DE4242912B4

DE4242912B4 - Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks

Info

Publication number: DE4242912B4
Application number: DE4242912A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Heinsohn; Klaus Landesfeind; Michael Dr. Dr.-Ing. Dinkelacker; Peter Meissner; Eberhardt Dipl.-Phys. Schunck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: DE4242912A1; US5452209A; FR2699455A1; JPH06219125A

Abstract

Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks, bei dem zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einen Rad wenigstens ein Aktuator zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem wenigstens einen Rad durch Ansteuersignale angesteuert wird, wobei wenigstens Teile der Ansteuersignale derart gebildet werden, dass
– die vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus inertial gedämpft werden, und
– ein Proportionalitätsfaktor zwischen der absoluten vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus und der durch die angesteuerten Aktuatoren aufgebrachten Kraft zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem wenigstens einen Rad abhängig ist von der Größe der absoluten vertikalen Geschwindigkeit (Zaij') des Fahrzeugaufbaus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks.
Zur Verbesserung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit von Personen- und/oder Nutzkraftwagen geht man von den bisher nur überwiegend benutzten passiven Fahrwerken über zu aktiven. Bei solchen aktiven Fahrwerken kann die Charakteristik der Aufhängungssysteme zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern während des Fahrbetriebs je nach Fahrzustand im Sinne einer Steuerung oder Regelung beeinflußt werden. Hierzu sind aus dem Stand der Technik die unterschiedlichsten Steuerungs- oder Regelungskonzepte bekannt.

Als ein solches Steuerungs- bzw. Regelungskonzept ist das sogenannte Skyhook-Konzept aus dem Stand der Technik bekannt (beispielsweise aus: Vibration Control Using Semi-Active Force Generators, D.

Karnopp et al., Journal of Engineering for Industry, May 1974, Seite 619). Hierbei wird von der Ideal-Vorstellung ausgegangen, die Fahrzeugaufbaubewegungen gegenüber einer inertialen Bezugsebene zu dämpfen. Als Realisierung dieser Ideal-Vorstellung wird vorgeschlagen, die erfaßten inertialen Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus zur Verstellung von Aktuatoren zu benutzen, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern Kräfte aufbringen. Insbesondere werden die Aktuatoren zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern derart angesteuert, daß diese Kräfte proportional zu den erfaßten inertialen Aufbaugeschwindigkeiten sind. Hierdurch gelangt man zu einer inertialen Dämpfung der Fahrzeugaufbaubewegungen. Bei vollaktiven Systemen können die Aktuatoren unabhängig von der Relativbewegung zwischen Fahrzeugaufbau und den Rädern Kräfte aufbringen. Daneben finden als sogenannte semiaktive Aktuatoren Dämpfer Anwendung, die in ihrer Dämpfungseigenschaft verstellbar sind.

Ein besonderer Vorteil dieser beschriebenen inertialen Dämpfung der Aufbaubewegungen besteht darin, daß hierdurch eine bemerkenswerte Erhöhung des Fahrkomforts erreicht wird, wobei gleichzeitig die Fahrsicherheit wenigstens nicht beeinträchtigt wird.

Einschub Neue Beschreibungsseite 2a

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem beschriebenen Skyhook-Regelungsgedanken Verbesserungen bei der Anwendung dieses Regelungskonzepts zu erhalten.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeug-Fahrwerks, bei dem zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem Rad wenigstens ein Aktuator zur Aufbringung von Kräften angebracht ist. Dieser Aktuator wird zur Aufbringung der Kräfte durch Ansteuersignale derart angesteuert, daß wenigstens Teile dieser Ansteuersignale

Neue Beschreibungsseite 2a

Aus der DE 41 39 711 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks bekannt, bei dem zwischen Fahrzeugaufbau und den Rädern Aktuatoren zur Aufbringung von Kräften angeordnet sind. Die Aktuatoren werden in Abhängigkeit der vertikalen Aufbaugeschwindigkeit geregelt und dämpfen die vertikalen Bewegung des Fahrzeugaufbaus.

Die nachveröffentlichte DE 42 41 495 C2 zeigt ein Aufhängungssystem für Kraftfahrzeuge mit einstellbaren Schwingungsdämpfern. Die Solldämpfkraft wird abhängig von der vertikalen Bewegung des Aufbaus und der vertikalen Bewegung des Rades bestimmt, wobei hier eine proportionale Abhängigkeit mit einem Proportionalitätsfaktor für jeweils beide Bewegungen angesetzt wird. Der Proportionalitätsfaktor wird abhängig von Fahrzuständen des Fahrzeugs wie beispielsweise Lenkeinschlag, Fahrgeschwindigkeit oder Reibungskoeffizient zwischen Rad und Fahrbahn verändert.

derart gebildet werden, daß die vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus inertial gedämpft werden. Dies entspricht dem o. g. und aus dem Stand der Technik bekannten Skyhook-Regelungsgedanken. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, daß wenigstens Teile der Ansteuersignale derart gebildet werden, daß die aus dem Stand der Technik bekannte inertiale Dämpfung abhängig ist von der Größe der vertikalen Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus. Aus dem Stand der Technik ist, wie in der Anleitung beschrieben, die inertiale Dämpfung der vertikalen Aufbaubewegungen bekannt, d. h., daß der Aktuator zur Aufbringung von Kräften Fd, die proportional zu den inertialen Aufbaugeschwindigkeiten Za' sind, angesteuert wird. Dabei sind also die aufzubringenden Kräfte Fd mit den inertialen Aufbaugeschwindigkeiten Za' durch einen konstanten Proportionalitätsfaktor d = const. (Dämpfungskonstante) verknüpft. Fd = d·Za'.

Demgegenüber geschieht erfindungsgemäß die inertiale Dämpfung abhängig von der Größe der vertikalen Geschwindigkeit Za' des Fahrzeugaufbaus. D. h., daß der Proportionalitätsfaktor d abhängig von der vertikalen Geschwindigkeit Za' ist. Fd = d(Za')·Za'.

Hierdurch ist es in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung möglich, daß die Dämpfung beim Vorliegen von geringeren vertikalen Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus kleiner eingestellt wird, als beim Vorliegen von höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus. Diese Ausführungsform der Erfindung hat insbesondere dann Vorteile, wenn als Aktuatoren Dämpfer angesteuert werden, die in ihrer Dämp fungseigenschaft verstellbar sind. Bei der Verstellung solcher Dämpfer kann es dadurch zu Stößen bzw. zu Schaltgeräuschen kommen, daß die Verstellung der Dämpfungscharakteristik nicht exakt im Dämpferkolbenumkehrpunkt (Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeugaufbau und Rad ist 0) geschieht. Dies kann durch Systemlaufzeiten bedingt sein. Bei Umschaltungen außerhalb des Geschwindigkeitsnullpunktes des Dämpfers können Druckspitzen entstehen, die sich durch Schaltgeräusche bzw. wahrnehmbare Stöße bemerkbar machen. Stellt man nun gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung die Dämpfung bei geringen, d. h. kleinen Aufbaugeschwindigkeiten kleiner ein, so kommt es aus den o. g. Gründen zu einer Reduktion der subjektiv als unangenehm empfundenen Eigenschaften (Stöße, Geräusche), weil der Dämpfer nicht bei jedem Wechsel zwischen Zug- und Druckstufe des Dämpfers umschaltet, sondern nur noch relativ selten, wenn die Aufbaugeschwindigkeit ein bestimmtes Maß überschreitet.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Dämpfung beim Vorliegen von geringeren vertikalen Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus größer eingestellt wird als beim Vorliegen von höheren Geschwindigkeiten. Dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine hohe inertiale Dämpfung des Aufbaus bei sehr kleinen Aufbaubewegung nur mit sehr hohen Skyhook-Verstärkungsfaktoren (hoher Proportionalitätsfaktor zwischen Aktuatorkraft und inertialer Aufbaugeschwindigkeit) zu erreichen ist. Würde man aber nun diese zur Dämpfung von kleinen Aufbaubewegungen hohen Skyhook-Verstärkungsfaktoren auch zur Dämpfung stärkerer Aufbaubewegungen benutzen, so werden diese stärkeren Aufbaubewegungen zu abrupt gedämpft, was als unkomfortabel empfunden wird. Dieser Konflikt wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, in dem eine "degressive Skyhook-Kraft" aufgebracht wird, bei der das Verhältnis zwischen der Aktuatorkraft und der Aufbaugeschwindigkeit mit wachsender Aufbaugeschwindigkeit kleiner wird.

Weitere Ausbildungen der Erfindung ermöglichen auch weitere Abweichungen von der aus dem Stand der Technik bekannten linearen Skyhook-Funktion, bei der wie oben beschrieben ein fester Proportionalitätsfaktor das Verhältnis zwischen Aufbaugeschwindigkeit und Aktuatorkraft bestimmt. So kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin bestehen, daß bei sehr niedrigen Aufbaugeschwindigkeiten eine progressive Kennung, bei niedrigen Aufbaugeschwindigkeiten eine lineare, eine degressive im mittleren und eine negativ lineare im hohen Aufbaugeschwindigkeitsbereich gewählt wird. Beliebige andere Abhängigkeiten sind, beispielsweise je nach zu applizierenden Fahrzeug, möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung geht von ersten Signalen aus, die, wie im Stand der Technik bekannt, proportional zur inertial erfaßten vertikalen Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus sind. Diese ersten Signale werden nun erfindungsgemäß zur Bildung der Ansteuersignale der Aktuatoren abhängig von der Größe der vertikalen Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus gewichtet. Durch diese detailliert beschriebene Ausführungsform gelangt man zu der schon erwähnten erfindungsgemäßen geschwindigkeitsabhängigen inertialen Dämpfung des Fahrzeugaufbaus.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß für wenigstens drei Werte der inertialen Aufbaugeschwindigkeit ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen den Werten für die Aufbaugeschwindigkeit und den Werten der die Kraft zwischen Fahrzeugaufbau und Rad repräsentierenden Ansteuersignale besteht. Im Gegensatz hierzu besteht bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Skyhook-Regelungssystem ein linearer Zusammenhang zwischen den o. g. Werten, falls die Ansteuersignale direkt proportional zu den aufgebrachten Kräften des Aktuators sind (Kraftsteller).

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die o. g. Gewichtung beim Vorliegen von geringeren vertikalen Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus geringer getätigt wird als beim Vorliegen von höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus. Hierdurch kommt man zu der schon erwähnten geringeren inertialen Dämpfung für kleine Aufbaubewegungen. Weiterhin kann auch bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein, daß die Gewichtung beim Vorliegen von größeren Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus geringer getätigt wird als beim Vorliegen von niedrigeren Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus.

Die Gewichtungen bezüglich der Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus können in kontinuierlichen oder diskreten Schritten erfolgen. So kann vorgesehen sein, daß die erfindungsgemäße Abhängigkeit zwischen den ersten Signalen, die proportional zur inertialen vertikalen Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus sind, und den Ansteuersignalen, die abhängig von der Größe der vertikalen Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus gewichtet werden, in Form einer Kennlinie abgelegt ist.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise, wenn als Aktuatoren Dämpfer angesteuert werden, die in ihrer Dämpfungseigenschaft verstellbar sind. Bei diesen Dämpfern kann es, wie oben beschrieben, zu den als unangenehm empfundenen Schlägen und Geräuschen bei Umschaltungen außerhalb des Geschwindigkeitsnulldurchgangs kommen. Bei verstellbaren Dämpfern kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Dämpfung oder die Gewichtung abhängig davon getätigt werden, ob sich der Dämpfer in seiner Zug- oder Druckstufe befindet.

Darüberhinaus können die Gewichtungen bzw. die aufbaugeschwindigkeitsabhängigen inertialen Dämpfungen für die einzelnen Aktuatoren unterschiedlich getätigt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Zeichnung

Anhand der 1 und 2 wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels detailliert erklärt.
Ausführungsbeispiele
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben werden, wobei die in den Figuren aufgeführten Bezugszeichen mit Indices versehen sind, die die Zuordnung der Signale bzw. Einrichtungen zu den Aktuatoren repräsentieren. Der Index i zeigt hierbei die Zugehörigkeit der indizierten Größe zu der vorderen (i = v) oder zu der hinteren (i = a) Fahrzeughälfte. Der Index j bezeichnet die Zugehörigkeit der indizierten Größe zu der rechten (j = r) oder zu der linken (j = 1) Fahrzeughälfte. So sind die Aktuatoren beispielsweise mit dem Bezugszeichen 13ij gekennzeichnet, wobei der Aktuator 13vr der Aktuator ist, der sich im vorderen rechten Fahrzeugbereich befindet.
In der 1 sind mit dem Bezugszeichen 10ij Mittel dargestellt, die die inertialen Geschwindigkeiten Zaij' des Fahrzeugaufbaus direkt oder indirekt ermitteln. Mit dem Bezugszeichen 11 sind erste Mittel bezeichnet, die in der aus dem Stand der Technik bekannten Art und Weise die Signale Fshij bilden. Diese Signale Fshij werden den zweiten Mitteln 12 zugeführt, die erfindungsgemäß die Ansteuersignale Fij für die Aktuatoren 13ij bilden. Optional können den zweiten Mitteln 12 Signale Zarij' der Mittel 14ij zugeführt werden, die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern repräsentieren.
Die 1 zeigt die Abhängigkeit der Ansteuersignale Fij von den in der 1 zu sehenden Signalen Fshij anhand des vorderen rechten Aktuators.
Durch die Mittel 10ij werden vertikale Aufbaugeschwindigkeiten Zaij' erfaßt. Diese Erfassung der Aufbaugeschwindigkeiten kann beispielsweise durch inertial messende Beschleunigungssensoren getätigt werden, wobei die Beschleunigungssignale zu den gewünschten Geschwindigkeitssignalen integriert werden. Die Aufbaugeschwindigkeitssignale können aber auch indirekt aus den Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern ermittelt werden, wobei die Fahrzeugparameter zu berücksichtigen sind.
In den ersten Mitteln 11 werden dann Signale gebildet, die proportional zu den erfaßten Aufbaugeschwindigkeiten sind. Ausgangsseitig der ersten Mittel 11 liegen also Signale an, die Kräfte repräsentieren, die den aus dem Stand der Technik bekannten Skyhook-Kräften entsprechen.
Durch die zweiten Mittel 12 werden die Skyhook-Kräfte bzw. die die Skyhook-Kräfte repräsentierenden Signale Fshij abhängig von den Aufbaugeschwindigkeiten, d. h. abhängig von den Signalen Fshij selbst, gewichtet. Ausgangsseitig der zweiten Mittel 12 liegen dann die so gewichteten Ansteuersignale Fij für die Aktuatoren 13ij vor, die in diesem Auführungsbeispiel als Dämpfer, die in ihren Dämpfungseigenschaften verstellbar sind, ausgelegt sind.
In der 2 wird das Übertragungsverhalten der zweiten Mittel 12 beispielhaft dargestellt. Der lineare Verlauf (Linie 1) repräsentiert dabei die Ansteuersignale, die gemäß des Standes der Technik gebildet werden. Hierbei sind die Ansteuersignale Fij gleich den konventionell gebildeten Skyhook-Kräften Fshij (linearer Verlauf der Linie 1). Mit der Linie 2 ist ein degressiver Verlauf für kleine Aufbaugeschwindigkeiten und ein progressiver Verlauf für größere Aufbaugeschwindigkeiten gezeigt. Hierbei werden also erfindungsgemäß kleinere Aufbaugeschwindigkeiten weniger gedämpft als größere Aufbaugeschwindigkeiten. Dies hat die schon erwähnten Vorteile bezüglich der Schaltgeräusche bzw. der Stößigkeit.
Mit der Linie 3 ist ein progressiver Verlauf für kleinere Aufbaugeschwindigkeiten und ein degressiver Verlauf für größere Aufbaugeschwindigkeiten gezeigt. Bei dieser Ausführungsform werden auch kleinere Aufbaugeschwindigkeiten mit einer hohen inertialen Dämpfung belegt. Die in den zweiten Mitteln 12 bzw. in der 2 dargestellten Kennlinien 2 und 3 sind diesem Ausführungsbeispiel zwischen den einzelnen Stützstellen 1 bis 8 linear. Es werden also n = 8 Stützstellen zwischen dem minimalen und maximalen Kraftniveau zur Verfügung gestellt. Zwischen diesen Stützstellen wird interpoliert.
Die Kennlinie kann für die Druck- und Zugstufe der Dämpfer 13ij unterschiedlich vorgegeben werden. Ferner kann die Kennlinie für jedes Rad bzw. jeden Dämpfer individuell eingestellt werden.

Claims

Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks, bei dem zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einen Rad wenigstens ein Aktuator zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem wenigstens einen Rad durch Ansteuersignale angesteuert wird, wobei wenigstens Teile der Ansteuersignale derart gebildet werden, dass – die vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus inertial gedämpft werden, und – ein Proportionalitätsfaktor zwischen der absoluten vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus und der durch die angesteuerten Aktuatoren aufgebrachten Kraft zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem wenigstens einen Rad abhängig ist von der Größe der absoluten vertikalen Geschwindigkeit (Zaij') des Fahrzeugaufbaus.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Proportionalitätsfaktor beim Vorliegen von geringeren absoluten vertikalen Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus kleiner eingestellt wird als beim Vorliegen von höheren Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus, oder der Proportionalitätsfaktor beim Vorliegen von geringeren absoluten vertikalen Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus größer eingestellt wird als beim Vorliegen von höheren Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste Signale (Fshij) gebildet werden, die proportional zur absoluten vertikalen Geschwindigkeit (Zaij') des Fahrzeugaufbaus sind, und diese ersten Signale (Fshij) zur Bildung der Ansteuersignale (Fij) abhängig von der Größe der absoluten vertikalen Geschwindigkeit (Zaij') des Fahrzeugaufbaus gewichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens drei Werte der Geschwindigkeit (Zaij') des Fahrzeugaufbaus ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen den Werten für die Geschwindigkeit (Zaij') des Fahrzeugaufbaus und den Werten der die Kraft zwischen Fahrzeugaufbau und Rad repräsentierenden Ansteuersignale besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtung beim Vorliegen von geringeren absoluten vertikalen Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus geringer getätigt wird als beim Vorliegen von höheren Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus oder die Gewichtung beim Vorliegen von größeren Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus geringer getätigt wird als beim Vorliegen von niedrigeren Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungen bezüglich der Geschwindigkeiten (Zaij') des Fahrzeugaufbaus kontinuierlich oder in diskreten Schritten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Aktuatoren (13ij) in ihrer Dämpfungseigenschaften verstellbare Dämpfer angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung oder die Gewichtung abhängig davon getätigt werden, ob sich der Dämpfer in seiner Zug- oder Druckstufe befindet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungen für wenigstens zwei der Aktuatoren (13ij) unterschiedlich getätigt werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einen Rad wenigstens ein Aktuator zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem wenigstens einen Rad durch Ansteuersignale angesteuert wird, wobei wenigstens Teile der Ansteuersignale derart gebildet werden, dass – die vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus inertial gedämpft werden, und – ein Proportionalitätsfaktor zwischen der absoluten vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus und der durch die angesteuerten Aktuatoren aufgebrachten Kraft zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem wenigstens einen Rad abhängig ist von der Größe der absoluten vertikalen Geschwindigkeit (Zaij') des Fahrzeugaufbaus.