DE102008024092A1

DE102008024092A1 - Verfahren zur Wankregelung für einen geteilten Kraftfahrzeugstabilisator

Info

Publication number: DE102008024092A1
Application number: DE102008024092A
Authority: DE
Inventors: Timo Anderten
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-05-17
Filing date: 2008-05-17
Publication date: 2009-11-19

Abstract

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wankregelung an einer Vorder- und/oder Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, mit einem geteilten Stabilisator, gleicht ein elektromechanischer Aktuator Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Fahrwerk durch Verspannen der beiden Stabilisatorteile gegeneinander in beide Drehrichtungen des Aktuators so aus, dass der Fahrzeugaufbau möglichst parallel einer Horizontalebene gehalten wird, indem durch ein Steuergerät das jeweils notwendige vom Aktuator aufzubringende Aktuatordrehmoment als Sollmoment vorgegeben wird. Im Steuergerät ist eine Grenzquerbeschleunigung bestimmter Größe hinterlegt, bei deren Erreichen vom Steuergerät für die Verspannung der Stabilisatorteile gegeneinander nicht mehr das Aktuatordrehmoment vorgegeben wird, sondern ein Halten eines vom Steuergerät vorgegebenen konstanten Verdrehwinkels des Aktuators, insbesondere des aktuell vorhandenen Verdrehwinkels, als Sollgröße für den Aktuator dient, dadurch gekennzeichnet, dass für den Übergang von der Sollgröße Aktuatorverdrehwinkel zu der Sollgröße Aktuatordrehmoment, bei abnehmender Querbeschleunigung, der Aktuator genau dann durch das Steuergerät vom Winkelhalten der Positionsregelung auf Momentenvorgabe durch die Momentenregelung umgeschaltet wird, wenn das aktuell vorliegende Torsionsmoment zwischen den beiden Stabilisatorteilen dem vom Steuergerät berechneten Aktuatorsolldrehmoment entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wankregelung für einen geteilten Kraftfahrzeugstabilisator mit einem eingebauten elektrischen Aktuator nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Die Logik der aktiven Wankstabilisierung stellt bisher ein kennlinienbasiertes Aktormoment an Vorder- und Hinterachse, welches größtenteils von der Querbeschleunigung abhängig ist. Dies hat zur Folge, dass sich der Aktorwinkel ϕ = M/c in Abhängigkeit vom gewünschten Moment einstellt, welches wiederum von der Querbeschleunigung abhängig ist ϕ ~ M(a_q). Durch das Verdrehen/Verspannen des Stabilisators wird hierbei Energie in dieser Drehfeder gespeichert E = ½cϕ².
Es ist bereits bekannt, einen Kraftfahrzeugstabilisator in eine erste, der Aufhängung des linken Rades einer Fahrzeugachse zugeordnete Stabilisatorhälfte und in eine zweite, der Aufhängung des rechten Rades dieser Fahrzeugachse zugeordnete Stabilisatorhälfte zu unterteilen. Sind diese Stabilisatorhälften um deren gemeinsame Längsachse gegeneinander verdrehbar, kann gegenüber Fahrwerken mit einstückigem Stabilisator eine deutlich gesteigerte Wankstabilität erreicht werden, wenn zwischen den beiden Stabilisatorhälften ein geeigneter Aktuator vorgesehen ist, der aufgrund einer geeigneten Ansteuerung diese Stabilisatorhälften bedarfsgerecht gegeneinander verdreht.
Ein elektromechanischer Aktuator umfasst mindestens einen Elektromotor und ein mechanisches Getriebe. Damit erhält man einen Stabilisator, dessen beide Stabilisatorhälften, die durch den elektromechanischen Aktuator miteinander verbunden sind, durch diesen gezielt zueinander verdreht werden können, damit ein gewünschtes Stabilisatormoment erzeugt wird, welches dann das Wanken des Fahrzeugaufbaus verhindert.
Die DE 198 46 275 A1 beschreibt einen geteilten Stabilisator mit eingebautem elektrischem Aktuator zur Wankregelung. Der Aktuator besteht aus Elektromotor, Untersetzungsgetriebe und Bremse. Beim Verspannen der Stabilisatorhälften gegeneinander können Drehmomente sowohl antriebsals auch abtriebsseitig entstehen. Antriebseitig wird das Moment vom Elektromotor durch dessen steuergerätbestimmte Verstellung auf- oder abgebaut, abtriebsseitig verursachen Radbewegungen den Auf- und Abbau von Momenten.
Für elektromechanische Aktuatoren ist bekannt, deren Energiebedarf dadurch zu minimieren, indem der Verdrehwinkel ab einem bestimmten Grenzwert festgehalten wird und sich der Stabilisator bei weiter ansteigender Querbeschleunigung nur abtriebsseitig bedingt weiter aufspannt. Dies kann durch eine in den Aktuator integrierte Bremse erreicht werden oder indem der Winkel bis zu einer definierten Grenze, beispielsweise der Querbeschleunigung, des Aktuatorwinkels oder des Aktuatormoments, laut Sollvorgabe einer Regeleinrichtung, zum Beispiel einer Momentenvorgabe, die in einen Verdrehwinkel umgerechnet wird, gestellt wird. Oberhalb dieser Schwelle, ungefähr im Bereich einer Querbeschleunigung von 0,5 g, wird von der Momentenregelung auf eine Winkelregelung umgeschaltet und der Aktuatorwinkel konstant gehalten. Um eine Überbelastung einer einzelnen Phase zu vermeiden, kann der Winkel auch minimal variiert werden.
Durch das Festhalten muss der Aktuator keine Arbeit leisten, sondern nur ein statisches Haltemoment aufbringen. Die Motorverluste sind hier maßgeblich für die elektrische Leistung. So steigt der Leistungsbedarf des Elektromotors hierbei linear mit dem Drehmoment, anstatt quadratisch.
Diesem Vorteil steht ein Nachteil gegenüber, der beim Zurückschalten des Aktuators von der Winkelregelung auf die Momentenregelung auftritt und sich mit einem spürbaren Ruck bemerkbar macht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Wankregelung für einen geteilten Kraftfahrzeugstabilisator eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Aktuator bereitzustellen, bei dem obiger Nachteil vermieden wird.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschreiben die abhängigen Ansprüche.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wankregelung an einer Vorder- und/oder Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, mit einem geteilten Stabilisator, gleicht ein elektromechanischer Aktuator Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Fahrwerk durch Verspannen der beiden Stabilisatorteile gegeneinander in beide Drehrichtungen des Aktuators so aus, dass der Fahrzeugaufbau möglichst parallel einer Horizontalebene gehalten wird, indem durch ein Steuergerät das jeweils notwendige vom Aktuator aufzubringende Aktuatordrehmoment als Sollmoment vorgegeben wird. Im Steuergerät ist eine Grenzquerbeschleunigung bestimmter Größe hinterlegt, bei deren Erreichen bzw. Überschreiten nicht mehr das Aktuatordrehmoment vom Steuergerät vorgegeben wird, sondern ein Halten eines konstanten, vom Steuergerät vorgegebenen Verdrehwinkels des Aktuators, insbesondere des aktuell vorhandenen Verdrehwinkels, als Sollgröße für den Aktuator dient. Zusätzlich wird für den Übergang von der Sollgröße Aktuatorverdrehwinkel zu der Sollgröße Aktuatordrehmoment, bei abnehmender Querbeschleunigung, der Aktuator genau dann durch das Steuergerät vom Winkelhalten der Positionsregelung auf Momentenvorgabe durch die Momentenregelung umgeschaltet, wenn das aktuell vorliegende Torsionsmoment zwischen den beiden Stabilisatorteilen dem durch das Steuergerät berechneten Aktuatorsolldrehmoment entspricht.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass der Aktuator keine Bremse enthalten muss, sondern durch das Steuergerät über Logikumfänge erreicht wird, dass das Zurückschalten beim Aktuator vom Winkelhalten der Positionsregelung auf Momentenvorgabe durch die Momentenregelung für Fahrzeuginsassen nicht spürbar ist.
Das Verfahren zur Wankregelung ist in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:
1: zwei Wankwinkelverläufe, den eines arretierten Stabilisators für ein Kraftfahrzeug und den eines aktiven Stabilisators für ein Kraftfahrzeug, mit und ohne Winkelhalten des elektrischen Aktuators und
2: einen, zur Verdeutlichung vereinfachten, linearen Zusammenhang zwischen Querbeschleunigung und Wankwinkel.
In 1 sind Wankwinkelverläufe dargestellt. Ein in Nulllage arretierter Stabilisator führt zu einem linearen Anstieg des Wankwinkels über der Querbeschleunigung c_Aufb + c_Stabi. Eine klassische Auslegung des aktiven Systems weist beispielsweise den gezeichneten nichtlinearen Verlauf c_aktiv auf. Hält man ab dem Haltepunkt a_q,Halten den Aktorwinkel konstant, so steigt fortan der Wankwinkel mit der passiven Gesamtsteifigkeit c_Aufb + c_Stabi, hier strichpunktiert gezeichnet. So lässt sich je nach Auslegung der Stabilisatorsteifigkeit und der Schwelle des Winkelhaltens ein maximaler Wankwinkel erreichen, der den des klassisch aktiv stabilisierten Fahrzeugs noch nicht einmal übersteigen muss.
Wie 2 zeigt, wird das Rückschatten von Positions- auf Momentenregelung des Aktuators entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens durch das Steuergerät exakt in dem Punkt 2 veranlasst, in dem die steuergerätseititge Sollmomentenvorgabe dem aktuellen Stabilisatordrehmoment entspricht. Das Steuergerät liefert die Sollmomente für den Vorderachs- und Hinterachsaktuator. Anhand eines Momentensensors im Aktuator oder Stabilisator bzw. eines Kraftsensors in einer Pendelstütze steht ein gemessenes Istmoment zur Verfügung bzw. lässt sich über die Stabilisatorschenkellänge die Kraft in ein Drehmoment überführen: Drehmoment = Kraft·Hebelarm. Alternativ lässt ich das Aktuatordrehmoment aus Stabilisatorsteifigkeit, Aktorverdrehwinkel und äußerer Verdrehung des Stabilisators berechnen Drehmoment = Steifigkeit·(Winkel_Aktuator – Winkel_Stabilisator_außen). Das gemessene Drehmoment wird tiefpassgefiltert, um Störungen und Messrauschen zu unterdrücken.
Nachdem die Umschaltung von Momenten- auf Positionsregelung erfolgt ist, wird die oben erläuterte Prozedur für die Einleitung der Rückschaltung aktiviert. In der Rückschaltprozedur wird nun das Sollmoment mit dem Istmoment des jeweiligen Aktuators verglichen. Sobald beide Drehmomente übereinstimmen, am Schnittpunkt, wird von der Positions- auf die Momentenregelung umgeschaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19846275 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Wankregelung an einer Vorder- und/oder Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, mit einem geteilten Stabilisator, bei dem ein elektromechanischer Aktuator Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem Fahrwerk durch Verspannen der beiden Stabilisatorteile gegeneinander in beide Drehrichtungen des Aktuators so ausgleicht, dass der Fahrzeugaufbau möglichst parallel einer Horizontalebene gehalten wird, indem durch ein Steuergerät das jeweils notwendige vom Aktuator aufzubringende Aktuatordrehmoment als Sollmoment vorgegeben wird, wobei im Steuergerät eine Grenzquerbeschleunigung bestimmter Größe hinterlegt ist, bei deren Erreichen vom Steuergerät nicht mehr das Aktuatordrehmoment zum Verspannen der beiden Stabilisatorteile gegeneinander vorgegeben wird, sondern ein Halten eines konstanten, vom Steuergerät vorgegebenen Verdrehwinkels des Aktuators, insbesondere des aktuell vorhandenen Verdrehwinkels, als Sollgröße für den Aktuator dient, dadurch gekennzeichnet, dass für den Übergang von der Sollgröße Aktuatorverdrehwinkel zu der Sollgröße Aktuatordrehmoment, bei abnehmender Querbeschleunigung, der Aktuator genau dann durch das Steuergerät vom Winkelhalten der Positionsregelung auf Momentenvorgabe durch die Momentenregelung umgeschaltet wird, wenn das aktuell vorliegende Torsionsmoment zwischen den beiden Stabilisatorteilen dem vom Steuergerät berechneten Aktuatorsolldrehmoment entspricht.