DE4442355A1 - Verfahren zur Erfassung und Auswertung von fahrdynamischen Zuständen - Google Patents
Verfahren zur Erfassung und Auswertung von fahrdynamischen ZuständenInfo
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Description
Es bestehen seit einigen Jahren mit steigender Tendenz
innerhalb der Kraftfahrzeugindustrie Bestrebungen, durch
geschickten Bremseneingriff oder elektronische Regelung der
Lenkung, der Fahrzeugfederung oder aber der Motorleistung die
Fahrstabilität von Kraftfahrzeugen in fahrdynamisch kritischen
Situationen zu verbessern. In der DE-35 45 715 C2 wird
beispielsweise vorgeschlagen, Informationen aus dem
Lenkwinkel, der Fahrzeuggeschwindigkeit, den einzelnen
Radgeschwindigkeiten, der Querbeschleunigung des Fahrzeugs
sowie aus der Giergeschwindigkeit heranzuziehen um einen
gezielten Bremsen- und Motoreingriff vorzunehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf neue Art und
Weise Informationen über die Fahrstabilität eines
Kraftfahrzeugs zu gewinnen.
Die Aufgabe wird gelöst mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1. Es ist bekannt, daß bei bestimmten Fahr
manövern, z. B. dem schnellen Durchfahren enger Kurven, die
auftretenden dynamischen Kräfte zu einer zeitweisen Verformung
von Achsteilen führen können. Dieser Zustand gekennzeichnet
eine bestimmte Situation von Fahrstabilität. Die Erfindungen
beruht auf dem Grundgedanken, zur Unterstützung der Fahrstabi
litätsregelung über die elastische Verformung der Achsteile
Informationen über die dynamischen Kräfte zu erhalten.
Die Auswertung dieser Information kann unter Umständen in
Kombination mit gemessenen Einzelraddrehzahlen einen kosten
aufwendigen Giergeschwindigkeitsmesser ersetzen oder zumindest
aus Redundanzgründen Grundlage für eine Plausibilitätsprüfung
gemessener Giergeschwindigkeiten bzw. Querbeschleunigungen
sein.
Ein geeignetes Maß für die Achsverformung bietet die Dicke
eines Luftspaltes zwischen Sensor und Encoder eines
Drehzahlmessers.
Sensorische Vorrichtungen zur Erfassung von Raddrehzahlen sind
bekannt. Sie bestehen in der Regel aus einem inkrementalen
Encoder, der mechanisch mit dem drehenden Teil verbunden ist
und einen Sensor, der diesen Encoder abtastet. Als Encoder
werden ferromagnetische Zahnräder, Zahnringe und
ferromagnetische Lochscheiben verwendet. Zur Anwendung in
Radlagern ist es auch bekannt, magnetisierte Strukturen zu
verwenden, z. B. eine ring- oder kreisförmige Anordnung
aufeinanderfolgender Nord- und Südpole, eingebettet in einen
mechanischen Träger. Die gegenwärtig größte Verbreitung haben
sogenannte passive Sensoren nach dem Reluktanzprinzip. Sie
bestehen aus einer Kombination einer Kupferspule mit einem
Permanentmagneten, der magnetisch an den Encoder gekoppelt
ist. Der Encoder moduliert bewegungssynchron die magnetische
Koppelreluktanz, wobei in die Kupferspule nach Art eines
Dynamo eine bewegungssynchrone Wechselspannung induziert wird,
deren Frequenz als Meßgröße ausgewertet wird. Die Höhe dieser
induzierten Eingangsspannung ist veränderlich mit der
Drehfrequenz des Encoder und der Dicke des Luftspaltes
zwischen Encoder und Sensor.
In der Entwicklung befindlich sind verschiedene Varianten
sogenannter "aktiver" Sensoren. Sie bestehen aus der
Kombination eines magnetostatisch empfindlichen Elementes mit
einem Permanentmagneten, der magnetisch an den Encoder
gekoppelt ist. Der Encoder moduliert hierbei bewegungssynchron
die magnetische Koppelreluktanz oder im Fall eines
magnetisierten Encoders die Feldrichtung, wobei das
Sensorelement effektspezifisch auf die Änderung der Flußdichte
bzw. auf die Bewegung eines Feldvektors anspricht. Bekannte
Beispiele solcher Grundelemente sind Hall-Sonden oder
magnetoresistive Permalloy-Strukturen. Die Höhe der
Signalspannung am Sensorelement ist mit der Luftspaltdicke
veränderlich, jedoch unabhängig von der Frequenz.
Gegenwärtig ausgeführte aktive Sensoren beschränken die von
Ihnen verfügbare sensorische Information auf einen einzigen
Parameter, nämlich die Signalfrequenz. Durch eine interne
Verstärker- und Triggerschaltung wird ein binäres
Ausgangssignal mit zwei konstanten Amplitudenwerten generiert,
deren Flankenwechsel ausgewertet werden. Dieses Ausgangssignal
läßt keinen Rückschluß auf die eingestellte Luftspaltdicke zu.
Es ist aber bereits zum Gegenstand einer anderen Anmeldung
gemacht worden, den elektronischen Schaltkreis eines aktiven
Sensors so auszubilden, daß die Stärke des Ausgangssignales
und/oder die Form des Ausgangssignales signifikant mit der
Luftspaltdicke veränderlich ist. In einer der beschriebenen
Ausführungsformen wird das sinusähnliche Eingangssignal, das
durch die Wirkung des Encoders am magnetfeldempfindlichen
Sensor entsteht und dessen Spitzenwert mit der Luftspaltdicke
variiert, durch einen sensorintegrierten elektronischen
Schaltkreis verstärkt und einen Ausgangssignalstrom gewandelt.
Der Amplitudenbereich des Ausgangssignals ist begrenzt, so daß
bei ausreichender Annäherung zwischen Sensor und Encoder die
sinusähnliche Kurvenform einen rechteckähnlichen Verlauf
annimmt. Eine andere Ausführungsform schlägt einen
sensorintegrierten Schaltkreis vor, welche die Kurvenform des
Ausgangssignalstromes stets rechteckförmig hält, jedoch die
Amplitude des Rechteckes in Abhängigkeit von der Amplitude des
sinusähnlichen Eingangssignals, dessen Spitzenwert mit der
Luftspaltdicke variiert verändert. Schließlich ist auch noch
vorgeschlagen worden, dem Ausgangssignalstrom mit der
Information über die Geschwindigkeit stets eine rechteckige
Kurvenform mit konstanter Amplitude zu geben, wie es an sich
aus dem Stand der Technik bekannt ist, jedoch zusätzlich ein
weiteres Ausgangssignal an den elektronischen Regler zu
senden, welches eine Information über die Intensität eines
sinusähnlichen Eingangssignales enthält. Es läßt sich also auf
besonders einfache Weise eine Information über die
Achsverformung mit Hilfe einer Messung der Luftspaltdicke
gewinnen, wenn ein derartig ausgerüsteter aktiver Sensor oder
aber ein passiver Sensor verwendet wird, der ohnehin ein
Ausgangssignal sendet, dessen Amplitude abhängig ist von der
Luftspaltdicke.
Eine Verwendung derartiger Sensoren ermöglicht es, ohne
weitere Sensorik Informationen über Einzelradgeschwindig
keiten, Fahrzeuggeschwindigkeit und dynamische Kräfte bei
Achsverformung zu erhalten.
Die weiteren Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiter
bildungen der Erfindung.
Bei einem aktiven Sensor mit einer Ausrüstung zur Erkennung
der Luftspaltdicke wird zur Durchführung der Erfindung der
Sensor so justiert, daß die Dynamikbereiche von elastischer
Achsverformung und Veränderung der Amplitude des sinus
ähnlichen Eingangssignales ausreichend übereinstimmen. Danach
besteht ein reproduzierbarer Zusammenhang zwischen dynamischer
Verformung von Achsteilen und der Veränderung des Eingangs
signales, der erfindungsgemäß genutzt werden soll. Diese
dynamikabhängige Signalveränderung ist der Funktion der Dreh
zahlmessung linear überlagert und führt zu keiner Verfälschung
dieser beiden Meßgrößen, die gemeinsam im elektronischen
Regler dekodiert werden können.
Bei einer Verwendung passiver Sensoren in der erfindungs
gemäßen Doppelfunktion ist es besonders günstig, daß derartige
dynamische Verformungen insbesondere bei großen Fahrge
schwindigkeiten auftreten. Da die Sensoren bei hohen Ge
schwindigkeiten eine entsprechend hohe Dynamospannung er
zeugen, ist bei hohen Geschwindigkeiten auch das Signal-
Rausch-Verhältnis besonders gut. Die Justage erfolgt auf
gleiche Weise, wie sie für aktive Sensoren erläutert wurde.
Zur Ermittlung der Abweichung der dynamischen Luftspaltdicke
von der Nennluftspaltdicke, also der Luftspaltdicke die ohne
Achsverformung eingestellt ist, reicht bei passiven Sensoren
der Vergleich mit einem konstanten Wert allerdings nicht aus,
da die Amplitude des Eingangssignals auch frequenzabhängig
ist. Die induzierte Eingangssignalspannung kann bei langsamen
Geschwindigkeiten daher frequenzabhängig gemessen werden und
dann durch Kenntnis der Abhängigkeit von Frequenz und Ein
gangssignalspannung für jeden dynamikfreien Normalwert, d. h.
ohne Achsverformung, bei hohen Fahrgeschwindigkeiten berechnet
werden. Die dynamische Verformung der Achsteile bewirkt Ver
änderungen der Luftspaltdicke und damit verbunden reprodu
zierbar entsprechende Signalgrößenabweichungen vom dynamik
freien Normalwert, die dann im elektronischen Regler zusätz
lich zur Drehzahlinformation ausgewertet werden können.
Zur näheren Erläuterung dient die nun folgende Beschreibung
einer Zeichnung, welche die Signalsituationen an der
Vorderachse eines frontgetriebenen Fahrzeuges bei Durchfahren
einer engen Kurve.
Der Einfachheit halber wird vorausgesetzt, daß bei der
Kurvenfahrt die Fahrgeschwindigkeit relativ hoch ist und nicht
vermindert wird. Die Situation vor der Kurve ist in Fig. 1a
dargestellt, in welcher die Amplitudenwerte am linken
Raddrehzahlmesser L und am rechten Raddrehzahlmesser R etwa
gleich hoch sind. Beim Durchfahren der Kurve ergeben sich
Werte gemäß Fig. 1b, nach welcher sich am linken
Drehzahlmesser die Amplitude um dL vergrößert und am rechten
Drehzahlmesser dR vermindert. Nach dem Durchfahren der Kurve
stellt sich der ursprüngliche Amplitudenzustand gemäß Fig. 1c
wieder ein. Die Relationen dl/L und -dR/R sind Kenngrößen für
die dynamische Fahrzeugbelastung und werden vom elektronischen
Regler ausgewertet.
Claims (7)
1. Verfahren zur Erfassung und Auswertung von
fahrdynamischen Zuständen eines Kraftfahrzeuges, dadurch
gekennzeichnet, daß als Parameter für einen
fahrdynamischen Zustand eine elastische Achsverformung
einfließt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Maß für die Achsverformung die Dicke eines
Luftspaltes zwischen einem rotierenden Encoder und einem
Drehzahlsensor herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Information über die Luftspaltdicke mittels eines
Sensors gewonnen wird, welcher an einen elektronischen
Regler ein Ausgangssignal abgibt, welches signifikant mit
der Luftspaltdicke veränderlich ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Amplitude des Ausgangssignals abhängig von der
Luftspaltdicke veränderlich ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der elektronische Regler das von einem passiven Sensor
erhaltene Ausgangssignal mit einem Wert vergleicht, der
der Amplitude des Ausgangssignals ohne Achsverformung
entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Ausgangssignal ein von der Luftspaltdicke abhängiges
Bit-Muster beinhaltet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß an beiden Enden einer Fahrzeugachse
die Luftspaltdicken gemessen und miteinander verglichen
werden.
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