Beeinflussungsvorrichtung mit Diagnoseeinheit zur Beeinflussung eines aktiven Federungssystems eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Beeinflussungsvorrichtung zur Beeinflussung eines aktiven Federungssystems eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der US 6 233 510 Bl ist ein Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Vorausbestimmung des Fahrbahnzustandes und zur Beeinflussung der Feder- oder Dämpfereinheiten des Fahrzeugs abhängig vom vorausbestimmten Fahrbahnzustand. Ein Sensor - beispielsweise Lasersensor oder ein

Bilderkennungssensor - erfasst die Fahrbahnoberfläche vor dem Fahrzeug und übermittelt die Sensordaten an eine Steuereinheit, die daraus das in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnprofil vorausbestimmt. Abhängig von diesem Fahrbahnprofil wird durch die Steuereinheit ein Federungssystem mit mehreren Feder- oder Dämpfereinheiten an und steuert oder regelt die Federrate, die Dämpfungsrate, den Druck, das Niveau, etc.

Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung den Funktionssicherheit der bekannten Vorrichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch eine Beeinflussungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Beeinflussungsvorrichtung weist einen Fahrbahnsensor auf, der Sensordaten von einer in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahn erzeugt, aus denen ein Fahrbahnprofil bestimmt werden kann, das einer Vorsteuereinheit übermittelt wird. Die Vorsteuereinheit bestimmt abhangig vom Fahrbahnprofil eine Vorsteuergroße, die dazu dient die Einstellung der Feder- oder Dampfereinheiten an das ermittelte Fahrbahnprofil anzupassen. Eine Diagnoseeinheit ist vorgesehen, die auf Basis von einer das Fahrbahnprofil beschreibenden Große und einer den aktuellen Zustand des Fahrzeugs beschreibenden Große eine Abweichung zwischen dem erwarteten Zustand des Fahrzeugs und dem tatsächlichen, aktuellen Zustand des Fahrzeugs ermittelt. Durch die Vorausbestimmung des in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahnprofils sind auch die Fahrbahnanregungen bekannt, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf die Fahrzeugrader einwirken. Daher ist es möglich, das Fahrzeugverhalten zu jedem Zeitpunkt vorherzusagen und mit dem tatsachlichen Fahrzeugverhalten zu vergleichen. Auf diese Weise können Regelungsfehler oder auch Systemdefekte festgestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemaßen Beeinflussungsvorrichtung ergeben sich aus den abhangigen Patentansprüchen .

Vorteilhafterweise ermittelt die Diagnoseeinheit den erwarteten Zustand des Fahrzeugs auf Basis des ermittelten Fahrbahnprofils, beispielsweise mit Hilfe eines vorgegebenen Fahrzeugmodells .

Auch besteht die Möglichkeit, dass die Diagnoseeinheit auf Basis der Abweichung einen Korrekturwert ermittelt, der zur Anpassung der Vorsteuergroße und/oder der modifizierten Vorsteuergroße dient. Durch diese Ausgestaltung kann die Beeinflussungsvorrichtung an äußere Bedingungen angepasst werden und z.B. Verschleißzustande des aktiven

Fahrwerksystems oder eine veränderte Dynamik der Aufbauregelung durch Temperaturschwankungen zumindest teilweise kompensieren.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn auf Basis der Vorsteuergroße eine Eingangsgroße für eine zur Regelung der Aufbauposition des Fahrzeugs dienende Aufbauregelung berechnet wird. Beispielsweise kann die anhand der Vorsteuergroße für die Aufbauregelung ermittelte Eingangsgroße einen in der Aufbauregelung vorgebbaren Sollwert modifizieren und dadurch die Einstellung des aktiven Fahrwerksystems bzw. des Fahrzeugs auf das vorherbestimmte Fahrbahnprofil erreichen. Die Ansteuerung der Feder- oder Dampfereinheiten abhangig vom Fahrbahnprofil wird mithin in eine Aufbauregelung zur Regelung der Aufbauposition des Fahrzeugaufbaus integriert. Dadurch ist sichergestellt, dass außerhalb des Wirkungsbereichs der Vorsteuerung oder bei defekter Vorsteuerung stets ein ausreichender Fahrkomfort gewahrleistet ist - in solchen Fallen wird die Position bzw. die Bewegung des Fahrzeugaufbaus immer noch mittels der Aufbauregelung geregelt. Die der Vorsteuerung überlagerte Aufbauregelung gewahrleistet daher einen sehr guten Fahrkomfort auch bei Fehlern der Vorsteuerung.

Die Vorsteuereinheit kann auch mehrere separate Vorsteuer- großen bestimmen, insbesondere ein Vorsteuerniveau für jede Feder- oder Dampfereinheit, das zur Ermittlung eines Sollniveaus der betreffenden Feder- oder Dampfereinheit dient und eine Vorsteueraufbauposition, die zur Beeinflussung eines Aufbaupositionsreglers der Aufbauregelung dient. Durch diese Maßnahme bestehen zur Modifikation der Aufbauregelung mehrere Freiheitsgrade, so dass die Aufbauregelung sehr einfach an vorgebbare Bedingungen oder Parameter angepasst werden kann, wie z.B. die Frequenz der durch das ermittelte Fahrbahnprofil bekannten, auf das Fahrzeug einwirkenden Fahrbahnanregungen. Das Vorsteuerniveau kann dabei für jedes Fahrzeugrad separat bestimmt werden.

Dabei kann zumindest das Vorsteuerniveau in einer Modifikationsstufe unter Berücksichtigung von vorgegebenen Eigenschaften der Aufbauregelung zu einem modifizierten Vorsteuerniveau umgewandelt werden und zur Bestimmung des Sollniveaus für die Feder- oder Dämpfereinheiten dienen. Auf diese Weise ist eine Anpassung des Vorsteuerniveaus an die Systemgrenzen oder dynamischen Eigenschaften der Aufbauregelung möglich. Insbesondere ist die Modifikationsstufe als Systemdynamikstufe ausgeführt und bestimmt aus dem Vorsteuerniveau ein dynamikoptimiertes Vorsteuerniveau, wobei das dynamikoptimierte Vorsteuerniveau das dynamische Verhalten des aktiven Federungssystems des Fahrzeugs berücksichtigt.

Es ist auch von Vorteil, wenn das Sollniveau für eine Federoder Dämpfereinheit auf Basis des Vorsteuerniveaus und/oder eines daraus gebildeten modifizierten Vorsteuerniveaus sowie einer Ausgangsgröße des Aufbaupositionsreglers bestimmt wird. Dadurch ist eine einfache Anpassung des Sollniveaus an das vor dem Fahrzeug befindliche, ermittelte Fahrbahnprofil möglich .

Dadurch, dass die Vorsteueraufbauposition zur Korrektur eines an den Aufbaupositionsregler zurückgeführten tatsächlichen Zustandwerts des Fahrzeugs verwendet wird, kann ein verbessertes Zusammenwirken der Aufbauregelung und der Vorsteuerung erreicht werden. Insbesondere kann dem Aufbaupositionsregler dabei anstelle der tatsächlichen Aufbauposition eine mittels der Vorsteueraufbauposition korrigierte Aufbauposition und/oder anstelle der tatsächlichen Aufbauvertikalgeschwindigkeit eine mittels der zeitlichen Ableitung der Vorsteueraufbauposition korrigierte Aufbauvertikalgeschwindigkeit zugeführt wird. Mithin ist gewährleistet, dass der Aufbaupositionsregler die durch die Vorsteuerung möglicherweise verursachte Veränderung in der Aufbauposition nicht auszuregeln versucht.

Die Aufbauregelung kann eine Fahrwerkregelung aufweisen, die wiederum das aktive Fahrwerksystem mit den einstellbaren Feder- oder Dämpfereinheiten aufweist, die jeweils eine einstellbare Feder und/oder einen einstellbare Dämpfer enthalten können. Ein zur Beeinflussung des Istniveaus der einstellbaren Feder dienendes Vorsteuerniveau wird bestimmt, wenn in der Feder- oder Dämpfereinheit eine einstellbare Feder vorgesehen ist. Eine zur Beeinflussung der Dämpfungswirkung des einstellbaren Dämpfers dienende Dämpfungsvariable wird bestimmt, wenn in der Feder- oder Dämpfereinheit ein einstellbarer Dämpfer vorgesehen ist. Mithin kann die Integration der Vorsteuerung in die Aufbauregelung mit einem aktiven Fahrwerk erfolgen, das einstellbare Federn oder einstellbare Dämpfer oder auch beides aufweist.

Es ist auch vorteilhaft, wenn aus dem ermittelten Fahrbahnprofil in einer Radbewegungsermittlungsstufe eine berechnete Radposition ermittelt wird, die der Vorsteuereinheit als Eingangsgröße übermittelt wird. Dabei können insbesondere die dynamischen Eigenschaften des Fahrzeugrades berücksichtigt werden. Die Vorsteuerung ist durch die Berücksichtigung der berechneten Radposition genauer, wodurch eine weitere Komfortsteigerung erreicht wird. Zumindest eine der Vorsteuergrößen kann abhängig von der berechneten Radposition ermittelt werden.

Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn anhand einer das Fahrbahnprofil beschreibenden Größe ein Konturprofil ermittelt wird, das eine Positionsbahn aus mehreren Aufbaupositionen für die Fahrt des Fahrzeugs entlang des Fahrbahnprofils beschreibt, wobei die Krümmung des Konturprofils unter der Randbedingung minimiert wird, dass die an den Feder- oder Dämpfereinheiten maximal zur Verfügung stehenden Federwege eingehalten werden. Dies gewährleistet einen größtmöglichen Komfort unter Berücksichtigung der

Tatsache, dass abhängig vom Fahrbahnprofil nicht immer alle Fahrbahnerhöhungen oder Fahrbahnvertiefungen durch die aktiven Federungssysteme ohne Rückwirkung auf die Aufbauposition ausgeglichen werden können.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Aufbauregelung durch die Vorsteuergröße bzw. modifizierte Vorsteuergröße derart beeinflusst wird, dass die Aufbauposition des Fahrzeugaufbaus bei Fahrbahnanregungen in einem unteren Frequenzbereich unterhalb einer unteren Grenzfrequenz dem Fahrbahnprofil im Wesentlichen folgt. In diesem unteren Frequenzbereich werden Fahrbahnprofiländerungen in entsprechende

Aufbaupositionsänderungen umgesetzt, wodurch eine einfache Umsetzungsmöglichkeit für Optimierung des Komforts unter Beachtung der Systemgrenzen möglich ist.

Die untere Grenzfrequenz kann dabei variabel sein und von einer das Fahrbahnprofil beschreibenden Größe abhängen, insbesondere vom ermittelten aufbereiteten Fahrbahnprofil. Ferner kann die untere Grenzfrequenz von den an den Federoder Dämpfereinheiten jeweils maximal zur Verfügung stehenden Federwegen abhängen. In dem die untere Grenzfrequenz unter der Randbedingung minimiert wird, dass die an den Feder- oder Dämpfereinheiten maximal zur Verfügung stehenden Federwege beim Fahren entlang des vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahnprofils eingehalten werden, kann auf einfache Weise der größtmögliche Komfort unter Beachtung der Systemgrenzen, insbesondere der Federweggrenzen, erzielt werden. Die Krümmung des Konturprofils lässt sich unter Einhaltung der an den Feder- oder Dämpfereinheiten maximal zur Verfügung stehenden Federwege sehr einfach minimieren.

Dabei kann die Aufbauregelung die Aufbauposition des Fahrzeugaufbaus bei Fahrbahnanregungen mit Frequenzen oberhalb der unteren Grenzfrequenz mit dem Ziel regeln, die Aufbauposition im Wesentlichen unverändert beizubehalten, so dass ein hoher Komfort im Bereich von Frequenzen oberhalb des

unteren Frequenzbereichs gegeben ist. Fahrbahnanregungen sollen sich in diesem Frequenzbereich nicht auf die Aufbauposition auswirken. Dies gilt bis zu einer oberen Grenzfrequenz von etwa 8-10 Hz, die der dynamischen Grenze des aktiven Federungssystems entspricht.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teil-Fahrzeug- Modells mit Rad, Feder- oder Dämpfereinheit und Fahrzeugaufbau,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform der

Beeinflussungsvorrichtung in schematischer, blockschaltbildähnlicher Darstellung,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der

Beeinflussungsvorrichtung in schematischer, blockschaltbildähnlicher Darstellung,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der

Beeinflussungsvorrichtung in schematischer, blockschaltbildähnlicher Darstellung,

Fig. 5 eine Diagnoseeinheit der Beeinflussungsvorrichtung in schematischer, blockschaltbildähnlicher Darstellung,

Fig. 6a eine schematische Teildarstellung eines ersten aktiven Federungssystems mit Feder- oder Dämpfereinheit und

Fig. βb eine schematische Teildarstellung eines zweiten aktiven Federungssystems mit Feder- oder Dämpfereinheit .

In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Teil- Fahrzeug-Modells dargestellt, mit einem Fahrzeugrad 10, der diesem Fahrzeugrad 10 zugeordneten ansteuerbaren Feder- oder Dämpfereinheit 11 und dem als Masse dargestellten

Fahrzeugaufbau 12, der einen Fahrzeugschwerpunkt 13 aufweist. Das Teil-Fahrzeug-Modell stellt nur den für eines der Fahrzeugrader 10 betreffenden Teil des Gesamtfahrzeugs dar und gilt beispielsweise bei einem PKW mit zwei Achsen für jedes der vier Fahrzeugrader 10 sowie für die vier Federoder Dampfereinheiten 11.

Dieses Teil-Fahrzeug-Modell ist bezogen auf ein ortsfestes Koordinatensystem 14. Mit h(s) ist das tatsachliche Fahrbahnprofil der Fahrbahn gekennzeichnet, wobei der Weg s die Abszisse des Koordinatensystems 14 darstellt und das Fahrbahnprofil h(s) in Richtung der Fahrzeughochachse gemessen wird. Die Radposition des Fahrzeugrades 10 in Richtung der Fahrzeughochachse ist als r bezeichnet und die Aufbauposition des Fahrzeugschwerpunkts 13 in Richtung der Fahrzeughochachse gesehen ist mit dem Bezugszeichen z versehen, x ist der Abstand zwischen der Aufbauposition z des Fahrzeugaufbaus 12 und der Radposition r des Fahrzeugrads 10 und hier definiert als

x = z-r (Gl.l)

In Fig. 1 ist schließlich mit dem Bezugszeichen y das aktuelle Istniveau der Feder- oder Dampfereinheit 11 bezeichnet, das durch die Ansteuerung eines Aktors 11' der Feder- oder Dampfereinheit 11 einstellbar bzw. veränderbar ist.

Das Fahrbahnprofil h kann für jede Fahrzeugseite und ggf. für jedes Fahrzeugrad 10 unterschiedlich sein. Auch die Radpositionen r der Fahrzeugrader 10 und die Istniveaus y können sich an allen Feder- oder Dampfereinheiten 11 bzw. Fahrzeugradern 10 unterscheiden. Daher werden diese Großen für jede der Feder- oder Dampfereinheiten 11 separat ermittelt bzw. eingestellt.

Die Beeinflussung bzw. Regelung der Aufbauposition z und/oder der Bewegung des Fahrzeugaufbaus 12 kann in drei Dimensionen erfolgen. Demnach kann das Nicken und/oder das Wanken und/oder das Hüben, sowie die Radaufstandskrafte der Fahrzeugrader auf der Fahrbahnoberflache beeinflusst, gesteuert oder geregelt werden. Dadurch lasst sich auch eine Verspannung des Fahrwerks beispielsweise zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs erreichen, insbesondere können die Radaufstandskrafte zweier sich diagonal gegenüberliegender Fahrzeugrader gegenüber den Radaufstandskraften der anderen beiden sich diagonal gegenüberliegenden Fahrzeugradern erhöht oder verringert werden. Auf diese Weise lasst sich das querdynamische Verhalten des Fahrzeugs beeinflussen.

In den Fig. 6a und 6b sind zwei Beispiele von aktiven Fahrwerksystemen schematisch anhand eines Fahrzeugrades 10 in Teildarstellung gezeigt. Als Feder- oder Dampfereinheit 11 sind dort aktive Feder- oder Dampfereinheiten IIa bzw. IIb mit einstellbaren Federn vorgesehen. Alternativ oder zusatzlich konnte auch aktive Feder- oder Dampfereinheiten 11 mit einstellbaren Dampfern verwendet werden.

Fig. 6a zeigt eine aktive hydropneumatische Feder- oder Dampfereinheit IIa mit einer Druckquelle 60 und einem Vorratsbehalter 61 die jeweils fluidisch mit einem elektrisch ansteuerbaren Federventil 62 verbunden sind. Das Federventil 62 kann abhangig von seiner Ventilstellung entweder die Druckquelle 60 oder den Vorratsbehalter 61 mit einem Druckraum 63 einer Kolben-Zylinder-Emheit 64, die den Aktor 11' der hydropneumatischen Feder- oder Dampfereinheit IIa darstellt, fluidisch verbinden oder alle Fluidverbindungen unterbrechen, so dass das Istniveau y der hydropneumatischen Feder- oder Dampfereinheit IIa vergrößert, verkleinert oder konstant gehalten werden kann. Mit dem Druckraum 63 ist über eine Drossel 65 ein Arbeitsraum 66 eines Druckgasbehalters 67 verbunden. Der Arbeitsraum 66 ist durch eine flexible Membran von einem Druckgasraum 68 getrennt. Das kompressible Druckgas

im Druckgasraum 68 sorgt bei der hydropneumatischen Federeinheit IIa für die Federwirkung. Die Drossel 65 bewirkt eine Dämpfung. Die Kolben-Zylinder-Einheit 64 und der Druckgasbehälter 67 stellen die einstellbare Feder 64, 67 dar.

Eine weitere Form einer aktiven Feder- oder Dämpfereinheit 11 eines aktiven Fahrwerksystems ist in Fig. 6b gezeigt, die als ABC-Federeinheit IIb bezeichnet werden kann, wobei „ABC" für „Active Body Control" steht. Gleiche Bestandteile gegenüber der hydropneumatischen Federeinheit IIa sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die ABC-Federeinheit IIb weist im Gegensatz zur hydropneumatischen Federeinheit IIa keinen Druckgasbehälter 67 auf. Die ABC-Federeinheit IIb weist eine Reihenanordnung einer Schraubenfeder 70 mit der Kolben- Zylinder-Einheit 64 auf, wobei diese Reihenschaltung die einstellbare Feder 64, 70 der Feder- oder Dämpfereinheit IIb bildet. Parallel zu dieser einstellbaren Feder 64, 70 ist ein separater Dämpfer 71 vorgesehen. Wie bei der hydropneumatischen Federeinheit IIa kann der Druckraum 63 der Kolben- Zylinder-Einheit 64 über das Federventil befüllt, entleert oder angesperrt werden, um das Istniveau y der ABC- Federeinheit IIb auf ein Sollniveau y _so ii einzustellen.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Beeinflussungsvorrichtung 20 ist in Fig. 2 in Form eines Blockschaltbilds dargestellt. Die Beeinflussungseinrichtung 20 steuert die aktiven Federoder Dämpfereinheit 11 abhängig vom Zustand der in Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahn an. Auf diese Weise können die Feder- oder Dämpfereinheiten 11 bereits auf vor dem Fahrzeug liegende Fahrbahnanregungen wie Schlaglöcher, Schwellen, Querrinnen, etc. eingestellt werden, noch bevor das Fahrzeug die Stelle des Weges s mit der Fahrbahnanregung erreicht hat . Zur Erkennung des die Fahrbahnanregung beschreibenden Fahrbahnprofils weist die Beeinflussungseinrichtung 20 einen Fahrbahnsensor 21 auf, der die Fahrbahnoberfläche in

Fahrtrichtung gesehen vor dem Fahrzeug beobachtet und das Fahrbahnprofil beschreibende Sensordaten d an eine Datenaufbereitungseinheit 22 übermittelt.

In der Datenaufbereitungseinheit 22 wird aus den Fahrbahnsensordaten d das aufbereitete Fahrbahnprofil h _L ermittelt. Der Datenaufbereitungseinheit 22 wird zur Ermittlung des aufbereiteten Fahrbahnprofils h _L auch die aktuelle Fahrzeuglängsgeschwindigkeit V _x und weitere Zustandsdaten wie, z.B. die aktuelle Aufbauposition z oder die Istniveaus y der Feder- oder Dämpfereinheiten 11 zugeführt. Mithin ist die Position und Ausrichtung des Fahrbahnsensors 21 bekannt, so dass eine genaue Fahrbahnprofilbestimmung möglich wird. Des Weiteren werden in der Datenaufbereitungseinheit 22 Anteile von durch die Sensordaten d beschriebenen Fahrbahnanregungen mit einer Freguenz oberhalb einer vorgebbaren oberen Grenzfrequenz von beispielsweise 8-10 Hz herausgefiltert. Als Ausgangssignal wird von der Datenaufbereitungseinheit 22 das aufbereitete Fahrbahnprofil h _L bereitgestellt.

Aus dem aufbereiteten Fahrbahnprofil h _L werden in einer Radbewegungsermittlungsstufe 23 die sich daraus ergebenden vertikalen Radbewegungen der Fahrzeugräder 10 ermittelt und somit für jedes Fahrzeugrad eine niederfrequente, berechnete Radposition r _L anhand folgender Gleichung bestimmt:

wobei m _R die Masse des jeweiligen Fahrzeugrades 10, c _R eine Radvertikalfederkonstante, k _R eine Radvertikaldämpfungs- konstante, und r _L die berechnete Radvertikalgeschwindigkeit (die zeitliche Ableitung der berechneten Radposition r _L ) , r, die berechnete Radvertikalbeschleunigung (die zeitliche Ableitung der berechneten Radvertikalgeschwindigkeit r _L ) und h _L die aufbereitete Fahrbahnprofiländerung (die zeitliche Ableitung des aufbereiteten Fahrbahnprofils h _L ) ist.

Bei einer alternativen, einfachen Ausführungsvariante könnte die berechnete Radposition r _L auch aus der Summe des aufbereiteten Fahrbahnprofils h _L und einer den Radius des Fahrzeugrades 10 angebenden Konstante berechnet werden, wobei die vertikalen Feder- und Dämpfungseigenschaften des Fahrzeugrades 10 vernachlässigt würden.

Die Beeinflussungsvorrichtung 20 weist ferner eine Vorsteuereinheit 24 auf, die auf Basis der jeweiligen berechneten Radposition r _L ein Vorsteuersignal ermittelt, das dann für die Regelung der Position bzw. Bewegung des Fahrzeugaufbaus 13 und/oder für die Regelung der Istniveaus y der Feder- oder Dämpfereinheiten 11 des Fahrzeugs verwendet wird.

Beim ersten Ausführungsbeispiel der Beeinflussungsvorrichtung 20 wird als Vorsteuersignal jeweils ein Vorsteuerniveau y _P für jede Federeinheit 11 ermittelt. Für das Vorsteuerniveau y _P des jeweiligen Fahrzeugrades 10 ergibt sich - abhängig vom verwendeten aktiven Fahrwerksystem - beispielsgemäß folgender Zusammenhang :

y _P =-r _L -—r _L , (Gl.3)

wobei c _F eine Federkonstante der Feder- oder Dämpfereinheit 11, k _F eine Dämpferkonstante der Feder- oder Dämpfereinheit 11 und die berechnete Radvertikalgeschwindigkeit r, die zeitliche Ableitung der berechneten Radposition r _L ist. Dies gilt unter der Voraussetzung, dass der Fahrzeugaufbau 12 auch bei niederfrequenten Anregungen unterhalb einer unteren Grenzfrequenz von beispielsweise 0,5 Hz in Ruhe verbleiben soll.

Aus dem Vorsteuerniveau y _P wird anschließend in einem Vorsteuerdynamikfilter 25 das gefilterte Vorsteuerniveau y _PL gebildet :

λM (,) N (,)

∑b,y _PL =∑a,y _P (Gl.4)

/=0 (=0

Die Vorgehensweise zur Bestimmung der Filterkoeffizienten ai und bi des Vorsteuerdynamikfilters 25 ist an sich aus Filterentwurfsverfahren bekannt und wird weiter unten kurz erläutert .

Das gefilterte Vorsteuerniveau y _PL wird schließlich an eine Aufbauregelung 26 übermittelt, die die Aufbauposition z auf Basis eines vorgegebenen Aufbaupositionssollwertes z _so n regelt, insbesondere ist dabei z _so n = konstant. Diese Aufbauregelung 26 weist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Skyhookregler 27 und eine Fahrwerkregelung 28 auf. Dem Skyhookregler 27 wird die aktuelle Radposition r, sowie die aktuelle Radvertikalgeschwindigkeit r für jedes der Fahrzeugräder 10 und die aktuelle Aufbauposition z sowie deren zeitliche Ableitung, die aktuelle Aufbauvertikalgeschwindigkeit z als Eingangsgrößen vorgegeben.

Der Skyhookregler 27 ermittelt aus den genannten Eingangsgrößen für jede Feder- oder Dämpfereinheit 11 ein Skyhookniveau y _sk , um den Fahrzeugaufbau 12 in seine vorgebbare gewünschte Position zu bringen. Dabei gilt:

wobei Cs eine Skyhookfederkonstante und k _s eine Skyhook- dämpferkonstante ist.

F _e ist dabei eine Skyhook-Rückstellkraft gemäß folgender Zusammenhänge :

F. = c,x _β + k.x. , ( Gl . 6 )

wobei x _e einen synthetischen Anschlag darstellt mit

x..»«g-O--# [ -*l- ^δ 0 ^x - ⁾ _(G1 . ₇₎

δx _max ist eine Skyhook-Federwegbegrenzung, c _e ist eine Ruckstellfederkonstante und k _e eine Ruckstelldampferkonstante, die abhangig vom gewünschten Skyhook- Reglerverhalten vorgegeben sind.

Aus dem betreffenden Skyhookniveau y _Sk und dem betreffenden gefilterten Vorsteuerniveau y _PL wird für jedes der Feder ^¬ oder Dampfereinheiten 11 das Sollniveau y _so ii bestimmt und der Fahrwerkregelung 28 zur Einstellung übermittelt:

Ysoii = Ysk + YPL (Gl.8)

Die Filterkoeffizienten a _x und b _x des Vorsteuerdynamikfilters 25 können wir folgt ermittelt werden: Das Ubertragungs- verhalten der Fahrwerkregelung 28 kann durch Messungen bestimmt werden. Somit ist bekannt, welche Ubertragungs- dynamik das Vorsteuerniveau y _P ohne das Vorsteuerdynamik- filter 25 erfahren wurde. Anhand bekannter Filterentwurfsmethoden wird nun ein Filter entworfen, das möglichst amplitudentreu ist und bis zu einer möglichst hohen Frequenz keine Phasenverzogerungen verursacht. Z.B. kann im einfachsten Fall ein PD-Glied mit einem Proportional- verstarkungsfaktor KP=I verwendet werden.

Durch das Integrieren der Vorsteuerung der aktiven Federeinheiten 11 in die Aufbauregelung 26 ist sichergestellt, dass außerhalb des Wirkungsbereichs der Vorsteuerung oder bei defekter Vorsteuerung stets ein ausreichender Fahrkomfort gewahrleistet ist - in solchen

Fällen wird die Position bzw. die Bewegung des Fahrzeugaufbaus 12 immer noch mittels des Skyhookreglers 27 geregelt.

Im Folgenden wird ein gegenüber dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel erweitertes, zweites Ausführungsbeispiel der Beeinflussungsvorrichtung 20 erläutert. Diese zweite Ausführungsvariante weist zusätzlich zum ersten Ausführungsbeispiel eine Konturermittlungseinheit 40 und eine Aufbaubewegungsermittlungsstufe 41 auf, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.

Bei dieser zweiten Ausführungsform der Beeinflussungseinrichtung 20 wird der Komfort unter Berücksichtigung der Federweggrenzen der Feder- oder Dämpfereinheiten 11 optimiert. Die Beeinflussungseinrichtung 20 kennt das aufbereitete Fahrbahnprofil h _L bis zu einer Stelle maximaler Sensorreichweite s _max vor dem Fahrzeug. Die Istniveaus y der Feder- oder Dämpfereinheiten 11 werden in diesem Abschnitt des Weges s, in dem das aufbereitete Fahrbahnprofil h _L bekannt ist, derart eingestellt, dass der jeweils maximal zur Verfügung stehende Federweg δz _ma χ eingehalten wird und sich die Aufbauposition z während der Fahrt des Fahrzeugs entlang des vorherbestimmten aufbereiteten Fahrbahnprofils entlang einer Positionsbahn mit geringstmöglicher Krümmung bewegt. Auf diese Weise wird das Komfortpotenzial optimal ausgeschöpft. Die Konturermittlungseinheit 40 ermittelt hierfür ein Konturprofil h _κ , das die Positionsbahn aus mehreren Aufbaupositionen für die Fahrt des Fahrzeugs entlang des vorbestimmten aufbereiteten Fahrbahnprofils h _L beschreibt, wobei die Krümmung des Konturprofils h _κ unter der Randbedingung minimiert wird, dass die an den Feder- oder Dämpfereinheiten 11 maximal zur Verfügung stehenden Federwege δz _max jeweils eingehalten werden.

Mithin wird in der Konturermittlungseinheit 40 abhängig vom aufbereiteten Fahrbahnprofil h _L ein Konturprofil h _κ bestimmt, das diese Positionsbahn charakterisiert. Beispielsgemäß

erfolgt die Bestimmung des Konturprofils h _κ in der Konturermittlungseinheit 40 durch eine insbesondere phasenfreien Tiefpass-Filterung des aufbereiteten Fahrbahnprofils h _L . Die Grenzfrequenz dieser Tiefpass- Filterung wird dabei so gering wie möglich gewählt, unter der Bedingung, dass dabei der maximal zur Verfugung stehende Federweg δz _max an jeder Feder- oder Dampfereinheit 11 eingehalten wird. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der maximal zur Verfugung stehende Federweg δz _max abhangig von den Istniveaus der einzelnen Feder- oder Dampfereinheiten 11 in Richtung der Einfederung und in Richtung der Ausfederung der jeweiligen Feder- oder Dampfereinheit 11 unterschiedlich groß ist und sich die Werte auch andern. An jeder Feder- oder Dampfereinheit 11 müssen daher ein maximaler Einfederweg δz _max , _e in und ein maximaler Ausfederweg δz _maX/aus berücksichtigt werden, die der übersichtlichkeit halber unter δz _max zusammengefasst sind. Dxe Berechnungsmethode ist in für beide Werte prinzipiell dieselbe .

Beim bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel wird die geringst- mogliche Grenzfrequenz für die Tiefpassfilterung in der Konturermittlungseinheit 40 iterativ bestimmt. Ausgehend von einer Startfrequenz, die z.B. OHz sein kann, wird ein Tiefpassfilterergebnis TP berechnet und anschließend überprüft, ob die Randbedingung der maximal zur Verfugung stehenden Federwege eingehalten werden kann:

Ist die Bedingung gemäß Glexchung (Gl.9) erfüllt, so entspricht das Konturprofil h _κ dem Tiefpassfilterergebnis TP. Ist diese Bedingung nicht erfüllt und werden die maximal zu Verfugung stehenden Federwege δz _max erreicht oder überschritten, so wird die Startfrequenz erhöht und ein neues Tiefpassfilterergebnis TP berechnet. Diese Iterationsschleife wird so lange durchlaufen, bis ein Tiefpassfilterergebnis TP

gefunden wurde, das die in Gleichung (Gl.9) angegebene Randbedingung erfüllt. Das auf diese Weise ermittelte Konturprofil h _κ wird dann an die Aufbaubewegungsermittlungsstufe 41 übermittelt.

Die Aufbaubewegungsermittlungsstufe 41 berechnet aus dem Konturprofil h _κ eine Konturaufbauposition z _κ und eine Konturkraft F _κ :

Z _κ = h _κ (Gl.10)

F _κ =^- (Gl.11) ^m A

Die Konturkraft F _κ wird der Radbewegungsermittlungsstufe 23 zugeführt, die die berechnete Radposition r _L bei diesem zweiten Ausfuhrungsbeispiel auf Basis der Gleichung bestimmt:

^m R'h ^{~ r} ι) ^{~ F} κ ^k _R {h _L ^~ r _L ), ⁽ Gl.12 ⁾

gilt und m _A die Masse des Fahrzeugaufbaus 12 und h _L die zeitliche Ableitung der aufbereiteten Fahrbahnprofilanderung h _L ist.

Der Vorsteuereinheit 24 werden die berechnete Radposition r _L und die Konturaufbauposition zugeführt. Bei dieser zweiten Ausfuhrungsform der Beeinflussungsvorrichtung 20 ermittelt die Vorsteuereinheit 24 neben den Vorsteuerniveaus y _P für die einzelnen Feder- oder Dampfereinheiten 11 eine Vorsteueraufbauposition z _P als weitere Vorsteuergroße, die an die Aufbauregelung 26 weitergeleitet wird. Die Vorsteuergroßen ergeben sich wie folgt:

y _P == ^—-- ₍ (rr _LL --zz _PP ))- ^l ^"-((rr _LL --z _P ) (Gl.13!

Zp = z _κ (Gl.14)

Für die Berechnung des Skyhookniveaus y _sk werden korrigierte Zustandwerte Az,Az verwendet, um die Kompatibilität der

Vorsteuerung durch die Vorsteuereinheit 24 und die Aufbauregelung 26 zu verbessern. Dadurch wird sichergestellt, dass die Aufbauregelung 26 und beispielsgemäß der Skyhookregler 27 die zu den Skyhookniveaus y _Sk hinzuaddierten Vorsteuerniveaus y _P nicht als Störgrößen betrachtet und zumindest teilweise wieder kompensiert. Die korrigierten Zustandwerte ergeben sich wie folgt:

Az = z-z _p (Gl.15)

Az = z-z _F (Gl.16)

Die Berechnung der korrigierten Zustandwerte Az,Az erfolgt in einer Differenzstufe 42.

Die im Skyhookregler 27 ermittelte Vorsteueraufbauposition z _P ergibt sich daher zu:

fc _s (r-(z-z _p ))-k _s -z + F _e -c _F (r-(z-z _p ))-k _F (r-(z-z _P )λ ^ ^

Für die Skyhook-Rückstellkraft F _e gelten dabei die Gleichungen (Gl.6) und (Gl.7) wie beim ersten Ausführungsbeispiel .

Schließlich werden wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Beeinflussungseinrichtung 20 die Sollniveaus y _so ii der einzelnen Federeinheiten 11 anhand von Gleichung (Gl.8) berechnet:

Ysoii = Ysk + YPL (Gl.8)

Eine weitere Verbesserung integrierten Vorsteuerung und Aufbauregelung kann erreicht werden, wenn der Skyhookregler 27 einen Skyhookkorrekturterm y _skk bestimmt, der zum Skyhookniveau y _Sk und dem gefilterten Vorsteuerniveau y _PL addiert wird:

Anstelle von Gleichung (Gl.8) ergibt sich dann:

y _S oii = y _S k + ypL + y _S kk ( Gl . 8 ' )

Fig. 4 zeigt eine weitere, dritte Ausführungsform der Beeinflussungseinrichtung 20. Anstelle des Vorsteuer- dynamikfilters 25 ist ein Systemdynamikstufe 45 vorgesehen, die bei der Bestimmung eines an die Aufbauregelung 26 weitergegebenen dynamikoptimierten Vorsteuerniveaus y _P i auf Basis des Vorsteuerniveaus y _P das Systemverhalten des aktiven Fahrwerksystems berücksichtigt, insbesondere dessen zeit- bzw. dynamisches Verhalten beim Einstellen der Vorsteuergrößen. Ansonsten entspricht diese dritte Ausführungsform der zweiten Ausführungsform der Beeinflussungseinrichtung 20. Anstelle vom gefilterten Vorsteuerniveau y _PL der zweiten Ausführungsform wird nunmehr aus dem Vorsteuerniveau y _P der Vorsteuereinheit 24 das dynamikoptimierte Vorsteuerniveau y _P± bestimmt :

Die Koeffizienten Ui und wi können durch das übertragungsverhalten des verwendeten aktiven Fahrwerksystems des Fahrzeugs bestimmt werden und unterscheiden sich mithin bei verschiedenen Fahrzeugtypen. Dieses übertragungsverhalten kann durch Messungen ermittelt werden.

Beispielsweise kann das übertragungsverhalten zwischen dem Sollniveau y _so ii und dem Istniveau y einer Feder- oder Dämpfereinheit 11 eines aktiven Fahrwerksystems mit ABC- Feder- oder Dämpfereinheiten IIb - vgl. Fig. 6b - wie folgt gegeben sein:

y + 2D _v ω _v y + ω _v (2D _F ω _F q _z + ω _v (l-q ₂ ))y + ω _v ω _F ² q _z y = q _z ω _v ω _F y^, + q _z ω _v (2D _F ω _t -ω _v )y _wll

(Gl.20) mit :

D _v Ventildämpfung eines Steuerventils der Federeinheit 11; ω _v Ventilgrenzfrequenz D _F Positionsregelungsdampfung ω _F Positionsregelungsgrenzfrequenz q _z Konstante der Federeinheit 11, die den Einfluss des Drucks beschreibt

Aus dieser Differentialgleichung kann dann die Ubertragungs- funktion G des aktiven Fahrwerksystems ermittelt werden mit

Wird daraus die inverse übertragungsfunktion G _lnv berechnet, so erhält man den Zusammenhang zwischen dem Vorsteuerniveau y _p und dem dynamikoptimierten Vorsteuerniveaus y _Pl :

Y _PI = G _lnv -y _P (Gl.22)

Daraus ergeben sich die Koeffizienten U ₁ und W ₁ im Ansatz gemäß Gleichung (Gl.19), der dann als rechnerische Umsetzung der inversen übertragungsfunktion G _inv verwendet werden kann. Diese Vorgehensweise ist analog zur Bestimmung der Filterkoeffizienten des Vorsteuerdynamikfilters 25 bei den ersten beiden Ausführungsformen der Beeinflussungsvorrichtung 20.

Die mit Hilfe der Vorsteuereinheit 24 erzielte Vorsteuerung kann für alle aktiven Fahrwerke, mit denen eine Aufbauregelung durchführbar ist, eingesetzt werden.

Vorstehend wurde die Anwendung insbesondere bei aktiven Fahrwerken mit einstellbaren Federn 64, 67 bzw. 64, 70 beschrieben. Es ist aber ebenso möglich, die Dampfungscharakteristik eines oder mehrerer einstellbarer Dampfer eines aktiven Fahrwerksystems zur Regelung der Aufbauposition in dem Sinne verändert werden, dass unerwünschte Aufbaubewegungen durch Erhohen bzw. Verringern der Dampfungswirkung verhindert werden. Dazu können die beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele der

Beeinflussungsvorrichtung 20 modifiziert werden. Mit Hilfe der ermittelten Niveaugroßen für die Federeinheiten 11 kann eine variable Dampfungswirkung ermittelt werden, die durch die Kenntnis des vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahnprofils über die Vorsteuereinheit 24 verändert wird. Dies kann folgendermaßen erfolgen:

Als Ausgangspunkt dient folgende Gleichung für eine Federoder Dampfereinheit 11 mit einstellbarem Dampfer:

F _CD =c _F -x + (k _F +Ak)x (Gl.231

mit :

F _C D : Federkraft x : Differenz zwischen Radposition und Aufbauposition c _F : Federkonstante der Feder k _F : Dampfungskonstante des Dampfers

δk : einstellbare Dampfungsvariable

Für eine Feder- oder Dampfereinheit 11 mit einem veränderbaren Niveau der Feder gilt:

F _cυ =c _F (x + y) + k, (x^)>) (Gl.24)

Aus den Gleichungen (Gl.23), (Gl.24) und (Gl.l) erhalt man die einstellbare Dampfungsvariable :

_{Ak =} cF.y + kF.y _(G1>25) x

Auf Basis der Gleichung (Gl.25) können das Istniveau y, das Sollniveau y _so i:u das Vorsteuerniveau y _P , das gefilterte Vorsteuerniveau y _PL und das dynamikoptimierte Vorsteuerniveau y _Pl in einen jeweils entsprechenden Wert für die Dampfungsvariable umgerechnet werden. Beispielsweise kann die Vorsteuereinheit 24 eine Vorsteuerdampfung δk _P und der Skyhookregler 27 eine Skyhookdampfung δk _Sk bestimmen, aus denen sich dann auch ein Dampfungssollwert δk _so n ermitteln lasst. Für die dritte Ausfuhrungsform der Beeinflussungsvorrichtung 20 gilt beispielsweise:

cF-y _λ+ kF.y _λ ^^ r - z

cF-y _P+ kF-y _{P (GI>27)} ^r L ~ ² K

Die dynamikoptimierte Vorsteuerdampfung δk _Pl ergibt sich analog zur Filterung des Vorsteuerniveaus aus der Vorsteuerdampfung δk _P wie oben beschrieben. Schließlich lasst sich die Solldampfung ermitteln aus

δk _P = δk _Pl + δk _sk (Gl.28)

Auf diese Weise lasst sich die Vorsteuerung in die Aufbauregelung integrieren, wenn eine Feder- oder Dampfereinheit 11 mit einstellbarem Dampfer verwendet wird. Das gilt entsprechend auch für alle anderen beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele der Beeinflussungsvorrichtung 20.

Durch die Vorausbestimmung des in Fahrtrichtung vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahnprofils h sind auch die Fahrbahnanregungen bekannt, die zu einem bestimmten Zeitpunkt auf die Fahrzeugrader 10 einwirken. Daher ist es möglich, das

Fahrzeugverhalten zu jedem Zeitpunkt anhand eines Modells vorherzusagen und mit dem tatsachlichen Fahrzeugverhalten zu vergleichen. Auf diese Weise können Abweichungen und/oder Fehler erkannt werden. Dxe Vorsteuerung kann bei festgestellten Abweichungen korrigiert werden, beispielsweise können die Vorsteuergroßen y _P , z _P der Vorsteuereinheit 24 an die aktuelle Temperatur oder den Verschleißzustand des Fahrzeugs adaptiert werden.

Zu diesem Zweck weist die Beeinflussungseinrichtung 20 eine Diagnoseeinheit 50 auf. Der Diagnoseeinheit 50 werden zum einen gemessene, das Verhalten bzw. den Zustand des Fahrzeugs beschreibende Fahrzeuggroßen und zum anderen eine oder mehrere das Fahrbahnprofil h(s) beschreibende Großen zugeführt, beispielsgemaß das aufbereitete Fahrbahnprofil h _L und/oder das Konturprofil h _κ .

Aus den das Fahrbahnprofil h(s) beschreibenden Großen h _L , h _κ werden in einer ersten Diagnosestufe 51 anhand eines Fahrzeugmodells Modellwerte M ermittelt, insbesondere folgende Modellwerte: die erwartete Radposition r _M und/oder die erwartete Radvertikalgeschwindigkeit r _M und/oder die erwartete Aufbauposition z _M und/oder die erwartete Aufbauvertikalgeschwindigkeit z _M .

Diese Modellparameter M werden an eine zweite Diagnosestufe 52 übermittelt. In diese zweiten Diagnosestufe 52 gehen auch die gemessenen aktuellen Fahrwerksgroßen ein, z.B. die Radposition r und/oder die Radvertikalgeschwindigkeit r und/oder die Aufbauposition z und/oder die Aufbauvertikalgeschwindigkeit i .

Die zweite Diagnosestufe 52 vergleicht die Modellparameter mit den gemessenen Fahrwerksgroßen und stellt eine Abweichung A fest, die an eine dritte Diagnosestufe 53 weitergeleitet wird.

Die dritte Diagnosestufe 53 erzeugt auf Basis der erkannten Abweichung A ein oder mehrere Korrektursignale, die dazu dienen die Vorsteuergrößen y _p , z _p der Vorsteuereinheit 24 zu korrigieren. Bei der hier beschriebenen Ausfϋhrungsform der Diagnoseeinheit 50 wird wenigstens ein und beispielsgemäß ein erster Korrekturfaktor P _y und ein zweiter Korrekturfaktor P _z bestimmt, die dazu dienen die Vorsteuergrόßen y _p , z _p zu vergrößern oder zu verkleinern, abhängig von Betrag und Vorzeichen der Abweichung A. Im vorliegenden Fall gilt folgendes :

YP, Korrigiert ⁼ Py Vp ( Gl . 2 9 )

Z p, Korrigiert ⁼ Pz - Z p ( Gl . 30 )

Die Diagnoseeinheit 50 kann bei allen drei Ausführungsformen der Beeinflussungsvorrichtung 20 nach den Fig. 2 bis 4 eingesetzt werden. Für die Regelung werden dabei anstelle der Vorsteuergrößen y _p , z _p jeweils die korrigierten Vorsteuergrößen y _P , Korrigiert und z _P , Korrigiert verwendet.