DE10356402B4

DE10356402B4 - Verfahren zur Bestimmung der Absolutposition von einem beweglichen Bauteil

Info

Publication number: DE10356402B4
Application number: DE10356402A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Joachim Dipl.-Ing. Gilsdorf; Achim Dipl.-Phys. Dr. Thomä; Stefan Dipl.-Ing. Rappelt (FH); Thomas Dipl.-Ing. Kutsche
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-12-03
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2023-12-04
Also published as: FR2863353A1; DE10356402A1; US20050137828A1; FR2863353B1; US7092841B2

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Absolutposition von einem beweglichen Bauteil innerhalb eines Fahrwerks, umfassend mindestens einen ersten Beschleunigungssensor zur Erfassung eines Beschleunigungssignals eines Fahrzeugaufbaus, einen Beschleunigungssensor zur Erfassung eines Beschleunigungssignals eines radseitigen Achsteils, wobei der Fahrzeugaufbau und das radseitige Achsteil eine Relativbewegung zueinander ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass das radseitige Beschleunigungssignal (a_R) und das fahrzeugaufbauseitige Beschleunigungssignal (a_A) jeweils zweifach zu einem Wegsignal (S_A; S_R) integriert werden, wobei die Differenz der beiden Wegsignale zu einem Zeitpunkt (t₀) als Abstandsmaß abgespeichert und zum Zeitpunkt (t₁) eine weitere Differenz der Wegsignale für ein neues Abstandsmaß (Δs) ermittelt wird, so dass man von einem Punkt zum Zeitpunkt t₀ durch eine erneute Messung zum Zeitpunkt t₁ auf die Positionsverschiebung bezogen auf den Zeitpunkt t₀ schließen kann, wobei bei der Relativbewegung zwischen dem radseitigen Achsteil (5) und dem Fahrzeugaufbau (3) bei Erreichen einer Referenzstellung (17; 19) des radseitigen Achsteils zum Fahrzeugaufbau ein Schaltsignal vorliegt, das als Referenzsignal...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Absolutposition eines beweglichen Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bei Kraftfahrzeugen besteht zunehmend der Wunsch nach einer einstellbaren Dämpfkraft, Federkraft oder einer Niveauregulierung. Insbesondere bei der Niveauregelung ist der Hauptparameter die stationäre oder dynamische Abweichung von der vorgegebenen Normallage. Die klassische Methode besteht darin, dass zwischen einem achsseitigen Bauteil und dem Fahrzeugaufbau ein Übertragungsgestänge angeordnet ist und die Relativbewegung zwischen der Fahrzeugachse und dem Fahrzeugaufbau als Signal für die Niveauregulierung dient. Ein wesentlicher Nachteil dieses Prinzips ist darin zu sehen, dass derartige mechanische Lösungen stets im Rahmen der Montage justiert werden müssen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Niveaulage an der Betriebssstellung eines Schwingungsdämpfers als Teil des Fahrwerks zu bestimmen. Dazu kann man beispielsweise zwischen der Kolbenstange und einem Zylinder des Schwin gungsdämpfers eine Induktivmessanordnung vorsehen. Damit sind aber beispielsweise innerhalb der Kolbenstange angeordnete Magnete notwendig, so dass die Kolbenstange aus einem austenitischen Stahl gefertigt sein muss. Dadurch verteuert sich die Kolbenstange beträchtlich. Des weiteren wird für ein ausreichend starkes Signal ein entsprechender Bauraum für den Magneten innerhalb der Kolbenstange benötigt. Eine Mindestwandstärke für die Kolbenstange bestimmt dann den Mindestdurchmesser, der insbesondere für kleinere, leichtere Fahrzeuge in vielen Fällen zu groß wird.

Es gibt zahlreiche Versuche die Position der Kolbenstange durch eine Markierung auf der Kolbenstange in Verbindung mit einem Lese-Sensor zu bestimmen. Für eine Absolut-Positionsmessung muss die Markierung entsprechend eindeutig ausgeführt sein. Die Markierung wiederum darf keinen schädlichen Einfluss auf die Kolbenstangendichtung des Schwingungsdämpfers ausüben, da ansonsten die Lebensdauer reduziert ist.

Aus der älteren DE 102 33 527 A1 geht ein Verfahren zur Diagnose von Radsatzführungselementen hervor. Zwei Räder sind mit Beschleungigungssensoren bestückt, deren Ausgangssignale zweifach zu Wegsignale integriert werden. Innerhalb einer Zeitperiode werden Spannweite-Werte gespeichert und zur Mittelwertbildung verwendet. Dieser Mittelwert bezogen auf einen Referenzpunkt dient als Maß für den Zustand des Radsatzes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung eines Messverfahrens zur Bestimmung der Absolut-Position eines beweglichen Bauteils, insbesondere innerhalb eines Fahrwerks, wobei die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme umgangen werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das radseitige Beschleunigungssignal und das fahrzeugaufbauseitige Beschleunigungssignal jeweils zweifach zu einem Wegsignal integriert werden, wobei die Differenz der beiden Wegsignale zu einem Zeitpunkt t₀ als Abstandsmaß abgespeichert und zum Zeitpunkt t₁ eine weitere Differenz der Wegsignale für ein neues Abstandsmaß ermittelt wird, wobei bei der Relativbewegung zwischen dem radseitigen Achsteil und dem Fahrzeugaufbau bei Erreichen einer Referenzstellung des radseitigen Achsteils zum Fahrzeugaufbau ein Schaltsignal vorliegt, das als Referenzsignal für die Differenzbildung verwendet wird.

Der große Vorteil besteht darin, dass in der Regel die Beschleunigungssensorik bereits vorliegt. Des weiteren ist keine zusätzliche Sensorik für das Absolut-Wegsignal des Fahrzeugaufbaus und/oder des Rades notwendig, sondern nur ein einfacher Schalter mit einem O/1-Signal. Der Schalter kann an beliebiger Stelle z. B. an oder in einem Schwingungsdämpfer oder einer Luftfeder als Teil des Fahrwerks angeordnet sein. Denkbar wäre z. B. die Ausnutzung eines Anschlagpuffers des Schwingungsdämpfers als Schalterteil oder auch eine Schutzeinrichtung der Kolbenstange, in dem man ein Schutzrohr als Schalterträger verwendet. Auf jeden Fall müsste man dann nicht den bereits beschriebenen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand bei der Kolbenstange des Schwingungsdämpfers betreiben.

Eine grundsätzliche zusätzliche Anforderung besteht darin, dass möglichst gleich nach dem Starten des Fahrzeugs ein Referenzsignal zum Abgleich des Systems zur Verfügung steht. Wenn das Fahrzeug im Stillstand ohne Stromversorgung des Bordnetzes beladen wird, dann könnte der Fall eintreten, dass das Fahrzeug eine Niveaulage dauerhaft jenseits der Referenzstellung einnimmt. Deshalb werden mehrere Referenzstellungen mit unterschiedlichen Referenzsignalen verwendet.

Wenn sich das Fahrzeug in einem Beladungszustand zwischen zwei Referenzstellungen befindet und keine weiteren nennenswerten Radbewegungen aufgrund einer besonders ebenen Fahrbahn auftreten, dann kann man mit dem Ziel der möglichst raschen Erkennung des Beladungszustandes vorsehen, dass mehrere Räder des Fahrzeugs sensiert werden und das Rad, an der eine Referenzstellung erstmalig erreicht wurde als Grundeinstellung für eine geänderte Fahrwerkseinstellung verwendet wird. Ist die dann vorliegenden Grundeinstellung falsch, dann wird z. B. bei einer Niveauregulierung das gesamte Fahrzeug angehoben, wobei dann mit hoher Wahrscheinlichkeit die Referenzstellung für die anderen sensierten Räder erreicht und das System korrekt abgeglichen werden kann.

Es ist für das schnelle Erreichen einer Referenzstellung vorteilhaft, wenn die Referenzstellung einer Einfederungsstellung des Rades entspricht.

Als Grundlage für die Bestimmung der Absolutposition wird hilfsweise für die Zeit bis zum Erreichen einer Referenzstellung die vorbestimmte Konstruktionslage als Bezugshöhe für die Bestimmung der Absolutposition angesehen.

Sofern das Fahrzeug über eine Niveauregulierung verfügt, kann man den Einlernvorgang zur Erfassung der Referenzstellung deutlich verkürzen, indem nach dem Starten des Fahrzeugs eine Höhenstandsänderung des Aufbaus zum sensierten Rad vorgenommen wird, wobei die Höhenstandsänderung größer ist als der Abstand mindestens zweier Referenzstellungen. Dabei muss zwangsläufig eine Referenzstellung überfahren werden, die dann sofort in die Berechnung der Absolutposition eingeht und eine eventuelle Fehlstellung kurzfristig korrigieren kann.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 mit einem Fahrzeugaufbau 3 und einem radseitigen Achsteil 5, wobei das radseitige Achsteil von dem Rad selbst oder einem beweglichen Lenker der Achse gebildet werden kann. Am Fahrzeugaufbau und an dem radseitigen Achsteil sind jeweils ein Beschleunigungssensor 7, 9 zur Erfassung der Vertikalbeschleunigung angeordnet, deren Signal einer Rechnereinheit 11 zugeführt werden. An dem sensierten Achsteil 5 ist jeweils ein Schwingungsdämpfer 13 und/oder Luftfeder, im weiteren Aggregat genannt, angeordnet, dessen Absolutposition der Hublage erfasst werden soll. Das Aggregat kann für eine Niveauregulierung an ein Druckversorgungssystem 15 angeschlossen oder auch elektrisch in seiner Niveaulage einstellbar sein. An oder in dem Aggregat ist mindestens eine Referenzstellung 17, 19 durch ein Schaltsignal erfassbar. Bei mehreren Referenzstellung sind die Schaltsignale der jeweiligen Referenzstellung für die Rechnereinheit unterscheidbar.
Zur Erfassung der Absolutposition des beweglichen Bauteils, also der Hublage des Aggregats werden die Beschleunigungssignale der Achsteile a_R und des Fahrzeugaufbaus a_A der Rechnereinheit zu einer Zeit t₀ zugeführt. Durch Integration werden die Beschleunigungssignale a_A und a_R in Geschwindigkeitssignale V_A; V_R und einer weiteren Integration zu Wegsignalen S_A; S_R umgerechnet und durch Differenzbildung der Wegsignale ein Abstandsmaß Δs zum Zeitpunkt t₀ ermittelt. Die Beschleunigungssignale sind als Vektoren zu betrachten, so dass man von einem Punkt zum Zeitpunkt t₀ durch eine erneute Messung zum Zeitpunkt t₁ auf die Positionsverschiebung bezogen auf den Zeitpunkt t₀ schließen kann.
Beim Erreichen einer der Referenzstellungen des radseitigen Achsteils wird der Rechnereinheit ein positionsabhängiges Referenzsignal für den Zeitpunkt t₀ zugeführt. Dann kann man eindeutig zum Zeitpunkt t₁ die Absolutposition des radseitigen Achsteils und ggf. Änderungen an der Einstellung des Aggregats vornehmen. Die Verwendung des Referenzsignals stellt eine Kalibrierung des Verfahrens dar.
Die funktionale Qualität des Verfahrensablaufs wird von der Geschwindigkeit mitbestimmt, mit der die Kalibrierung des Verfahrens erreicht werden kann. Dazu können verschiedene Maßnahmen vorgenommen werden. Ein erster Gedanke besteht darin, dass man immer von einem Fahrzeug ausgeht, dass zumindest leicht beladen ist und die Referenzstellung einer noch tieferen Einfederungsstellung zuordnet, damit diese auf jeden Fall erreicht werden kann. Bis zum Erreichen der Referenzstellung wird die Konstruktionslage von dem System als momentane Referenzstellung geführt. Alternativ oder in Ergänzung kann die Referenzstellung auch von einem radseitigen Achsteil bestimmt werden, das erstmalig eine Referenzstellung erreicht und die als Grundeinstellung für eine geänderte Fahr werkseinstellung verwendet wird. Bei einer Niveauregulierung kann man z. B. nach dem Starten des Fahrzeugs eine Höhenstandsänderung des Aufbaus zum sensierten Rad vornehmen. Sinnvollerweise wählt man die Höhenstandsänderung größer als der Abstand mindestens zweier Referenzstellungen. Damit ist gewährleistet, dass mindestens eine Referenzstellung durchfahren wird und eine Kalibrierung des Systems erfolgen kann. Die Kalibrierung wird nicht nur beim erstmaligen Erreichen einer Referenzstellung vorgenommen, sondern jedes Mal, da durch die Mehrfachintegration des Beschleunigungssignals prinzipbedingt eine gewisse Ungenauigkeit auftreten kann.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Absolutposition von einem beweglichen Bauteil innerhalb eines Fahrwerks, umfassend mindestens einen ersten Beschleunigungssensor zur Erfassung eines Beschleunigungssignals eines Fahrzeugaufbaus, einen Beschleunigungssensor zur Erfassung eines Beschleunigungssignals eines radseitigen Achsteils, wobei der Fahrzeugaufbau und das radseitige Achsteil eine Relativbewegung zueinander ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass das radseitige Beschleunigungssignal (a_R) und das fahrzeugaufbauseitige Beschleunigungssignal (a_A) jeweils zweifach zu einem Wegsignal (S_A; S_R) integriert werden, wobei die Differenz der beiden Wegsignale zu einem Zeitpunkt (t₀) als Abstandsmaß abgespeichert und zum Zeitpunkt (t₁) eine weitere Differenz der Wegsignale für ein neues Abstandsmaß (Δs) ermittelt wird, so dass man von einem Punkt zum Zeitpunkt t₀ durch eine erneute Messung zum Zeitpunkt t₁ auf die Positionsverschiebung bezogen auf den Zeitpunkt t₀ schließen kann, wobei bei der Relativbewegung zwischen dem radseitigen Achsteil (5) und dem Fahrzeugaufbau (3) bei Erreichen einer Referenzstellung (17; 19) des radseitigen Achsteils zum Fahrzeugaufbau ein Schaltsignal vorliegt, das als Referenzsignal für die Differenzbildung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Referenzstellungen (17; 19) mit unterschiedlichen Referenzsignalen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Räder (5) des Fahrzeugs (1) sensiert werden und das Rad, an dem eine Referenzstellung (17; 19) erstmalig erreicht wurde, als Grundeinstellung für eine geänderte Fahrwerkseinstellung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzstellung (19) einer Einfederungsstellung des Rades (5) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zeit bis zum Erreichen einer Referenzstellung (17; 19) die vorbestimmte Konstruktionslage als Bezugshöhe für die Bestimmung der Absolutposition angesehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Starten des Fahrzeugs (1) eine Höhenstandsänderung des Aufbaus zum sensierten Rad (5) vorgenommen wird, wobei die Höhenstandsänderung größer ist als der Abstand mindestens zweier Referenzstellungen (17; 19).