die Parameter des Modells mit einem an sich bekannten Parameter-Schätzverfahren geschätzt und zur Erzeugung einer Stellgröße zur Einstellung der Dämpfung verwendet werden.
Vorzugsweise werden dabei aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs berechnet, die einem Regler zugeführt werden, der die Stellgröße für die Einstellung der Dämpfung bildet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, verschiedene physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs zu schätzen und damit eine Regelung zu beeinflussen. Die Maßnahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der Einfachheit halber im folgenden für jeweils ein Rad angegeben. Normalerweise sind diese Maßnahmen für alle Räder des Fahrzeugs anzuwenden.
Vorzugsweise dienen als andere Prozeßgrößen die Einfederung und die Geschwindigkeit der Einfederung, wobei die Geschwindigkeit der Einfederung z. B. aus meßbaren Größen berechnet wird. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird:
zA′′ = a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′),
wobei a0 und a1 Parameter, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus und zA′′ die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus bedeuten.
Damit ist es möglich, die Parameter a0 und a1 zu schätzen. Zusätzlich können aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs nach folgenden Gleichungen berechnet werden
a0 = cA/mA, a1 = dA/mA,
wobei cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame Federsteifigkeit, mA die Masse des Aufbaus und dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks sind.
Damit liegen zwar nur zwei Gleichungen für drei Unbekannte vor. Nimmt man jedoch beispielsweise die Federsteifigkeit cA als bekannt an, so können die Masse und der Dämpfungskoeffizient berechnet werden. Da die Berechnung aufgrund geschätzter Parameter erfolgt, werden diese Werte im folgenden als geschätzte Masse A des Aufbaus und als geschätzter Dämpfungskoeffizient A bezeichnet.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß als Prozeßgröße ferner die Deformation des Reifens dient und daß die Radbeschleunigung gemessen wird. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Modell von folgender Gleichung gebildet wird
zR′′ = -a0(zR-zA) - a1(zR′-zA′) + b0(h-zR),
wobei a0 und a1 Parameter, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus, zR′′ die Vertikalbeschleunigung des Rades und h die Unebenheit der Fahrbahn bedeuten. (h-zR) kann beispielsweise mit einem an der Achse befestigten und auf die Fahrbahn gerichteten Abstandssensor gemessen werden.
Dabei können aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs nach folgenden Gleichungen berechnet werden
a0 = cA/mR, a1 = dA/mR, b0= cR/mR,
wobei cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame Federsteifigkeit, dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks, cR die zwischen dem Rad und der Fahrbahn wirksame Federsteifigkeit und mR die Masse des Rades sind.
Hierbei können die Federsteifigkeit cA, der Dämpfungskoeffizient dA und außerdem die zwischen Rad und Fahrbahn wirksame Federsteifigkeit cR geschätzt werden, wenn die Masse des Rades mR als konstant angenommen wird. Kombiniert man die letztgenannte Gleichung mit einer weiteren Schätzgleichung, die sich direkt aus der Kräftebilanz ableiten läßt,
zR′′ = a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′) + (zR′′-zA′′)
mit a0 = cA/mA, a1 = dA/mA,
so läßt sich ohne weitere Meßgröße mit den geschätzten Koeffizienten A und A die Aufbaumasse mA bestimmen. (zR′′-zA′′) wird ebenfalls aus der Meßgröße (zR-zA) berechnet.
Die Federsteifigkeit cR kann auch ohne Messung der Reifendeformation geschätzt werden. Bei Annahme einer sehr langsamen Bewegung des Aufbaus im Vergleich der Bewegung des Rades gilt folgende Differentialgleichung:
[mR/(cA+cR)]zR′′ + [dA/(cA+cR)]zR′ + zR = [cR/(cA+cR)]h.
Die Resonanzfrequenz des Rades ist dann:
fres = f0(1-2D2)1/2 = {(cA+cR)/mR]1/2·[1-2dA 2/4mR(cA+cR)]1/2}/2π,
-
was zur gesuchten Federsteifigkeit
cR = mR(2πfres)2 + dA 2/mR-cA führt.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, daß ferner als weiterer physikalischer Koeffizient die bei einer Vertikalbewegung des Rades im Verhältnis zum Aufbau wirksame Reibung als angenommene Konstante mit einem sich aus der Differenz der vertikalen Radgeschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeit des Aufbaus ergebendem Vorzeichen berechnet wird.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß aus den Parametern ein die tatsächlich vorhandene Dämpfung darstellender physikalischer Koeffizient (geschätzter Istwert A) berechnet wird.
Dabei kann als Sollwert in Anlehnung an bekannte Systeme eine aufgrund der jeweiligen Fahrsituation vorteilhafte Dämpfung als Sollwert eingegeben werden. Diese Ausführungsform kann jedoch auch dadurch weitergebildet werden, daß aus den berechneten physikalischen Koeffizienten ein Sollwert für die einzustellende Dämpfung berechnet wird, der mit dem geschätzten Istwert (A) verglichen wird. Für den Fall eines aperiodischen Einschwingverhaltens kann dabei der Sollwert im wesentlichen nach der Gleichung dAS = k·(A·A)1/2 berechnet werden, wobei k eine Konstante, A die geschätzte Aufbaufederkonstante und A die geschätzte Aufbaumasse ist.
Außer der geschätzten Masse A und der geschätzten Federsteifigkeit A können zusätzlich die geschätzte Coulombsche Reibung A und die geschätzte zwischen dem Rad und der Fahrbahn wirksame Federsteifigkeit R berücksichtigt werden. Dazu ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, daß der Sollwert ferner von der Coulombschen Reibung des Fahrwerks und/oder von der Federsteifigkeit des Reifens derart abhängig ist, daß der Sollwert kleiner wird, wenn die Coulombsche Reibung größer und/oder die Federsteifigkeit des Reifens kleiner wird.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß dem Regler ferner aus den Prozeßgrößen berechnete Zustandsgrößen zugeführt werden.
Außer zur Regelung der Dämpfung können die berechneten physikalischen Koeffizienten zur Fehlererkennung mit vorgegebenen Werten verglichen werden. So kann beispielsweise aus einer übermäßigen Abweichung der geschätzten Federsteifigkeit R auf falschen Luftdruck geschlossen werden. An einer übermäßigen Abweichung der geschätzten Dämpfung A ist ein Fehler eines Schwingungsdämpfers ersichtlich. Aus einem hohen geschätzten Wert der Reibung A kann auf Dämpfer- oder Lagerverschleiß geschlossen werden.
Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zur Diagnose des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, insbesondere der Wirksamkeit der Schwingungsdämpfer. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßgrößen, welche mit einer vertikalen Bewegung des Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell zugeführt werden, das den Zusammenhang zwischen der vertikalen Beschleunigung eines Rades oder eines Aufbaus des Fahrzeugs einerseits und anderen Prozeßgrößen und Parametern andererseits darstellt, und daß die Parameter des Modells mit einem an sich bekannten Parameter-Schätzverfahren geschätzt werden.
Vorzugsweise werden dabei aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs berechnet und ausgegeben.
Zur Durchführung dieses Verfahrens können entweder die zur erfindungsgemäßen Regelung im Fahrzeug vorhandenen Einrichtungen oder ein im Zusammenhang mit einem Prüfstand vorhandener Rechner benutzt werden.
Wird ein auf einem Prüfstand befindliches Fahrzeug in vertikaler Richtung aktiv angeregt und werden ferner sowohl die statische als auch die dynamische Radlast und die Einfederung gemessen, so ist ohne weitere Verbindung mit dem Fahrzeug eine Überprüfung verschiedener Fahrwerkseigenschaften möglich.
Durch die in weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den Hauptansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der normierten vertikalen Beschleunigung des Aufbaus und der normierten dynamischen Radlastschwankung mit verschiedenen physikalischen Koeffizienten als Parameter zeigt,
Fig. 3 Darstellungen des von dem Aufbau und dem Rad gebildeten Schwingungssystems,
Fig. 4 eine weitere Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 sind nur diejenigen Teile eines Kraftfahrzeugs dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind. Der nur teilweise angedeutete Aufbau 1 ist über eine Feder 2, einen Schwingungsdämpfer 3 und verschiedene Fahrwerkselemente 4, 5, 6 mit dem Rad 7 verbunden. Am Aufbau 1 befindet sich ein Beschleunigungssensor 8. Ferner ist ein Sensor 9 zur Messung der Einfederung vorgesehen. Die Sensoren 8, 9 sind mit Eingängen eines digitalen Steuergerätes 10 verbunden, das ferner einen Eingang 11 zur Eingabe des gewünschten Dämpfungsgrades D aufweist. Der Dämpfungsgrad D kann in vorgegebenen Grenzen willkürlich eingestellt werden, um beispielsweise eine komfortbetonte oder eine sogenannte sportliche Dämpfung zu wählen. An einen Ausgang des Steuergerätes 10 ist ein Stellglied 12 angeschlossen, mit welchem die Dämpfung des Schwingungsdämpfers 3 eingestellt werden kann. Dieses kann in an sich bekannter Weise mit einem elektromagnetisch gesteuerten Ventil erfolgen.
Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen der normierten vertikalen Aufbaubeschleunigung zA′′/g und der normierten dynamischen Radlastschwankung Fzdyn/Fzstat. Im Sinne einer Minimierung beider Werte, das heißt, einer möglichst geringen Aufbaubeschleunigung im Sinne eines größeren Komforts und einer möglichst geringen dynamischen Radlastschwankung im Sinne einer größeren Fahrsicherheit sollte der Dämpfungskoeffizient dA möglichst in dem hervorgehobenen Bereich 15 der Kurve 16 liegen, die sich allerdings mit Änderungen der Masse mA des Aufbaus und der Federsteifigkeit cA des Aufbaus und cR des Reifens ändert. Damit trotzdem der Dämpfungskoeffizient in einem optimalen Bereich 15 bleibt, erfolgt eine Regelung des Dämpfungskoeffizienten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. 3 stellt schematisch das aus dem Aufbau 1, der Feder 2, dem Stoßdämpfer 3 und dem Rad 7 bestehenden Schwingungssystem dar. In Fig. 3a sind Einflüsse auf die einzelnen Größen angedeutet. So wird beispielsweise die Masse mA des Aufbaus von der Zuladung L beeinflußt. Der Dämpfungskoeffizient des Schwingungsdämpfers 3 hängt unter anderem von der Temperatur T, von der Abnutzung W und von einer Steuerspannung U ab, welche dem Stellglied 12 (Fig. 1) zugeführt wird. Schließlich wirken auf das Rad 7 Unebenheiten h der Fahrbahn 17 und der Reifendruck PR.
In Fig. 3b ist das Rad 7 ebenfalls als Schwingungssystem dargestellt mit einer Masse mR und einer Federsteifigkeit cR, die im wesentlichen vom Reifendruck PR abhängt. Die Federsteifigkeit der Feder 2 wird mit cA bezeichnet. dA ist der Dämpfungskoeffizient des Schwingungsdämpfers 3. Die vertikalen Wege des Aufbaus und des Rades sind mit zA und zR bezeichnet. Die Radlast FZ setzt sich aus der Gewichtskraft FZstat und den dynamischen Radlastschwankungen FZdyn wie folgt zusammen:
FZ = FZstat + FZdyn = (mA+mR)g + FZdyn.
Das Steuergerät 10 besteht im wesentlichen aus einem Mikrocomputer mit geeigneten Ein- und Ausgangsschnittstellen und einem das erfindungsgemäße Verfahren durchführenden Programm. Zur Darstellung einzelner Verarbeitungsschritte bei den einzelnen Ausführungsbeispielen wurde jedoch die Form von Blockschaltbildern gemäß den Fig. 4 bis 6 gewählt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird vom Sensor 9 die Einfederung, das heißt, die Wegdifferenz des Rades und des Aufbaus einerseits zum mathematischen Modell 18 und andererseits zur Berechnung 19 der Differenz zwischen der Radgeschwindigkeit und der Aufbaugeschwindigkeit geleitet. Vom Beschleunigungssensor 8 wird die Aufbaubeschleunigung dem mathematischen Modell 18 zugeführt. Das mathematische Modell 18 entspricht der Gleichung
zA′′= a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′).
Durch ein an sich bekanntes Parameterschätzverfahren werden die Parameter â0 und â1 geschätzt. Ein geeignetes Verfahren zum Schätzen von Parametern ist beispielsweise in R. Isermann: "Estimation of Physical Parameters for Dynamic Processes with Application to an Industrial Robot", American Control Conference, Santiago 1990 angegeben.
Aus den geschätzten Parametern â0 und â1 wird bei 20 ein geschätzter Istwert des Dämpfungskoeffizienten A berechnet, der von einem bei 21 zugeführten Sollwert bei 22 subtrahiert wird. Die Differenz wird einem Regler 23 zugeführt, von dessen Ausgang 24 die Stellspannung U für das Stellglied 12 (Fig. 1) abnehmbar ist.
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist außer den Sensoren 8, 9 ein weiterer Sensor 26 vorgesehen, der die Einfederung des Reifens mißt - also die Differenz der Unebenheiten der Fahrbahn und des Absolutweges des Rades. Die gemessenen Größen, sowie die bei 19 berechnete Geschwindigkeitsdifferenz werden einem Modell 27 zugeführt, das der Gleichung
zR′′ =- a0(zR-zA) - a1(zR′-zA′) + b0(h-zR) (2)
entspricht. Die geschätzten Parameter â0, â1 und 0 gelangen zu einer Berechnung bei 28 des geschätzten Istwertes A des Dämpfungskoeffizienten, der geschätzten Reifenfedersteifigkeit R und der geschätzten Federsteifigkeit A entsprechend den Gleichungen
a0 = cA/mR, a1 = dA/mR, b0 = cR/mR. (3).
Bei 30 wird aus A und A für den Fall eines aperiodischen Einschwingverhaltens nach der Gleichung dAS = k · (A · A)1/2 ein Sollwert dAS berechnet, der dem Subtrahierer 22 zugeleitet wird. Zusätzlich kann dAS durch R beeinflußt werden.
Kombiniert man die letztgenannte Gleichung mit einer weiteren Schätzgleichung, die sich direkt aus der Kräftebilanz ableiten läßt,
zR′′ = a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′) + (zR′′-zA′′)
mit a0 = cA/mA, a1 = dA/mA,
so läßt sich ohne weitere Meßgröße mit den geschätzten Koeffizienten A und A die Aufbaumasse mA bestimmen. (zR′′-zA′′) wird ebenfalls aus der Meßgröße (zR-zA) berechnet.
Gegenüber dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird bei diesem Ausführungsbeispiel nicht nur eine Abweichung der Kennlinie des Stellgliedes des Schwingungsdämpfers ausgeregelt, sondern auch eine Änderung der Masse des Aufbaus. Außerdem wird über den Sensor 26 die Auswirkung des Reifendrucks berücksichtigt. Über einen Eingang 29 kann ein Vorgabewert für das Fahrverhalten, beispielsweise ein die Konstante k beeinflussendes Signal zugeführt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ferner eine Diagnoseeinrichtung 31 vorgesehen, welcher der geschätzte Istwert A und die geschätzte Federsteifigkeit des Reifens R zugeführt werden. Durch einen geeigneten Vergleich mit vorgegebenen Bezugswerten kann eine Fehlermeldung erzeugt werden, die beispielsweise besagt, daß der Reifendruck oder die Dämpfungswirkung des Stoßdämpfers zu niedrig ist. Das in Fig. 5 dargestellte Verfahren kann in vereinfachter Form auch ohne den Sensor 26 durchgeführt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 werden wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 mit Hilfe des Modells 27 die Parameter â0, â1 und gegebenenfalls 0 geschätzt. Auch die Berechnung der physikalischen Koeffizienten bei 28 erfolgt wie bei den anderen Ausführungsbeispielen. Zur Berechnung eines zukünftigen optimalen Dämpfungskoeffizienten dA(k+1) wird von der folgenden Zustandsraumdarstellung der Gleichungen (1) und (2) ausgegangen:
Die Zustandsvariablen errechnen sich dann wie folgt:
Unterstrichene Größen bedeuten Vektoren. Die Systemmatrizen A bis G enthalten physikalische Koeffizienten, insbesondere A, A und gegebenenfalls R im Falle der Verwendung eines Sensors 26. Das Verfahren liefert jedoch auch günstige Ergebnisse, wenn h(t)-zR(t) nicht gemessen, sondern als Null angenommen wird. Der ebenfalls geschätzte physikalische Koeffizient, nämlich der geschätzte Istwert A, ist nicht in die Systemmatrizen einbezogen, da dieser Wert zeitveränderlich ist und somit eine häufige Wiederholung der Berechnung der Systemmatrizen erforderlich machen würde. Die Zustandsvariablen x(t) werden bei 35 gebildet und über den Regler 36 zurückgeführt, um eine schnelle Einstellbarkeit des Schwingungsdämpfers bzw. eine schnelle Änderung des Dämpfungskoeffizienten zu ermöglichen.
Die im Zusammenhang mit Fig. 5 bereits beschriebene Parameterschätzung bewirkt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 eine zweite Regelschleife zur Adaption an sich normalerweise langsam ändernde Bedingungen. Das durch die Gleichungen (4) und (5) gegebene Prozeßmodell wird im folgenden wegen der zeitdiskreten Verarbeitung im Mikrocomputer im Zustandsraum in diskreten Zeitschritten (k, k+1 . . .) dargestellt:
Diese Gleichungen erlauben die Vorhersage des zukünftigen Fahrzeugverhaltens, wenn die Zustandsvariablen x(k) zum gegenwärtigen Zeitpunkt k bekannt sind und die Unebenheit der Fahrbahn 0 ist. Der optimale Wert von u kann durch eine Minimierung eines Güteindizes bestimmt werden. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hierzu vorgeschlagen, die erwartete Varianz der Aufbaubeschleunigung und der Radlastschwankung zum Zeitpunkt k+1 zu benutzen. Damit erhält man folgende Gleichungen:
Dabei sind g1 und g2 Gewichtungsfaktoren. Der Güteindex Ipi(k+1) kann durch eine Einschrittvorhersage des internen Modells berechnet werden. Die erforderliche Bedingung für ein Minimum
führt zu einem optimalen Wert von u(k+1) nach der Gleichung
wobei u(k+1; k) die Größe u im Zeitpunkt k+1 berechnet aus Werten zum Zeitpunkt k und k T ein transponierter Rückführvektor ist. Mit Hilfe der Gleichungen (7) und (14) ist dann eine analytische Berechnung eines optimalen Wertes für dA(k+1) und dadurch eine Berechnung in Realzeit möglich. Die Berechnung wird etwa alle 5 ms wiederholt, so daß das System in der Lage ist, auf schnelle Änderungen wie die Unebenheit der Fahrbahn zu reagieren. Es verbessert somit den Fahrkomfort und die Sicherheit gleichzeitig.
dA(k+1) ist der Sollwert, der im nächsten Abtastschritt eingestellt werden soll. An den Dämpfer wird eine entsprechende Stellgröße (Spannung oder Strom) abgegeben. Der Zusammenhang zwischen dieser Stellgröße und der sich ergebenden Dämpfung dA ist in Form eines Kennfeldes im Rechner bereits abgelegt. Das Kennfeld wird durch Schätzen von A für unterschiedliche Stellgrößen ermittelt und von Zeit zu Zeit aktualisiert, um sich an langsame Änderungen anzupassen.
Im folgenden sind einige mögliche Gleichungen zur Schätzung der Parameter aufgeführt unabhängig davon, ob sie im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen bereits erwähnt sind:
(zR-zA)=(mA/cA)zA′′-(dA/cA)(zR′-zA′) (15)
zR′′=(zR/mR)(h-zR)-(cA/mR)(zR-zA)-(dA/mR)(zR′-zA′) (16)
zR′′=(cA/mA)(zR-zA)+(dA/mA)(zR′-zA′)+(zR′′-zA′′) (17)
Fc=mAzR′′-(dA/cA)Fc′-(mA/cA)Fc′′ (18)
Mit diesen Schätzgleichungen lassen sich aus gemessenen Prozeßgrößen unter Verwendung von bekannten Koeffizienten die folgenden Koeffizienten gemäß folgender Tabelle schätzen:
Eine weitere Schätzgleichung enthält die dynamische Radlastschwankung FZdyn und die Einfederung zR-zA. Diese Gleichung läßt sich vorteilhaft für Fahrzeuguntersuchungen auf einem Prüfstand verwenden, wobei FZdyn leicht meßbar ist, und lautet:
b₀FZdyn=(zR-zA)+a₁(zR′-zA′)+a₂(zR′′-zA′′) (19)
mit b₀=mA/(mA+mR)cA
a₁=dA/cA , a₂=mAmR/(mA+mR)cA .
Die Summe (mA+mR) läßt sich in einfacher Weise durch statische Messung der Gewichtskraft FZstat bestimmen, während die Einfederung durch ein geeignetes Meßgerät gemessen werden kann.

Claims (22)

1. Verfahren zur Regelung der Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet,
daß Prozeßgrößen, welche mit einer vertikalen Bewegung des Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell zugeführt werden, das den Zusammenhang zwischen der vertikalen Beschleunigung eines Rades oder eines Aufbaus des Fahrzeugs einerseits und anderen Prozeßgrößen und Parametern andererseits darstellt, und
daß die Parameter des Modells mit einem an sich bekannten Parameter-Schätzverfahren geschätzt und zur Erzeugung einer Stellgröße zur Einstellung der Dämpfung verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs berechnet werden, die einem Regler zugeführt werden und daß der Regler die Stellgröße für die Einstellung der Dämpfung bildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als andere Prozeßgrößen die Einfederung und die Geschwindigkeit der Einfederung dienen, wobei die Geschwindigkeit der Einfederung aus meßbaren Größen berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird: zA′′= a0(zR-zA) + a1(zR′-zA′),wobei a0 und a1 Parameter, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus und zA′′ die Vertiaklbeschleunigung des Aufbaus bedeuten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs nach folgenden Gleichungen berechnet werden a0 = cA/mA, a1 = dA/mA,wobei cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame Federsteifigkeit, mA die Masse des Aufbaus und dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks sind.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgröße ferner die Deformation des Reifens dient.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell von folgender Gleichung gebildet wird zR′′ = -a0(zR-zA) - a1(zR′-zA′) + b0(h-zR),wobei a0 und a1 Parameter, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus, zR′′ die Vertikalbeschleunigung des Rades und h die Unebenheit der Fahrbahn bedeuten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs nach folgenden Gleichungen berechnet werden a0 = cA/mR, a1 = dA/mR, b0 = cR/mR,wobei cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame Federsteifigkeit, dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks, cR die zwischen dem Rad und der Fahrbahn wirksame Federsteifigkeit und mR die Masse des Rades sind.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird: zR′′= (cA/mA)(zR-zA) + (dA/mA)(zR′-zA′) + (zR′′-zA′′),wobei cA die Federsteifigkeit zwischen Aufbau und Rad, mA die Masse des Aufbaus, dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus und zA′′ und zR′′ die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus bzw. des Rades bedeuten.
10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird: Fc = mAzR′′ - (dA/cA)Fc′ - (mA/cA)Fc′′,wobei mA die Masse des Aufbaus, dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks, cA die Federsteifigkeit zwischen Aufbau und Rad, zR′′ die Vertikalbeschleunigung des Rades, Fc die Kraft der Feder zwischen Rad und Aufbau und Fc′ und Fc′′deren Ableitungen nach der Zeit bedeuten.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner als weiterer physikalischer Koeffizient die bei einer Vertikalbewegung des Rades im Verhältnis zum Aufbau wirksame Reibung als angenommene Konstante mit einem sich aus der Differenz der vertikalen Radgeschwindigkeit und der vertikalen Geschwindigkeit des Aufbaus ergebendem Vorzeichen berechnet wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Parametern ein die tatsächlich vorhandene Dämpfung darstellender physikalischer Koeffizient (geschätzter Istwert A) berechnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß aus den berechneten physikalischen Koeffizienten ein Sollwert für die einzustellende Dämpfung berechnet wird, der mit dem geschätzten Istwert (A) verglichen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß für ein aperiodisches Einschwingverhalten der Sollwert im wesentlichen nach der Gleichung dAS = k·(A·A)1/2berechnet wird, wobei k eine Konstante, A die geschätzte Aufbaufederkonstante und A die geschätzte Aufbaumasse ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert ferner von der Coulombschen Reibung des Fahrwerks und/oder von der Federsteifigkeit des Reifens derart abhängig ist, daß der Sollwert kleiner wird, wenn die Coulombsche Reibung größer und/oder die Federsteifigkeit des Reifens kleiner wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler ferner aus den Prozeßgrößen berechnete Zustandsgrößen zugeführt werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß berechnete physikalische Koeffizienten zu Diagnosezwecken mit vorgegebenen Werten verglichen werden.
18. Verfahren zur Diagnose des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs, insbesondere der Wirksamkeit der Schwingungsdämpfer, dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßgrößen, welche mit einer vertikalen Bewegung des Fahrzeugs zusammenhängen, einem mathematischen Modell zugeführt werden, das den Zusammenhang zwischen der vertikalen Beschleunigung eines Rades oder eines Aufbaus des Fahrzeugs einerseits und anderen Prozeßgrößen und Parametern andererseits darstellt, und daß die Parameter des Modells mit einem an sich bekannten Parameter-Schätzverfahren geschätzt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß aus den geschätzten Parametern physikalische Koeffizienten des Fahrzeugs berechnet und ausgegeben werden.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß berechnete physikalische Koeffizienten oder davon abgeleitete Daten über eine Schnittstelle ausgegeben werden.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf einem Prüfstand befindliches Fahrzeug in vertikaler Richtung aktiv angeregt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell von folgender Gleichung dargestellt wird: b0FZdyn = (zR-zA) + a1(zR′-zA′) + a2(zR′′-zA′′)
mit b0 = mA/(mA+mR)cA
a1 = dA/cA, a2 = mAmR/(mA+mR)cA,wobei die dynamische Radlastschwankung FZdyn und die Einfederung zR-zA gemessen werden und die Summe durch statische Messung der Gewichtskraft FZstat bestimmt wird und dA der Dämpfungskoeffizient des Fahrwerks, cA die zwischen dem Aufbau und dem Rad wirksame Federsteifigkeit, mA die Masse des Aufbaus, mR die Masse des Rades, zR und zA die Absolutwege des Rades bzw. des Aufbaus, zR′ und zA′ die Vertikalgeschwindigkeiten des Rades bzw. des Aufbaus und zA′′ und zR′′ die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus bzw. des Rades bedeuten.
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