Verfahren und Steuervorrichtung zum Steuern zumindest eines Schwingungsdämpfers eines

Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs. Mittels der Steuervorrichtung wird ein Stellsignal zum Einstellen einer Dämpferhärte zumindest eines Schwingungsdämpfers des Fahrwerks erzeugt. Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung zum Steuern des zumindest einen Schwingungsdämpfers.

In einem sogenannten semi-aktiven Fahrwerk kann eine Steuervorrichtung in Abhängigkeit von einer aktuellen und/oder geplanten (zukünftigen) fahrdynamischen Situation eine jeweilige Dämpferhärte zumindest eines Schwingungsdämpfers des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs einstellen, um hierdurch zum Beispiel eine Wankbewegung des Kraftfahrzeugs in einer Kurvenfahrt zu verringern. Eine solche Steuerung der Dämpferhärte ist oftmals auf Sommerreifen abgestimmt und für diese entwickelt, da es aufgrund der oftmals guten Straßenverhältnisse im Sommer zu den extremsten Fahrsituationen kommt, in welchen das Stellen der Dämpferhärte besonders vorteilhaft oder wirksam ist. Beim Verbau von Winterreifen oder Ganzjahresreifen kommt es dann entsprechend im Bereich der Querdynamik zu Performanceverlusten.

Aus der EP 1 646 516 B1 ist ein Verfahren zum Erkennen eines Reifentyps bekannt. Zu jedem Reifentyp wird ein Kennfeld mit charakteristischen Reifeneigenschaften gespeichert und während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs die Eigenschaften eines aktuell verbauten Reifens gemessen. Durch einen Vergleich der gemessenen Reifeneigenschaften mit den Kennfeldern kann der aktuelle verbaute Reifentyp ermittelt werden. Anschließend kann ein Fahrzeugsystem über den verbauten Reifentyp informiert werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass für eine Vielzahl unterschiedlicher Reifen jeweils ein Kennfeld benötigt wird und anhand von Messwerten dann eines der Kennfelder ausgewählt werden muss, was aufgrund zu Messungenauigkeiten zu Fehleinschätzungen führen kann.

Aus der DE 10 2009 041 566 A 1 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Fahrbahnreibwerts bekannt, wobei mögliche Fahrbahnreibwerte in Reibwertklassen eingeteilt sind. Mittels einer Reifentyperkennung wird hierbei auch der beim Durchführen des Verfahrens verwendete Reifen des Kraftfahrzeugs berücksichtigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerverhalten eines semi-aktiven Fahrwerks an die in dem Fahrwerk verbauten Reifen anzupassen.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte weitere Bildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figur beschrieben.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Steuervorrichtung empfängt ein Situationssignal, welches eine vorbestimmte, aktuelle und/oder geplante (zukünftige) fahrdynamische Situation signalisiert. Als fahrdynamische Situation wird insbesondere eine Kurvenfahrt (d.h. ein Lenkvorgang) und/oder eine Vertikalbeschleunigung des Kraftfahrzeugs signalisiert. In Abhängigkeit von dem Situationssignal wird für zumindest einen Schwingungsdämpfer des Fahrwerks ein jeweiliges Stellsignal zum Einstellen der Dämpferhärte erzeugt. Eine andere Bezeichnung für Schwingungsdämpfer ist auch Federbein oder Stoßdämpfer. Das Stellsignal wird an eine Stelleinheit des jeweiligen Schwingungsdämpfers ausgesendet. Bevorzugt wird mittels des Stellsignals eine Stellung eines Stellventils des jeweiligen Schwingungsdämpfers eingestellt. Mittels des Stellventils kann zum Beispiel ein durchströmbarer Querschnitt für ein Fluid des Schwingungsdämpfers eingestellt und hierdurch eine Änderungsrate, mit welcher zum Beispiel ein Kolben in einem Zylinder bewegt werden kann, festgelegt werden. Bei einem magnetorheologischen Stoßdämpfer kann die Stelleinheit eine Feldstärke eines Magnetfelds einstellen. Insbesondere bei den beiden beschriebenen fahrdynamischen Situationen (Lenkvorgang/Kurvenfahrt und Vertikalbeschleunigung) wird hierdurch festgelegt, wie schnell ein Aufbau des Kraftfahrzeugs, der durch das Fahrwerk federnd bezüglich der Straße gelagert ist, seine Relativposition zur Straßenoberfläche ändert. Insbesondere bei einer Kurvenfahrt wird das Wankverhalten des Aufbaus hierdurch festgelegt.

Je härter der Schwingungsdämpfer eingestellt ist, d.h. je größer die Dämpferhärte ist, desto größer ist eine Änderungsrate der am Reifen wirkenden Kraft. Deshalb wird zum Erzeugen des jeweiligen Stellsignals zumindest ein Konfigurationswert zum Konfigurieren eines mittels der eingestellten Dämpferhärte bewirkten Kraftaufbaus zugrunde gelegt. Der Kraftaufbau beschreibt den zeitlichen Verlauf der durch den Schwingungsdämpfer erzeugten Kraft. Durch Berücksichtigen zumindest eines Konfigurationswerts kann hierbei der Kraftaufbau an den Reifen angepasst werden. Mehrere Kennwerte können dabei zum Beispiel in Form einer Kennlinie oder eines Kennfelds bereitgestellt werden. Der zumindest eine Konfigurationswert ist gemäß dem Stand der Technik konstant, d.h. auf einen festen Wert eingestellt, der in der besagten Weise zum Beispiel auf Sommerreifen abgestimmt sein kann.

Um nun bei einem Reifenwechsel zum Beispiel auf einen Winterreifen keine Verluste bei der Performanz oder Dynamik zu erhalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Reifenwechsel durch ein Klassensignal signalisiert wird. Das Klassensignal gibt eine jeweilige Reifenklasse eines durch den jeweiligen Schwingungsdämpfers gehaltenen Reifens an. Anders als im Stand der Technik wird also nicht der Reifen im Detail zum Beispiel durch eine Kennlinie beschrieben, sondern es werden unterschiedliche Reifentypen in Klassen oder Raster zusammengefasst. eine Reifenklasse kann also mehrere Reifentypen oder Reifenprodukte umfassen. Das Klassensignal wird durch die Steuervorrichtung empfangen. Der besagte zumindest eine Konfigurationswert für das Stellsignal des Schwingungsdämpfers, durch welchen der Kraftaufbau festgelegt wird, wird durch die Steuervorrichtung in Abhängigkeit von dem Klassensignal des Reifens eingestellt. Man vermeidet also Konfigurationswerte, einen spezifischen Reifentyp beschreiben. Stattdessen erfolgt eine gestufte Anpassung des Konfigurationswerts in Abhängigkeit von der ermittelten Reifenklasse. Hierdurch wird vermieden, dass für eine Vielzahl unterschiedlicher Reifentypen jeweils Konfigurationswerte definiert sein müssen und dann beim Schätzen oder Ermitteln des Reifentyps aufgrund von Schätzfehlern die falsche Kennlinie ausgewählt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass nur zwei oder drei oder vier oder fünf oder sechs unterschiedliche Reifenklassen vorgesehen sind. Dies führt beim Schätzen der Reifenklasse zu robusten oder zuverlässigen Schätzergebnissen.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass bei einem semi-aktiven Fahrwerk beim Verbau von Winterreifen oder Ganzjahresreifen eine Beeinträchtigung der Querdynamik geringer ausfällt als bei einer Steuervorrichtung, die lediglich auf Sommerreifen abgestimmt ist.

Zu der Erfindung gehören auch vorteilhafte Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.

Mittels des zumindest einen Konfigurationswerts kann zum Beispiel ein Betrag der vom Schwingungsdämpfer erzeugten Kraft festgelegt sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der zumindest eine Konfigurationswert einen Zeitverlauf eines mittels des Stellsignals bewirkten Querkraftaufbaus festlegt. Der Querkraftaufbau ist die Änderung der vom Reifen während einer Kurvenfahrt oder bei einer seitlichen Windböe erzeugte Seitenführungskraft oder Querkraft. Je schneller die Dämpferhärte vergrößert wird, desto schneller ist auch der Querkraftaufbau. Durch Festlegen des zeitlichen Verlaufs der Dämpferhärte wird also entsprechend auch der zeitliche Verlauf des Querkraftaufbaus eingestellt. Indem der Schwingungsdämpfer zunächst mit geringen ersten Dämpferhärte betrieben wird, wird der Querkraftaufbau verzögert, da das Kraftfahrzeug zunächst eine Wankbewegung ausführt, als in dem Fall, in welchem in derselben Zeit eine größere zweite Dämpferhärte eingestellt wird, sodass anstelle einer Wankbewegung eine Querkraft auf den Reifen übertragen wird.

Das Klassensignal kann in einem einfachen Fall signalisieren, dass die Reifenklasse ein Sommerreifen oder eine von einem Sommerreifen verschiedene Reifenklasse ist. Mit anderen Worten werden in diesem Fall nur zwei Reifenklassen zugrundegelegt. In der besagten Weise können aber auch mehr als zwei Reifenklassen vorgesehen sein, die z.B. Winterreifen und/oder Ganzjahresreifen umfassen können.

Zum Ermitteln des Klassensignals kann vorgesehen sein, dass eine Bedieneinrichtung in dem Kraftfahrzeug bereitgestellt wird und das Klassensignal aus der Bedieneinrichtung empfangen wird, an welcher die Reifenklasse als Nutzereingabe empfangen wird. Indem nur Reifenklassen und kein spezifischer Reifentyp vorgesehen sind, ist die Bedienung auch besonders einfach.

Ein Klassensignal kann auch zum Beispiel aus einem RFID-Signalgeber (RFID - Radio Frequency Identification) des Reifens empfangen werden. Ein solcher RFID-Signalgeber kann beispielsweise Bestandteil eines TPMS (Tire Pressure Monitoring System - Reifendrucküberwachungssystem) des Reifens sein. Hierdurch kann die Erfassung der Reifenklasse automatisiert, d.h. ohne ein Zutun eines Nutzers, erfolgen.

Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Klassensignal für zumindest einen Reifen aus einer Schätzeinrichtung zum Schätzen der Reifenklasse empfangen werden. Die Schätzeinrichtung umfasst hierbei eine Beobachterfunktion, welche einen Schätzwert einer fahrdynamischen Größe, insbesondere einer Querbeschleunigung, ermittelt und mit einem Messwert dieser fahrdynamischen Größe vergleicht. Eine solche Beobachterfunktion kann beispielsweise durch einen Luenberger-Beobachter oder ein Kaiman-Filter oder ein künstliches neuronales Netzwerk bereitgestellt werden. Eine Beobachterfunktion ermittelt in Abhängigkeit von zum Beispiel einem Lenksignal einen Schätzwert für die fahrdynamische Größe, zum Beispiel die Querbeschleunigung, und legt hierbei ein Modell für ein fahrdynamisches Verhalten des Kraftfahrzeugs zugrunde. Falls der dann gemessene Wert für die fahrdynamische Größe, also zum Beispiel die Querbeschleunigung, von dem Schätzwert abweicht, so ist hieran erkennbar, dass ein Parameter des Modells nicht die tatsächlichen physikalischen Verhältnisse im Kraftfahrzeug beschreibt. In Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen dem Schätzwert und dem Messwert wird dann entsprechend die Reifenklasse ermittelt, also der Modellparameter für den Reifen angepasst. Ein solches Modell wird insbesondere in Form des so genannten Einspurmodells bereitgestellt, mittels welchem das fahrdynamische Verhalten eines Kraftfahrzeugs im Zusammenhang mit der Erfindung ausreichend genau beschrieben werden kann. Der Schätzwert wird also mittels des Einspurmodells ermittelt, welches zumindest einen von der Reifenklasse abhängigen Modellparameter aufweist. Durch Ändern der im Einspurmodell zugrundegelegten Reifenklasse wird also das Einspurmodell angepasst, sodass sich ein anderer Schätzwert ergibt. Durch vergleichen des dann resultierenden Schätzwerts mit dem Messwert kann überprüft werden, ob die richtige Reifenklasse geschätzt wurde.

Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch die Steuervorrichtung zum Steuern des zumindest einen Schwingungsdämpfers des Kraftfahrzeugs. Die Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung einen Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann zum Beispiel in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur (Fig.) beschrieben.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

Die Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich zum Beispiel um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann ein Fahrwerk 1 1 aufweisen, bei welchem durch Federbeine oder Schwingungsdämpfer 12 jeweils ein Rad 13 mit einem Reifen 14 federnd gelagert oder gehalten sein kann. Jeder Schwingungsdämpfer 12 kann eine Stelleinheit 15 aufweisen, die zum Beispiel ein Stellventil umfassen kann. Durch jede Stelleinheit 15 wird in Abhängigkeit von einem jeweiligen Stellsignal 16 eine Dämpferkraft oder Dämpferhärte eingestellt. Hierdurch ergibt sich eine Einfedergeschwindigkeit und/oder ein Einfederweg bei einem fahrdynamischen Vorgang, zum Beispiel einer Kurvenfahrt mit einer gegebenen Geschwindigkeit.

Jedes Stellsignal 16 kann durch eine Steuervorrichtung 17 des Kraftfahrzeugs 1 erzeugt werden. Jedes Stellsignal 16 kann dabei in Abhängigkeit von einem Situationssignal 18 eingestellt werden. Ein Beispiel für ein Situationssignal 18 ist ein Lenksignal, welches zum Beispiel einen Lenkwinkel eines Lenkrad 19 angibt, wie es zum Beispiel an einer Lenkstange 20 des Lenkrads 19 von einem Lenkwinkelsensor 21 erzeugt oder erfasst werden kann. Durch das Lenksignal ist somit eine Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs beschrieben. Ein anderes Beispiel für ein Situationssignal ist ein Betätigungssignal einer Bremse oder ein Beschleunigungssignal eines Beschleunigungssensors (nicht dargestellt), welcher eine Vertikalbeschleunigung und/oder Querbeschleunigung eines Aufbaus 22 des Kraftfahrzeugs 10 beschreibt.

Ein weiteres Beispiel für ein Situationssignal 18 ist ein Lenkmanöversignal, wie es zum Beispiel durch ein Fahrerassistenzsystem für ein geplantes Fahrmanöver erzeugt werden kann, wie es zum Beispiel bei einem automatisierten Ausweichmanöver vorgesehen sein kann. Handelt es sich bei dem Fahrmanöver um eine Kurvenfahrt, so ist entsprechend als geplante fahrdynamische Situation eine geplante Kurvenfahrt signalisiert.

In Abhängigkeit von dem Situationssignal 18 kann durch die Steuervorrichtung 17 ermittelt werden, welche Dämpferhärte der Schwingungsdämpfer 12 benötigt ist, um zum Beispiel ein vorgegebenes Wankverhalten, zum Beispiel einen vorgegebenen maximalen Wankwinkel einzustellen. Hierbei kann auch berücksichtigt werden, welche Eigenschaften die Reifen 14 aufweisen. Beispielsweise kann eine Härte der Reifen 14 berücksichtigt werden, zum Beispiel eine Kraft-Kennlinie, welche den Seitenkraftaufbau beschreibt und hierzu zum Beispiel einen Zusammenhang zwischen Radkraft (vertikale Belastung des Reifens) und Seitenkraft beschreibt. Die Eigenschaft des Reifens 14 hängt dabei insbesondere davon ab, ob es sich z.B. um einen Sommerreifen, einen Winterreifen oder einen Ganzjahresreifen handelt. Entsprechend kann für jede dieser Reifenklassen eine Kennlinie 23 in der Steuervorrichtung 17 vorgesehen sein. Die Kennlinien 23 repräsentieren jeweils mehrere Kennwerte zum Konfigurieren eines mittels der eingestellten Dämpferhärte bewirkten Kraftaufbaus, insbesondere einer Querkraft. Welche Kennlinie 23 aktuell zugrundegelegt wird, kann bei der Steuervorrichtung 17 in Abhängigkeit von einem Klassensignal 24 festgelegt sein. Das Klassensignal 24 kann zum Beispiel aus einer Bedieneinrichtung 25 empfangen werden, an welcher ein Benutzer des Kraftfahrzeugs 10 eine jeweilige Reifenklasse K1 , K2, K3 der Reifen 14 zum Beispiel in einem Bedienmenü 26 auswählen kann. Die Bedieneinrichtung 25 kann zum Beispiel ein Infotainmentsystem (Information-Unterhaltungssystem) des Kraftfahrzeugs 10 sein.

Alternativ dazu oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Reifenklasse selbstlernend mittels einer Beobachterfunktion 27 innerhalb der Steuervorrichtung 17 oder (nicht dargestellt) in einer anderen Steuervorrichtung erkannt oder eingestellt wird. Hierzu kann die Beobachterfunktion 27 ein digitales fahrdynamisches Modell, insbesondere ein Einspurmodell 28, in der beschriebenen Weise nutzen. So kann erkannt werden, dass zum Beispiel keine Sommerreifen verbaut sind, sondern Winterreifen oder Ganzjahresreifen oder Performance-Sommerreifen (zum Beispiel Semislicks). Über diese Einstellung kann ein Regler der Steuervorrichtung 17 konfiguriert werden und daraufhin ein Kraftaufbau an den Schwingungsdämpfern 12 insbesondere bei Querdynamikvorgängen konfiguriert werden.

So kann der Kraftaufbau an den Schwingungsdämpfers 12 unter Berücksichtigung des eingebauten oder bereitgestellten Reifens 14 erfolgen.

Hierdurch wird die Möglichkeit gegeben, bei dem semi-aktiven Fahrwerk 1 1 nicht nur für eine spezifische, fest vorgegebene Reifenklasse, zum Beispiel Sommerreifen, das Stellsignal zu erzeugen, sondern auch einen Winterreifenmodus oder einen Modus für Ganzjahresreifen oder Performance-Reifen, auszuwählen, der innerhalb der Dämpferregelung auf den unterschiedlichen Kraftaufbau in den Reifen der unterschiedlichen Reifenklassen reagiert. So kann die Gesamtperformance der Dämpferregelung auch beim Verbau von anderen Reifenklassen optimiert oder angepasst erfolgen. Durch die Anpassung ergibt sich jeweils zum Beispiel ein geringeres Wankverhalten als für den Fall, dass die Reifenklasse Sommerreifen zugrundegelegt wird, wenn Winterreifen oder eine andere Reifenklasse verwendet wird.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine Anpassung der Querdynamikregelung eines semi-aktiven Fahrwerks in Abhängigkeit von der Reifenklasse bereitgestellt werden kann. Bezugszeichenliste Kraftfahrzeug

Fahrwerk

Schwingungsdämpfer

Rad

Reifen

Stelleinheit

Stellsignal

Steuervorrichtung

Situationssignal

Lenkrad

Lenkstange

Lenkwinkelsensor

Aufbau

Kennlinie

Klassensignal

Bedieneinrichtung

Menü

Beobachterfunktion

Einspurmodell