DE4133237C2 - System zur Fahrwerkregelung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein System zur Fahrwerkregelung, insbeson­ dere von Personen- und Nutzkraftwagen.

Wesentlich für die Ausgestaltung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs ist ein leistungsfähiges Federungs- und/oder Dämpfungssystem. Hier­ bei ist zum einen der Fahrsicherheit Rechnung zu tragen, und zum an­ deren ist es erstrebenswert, den Insassen bzw. einer stoßempfindli­ chen Zuladung des Fahrzeugs einen möglichst hohen Reisekomfort zu ermöglichen. Hohe Sicherheitsanforderungen einerseits und hoher Fahrkomfort andererseits sind bei der Ausgestaltung eines Fahrwerks sich widerstrebende Zielsetzungen. Bei den heute noch überwiegend benutzten Fahrwerken ist ein hoher Reisekomfort durch eine möglichst weiche Fahrwerkeinstellung zu erreichen, während hinsichtlich einer hohen Fahrsicherheit eine möglichst harte Fahrwerkeinstellung er­ wünscht ist.

Um diesen Zielkonflikt bei der Auslegung eines Fahrwerks zu lösen, geht man von den bisher noch überwiegend benutzten passiven über zu verstellbaren, adaptiven oder in einem weiteren Schritt zu regelba­ ren, aktiven bzw. semiaktiven Fahrwerken.

Ein passives Fahrwerk wird, je nach prognostiziertem Gebrauch des Fahrzeugs, beim Einbau ent­ weder tendenziell hart (sportlich) oder tendenziell weich (komfor­ tabel) ausgelegt. Eine Einflußnahme auf die Fahrwerkcharakteristik ist während des Fahrbetriebs bei diesen Systemen nicht möglich.

Bei adaptiven Fahrwerken kann die Charakteristik des Fahrwerks während der Fahrt durch eine (in der Regel stufenweise erfolgende) Änderung der Dämpfer- und/oder Federwerte je nach Fahrsituation geändert werden. Das Verhalten entspricht dabei in jeder Einstellung momentan demjenigen eines passiven Fahrwerks.

Im Gegensatz zu solchen passi­ ven bzw. adaptiven Fahrwerken ermöglichen erst aktive bzw. semiak­ tive Fahrwerke gleichzeitig eine höhere Fahrsicherheit und einen höheren Fahrkomfort darzustellen. Dies geschieht dadurch, daß zu jedem Zeitpunkt näherungsweise optimale Kräfte beispielsweise von aktiven bzw. semiaktiven Dämpfern erzeugt werden, die sich aus einem Regelgesetz infolge gemessener bzw. berechneter Bewegungsgrößen des Fahrzeugs ergeben.

Bei derartigen aktiven bzw. semiaktiven Fahr­ werken kann die Charakteristik des Federungs- und/oder Dämpfungs­ systems durch Anpassung der Parameter (Verstärkungen, Zeitkonstan­ ten, Schwellwerten) oder der Struktur des Regelgesetzes ebenfalls während des Fahrbetriebs je nach Fahrzustand beeinflußt werden, wobei das resultierende Verhalten in jeder Einstellung nicht not­ wendig demjenigen eines passiven Fahrzeugs entspricht.

Es ist mit aktiven bzw. semiaktiven Fahrwerken beispielsweise möglich, unter­ schiedliche Bewegungsfrequenzen gleichzeitig unterschiedlich zu be­ dämpfen, indem beispielsweise eine Skyhookdämpfung, das heißt eine Dämpfung der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus, und/oder eine frequenz­ abhängige Dämpfung der Radbewegungen im Regelgesetz implementiert werden.

Zur Auslegung von solchen aktiven bzw. semiaktiven Fahrwerken ist es beispielsweise bekannt, zwischen den Radeinheiten bzw. den Achsen und dem Fahrzeugaufbau Federungssysteme mit Dämpfungssy­ stemen parallel zu schalten.

Ein aktiver Dämpfer weist beispielsweise einen Zylinder auf, der mittels eines Kolbens in zwei Arbeitskammern unterteilt ist. Durch eine aktive Druckmitteleinspeisung oder ein Ablassen des Druckmittels können die Dämpfereigenschaften gesteuert werden, das heißt daß eine beliebige Kraft zwischen den Radeinheiten und dem Fahrzeugaufbau aufgebracht werden kann.

Alternativ ist es bei den sogenannten semiaktiven Systemen möglich, die Dämpfungsei­ genschaften beispielsweise durch einen im Querschnitt steuerbaren Bypass zu variieren. Beispielsweise kann der Kolben ein im Durchlaß­ querschnitt steuerbares Ventil aufweisen. Bei den sogenannten semi­ aktiven Dämpfungssystemen erfolgt keine aktive Beaufschlagung des Systems mit Druckmittel.

In dem Aufsatz von W. Klinkner ("Adaptives Dämpfungs-System ADS zur fahrbahn- und fahrzustandsabhängigen Steuerung von Dämpfern einer Fahrzeugfederung", VDI Bericht Nr. 778, Düsseldorf, 1989) werden Dämpfereinstellungen eines adaptiven Fahrwerks in Abhängigkeit von statischen Kenngrößen, welche den Charakter der Fahrbahn beschrei­ ben, angepaßt. Hierzu werden die Signale eines Aufbau- und eines Radbeschleunigungssensors verwendet. In dem Aufsatz wird eine fre­ quenzmäßig getrennte Aufbereitung der erfaßten Fahrbahnunebenheiten in verschiedenen Frequenzbereichen vorgeschlagen, wofür mehrere parallelgeschaltete Filter eingesetzt werden. Nachteilig an einem solchen System ist der hohe Aufwand zum einen hinsichtlich der Sensorik und zum anderen hinsichtlich der Filter. Weiterhin ist keine optimale Anpassung dieses Regelsystems an unterschiedliche Fahrzustände möglich.

Der Aufsatz von D. Konik ("Berechnung unbekannter Eingangssignale aus Meßsignalen am Beispiel der Unebenheitsermittelung", at-Automati­ sierungstechnik 39 (1991) 6 Seiten 205-210) beschäftigt sich mit der Berechnung unbekannter Eingangssignale aus den Meßsignalen eines Systems. Dabei wird das Straßenprofil mit Hilfe von Signalen, die die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus repräsentieren, und Signalen, die den Relativweg zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern re­ präsentieren, anhand des Entwurfs eines inversen Systems berechnet.

In der WO 90/14240 A1 (PCT/DE 90/00343) wird ein Verfahren zur Fahr­ werkregelung von Fahrzeugen vorgestellt, bei dem die Fahrwerkscha­ rakteristik in Abhängigkeit von der Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquer­ dynamik verändert wird. Dies erfolgt durch eine entsprechende Variation der Reglerparameter. Hierdurch wird die jeweilige Übertra­ gungsfunktion des Reglers der Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerdynamik angepaßt, so daß bei unkritischen Fahrzuständen der größtmögliche Komfort und bei kritischen Fahrzuständen eine der Sicherheit dienen­ de, straffe Fahrwerkabstimmung vorliegt. Durch das hier beschriebene System ist aber eine umfassende Optimierung der Reglerparameter an weitere Bewegungszustände des Fahrzeugs nicht zu erreichen.

In der Veröffentlichung "Computer controlled shocks smooth ride of GM luxury cars", Automotiv News, 3.9.1990, wird bei einem Fahrwerk, dessen Dämpfungseigenschaften adaptiv verstellbar ausgelegt sind, die härteste Dämpfung dann eingestellt, wenn starke Beschleunigun­ gen, hartes Bremsen oder starke Lenkeinschläge sensiert werden. Diese Kenngrößen, die den Fahrstil des Fahrers beschreiben, führen also zu einer harten, sportlichen Fahrwerkeinstellung. Hierdurch ist zwar im beschränkten Maße eine Anpassung der Fahrwerkeinstellung an den Fahrstil des Fahrers möglich, eine differenzierte Bewertung der Einflüsse des Fahrstils im Zusammenhang mit anderen Einflußgrößen auf den Fahrzustand des Fahrzeugs ist bei diesem System nicht ver­ wirklicht.

Schließlich wird in "Automotive Engineer", Vol. 12, No. 6, Dezember 1987, auf der Seite 40 in der rechten Spalte in den Zei­ len 25 bis 36 ein Fahrwerkregelungssystem vorgestellt, bei dem die Umstellung der Dämpferparamter in Abhängigkeit von der Fahrzeugge­ schwindigkeit und von Beschleunigungs- und Lenkmanövern stattfindet. Auch bei diesem System ist durch die bloße Umstellung von Dämpfungs­ parametern kein optimales Ergebnis hinsichtlich der Fahrwerkregelung zu erzielen.

Die DE 36 27 549 A1 zeigt eine Vorrichtung zum selbsttätigen Umschalten von Fahrzeugaggregaten eines Kraftfahrzeugs zur Anpassung an unterschiedliche Fahrweisen des Fahrers des Fahrzeugs. Als Fahrzeugaggregate sind beispielsweise Stoß­ dämpfer genannt. Abhängig vom Fahrertyp wird hier die Dämp­ fercharakteristik verstellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein aktives oder semi­ aktives Fahrwerkregelungssystem zu entwerfen, das die verschie­ densten Fahrzustände berücksichtigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteile der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäßen System zur Fahrwerkregelung werden die Regelparameter des Regelkreises eines aktiven oder semiaktiven Fahr­ werkregelsystems zur Regelung der Fahrwerkeigenschaften in Abhängig­ keit von dem sensorisch ermittelten Fahrzustand des Fahrzeugs ver­ ändert. Hierbei wird dem individuellen Fahrstil des Fahrers Rechnung getragen. Es werden Größen ermittelt, die den individuellen Fahrstil des Fahrers repräsentieren. Durch die Vari­ ation der Regelparameter wird das jeweilige Übertragungsverhalten des Regelkreises zur Regelung der Fahrwerkeigenschaften dem ermit­ telten Fahrzustand angepaßt.

Die Größen, die den Fahrstil des Fahrers repräsentieren, kön­ nen Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der geschätzten und/oder ge­ messenen Fahrzeuglängsbeschleunigung, der Fahrzeugquerbeschleuni­ gung, der Fahrzeugquergeschwindigkeit, der Lenkwinkelgeschwindig­ keit, der Drosselklappenstellung, der Drosselklappenänderungsge­ schwindigkeit, der Motordrehzahl und/oder der Motordrehzahlände­ rungsgeschwindigkeit sein.

Für Fahrzeuge mit automatischen Getrieben können die Größe, die den individuellen Fahrstil des Fahrers repräsentieren, statistische Renngrößen sein, welche die Getriebestellung, insbesondere die Häu­ figkeit und die Geschwindigkeit von Gangwechseln, beschreiben.

Darüberhinaus kann der Fahrstil des Fahrers durch die Betätigung der Drosselklappen- und/oder Bremslichtschalter beschrieben werden.

Darüber hinaus wird insbesondere dem vertikaldynamischen Bewegungs­ zustand des Fahrzeugs Rechnung getragen. Hierzu werden Größen ermittelt, die den vertikaldynamischen Bewegungszustand des Fahrzeugs repräsentieren. Durch die Vari­ ation der Regelparameter wird das jeweilige Übertragungsverhalten des Regelkreises zur Regelung der Fahrwerkeigenschaften dem ermit­ telten Fahrzustand angepaßt.

Insbesondere werden die Größen, die die Vertikaldynamik des Fahr­ zeugs repräsentieren, aus den sensorisch erfaßten Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einer Radeinheit ermit­ telt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems werden als Größen, die den vertikaldynamischen Bewegungszustand des Fahrzeugs repräsentieren, statistische Kenngrößen ermittelt, die näherungsweise die Eigenschaften der Fahrbahn statistisch beschrei­ ben. Weiterhin können Effektivwerte und/oder Spitzenwerte des Ein­ federweges, der Einfedergeschwindigkeit und/oder der Einfederbe­ schleunigung zur Ermittlung des vertikaldynamischen Bewegungszu­ stands des Fahrzeugs herangezogen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, den vertikaldynamischen Bewegungszu­ stand des Fahrzeugs aus den Effektivwerten und/oder Spitzenwerten der geschätzten Radlastvariationen wenigstens eines Rades zu bestim­ men.

Zu einer umfassenden Fahrwerkregelung ist als weitere Ausgestaltung vorgesehen, ergänzend zur Erfassung des vertikaldynamischen Bewe­ gungszustands des Fahrzeugs und/oder des individuellen Fahrstils des Fahrers die Längs- und/oder Querdynamik des Fahrzeugs zur Variation der Regelparameter heranzuziehen.

Bei dem erfindungsgemäßen System werden die Signale der zur Fahr­ werkregelung üblichen Sensoren und/oder die Signale von anderen elektrischen oder elektronischen Fahrzeugteilsystemen derart verwen­ det, daß durch eine spezielle Verarbeitung dieser Sensorsignale eine umfassende Analyse des Fahrzustands des Fahrzeugs getätigt werden kann. Abhängig vom Fahrzustand werden erfindungsgemäß die Reglerparamter des Systems an den jeweiligen Fahrzustand angepaßt. Hier­ durch ergeben sich verbesserte Möglichkeiten der Anpassung des Reglers an die unterschiedlichsten Gegebenheiten.

Durch die Rekonstruktion von Fahrbahnprofilen aus den Signalen von Einfederweg- und/oder Einfedergeschwindigkeitssensoren auf der Grundlage eines einfachen Fahrzeugmodells ist ein gegenüber anderen bekannten Lösungen stark vereinfachtes Sensorschema möglich, wobei gleichzeitig der benötigte Rechenaufwand vertretbar gering bleibt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge­ stellt und wird in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In diesem Ausführungsbeispiel soll anhand des Blockschaltbilds der Fig. 1 das erfindungsgemäße System zur Regelung eines Fahrwerks aufgezeigt werden.

In der Fig. 1 sind mit den Positionen 101 bis 104 Meß- und Auswer­ teeinrichtungen bezeichnet. Die Position 101 stellt dabei eine erste Einrichtung zur Messung und Auswertung des vertikaldynamischen Be­ wegungszustands des Fahrzeugs dar. Mit der Position 102 ist eine zweite Einrichtung zur Messung und Auswertung des Fahrstils des Fahrers gekennzeichnet, während die Position 103 für eine dritte Einrichtung zur Messung und Auswertung der Längsdynamik des Fahr­ zeugs steht. Die Position 104 weist eine vierte Einrichtung zur Messung und Auswertung der Querdynamik des Fahrzeugs aus. Die Position 105 markiert eine Auswahllogik, die Position 106 Tabellenspeicher und die Position 107 eine Reglereinrichtung. Die Positionen 111 bis 115 zeigen Erfassungseinrichtungen. Mit der Position 111 sind erste Mittel zur Erfassung des Einfederweges, der Einfederge­ schwindigkeit und/oder der Einfederbeschleunigung bezeichnet. Die Position 112 stellt zweite Mittel zur Erfassung der Fahrzeuglängsbe­ schleunigung, der Fahrzeugquerbeschleunigung, der Fahrzeuggierge­ schwindigkeit, der Lenkwinkelgeschwindigkeit, der Drosselklappen­ stellung, der Drosselklapenänderungsgeschwindigkeit, der Motordreh­ zahl und/oder der Motordrehzahländerungsgeschwindigkeit dar. Mit der Position 113 sind dritte Mittel zur Erfassung der Fahrzeuglängsge­ schwindigkeit gekennzeichnet. Die Position 114 steht für vierte Mittel zur Erfassung der Giergeschwindigkeit, der Fahrzeugquerbe­ schleunigung, des Lenkwinkels und/oder der Lenkwinkelgeschwindig­ keit. Die Position 115 weist fünfte Mittel zur Erfassung der Aufbau­ beschleunigung und/oder der Aufbaugeschwindigkeit des Fahrzeugs aus. Die Positionen 120 zeigen Aktuatoren.

Im folgenden soll nun im einzelnen auf die Erfassung und die Berück­ sichtigung verschiedener Anteile des Fahrzustands des Fahrzeugs durch die Meß- und Auswerteinrichtungen 101 bis 104 und die dazuge­ hörigen Erfassungseinrichtungen 111 bis 115 eingegangen werden. Hierzu soll zunächst die Berücksichtigung des vertikaldynamischen Bewegungszustands des Fahrzeugs durch die erste Einrichtung 101 dar­ gelegt werden.

Ausgehend von dem Signal mindestens eines zwischen einem Rad und dem Aufbau eines Fahrzeugs angeordneten Einfederweg- oder Einfederge­ schwindigkeitsensors können durch geeignete analoge oder digitale Signalaufbereitung (Differentiation, Integration Filterung) zumin­ dest näherungsweise folgende Signale ermittelt werden:

Die Effektivwerte und/oder Spitzenwerte des Einfederwegs S, der Ein­ federgeschwindigkeit V und der Einfederbeschleunigung A.

Zur Bildung des Effektivwerts der obengenannten Größen können die Betragswerte der genannten Signale jeweils analog oder digital ge­ bildet werden (Gleichrichtung). Durch anschließende Tiefpaßfilterung erhält man einen Schätzwert für den Effektivwert. Werden die berück­ sichtigten Signale zusätzlich bzw. anstelle der Betragsbildung qua­ driert, dann tiefpaßgefiltert und anschließend die Wurzel ermittelt, so erhält man geschätzte RMS-(Root Mean Squares) Effektivwerte. Die Auswahllogik 105 vergleicht nun die Beträge der einzelnen Effektiv­ werte Seff, Veff, Aeff und/oder Spitzenwerte Smax, Vmax, Amax unter­ einander bzw. mit vorgegebenen Schwellen und entscheidet anhand die­ ser über die vorzunehmende Abstimmung des in einem elektronischen Steuergerät ablaufenden Fahrwerkregelalgorithmus. In der obenbe­ schriebenen Weise können auch mehrere an verschiedenen Rädern ange­ brachte Sensoren zur Ermittlung der Relativbewegungen zwischen Rad und Fahrzeugaufbau der genannten Art und Weise ausgewertet werden.

Zur Spitzenwertbildung wird über einen festgelegten Zeitraum die maximal aufgetretene Signalamplitude der betrachteten Größen ausge­ wertet. Der betrachtete Zeitraum ist dabei im Sinne eines gleitenden Zeitfensters stets dem realen Zeitverlauf nachzuführen.

Bei der Auswahllogik 105 werden also die in der ersten Einrichtung 101 erfaßten Effektivwerte oder Spitzenwerte des Einfederwegs, der Einfedergeschwindigkeit mit vorgegebenen Schwellen verglichen und abhängig von diesen Vergleichsergebnissen Regelungsparameter RP dem Regler 107 zugeführt. Die Regelungsparameter können hierbei abhängig von den Vergleichsergebnissen aus den Tabellen 106 entnommen werden.

Eine weitere Möglichkeit der Berücksichtigung des vertikaldyna­ mischen Bewegungszustands des Fahrzeugs besteht darin, Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der geschätzten Radlastvariationen eines oder mehrerer Räder zur Variation der Reglerparameter heranzuziehen. Als Radlastvariation bzw. Radlastschwankung P bezeichnet man die Abweichung der Radlast (Normalkraft zwischen Reifen und Fahrbahn) von ihrem statischen Wert. Während diese und etwa auch die Reifenein­ federung, die unmittelbar mit der Rastlastschwankung zusammenhängt, einer Messung nur sehr schwer zugänglich ist, kann beispielsweise der Einfederweg mit relativ einfach und somit preiswert zu reali­ sierende Meßwertaufnehmern detektiert werden. Zur Erlangung der Rad­ lastschwankung P soll im folgenden anhand des Zweikörpermodells, das in der Fig. 2 zu sehen ist, auf den physikalischen Hintergrund ein­ gegangen werden.

Die Positionen 201, 202, 203, 204, 205 und 206 in der Fig. 2 zeigen ein Zweikörpermodell für eine Radeinheit. Das Rad ist in Kontakt mit der Fahrbahn 204. Hierbei ist die Reifensteifigkeit als Feder 205 mit der Federkonstanten Cr modellhaft beschrieben. Die Kombination der Feder 206 und des bezüglich seiner Dämpfungseigenschaft regelba­ ren Dämpfers 203 steht also hier für das zu steuernde bzw. regelnde Federungs- und/oder Dämpfungssystem einer Radeinheit. In diesem Aus­ führungsbeispiel soll der Dämpfer 203 als regelbar angenommen wer­ den, während die Eigenschaften der Feder 206 durch einen konstanten Wert C beschrieben wird. Mit Xa bzw. Xr ist die Verschiebung des Fahrzeugaufbaus 201 bzw. die Verschiebung des Rades bezeichnet, und zwar die Verschiebung aus der Gleichgewichtslage bei Stillstand des Fahrzeugs (im unbeladenen Zustand). Mit Xe werden die Bodenuneben­ heiten beschrieben. Die Masse des Fahrzeugaufbaus ist mit Ma und die des Rades mit Mr bezeichnet. Der Meßwertaufnehmer 207 detektiert die Einfederbewegungen der Radeinheit. Anhand dieses Zweikörpermodells kann man ableiten, daß die gesuchte Größe P der Einfederbewegung in folgendem Zusammenhang steht:

P = -[(1 + Mr/Ma) . C + (1 + Mr/Ma) . d . s + Mr . s²] . Xar, (1)

wobei s die Laplace-Variable ist. Mit Xar ist der sogenannte "entmittelte" Federweg bezeichnet, der aus der Meßgröße Xa - Xr durch Subtraktion ihres laufenden Mittelwerts

entsteht. Hierbei ist Tm ein Abstimmungsparameter und t der aktuelle Zeitpunkt. Durch diese "Entmittlung" des Federwegs Xa - Xr wird so­ wohl der Einfluß einer Beladung des Fahrzeugs, das heißt eine Ände­ rung des statischen Federwegs, als auch der Einfluß unsymmetrischer (bezüglich Druck- und Zugbereich) Feder- und/oder Dämpferkennlinien (Änderung des mittleren dynamischen Federwegs) auf die Berechnung der Radlastschwankungen eliminiert.

Als vereinfachte Ausgestaltung kann ersatzweise für den entmittelten Federwegs nach der Gleichung (2) bzw. (3) auch die Differenz Xrel = Xa - Xr verwendet werden.

Das Signal P gibt also wenigstens näherungsweise die dynamische Rad­ lastvariation bzw. Radlastschwankung in der Vertikalrichtung eines auf einer Fahrbahn bewegten Reifens wieder. Die Ermittlung der dyna­ mischen Radlastschwankung P kann, wie oben beschrieben, aus dem sen­ sierten Einfederweg in der ersten Einrichtung 101 geschehen. Ein derartiges, möglicherweise auch auf anderem Weg gewonnenes Signal der dynamischen Radlastschwankung kann nun ebenfalls im Sinne der vorliegenden Erfindung als vertikaldynamische Kenngröße herangezogen werden, wenn ausgehend hiervon ein in oben beschriebener Weise er­ langter Effektivwert Peff und/oder ein Spitzenwert Pmax ermittelt wird. Diese Effektivwerte bzw. Spitzenwerte der dynamischen Radlast­ schwankung werden in der Auswahl-Logik 105 mit vorgegebenen Schwel­ len verglichen und anhand von Tabellen 106 zur Bestimmung der Reg­ lerparameter RP des Reglers 107 herangezogen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sy­ stems hinsichtlich der Beeinflussung der Reglerparameter in Abhän­ gigkeit von dem vertikaldynamischen Bewegungszustand des Fahrzeugs geht von statistischen Kenngrößen aus, welche näherungsweise die Eigenschaften der Fahrbahn statistisch beschreiben. Dies soll im folgenden näher dargelegt werden.

Der vertikaldynamische Bewegungszustand einer Radeinheit eines realen Fahrzeugs wird durch das in der Fig. 2 dargestellte Zwei­ körpermodell gut approximiert. Mit den in der Fig. 2 angegebenen Koordinaten und Fahrzeugparametern erhält man als theoretischen Zu­ sammenhang zwischen dem Verlauf der Fahrbahnoberfläche Xe(t) und den mit einem geeigneten Sensor 207 zwischen der Radeinheit und dem Fahrzeugaufbau gemessenen Abstand die formelmäßige Beziehung im Laplacebereich

mit der Laplace-Variablen s, wobei Mar = Ma + Mr die Summe der anteili­ gen Fahrzeugaufbaumasse und der Masse des Rades ist und Xar der ent­ mittelte Federweg oder der relative Einfederweg Xa - Xr ist. Zur prak­ tischen Realisierung des erfindungsgemäßen Fahrwerkregelungsystems ist die Beziehung (4) nicht günstig verwendbar, da die erforderliche zweimalige Integration des Einfederwegsignals nicht stabil in einem Steuergerät realisierbar ist. Eine geeignete Approximation der Gleichung (4) ist jedoch

wobei die Größen e, w und delta Filterparameter sind, die beispiels­ weise an die auszuwertenden Einfederbewegungssignale angepaßt werden und die eine stabile Integration gewährleisten.

Die Beziehung (5) beschreibt ein zeitkontinuierliches, stabiles Fil­ ter vierter Ordnung. Zur Implementierung in einem digitalen Steuer­ gerät kann dieses Filter mit bekannten Verfahren diskretisiert wer­ den. In diesem Falle weist die erste Einrichtung 101 das in der For­ mel (5) beschriebene Übertragungsverhalten auf, wobei die Erfassung des Einfederwegs oder des entmittelten Einfederwegs durch die ersten Mittel 111 getätigt wird.

Über die hier beschriebene Darstellung hinaus ist es möglich, durch Anwendung von Ordnungsreduktionsverfahren die hier beschriebene Fil­ teranordnung vierter Ordnung (n = 4) zu reduzieren, indem beispiels­ weise ein Ansatz

im Sinne kleinster Fehlerquadrate so angepaßt wird, daß die Bezie­ hung (4) bzw. die Beziehung (5) in einem betrachteten Frequenzband optimal approximiert wird. Hierdurch läßt sich der im Steuergerät erforderliche Rechenaufwand weiter reduzieren.

Sofern im betrachteten Fahrzeug statt der Einfederwegsignale Xar Einfederweggeschwindigkeitssignale Xar' zur Verfügung stehen, läßt sich die oben beschriebene Vorgehensweise gleichermaßen verwenden. In diesem Fall tritt an die Stelle von Beziehung (4) die Beziehung

und anstelle von (6) die Beziehung

Die geschilderte Vorgehensweise kann auf eines oder mehrere Räder des betrachteten Fahrzeugs angewandt werden. In einer bevorzugten Ausführung werden nur die Einfederwegsignale der beiden Vorderräder berücksichtigt, da die den Hinterrädern zugeordneten Fahrbahnprofile näherungsweise denjenigen der Vorderräder mit einer Zeitdifferenz T entsprechen, welche sich aus dem Achsabstand L und der Fahrgeschwin­ digkeit V gemäß T = L/V ergibt. Bei dieser Ausführung wird also der ersten Einrichtung 101 zusätzlich ein Signal zugeführt, das die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentiert.

Die Anpassung der Reglerparameter RP des Reglers 107 an Kenngrößen, die den Fahrstil des Fahrers beschreiben, wird im folgenden als wei­ tere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems beschrieben. Hierzu ist in der Fig. 1 eine zweite Einrichtung 102 zur Messung und Aus­ wertung des Fahrstil des Fahrers eingezeichnet, die entsprechend aufbereitete Sensorsignale von den zweiten Mitteln 112 zugeführt be­ kommt. Die zur Anpassung der Reglerparameter herangezogenen Kenn­ größen können im einzelnen wie folgt beschrieben ermittelt werden.

Ausgehend von einem Längsbeschleunigungssignal AL, welches zum Bei­ spiel von einem Längsbeschleungigungssensor oder durch geeignete Aufbereitung eines Fahrgeschwindigkeitssignals VL (zum Beispiel Tachometer, ABS) resultiert, werden statistische Kennwerte wie (RMS-)Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der Längsbeschleunigung ermittelt. Dies kann in der zweiten Einrichtung 102 geschehen, wobei die zweiten Mittel 112 in diesem Falle die Längsbeschleunigung des Fahrzeugs erfassen. In der Auswahllogik 105 werden zum Beispiel die Beträge des Effektivwertes ALeff und/oder des Spitzenwertes ALmax untereinander bzw. mit vorgegebenen Schwellen verglichen. Anhand der Ergebnisse dieser Vergleiche sowie gegebenenfalls durch weitere Kenngrößen, die weiter unten beschrieben werden, werden beispiels­ weise mit Hilfe der Tabellen 106 die Regelparameter RP des Reglers 107 dem Fahrstil des Fahrers angepaßt.

Zur Effektivwertbildung könnnen die Betragswerte der genannten Signale jeweils analog oder digital gebildet werden (Gleichrich­ tung). Durch eine anschließende Tiefpaßfilterung erhält man einen Schätzwert für den Effektivwert. Werden die berücksichtigten Signale zusätzlich bzw. anstelle der Betragsbildung quadriert, dann tiefpaß­ gefiltert und anschließend die Wurzel ermittelt, so erhält man ge­ schätzte RMS-(Root Mean Squares) Effektivwerte. Zur Spitzenwertbil­ dung wird, wie schon oben beschrieben, über einen festgelegten Zeit­ raum die maximal aufgetretene Signalamplitude der betrachteten Größe ermittelt. Der betrachtete Zeitraum ist dabei im Sinne eines glei­ tenden Zeitfenster stets dem realen Zeitverlauf nachzuführen.

Eine weitere Möglichkeit, den Fahrstil des Fahrers zu berücksichti­ gen soll im folgenden dargestellt werden. Ausgehend von einem Signal AQUER, das der Querbeschleunigung des Fahrzeugs proportional ist und welches entweder durch direkte Messung mit Hilfe eines geeignet an­ gebrachten Querbeschleunigungssensors oder durch Errechnung aus an­ deren Größen, wie zum Beispiel der Fahrzeuggeschwindigkeit VL und dem Lenkwinkel DELTA ermittelt werden kann, werden statistische Kennwerte wie (RMS-)Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der Querbe­ schleunigung ermittelt. In der Auswahllogik 105 werden die Beträge des Effektivwerts AQUEReff und/oder des Spitzenwertes AQUERmax un­ tereinander bzw. mit vorgegebenen Schwellen verglichen und abhängig von den Vergleichsergebnissen sowie gegebenenfalls abhängig von weiteren Kenngrößen die Regelparamter RP dem Fahrstil des Fahrers angepaßt.

Eine weitere Möglichkeit die Regelparameter RP dem Fahrstil des Fah­ rers anzupassen, geht von einem Signal PSIP aus, welches proportio­ nal zur Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Dieses in den zwei­ ten Mitteln 112 erfaßte Signal kann entweder durch direkte Messung zum Beispiel eines geeigneten Giergeschwindigkeitsensors oder durch Errechnung aus anderen Größen wie zum Beispiel der Fahrzeuggeschwindigkeit VL und dem Lenkwinkel DELTA ermittelt werden. Ausgehend von dem Signal PSIP werden statistische Kennwerte wie (RMS-)Effektivwer­ te und/oder Spitzenwerte der Giergeschwindigkeit bestimmt. Dies ge­ schieht in der zweiten Einrichtung 102. Die Auswahllogik 105 ver­ gleicht die Beträge des Effektivwerts PSIPeff und/oder des Spitzen­ wertes PSIPmax untereinander bzw. mit vorgegebenen Schwellen und entscheidet anhand dieser sowie gegebenenfalls weiterer Kenngrößen über die vorzunehmende Abstimmung des in einem elektronischen Steuergerät ablaufenden Fahrwerk Regelalgorithmus. Hierzu werden die Regelparameter RP des Reglers 107 entsprechend variiert.

Ausgehend von einem Signal DELTAP, welches proportional zur Lenkwin­ kelgeschwindigkeit ist und welches entweder durch einen geeignet an­ gebrachten Lenkwinkelgeber und/oder durch einen Lenkwinkelgeschwin­ digkeitsgeber oder auch mit Hilfe eines geeignet angebrachten linea­ ren Weg- oder Geschwindigkeitsgebers direkt gemessen werden kann oder durch Errechnung aus anderen Größen ermittelt werden kann, wer­ den statistische Kennwerte wie (RMS-)Effektivwerte und/oder Spitzen­ werte der Lenkwinkelgeschwindigkeit ermittelt. Dies geschieht analog zu den oben beschriebenen Ausgestaltungen in den zweiten Einrichtun­ gen 102 bzw. unter Zuhilfenahme der Daten, die in den zweiten Mit­ teln 112 erfaßt werden. Auch bei dieser Ausgestaltung werden die Be­ träge des Effektivwerts DELTAPeff und/oder des Spitzenwertes DELTAPmax untereinander bzw. mit vorgegebenen Schwellen verglichen. Anhand dieser Vergleichsergebnisse sowie gegebenenfalls weiterer Kenngrößen werden die Regelparamter RP bestimmt.

Ausgehend von einem Drosselklappensignal ALPHA und/oder eines Dros­ selklappen-Änderungsgeschwindigkeitssignals ALPHAP, welches entwe­ der durch einen geeignet angebrachten Winkelgeber, einen Winkelge­ schwindigkeitsgeber oder auch mit Hilfe eines geeignet angebrachten linearen Weg- oder Geschwindigkeitsgebers ermittelt werden kann, werden statistische Kennwerte wie (RMS-)Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der beschriebenen Drosselklappensignale bestimmt. Hier­ zu können auch Signale aus anderen elektronischen Fahrzeugteilsyste­ men verwendet werden, sofern sie durch eine geeignete Informations­ verbindung der zweiten Einrichtung 102 zugeführt werden. Ersatzweise kann ein entsprechendes Signal von der Fahrpedalstellung abgeleitet werden, falls das betreffende Fahrzeug nicht über eine Drosselklappe verfügt. In der Auswahllogik 105 werden die Beträge der Effektivwer­ te ALPHAeff bzw. ALPHAPeff und/oder der Spitzenwerte ALPHAmax bzw. ALPHAPeff untereinander bzw. mit vorgegebenen Schwellen verglichen. Anhand dieser Vergleichsergebnisse und gegebenenfalls weiterer Kenn­ größen werden die Regelparameter RP entsprechend bestimmt.

Ausgehend von einem Motordrehzahlsignal N oder einem Motordrehzahl­ änderungssignal NP, welches entweder durch geeignet angebrachte Win­ kelgeber oder Drehzahlgeber direkt ermittelt oder aus anderen elek­ tronischen Fahrzeugteilsystemen durch eine geeignete Informations­ verbindung übermittelt werden kann, werden statistische Kennwerte wie (RMS-)Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der beschriebenen Mo­ tordrehzahlsignale ermittelt. In der Auswahllogik 105 werden dann die entsprechenden Effektivwerte Neff bzw. NPeff und/oder der Spitzenwerte Nmax bzw. NPeff untereinander bzw. mit vorgegebenen Schwellen verglichen. Anhand dieser Vergleichsergebnisse sowie gege­ benenfalls weitere Kenngrößen werden die Regelparameter RP des Reg­ lers 107 angepaßt.

Eine weitere Möglichkeit, entsprechende. Kenngrößen zur Berücksichti­ gung des Fahrstils des Fahrers zu erhalten, besteht darin, die Stel­ lung des Fahrzeuggetriebes zu erfassen. Diese Getriebestellung kann vorzugsweise auch aus anderen elektronischen Fahrzeugteilsystemen, wie einer elektronischen Getriebesteuerung, durch eine geeignete In­ formationsverbindung dem Fahrwerkregelungssystem zugeführt werden. Erfaßt man also die Stellung des Getriebes bzw. die Häufigkeit und Geschwindigkeit der Änderungen der Getriebestellungen, so gelangt man zu statistischen Kenngrößen der in der Auswahllogik 105 gegebe­ nenfalls durch die Tabellen 106 entsprechende Regelparameter zuge­ ordnet werden können.

Statistische Kenngrößen, welche die Betätigung von Drosselklappen- bzw. Fahrpedalschaltern bzw. Bremslichtschaltern beschreiben, sind vorzugsweise bei Fahrzeugen mit Automatikgetrieben zu dem erfin­ dungsgemäßen System heranzuziehen. Weiterhin können die Signale von Schaltern, die zur Bestimmung bzw. Erkennung von Vollast benutzt werden (Drosselklappenschalter) sowie die an jedem Fahrzeug vorhan­ denen Bremslichtschalter zur statistischen Auswertung gemäß des er­ findungsgemäßen Systems verwendet werden. Aus diesen Signalen lassen sich statistische Kenngrößen mit bekannten Verfahren ermitteln, wel­ che den Fahrstil des jeweiligen Fahrers kennzeichnen und ebenfalls zur Parameteranpassung des beschriebenen Fahrwerkregelsystems heran­ gezogen werden können.

Die obenerwähnten Verfahren zur Berücksichtigung des Fahrstils des Fahrers können jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination zur Anpassung der Regelparameter verwendet werden.

In Erweiterung der oben dargestellten Verfahren zur statistischen Kenngrößenermittlung sind die folgenden Verfahren zu erwähnen.

• 1. Zählverfahren zur Häufigkeitsermittlung innerhalb vorgegebener Signalklassen.
• 2. Frequenzanalyse (zum Beispiel mit FFT).
• 3. Korrelationsverfahren sowie andere Mustererkennungsverfahren zur Extraktion von Merkmals-"Clustern", welche auf bestimmte, fahrer­ typische Fahrmanöver hinweisen.
• 4. Parameteridentifikationsverfahren, welche zum Beispiel ein stark vereinfachtes, dynamisches Modell (zum Beispiel in Form einer Differenzengleichung oder einer Übertragungsfunktion) des jewei­ ligen Fahrers aus den zeitlichen Verläufen der zugrundegelegten Signale ermitteln.

Allen genannten Auswertemethoden ist gemeinsam, daß sie ein zeitlich variantes Verhalten explizit berücksichtigen müssen, um Wechsel des Fahrers oder Änderungen des Fahrverhaltens berücksichtigen zu kön­ nen. Hierfür werden vorzugsweise zeitliche Gewichtungen oder zeit­ lich mitbewegte Datenerfassungsfenster verwendet.

Ergänzend zu der obenbeschriebenen Berücksichtigung des vertikal­ dynamischen Bewegungszustands des Fahrzeugs und/oder des Fahrstils des Fahrers kann die Längs- und/oder Querdynamik des Fährzeugs zur Fahrzustandserkennung herangezogen werden. Dies ist in der Fig. 1 durch die dritte und vierte Einrichtung 103 und 104 bzw. den zuge­ hörigen dritten und vierten Mitteln 113 und 114 angedeutet.

Hierbei wird in der dritten Einrichtung 103 die Längsdynamik des Kraftfahrzeugs erfaßt. Hierzu sind die dritten Mitteln 113 vorgese­ hen, die beispielsweise Sensoren enthalten können, die die Fahrzeug­ längsgeschwindigkeit und/oder die Fahrzeuglängsbeschleunigung ermit­ telt. Durch Differentation läßt sich hieraus ein Näherungswert für die Reifenlängskräfte Fl erhalten. Wie in der WO 90/14240 beschrie­ ben, gilt die Beziehung

Fl = Mges . Vl' (9),

wobei Mges die Masse des Fahrzeugs und Vl' die Fahrzeuglängsbe­ schleunigung bezeichnet. Ein Signal, das die Reifenlängskraft Fl re­ präsentiert, wird von der dritten Einrichtung 103 der Auswahllogik 105 zugeführt. In der Auswahllogik 105 können die den Reifenlängs­ kräften entsprechenden Regelungsparameter beispielsweise anhand der Tabelle 106 ausgewählt werden. Der vierten Einrichtung 104 werden Signale von den vierten Mitteln 114 zugeführt, die beispielsweise den Lenkwinkel, die Giergeschwindigkeit und die Fahrzeugquerbe­ schleunigung repräsentieren. Gegebenenfalls sind nicht alle Ein­ gangsgrößen erforderlich. In der vierten Einrichtung 104 wird aus den beschriebenen Eingangsgrößen ein Näherungswert für die Reifen­ seitenkraft Fs gebildet. Diese wird der Auswahllogik 105 zugeführt, in der die Regelparameter beispielsweise anhand der Tabelle 106 ent­ sprechend ausgewählt werden.

Claims (5)

1. System zur aktiven oder semiaktiven Fahrwerkregelung, insbesondere von Personen- und Nutzkraftwagen, bei dem die Regelparameter des Regelkreises zur Regelung der Fahrwerkei­ genschaften in Abhängigkeit von dem sensorisch ermittelten Fahrzustand des Fahrzeug verändert werden und zur Fahrzu­ standserkennung wenigstens eine Größe ermittelt wird, die den individuellen Fahrstil des Fahrers repräsentiert, wobei als Größe, die den individuellen Fahrstil des Fahrers repräsentiert,

• - Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der geschätzten und/oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung, der Fahrzeugquerbe­ schleunigung, Fahrzeuggiergeschwindigkeit, Lenkwinkelge­ schwindigkeit, Drosselklappenstellung, Drosselklappenände­ rungsgeschwindigkeit, Motordrehzahl und/oder Motordreh­ zahländerungsgeschwindigkeit ermittelt werden und/oder
• - statistische Kenngrößen
• - die Getriebestellung, insbesondere die Häufigkeit und Ge­ schwindigkeit von Gangwechseln, und/oder
• - die Betätigung von Drosselklappen- und/oder Bremslicht­ schaltern

beschreiben.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er­ gänzend zu dem Fahrstils des Fahrers die Längs- und/oder Querdynamik des Fahrzeugs zur Fahrzustandserkennung herange­ zogen wird.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fahrzustandserkennung ergänzend zu dem Fahrstil des Fahrers eine Größe ermittelt wird, die den vertikaldynamischen Bewe­ gungszustand des Fahrzeugs repräsentiert.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe, die den vertikaldynamischen Bewegungszustand des Fahrzeugs repräsentiert, aus den sensorisch erfassten Rela­ tivbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens ei­ ner Radeinheit ermittelt wird.

5. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als vertikaldynamische Größe

• - statistische Kenngrößen ermittelt werden, die näherungs­ weise die Eigenschaften der Fahrbahn statistisch be­ schreiben, und/oder
• - Effektivwerte und/oder Spitzenwerte des Einfederwegs (Xar), der Einfedergeschwindigkeit (Xar') und/oder der Einfederbeschleunigung (Xar") ermittelt werden und/oder
• - Effektivwerte und/oder Spitzenwerte der geschätzten Rad­ lastvariationen wenigstens eines Rades ermittelt werden.