DE10016896A1

DE10016896A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10016896A1
Application number: DE10016896A
Authority: DE
Inventors: Satoru Ohsaku
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: FR2794067A1; FR2794067B1; US6298293B1; DE10016896B4; JP3424591B2; JP2000289424A

Abstract

Eine Geschwindigkeit (Zw'-Zb') und ein Betrag (Zw-Zb) der Verschiebung eines Rades relativ zu einem Fahrzeugaufbau werden mit Hilfe eines Beobachters (20, S110-S120) auf der Grundlage einer durch einen Sensor (21) erfaßten Vertikalbeschleunigung Zb'' des Fahrzeugaufbaus geschätzt. Bei diesem Beobachter wird eine nichtlineare Komponente fnl(Zw'-Zb', P) einer Dämpfungskraft eines Dämpfers (14) aus einer geschätzten Relativgeschwindigkeit ylob und einer Öffnungsposition P des Dämpfers (14) abgeleitet, und die Komponente fnl(Zw'-Zb', P) wird als Regeleingang verwendet. Die nichtlineare Komponente fnl(Zw'-Zb', P) wird kompensiert mittels einer Federkraft fs eines Stabilisators, die durch Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus infolge einer unebenen Fahrbahnoberfläche erzeugt wird, einer Veränderung DELTAMr der Straßenauflagelast, die auf der Grundlage einer Querbeschleunigung Gy berechnet und durch Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs erzeugt wird, und einer Veränderung DELTAMp der Straßenauflagelast, die auf der Grundlage einer Längsbeschleunigung Gx berechnet und durch Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs erzeugt wird.

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße und ein Verfahren zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße für die Anwen dung auf ein Fahrzeug mit einem Dämpfer, der eine einem Öffnungsgrad einer Blende entsprechende Dämpfungskraft er zeugt und dazu entworfen ist, eine vertikale kinetische Zu standsgröße eines gefederten Elements relativ zu einem un gefederten Element mit Hilfe eines Beobachters zu schätzen.

2. Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

Relevante Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise in den japanischen Patentoffenlegungsschriften HEI 10-913 und HEI 9-309316 offenbart. In diesen Vorrichtungen wird eine Vertikalbeschleunigung eines gefederten Elements als eine vertikale kinetische Zustandsgröße davon relativ zum absoluten Raum erfaßt. Ein Beobachter schätzt die Relativ geschwindigkeit eines gefederten Elements als Eingangsva riable, und eine mittels des Öffnungsgrads einer Blende be stimmte nichtlineare Komponente einer Dämpfungskraft eines Dämpfers als einen Regeleingang. Die geschätzte Relativge schwindigkeit gibt eine vertikale kinetische Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zu einem ungefederten Ele ment an.

Die erwähnten Vorrichtungen im Stand der Technik zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße ermöglichen eine genaue Schätzung einer kinetischen Zustandsgröße des gefe derten Elements relativ zu dem ungefederten Element bei Hin-und-Her- bzw. Auf-und-Abbewegungen des Fahrzeugs. Eine Federkraft eines Stabilisators, der Bewegungen des gefeder ten Elements beeinflußt, und Veränderungen in der Straßen auflagelast, die aus Wank- und Nickbewegungen des gefeder ten Elements resultieren, werden jedoch bei den Vorrichtun gen des betreffenden Standes der Technik nicht berücksich tigt. Daher kann diese relative kinetische Zustandsgröße nicht mit hoher Genauigkeit geschätzt werden, wenn das ge federte Element Wankbewegungen aufgrund von Störungen aus führt, die von einer Fahrbahnoberfläche ausgehen, oder wenn das gefederte Element bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs Wankbewegungen ausführt, oder wenn das gefederte Element beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs Nickbewe gungen ausführt.

ABRISS DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick darauf ge macht, die obenstehend genannten Probleme zu lösen. Es ist eine Aufabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße bei Fahrzeugen sowie ein Verfahren zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße bei Fahrzeugen zur Verfügung zu stellen, die es ermöglichen, eine kinetische Zustandsgröße eines gefederten Elements re lativ zu einem ungefederten Element selbst dann genau zu schätzen, wenn das gefederte Element Wankbewegungen auf grund von Störungen ausführt, die von einer Fahrbahnober fläche ausgehen, oder wenn das gefederte Element bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs Wankbewegungen ausführt, oder wenn das gefederte Element beim Beschleunigen oder Abbrem sen des Fahrzeugs Nickbewegungen ausführt.

Im Hinblick auf das obenstehend genannte Problem weist eine Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum Erfassen einer absoluten kinetischen Zustandsgröße, einen Beobachter und eine erste Kompensier einrichtung auf. Die Einrichtung zum Erfassen einer absolu ten kinetischen Zustandsgröße erfaßt eine vertikale kineti sche Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zum ab soluten Raum. Der Beobachter schätzt die vertikale kineti sche Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zu dem ungefederten Element auf der Grundlage der von der Einrich tung zum Erfassen einer absoluten kinetischen Zustandsgröße erfaßten vertikalen kinetischen Zustandsgröße und einer durch den Öffnungsgrad der Blende bestimmten nichtlinearen Komponente der Dämpfungskraft des Dämpfers als Regelein gang. Die erste Kompensiereinrichtung kompensiert den Re geleinang des Beobachters auf der Grundlage einer Feder kraft eines Stabilisators. Die Federkraft des Stabilisators wird auf der Grundlage eines Verschiebungsbetrags des gefe derten Elements relativ zu dem ungefederten Element be stimmt. Die bestimmte Federkraft wird zum Kompensieren des Regeleingangs des Beobachters verwendet. Somit schätzt der Beobachter die vertikale kinetische Zustandsgröße des gefe derten Elements relativ zu dem ungefederten Element auf der Grundlage des kompensierten Regeleingangs.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kom pensiert die erste Kompensiereinrichtung den Regeleingang des Beobachters auf der Grundlage der Federkraft des Stabi lisators selbst dann, wenn das gefederte Element aufgrund von Störungen, die von einer Fahrbahnoberfläche ausgehen, Wankbewegungen ausführt o. dgl., und die Federkraft des Stabilisators die Bewegungen des gefederten Elements beein trächtigt. Daher kann eine kinetische Zustandsgröße des ge federten Elements relativ zu, dem ungefederten Element mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.

Die erste Kompensiereinrichtung kann die Federkraft des Stabilisators auf einen vorgegebenen Bereich beschränken. Da bei dieser Konstruktion die Federkraft des Stabilisators daran gehindert wird, aufgrund eines Fehlers unangemessen groß zu werden, oszilliert der vom Beobachter geschätzte Wert nicht. Somit wird eine kinetische Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zu dem ungefederten Element mit hoher Stabilität geschätzt.

Des weiteren kann der erste Aspekt der vorliegenden Er findung eine Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs und eine zweite Kompensiereinrichtung aufweisen. Die zweite Kompen siereinrichtung bestimmt eine durch Wankbewegungen des ge federten Elements erzeugte Änderung der Straßenauflagelast auf der Grundlage der von der Querbeschleunigungs-Erfas sungseinrichtung erfaßten Querbeschleunigung und kompen siert den Regeleingang des Beobachters auf der Grundlage der bestimmten Änderung der Straßenauflagelast. Bei dieser Konstruktion kompensiert die zweite Kompensiereinrichtung selbst dann den Regeleingang des Beobachters auf der Grund lage der Änderung der Straßenauflagelast, die aus den Wank bewegungen resultiert, wenn das gefederte Element bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs Wankbewegungen ausführt und die Straßenauflagelast des gefederten Elements sich ändert. Da her kann eine kinetische Zustandsgröße des gefederten Ele ments relativ zu dem ungefederten Element mit hoher Genau igkeit geschätzt werden.

Des weiteren kann der erste Aspekt der vorliegenden Er findung auch eine Längsbeschleunigungs-Erfassungseinrich tung aufweisen, die eine Beschleunigung des Fahrzeugs in Längsrichtung erfaßt, und eine dritte Kompensiereinrich tung. Die dritte Kompensiereinrichtung bestimmt eine durch Nickbewegungen des gefederten Elements erzeugte Veränderung der Straßenauflagelast auf der Grundlage der von der Längs beschleunigungs-Erfassungseinrichtung erfaßten Längsbe schleunigung und kompensiert den Regeleingang des Beobach ters auf der Grundlage der bestimmten Änderung der Straßen auflagelast. Bei dieser Konstruktion kompensiert die dritte Kompensiereinrichtung selbst dann den Regeleingang des Be obachters auf der Grundlage der Änderung der Straßenaufla gelast, die aus den Nickbewegungen resultiert, wenn das ge federte Element beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahr zeugs Nickbewegungen ausführt. Daher kann eine kinetische Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zu dem unge federten Element mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.

Ein Verfahren zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe gemäß der vorliegenden Erfindung erfaßt eine kineti sche Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zum ab soluten Raum und gibt die von der Vorrichtung zum Erfassen einer absoluten kinetischen Zustandsgröße erfaßte vertikale kinetische Zustandsgröße an einen Beobachter ein, der die vertikale kinetische Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zu dem ungefederten Element unter Verwendung der eingegebenen erfaßten vertikalen kinetischen Zustandsgröße und einer durch den Öffnungsgrad der Blende bestimmten nichtlineare Komponente der Dämpfungskraft des Dämpfers als Regeleingang schätzt. Das Verfahren verwendet des weiteren einen Betrag der Verschiebung des gefederten Elements rela tiv zu dem ungefederten Element, um eine Federkraft eines Stabilisators zu bestimmen und kompensiert den Regelein gang des Beobachters auf der Grundlage der bestimmten Fe derkraft. Bei dieser Ausführungsweise wird der Regeleingang des Beobachters auf der Grundlage der Federkraft eines Sta bilisators selbst dann kompensiert, wenn das gefederte Ele ment aufgrund von Störungen, die von einer Fahrbahnoberflä che ausgehen, Wankbewegungen ausführt o. dgl. Daher kann eine kinetische Zustandsgröße des gefederten Elements rela tiv zu dem ungefederten Element mit hoher Genauigkeit ge schätzt werden.

Des weiteren kann eine durch Wank- oder Nickbewegungen des gefederten Elements hervorgerufene Änderung einer Stra ßenauflagelast auf der Grundlage einer Quer- oder Längsbe schleunigung bestimmt werden, und den Regeleingang des Be obachters wird auf der Grundlage der bestimmten Änderung der Straßenauflagelast kompensiert. Bei dieser Ausführungs weise wird der Regeleingang des Beobachters selbst dann auf der Grundlage der Änderung der Straßenauflagelast infolge von Wank- oder Nickbewegungen kompensiert, wenn das gefe derte Element bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs Wank- oder Nickbewegungen ausführt und sich die Straßenauflage last des gefederten Elements ändert. Daher kann eine kine tische Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zu dem ungefederten Element mit hoher Genauigkeit geschätzt wer den.

Es ist anzumerken, daß sich die absolute vertikale ki netische Zustandsgröße des gefederten Elements in der vor liegenden Beschreibung auf eine Vertikalbeschleunigung, ei ne Vertikalgeschwindigkeit, einen Betrag einer Vertikalver schiebung o. dgl. des gefederten Elements relativ zum abso luten Raum bezieht, und daß sich die vertikale kinetische Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zu dem unge federten Element auf eine Vertikalbeschleunigung, eine Ver tikalgeschwindigkeit, einen Betrag einer Vertikalverschie bung o. dgl. des gefederten Elements relativ zu dem ungefe derten Element bezieht.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die obenstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs form unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1A eine Modellansicht mit einem Freiheitsgrad, in der ein einzelnes Rad gezeigt ist;

Fig. 1B eine Modellansicht mit einem Freiheitsgrad, in der das Modell eines in Fig. 1A gezeigten Dämp fers mit seinen linearen und nichtlinearen Kom ponenten veranschaulicht ist;

Fig. 2 eine verallgemeinerte grafische Darstellung ei ner Dämpfungskraftcharakteristik eines Dämp fers;

Fig. 3 eine grafische Darstellung von Dämpfungs kraftcharakteristiken eines weichen Dämpfers, eines mittelharten Dämpfers und eines harten Dämpfers;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Beobachters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Federungsregelvorrich tung gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung;

Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Programms, das von einem in Fig. 5 gezeigten Mikrocomputer ausgeführt wird;

Fig. 7 eine grafische Darstellung von Dämpfungs kraftcharakteristiken eines Dämpfers in einer ersten, in dem in Fig. 5 gezeigten Mikrocompu ter gespeicherten Speicherabbildung;

Fig. 8 eine grafische Darstellung von Dämpfungs kraftcharakteristiken eines Dämpfers in einer zweiten, in dem in Fig. 5 gezeigten Mikrocompu ter gespeicherten Speicherabbildung;

Fig. 9 eine grafische Darstellung einer Einschrän kungscharakteristik der Federkraft eines in dem Beobachter verwendeten Stabilisators.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS FORMEN

Es folgt eine Beschreibung einer Ausführungsform einer Fahrzeugfederungs-Regelvorrichtung, auf die eine Vorrich tung zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform geht die Erläuterung ei ner grundlegenden Theorie der Vorrichtung zum Schätzen ei ner kinetischen Zustandsgröße voraus.

a. Erläuterung der grundlegenden Theorie

Fig. 1A zeigt ein Modell eines einzelnen Rades mit ei nem Freiheitsgrad. In Fig. 1A steht Zb für einen Vertikal verschiebungsbetrag bezüglich einer Bezugsposition eines gefederten Elements (eines Fahrzeugaufbaus 11) im absoluten Raum, und Zw steht für einen Vertikalverschiebungsbetrag bezüglich einer Bezugsposition eines ungefederten Elements (eines Rades 12) im absoluten Raum. Die Verschiebungsbeträ ge Zb und Zw nehmen positive Werte an, wenn das gefederte und das ungefederte Element aufwärts verschoben werden. K steht für eine Federkonstante einer Feder 13, die in ein Fahrzeugfederungssystem eingegliedert und zwischen dem Fahrzeugaufbau 11 und dem Rad 12 angeordnet ist. fd(Zw'- Zb', P) steht für eine Dämpfungskraft eines Dämpfers 14, der in das Fahrzeugfederungssystem eingegliedert und zwi schen dem Fahrzeugaufbau 11 und dem Rad 12 angeordnet ist. Diese Dämpfungskraft fd(Zw'-Zb', P) ist eine Funktion, die durch eine Vertikalgeschwindigkeit (Zw'-Zb') des Rades 12 relativ zum Fahrzeugaufbau 11 und eine Öffnungsposition P des Dämpfers 14 bestimmt ist, die einem Blendenöffnungsgrad mit einer Mehrzahl von Stufen (bei der vorliegenden Ausfüh rungsform sechzehn Stufen) entspricht. Die in der vorlie genden Beschreibung verwendeten Bezugszeichen Zb' und Zb" stehen für eine Vertikalgeschwindigkeit bzw. eine Vertikal beschleunigung des Fahrzeugaufbaus 11 und nehmen positive Werte an, wenn sich der Fahrzeugaufbau 11 im absoluten Raum aufwärts bewegt. Zw' und Zw" stehen für eine Vertikalge schwindigkeit bzw. eine Vertikalbeschleunigung des Rades 12 und nehmen positive Werte an, wenn sich das Rad 12 im abso luten Raum aufwärts bewegt.

Eine Kraft fsrp ist eine resultierende Kraft (fs+ΔMr+ΔMp), gebildet aus einer Federkraft fs des Stabilisators, die aufgrund von Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 in folge von Störungen, die von der Fahrbahnoberfläche ausge hen, vertikal auf den Fahrzeugaufbau 11 einwirkt, einer Veränderung ΔMr der Straßenauflagelast, die aufgrund von Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs vertikal auf den Fahrzeugaufbau 11 einwirkt, und einer Veränderung ΔMp der Straßenauflagelast, die auf grund von Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 beim Be schleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs vertikal auf den Fahrzeugaufbau 11 einwirkt. Die Federkraft fs des Stabili sators, die Veränderung ΔMr der Straßenauflagelast und die Veränderung ΔMp der Straßenauflagelast sind jeweils durch die im nachfolgenden gezeigten Gleichungen (1) bis (3) aus gedrückt.

fs = Ks×(Zw-Zb) (1)

ΔMr = 2×Mb×Gy×H/T (2)

ΔMp = 2×Mb×Gx×H/W (3)

Ks steht für eine Federkonstante des Stabilisators, Mb für eine Masse des Fahrzeugaufbaus 11, Gy für eine Querbe schleunigung des Fahrzeugs, H für eine Höhe des Schwerpunk tes des Fahrzeugaufbaus 11, T für eine Spurweite des Fahr zeugs, Gx für eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, und W für einen Radstand des Fahrzeugs. Die Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus 11 ist durch die nachfolgend gezeigte Glei chung (4) ausgedrückt.

M.Zb" = K×(Zw-Zb)+fd(Zw'-Zb', P)+fsrp = K×(Zw-Zb)+fd(Zw'-Zb', P)+(fs+ΔMr+ΔMp) (4)

Auch wenn die Relativgeschwindigkeit (Zw'-Zb') und die Öffnungsposition P als Regeleingang bilinear sind und die Öffnungsposition P festgelegt ist, da die Dämpfungskraft fd(Zw'-Zb', P) in der obenstehend genannten Gleichung (4) so entworfen ist, daß sie eine nichtlineare Charakteristik gemäß der Darstellung in Fig. 2 aufweist, kann die Dämp fungskraft fd(Zw'-Zb', P) dennoch nicht direkt auf ein (als Beobachter fungierendes) lineares Kalman-Filter angewendet werden. Somit wird die Dämpfungskraft fd(Zw'-Zb', P) erfin dungsgemäß in eine lineare Komponente Co.(Zw'-Zb') und eine nichtlineare Komponente fnl(Zw'-Zb', P) aufgeteilt, wie in der untenstehend gezeigten Gleichung (5) angegeben ist, so daß die nichtlineare Komponente einen begrenzten Einfluß besitzt (Fig. 1B und 3). Co ist ein genau bestimmter Dämp fungskoeffizient.

fd(Zw'-Zb', P) = Co×(Zw'-Zb')+fnl(Zw'-Zb', P) (5)

Hier sind die Zustandsvariablen x1 und x2 auf (Zw'-Zb') bzw. (Zw-Zb) eingestellt, und eine durch die nachstehend gezeigte Gleichung (6) ausgedrückte Zustandsgleichung ist von den obenstehend genannten Gleichungen (4) und (5) abge leitet.

X' = AX+Gw+Bfnl(Zw'-Zb', P) = AX+Gw+Bx{fd(Zw'-Zb', P)-Co×(Zw'-Zb')+fs+ΔMr+ΔMp} (6)

In dieser Gleichung (6) steht X' für einen Differenti alwert von X, und X, A, G und B sind jeweils durch die nachstehend gezeigten Gleichungen (7) bis (10) ausgedrückt. Der Wert w ist als Störung des Systems definiert und ist gleich der Vertikalbeschleunigung Zw" des Rades 12.

Die zu bestimmenden Relativgeschwindigkeit (Zw'-Zb') und Relativverschiebungsbetrag (Zw-Zb) wiederum sind als y1 bzw. y2 definiert, und die Vertikalbeschleunigung Zb" des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum absoluten Raum, bei der es sich um eine Beobachtungsgröße handelt, ist als y3 defi niert. Daraufhin wird eine Ausgangsgleichung (11) wie un tenstehend gezeigt erstellt.

In dieser Gleichung (11) sind C1, C2, U, D1, D2 und F jeweils durch die untenstehend gezeigten Gleichungen (12) bis (17) ausgedrückt, und v steht für beobachtetes Rauschen der Vertikalbeschleunigung.

C1 = [c11 c12] = [1 0] (12)

C2 = [c21 c22] = [0 1] (13)

U = (u1 u2] = [C0/Mb K/Mb] (14)

D1 = 0 (15)

D2 = 0 (16)

F = 1/Mb (17)

Die nichtlineare Komponente fnl(Zw'-Zb', P) wird als Eingangsvariable u eines Beobachters betrachtet, und eine Kalmanfilter-Theorie wird auf einen Zustandsraumausdruck einer Regelstrecke angewendet, der durch die obenstehend genannte Zustandsgleichung (6) und die obenstehend genannte Ausgangsgleichung (11) ausgedrückt ist, so daß er einen Be obachter zum Schätzen der Relativgeschwindigkeit y1 ( = Zw'- Zb') und des Relativverschiebungsbetrags y2 ( = Zw-Zb) dar stellt. Der Beobachter ist durch die untenstehend gezeigten Gleichungen (18) bis (21) ausgedrückt. In diesen Gleichun gen stehen uob, Zwob' und Zbob' für Schätzwerte der Ein gangsvariablen u, der Vertikalbeschleunigung Zw' des Rades 12 bzw. der Vertikalgeschwindigkeit Zb' des Fahrzeugaufbaus 11.

uob = fnl(Zwob'-Zbob', P) = fd(Zw'-Zb', P)-Co.(Zw'-Zb')+fs+ΔMr+ΔMp (18)

Xob' = AXob+Buob+H[Zb"-(UXob+Duob)] (19)

y1 = C1Xob (20)

y2 = C2Xob (21)

In der obenstehend genannten Gleichung (19) steht H für eine konstante Kalman-Verstärkung, die als eine durch die untenstehend gezeigte Gleichung (23) ausgedrückte Größe aus einer positiven definierten Lösung der durch die untenstehend gezeigte Gleichung (22) ausgedrückten Riccati-Gleichung er halten wird, für ein Gewicht Q bezüglich einer Kovarianz der Störung w ( = Zw") des Systems und für ein Gewicht R be züglich einer Kovarianz des beobachteten Rauschens v in der Gleichung (11).

AP+PAT-PUTR-1UP+Q = 0 (22)

H = PUTR-1 (23)

In diesen Gleichungen (22) und (23) steht T für eine transponierte Matrix.

Es folgt nun eine Beschreibung der konstanten Kalman- Verstärkung H(h1, h2). Aus einem Vergleich der Zustands gleichungen (6) und (19) geht hervor, daß dieser Beobachter (Kalman-Filter) eine Schätzeinrichtung vom Rückführungstyp ist, welche die Vorhersage eines Zustands (des ersten und zweiten Terms in der obenstehenden Gleichung (19)) auf der Grundlage des Modells eines zu regelnden Objekts mit einer Korrekturaktion (des dritten Terms in der obenstehenden Gleichung (19)) unter Verwendung einer Differenz zwischen einem von einem Sensor beobachteten Ausgang und eines auf der Grundlage des Modells geschätzten Ausgangs kombiniert. Die Schätzgenauigkeit des Beobachters kann auf der Grund lage einer untenstehend gezeigten Fehlergleichung (24) de monstriert werden, in der eine Differenz zwischen einem wahren Wert X der Zustandsvariablen und einem Schätzwert Xob der Zustandsvariablen as E = X-Xob definiert ist. E', X' und Xob' sind Differentialwerte von E, X bzw. Xob.

E' = X'-Xob' = (A-HU)(X-Xob)+(B-HF)(u-uob)+(Gw-Hv) = (A-HU)E+(B-HF)(u-uob)+(Gw-Hv) (24)

In dem Fall, in dem ein gewöhnlicher Beobachter (Kalman-Filter) für eine Zufallsstörung (w, v) mit einem bekannten Spektrum verwendet wird, ist gewährleistet, daß der Fehler E = X-Xob eine erwartungstreue, minimale Varianz annimmt. Da der Störungsterm im Fall der vorliegenden Schätzeinrichtung jedoch (u-uob) beinhaltet, verschlechtert sich die Schätzgenauigkeit in Abhängigkeit von einer Zu nahme von (u-uob). Weil (u-uob) einen Schätzfehler der nichtlinearen Komponente der Dämpfungskraft darstellt, ist es wichtig, den Dämpfungskoeffizienten Co der linearen Kom ponente in Gleichung (5) so zu bestimmen, daß fnl(Zw'-Zb', P) in fd(Zw'-Zb', P), das durch die obenstehend angegebene Gleichung (5) definiert ist, einen kleinstmöglichen Wert annimmt.

Der Dämpfer 14 gemäß der vorliegenden Erfindung ist je doch so entworfen, daß er aus Gründen der Regelung eine va riable Breite aufweist, und ein Versuch einer Annäherung der Charakteristiken aller Öffnungspositionen P mit dem einzigen Dämpfungskoeffizienten Co tendiert dazu, eine Zu nahme der nichtlinearen Komponente hervorzurufen. Im Hin blick darauf werden gemäß der vorliegenden Erfindung linear angenäherte optimale Dämpfungskoeffizienten Coh und Cos für zwei jeweilige Öffnungspositionen (hart und weich) einge stellt. In diesem Fall werden zwei Kalman-Verstärkungen Hh(hh1, hh2) und Hs (hs1, hs2) so bestimmt, daß der Schätz fehler minimiert wird. Bezüglich der dazwischenliegenden Positionen wird die Bestimmung mittels linearer Interpola tion zwischen den obenstehend angegebenen Dämpfungskoeffi zienten Coh und Cos durchgeführt. Wenn die Öffnungsposition P des Dämpfers 14 auf eine der Stufen 1 bis 16 ("1" ≈ "weich" und "16" ≈ "hart") eingestellt ist, ist die Kalman- Verstärkung H durch eine untenstehend gezeigte Gleichung (25), ausgedrückt.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm des solcherart aufgebauten Beobachters. Ein Nichtlinearfunktionen-Generator 14A gibt die geschätzte Eingangsvariable uob aus, die der nichtli nearen Komponente fnl(Zwob'-Zbob', P) einer Dämpfungskraft des Dämpfers 14 entspricht. Ein weiteres Merkmal der vor liegenden Erfindung besteht darin, daß der Beobachter so stabilisiert ist (Pole sind auf eine stabile Zone be schränkt), daß er die Berechnung einer geschätzten Relativ geschwindigkeit y1ob und einen geschätzten Betrag y2ob der Relativverschiebung sicher konvergiert. Somit wird bei der Ableitung der nichtlinearen Komponente fnl(Zw'-Zb', P) (obenstehend genannte Gleichung (5)) eine Korrektur derart durchgeführt, daß der für die Ableitung verwendete Gradient einer Veränderungscharakteristik der Dämpfungskraft fd(Zw'- Zb', P) des Dämpfers 14 gleich oder kleiner als ein im vor aus bestimmter Wert wird.

b. Auf ein Fahrzeugfederungssystem angewandte, konkrete Ausführungsform

Es folgt eine Beschreibung einer konkreten Ausführungs form einer Regelvorrichtung, bei der der obenstehend ge nannte Beobachter verwendet wird, um eine Relativgeschwin digkeit (Zwob'-Zbob') ( = y1ob) und ein Verschiebungsbetrag (Zwob-Zbob) ( = y2ob) des Rades 12 relativ zum Fahrzeugauf bau 11 zu schätzen, und bei der ein Schätzwert y1ob zur Re gelung einer Dämpfungskraft des Dämpfers 14 in einem Fahr zeugfederungssystem verwendet wird.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Regelvorrichtung, die mit einem Vertikalbeschleunigungs-Sensor 21, einem Querbe schleunigungs-Sensor 22 und einem Längsbeschleunigungs-Sen sor 23 versehen ist. Der Vertikalbeschleunigungs-Sensor 21 erfaßt eine Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus 11 in der Vertikalrichtung relativ zum absoluten Raum als Vertikalbe schleunigung Zb" und gibt ein Erfassungssignal aus, das die Beschleunigung Zb" angibt. Der Querbeschleunigungs-Sensor 22 erfaßt eine Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus 11 in der Querrichtung relativ zum absoluten Raum als Querbeschleuni gung Gy und gibt ein Erfassungssignal aus, das die Be schleunigung Gy angibt. Der Längsbeschleunigungs-Sensor 23 erfaßt eine Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus 11 in der Längsrichtung relativ zum absoluten Raum als Längsbeschleu nigung Gx und gibt ein Erfassungssignal aus, das die Längs beschleunigung Gx angibt. Diese Beschleunigungssensoren 21 bis 23 sind mit einem Mikrocomputer 20 verbunden.

Der Mikrocomputer 20 führt ein in Fig. 6 gezeigtes Pro gramm wiederholt mittels eines eingebauten Timers in Inter vallen von beispielsweise 10 ms durch und regelt dadurch eine Dämpfungskraft des Dämpfers 14. Des weiteren sind eine erste und zweite Speicherdarstellung (erste und zweite Ta belle) in den Mikrocomputer 20 eingebaut. Gemäß der Dar stellpng von Fig. 7 und 8 stellen diese Speicherdarstellun gen Dämpfungskraftcharakteristiken des Dämpfers 14 dar und speichern Werte der Dämpfungskräfte fd und fs, die der Re lativgeschwindigkeit y1ob für jede der Öffnungspositionen P (= 1 bis 16) der Dämpferblende entsprechen. Unter Bezug nahme auf die erste Speicherdarstellung in Fig. 7, wie durch durchgezogene Linien angezeigt ist, ist die Korrektur hierbei dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient einer spe zifischen Kennlinie des Dämpfers 14 auf einen Wert begrenzt ist, der gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert ist. D. h., in einer Zone, in der die Relativgeschwindigkeit y1ob negativ ist (auf der Ausfahrseite des Dämpfers 14) und die Öffnungsposition P einem großen Öffnungsquerschnitt ent spricht (auf der harten Seite des Dämpfers 14), werden die Veränderungskurven, die naturgemäß mit gestrichelten Linien zusammenfallen, so modifiziert, wie es durch die durchgezo genen Linien angezeigt ist.

Eine Ansteuerschaltung 24, die mit dem Mikrocomputer 20 verbunden ist, steuert eine Drehzahl eines Schrittmotors 25 in Abhängigkeit von einem Steuersignal vom Mikrocomputer 20, das eine einem Öffnungsgrad einer Blende 14a des Dämp fers 14 entsprechende Position P angibt. Der Schrittmotor 25 ist in den Dämpfer 14 eingegliedert und steuert einen Öffnungsgrad der Blende 14a infolge der erwähnten Drehzahl regelung.

Es folgt nun eine Beschreibung des Betriebs dieser kon kreten Ausführungsform. Bei Betätigung eines Fahrzeugzünd schalters (nicht gezeigt) führt der Mikrocomputer 20 eine Programmverarbeitung (nicht gezeigt) durch, um dadurch die Öffnungsposition P auf "1" zu stellen, den Schrittmotor 25 über die Ansteuerschaltung 24 anzusteuern, und den Öff nungsgrad der Blende 14a des Dämpfers 14 auf ihren (dem "weichen" Dämpfer entsprechenden 14) Maximalwert zu stel len. Nach dem Einstellen einer geschätzten Relativgeschwin digkeit y1ob, eines Schätzbetrags y2ob der Relativverschie bung, der Zustandsvariablen Xob1 bzw. Xob2 und der Zwi- schenparameter X1obt bzw. X2obt auf vorgegebene Initial werte führt der Mikrocomputer 20 das in Fig. 6 gezeigte Programm wiederholt in Intervallen von beispielsweise 10 ms durch. Es ist anzumerken, daß die Öffnungsposition P, die geschätzte Relativgeschwindigkeit y1ob, der Schätzbetrag y2ob der Relativverschiebung, die Zustandsvariablen Xob1 bzw. Xob2 und die Zwischenparameter X1obt und X2obt sowie verschiedene, in einem späterhin beschriebenen Programm verwendete Größen den jeweils für die Beschreibung der grundlegenden Theorie verwendeten Werten entsprechen. Da der Beobachter jedoch aus einem diskreten System aufgebaut ist, das konkrete Berechnungen anwendet, beziehen sich die gezeigten Größen auf den Fall, in dem die obenstehend er wähnte Zustandsgleichung und Ausgangsgleichung mittels bilinearer Transformation in ein diskretes System konver tiert werden.

Das obenstehend erwähnte Programm wird im Schritt S100 gestartet. Im Schritt 102 empfängt der Mikrocomputer 20 Er fassungssignale, die eine Vertikalbeschleunigung Zb", eine Querbeschleunigung Gy und eine Längsbeschleunigung Gx an zeigen, von dem Vertikalbeschleunigungs-Sensor 21, dem Querbeschleunigungs-Sensor 22 bzw. dem Längsbeschleuni gungs-Sensor 23. Als nächstes wird im Schritt S104 eine Dämpfungskraft fd(y1ob, P), die der geschätzten Relativge schwindigkeit y1ob und der Öffnungsposition P entspricht, unter Bezugnahme auf die erste Speicherdarstellung bestimmt (Fig. 7). Auch wenn in diesem Fall die anfänglich gemäß der obenstehenden Beschreibung eingestellte geschätzte Relativ geschwindigkeit y1ob und Öffnungsposition P in der ersten Iteration angewendet werden, werden in darauffolgenden Ite rationen des Programms von Fig. 6 Werte verwendet, die von den letzten Iterationen der Schritte S120, S128 und S130 abgeleitet wurden. Die Dämpfungskraft fd(y1ob, P) kann auf geeignete Weise durch lineare Interpolation berechnet wer den, die aus der ersten Speicherdarstellung ausgelesene Werte verwendet.

Als nächstes werden im Schritt S106 durch Anstellen von Berechnungen gemäß den Gleichungen (26) bis (28), die je weils den obenstehend erwähnten Gleichungen (1) bis (3) entsprechen, jeweils eine durch Wankbewegungen des Fahr zeugaufbaus 11 infolge einer unebenen Fahrbahnoberfläche erzeugte Federkraft fs des Stabilisators, eine durch Wank bewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs erzeugte Veränderung ΔMr der Straßenauflagelast, und eine durch Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs erzeugte Verän derung ΔMp der Straßenauflagelast berechnet.

fs = Ks×y2ob (26)

ΔMr = 2×Mb×Gy×H/T (27)

ΔMp = 2×Mb×Gx×H/W (28)

Bei der obenstehenden Gleichung (26) steht Ks für eine vorläufig als Konstante vorgegebene Federkonstante des Sta bilisators. Diese Federkonstante Ks kann jedoch zum Zweck der Berechnung der geschätzten Relativgeschwindigkeit y1ob und des Schätzbetrags y2ob der Relativverschiebung mit ho her Genauigkeit und hoher Stabilität eingestellt werden. Obgleich y2ob ein geschätzter Verschiebungsbetrag ist, der anfänglich gemäß der obenstehenden Beschreibung in der an fänglichen Iteration eingestellt wurde, wird in den darauf folgenden Iterationen der im Schritt S120 berechnete Wert verwendet. In den obenstehenden Gleichungen (27) und (28) steht Mb für eine Masse des Fahrzeugaufbaus 11, H für eine Höhe des Schwerpunkts des Fahrzeugaufbaus 11, T für eine Spurweite des Fahrzeugs, und W für einen Radstand des Fahr zeugs. Diese Größen Mb, H, T und W sind vorläufig als Kon stanten vorgegeben. Gy und Gx stehen jeweils für die Quer- und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs, die in der obenste hend erwähnten Iteration von Schritt S102 eingegeben wur den.

Als nächstes wird im Schritt S108 die obenstehend be rechnete Federkraft fs des Stabilisators so eingeschränkt, daß ein Absolutwert |fs| davon gleich oder kleiner als ein Schwellenwert fsth wird (s. Fig. 9). D. h., die obenstehend berechnete Federkraft fs wird mit den Schwellenwerten fsth und -fsth verglichen. Falls fs<-fsth, wird fs zu -fsth ge ändert. Falls -fsth≦fs≦fsth, bleibt fs gleich dem obenste hend berechneten Wert. Falls fs<fsth, wird fs zu fsth geän dert.

Nach der obenstehend erwähnten Verarbeitung von Schritt S108 durch Anstellen einer Berechnung gemäß Gleichung (29), die der obenstehend erwähnten Gleichung (18) entspricht, wird im Schritt S110 eine geschätzte Eingangsvariable uob (= die nichtlineare Komponente fnl(Zw'-Zb', P)) des Dämp fers 14 unter Verwendung der obenstehend berechneten Dämp fungskraft fd(y1ob, P), der Federkraft fs und der Verände rungen ΔMr und ΔMp der Straßenauflagelast berechnet. Auch ist in diesem Fall Co ein Dämpfungskoeffizient des Dämpfers 14, der gemäß der obenstehenden Beschreibung (Fig. 3) prä zise bestimmt wurde, und die geschätzte Relativgeschwindig keit y1ob ist der im obenstehend erwähnten Schritt S104 verwendete Wert.

uob = fd(y1ob, P)-Co×y1ob+fs+ΔMr+ΔMp (29)

Als nächstes wird im Schritt S112 eine geschätzte Ver tikalbeschleunigung Zbob" des Fahrzeugaufbaus 11 durch An stellen einer Berechnung gemäß der untenstehend gezeigten Gleichung (30) unter Verwendung der in den obenstehend er wähnten Gleichungen (14) und (17) vorgeschriebenen Koeffi zienten u1, u2 und F und der im obenstehend genannten Schritt S110 berechneten Eingangsvariable uob berechnet. Des weiteren werden als die Zwischenparameter X1obt und X2obt in der Gleichung (30), obwohl in der anfänglichen Iteration die gemäß der obenstehenden Beschreibung anfäng lich eingestellten Werte verwendet werden, in den darauf folgenden Iterationen die aus der letzten Iteration von Schritt S116 abgeleiteten Werte verwendet.

Zbob" = u1×X1obt+u2×X2obt+F×uob (30)

Als nächstes werden im Schritt S114 durch Anstellen von Berechnungen gemäß den Gleichungen (31) und (32); die der obenstehend genannten Gleichung (25) entsprechen, die Ver stärkungen h1 und h2 berechnet. Auch wird in diesem Fall der im obenstehend genannten Schritt S104 verwendete Wert als die Öffnungsposition P verwendet.

h1 = hs1+(hh1-hs1)×(P-1)/15 (31)

h2 = hs2+(hh2-hs2)×(P-1)/15 (32)

Als nächstes werden im Schritt S116 die Zwischenparame ter X1obt und X2obt durch Anstellen von Berechnungen gemäß den Gleichungen (33) und (34) unter Verwendung der durch die obenstehend erwähnte Iteration von Schritt S102 einge gebenen Vertikalbeschleunigung Zb", der durch die obenste hend erwähnte Iteration von Schritt S112 berechneten ge schätzten Vertikalbeschleunigung Zbob" und der durch die obenstehend erwähnte Iteration von Schritt S114 berechneten Verstärkungen h1 und h2 berechnet. Auch wird in diesem Fall wie bei den Zustandsvariablen X1ob und X2ob, obgleich in der anfänglichen Iteration die gemäß der obenstehenden Be schreibung eingestellten Werte verwendet werden, in den darauffolgenden Iterationen die aus der letzten Iteration von Schritt S118 abgeleiteten Werte verwendet.

X1obt = X1obt+h1×(Zb"-Zbob") (33)

X2obt = X2obt+h2×(Zb"-Zbob") (34)

Als nächstes werden im Schritt S118 die Zustandsvaria blen X1ob und X2ob durch Anstellen von Berechnungen gemäß den Gleichungen (35) und (36) unter Verwendung der Zwi schenparameter X1obt und X2obt und der mittels der obenste hend erwähnten Iterationen der Schritte S116 und S110 be rechneten geschätzten Eingangsvariablen uob und der in den obenstehend erwähnten Gleichungen (8) und (10) vorgeschrie benen Koeffizienten a11, a12; a21, a22, b1 und b2 berech net.

X1ob = a11×X1obt+a12×X2obt+b1×uob (35)

X2ob = a21×X1obt+a22×X2obt+b2×uob (36)

Als nächstes werden im Schritt S120 eine geschätzte Re lativgeschwindigkeit y1ob und ein Schätzbetrag y2ob der Re lativverschiebung durch Anstellen von Berechnungen gemäß der Gleichungen (37) bzw. (38) unter Verwendung der Zwi schenparameter X1obt und X2obt, der mittels der obenstehend erwähnten Iterationen der Schritte S116 und S110 berechne ten Eingangsvariable uob und der in den obenstehend erwähn ten Gleichungen (12), (13), (15) und (16) vorgeschriebenen Koeffizienten c11, c12, c21, c22, D1 und D2 berechnet. Da durch werden eine Geschwindigkeit (Zw'-Zb') des Rades 12 relativ zum Fahrzeugaufbau 11 und ein Betrag (Zw-Zb) der Verschiebung des Rades 12 relativ zum Fahrzeugaufbau 11 ge schätzt.

y1ob = c11×X1obt+c12×X2obt+D1×uob (37)

y2ob = c21×X1obt+c22×X2obt+D2×uob (38)

Es folgt nun eine Beschreibung davon, wie eine Dämp fungskraft des Dämpfers 14 gemäß der Skyhook-Theorie auf der Grundlage der somit geschätzten Relativgeschwindigkeit y1ob und der erfaßten Vertikalbeschleunigung Zb" zu regeln ist. Zunächst wird im Schritt S122 die gemäß der obenste henden Beschreibung eingegebene Vertikalbeschleunigung Zb" gemäß Gleichung (39) zeitintegriert, wodurch eine Vertikal geschwindigkeit Zb' des Fahrzeugaufbaus 11 berechnet wird. Im Schritt S124 wird durch Anstellen einer Berechnung gemäß Gleichung (40) eine Skyhook-Dämpfungskraft fs des Dämpfers 14 unter Verwendung eines Skyhook-Dämpfungskoeffizienten Csh berechnet. Der Skyhook-Dämpfungskoeffizient Csh wird vorläufig als Konstante angegeben.

Zb' = ∫Zb"dt (39)

fs = Csh×Zb' (40)

Daraufhin wird im Schritt S126 bestimmt, ob die ge schätzte Relativgeschwindigkeit y1ob und die Vertikalge schwindigkeit Zb' unterschiedliche Vorzeichen haben, d. h. ob sich ein Schwingungszustand des Fahrzeugaufbaus 11 in einer Anregungs- oder Dämpfungszone befindet. Falls sich der Schwingungszustand des Fahrzeugaufbaus 11 in der Dämp fungszone befindet und die geschätzte Relativgeschwindig keit y1ob und die Vertikalgeschwindigkeit Zb' unterschied liche Vorzeichen haben, wird das Ergebnis im Schritt S126 als "JA" bewertet. Es wird dann im Schritt S128 auf die zweite Speicherdarstellung (Fig. 8) Bezug genommen, wodurch eine der obenstehend berechneten Skyhook-Dämpfungskraft fs und der geschätzten Relativgeschwindigkeit y1ob entspre chende Öffnungsposition P bestimmt wird. Bei der Durchfüh rung dieser Bestimmung wird in der grafischen Darstellung in Fig. 8 eine Kurve erhalten, die einem durch die Skyhook- Dämpfungskraft fs und die geschätzte Relativgeschwindigkeit y1ob bestimmten Punkt am nächsten liegt, und die der erhal tenen Kurve entsprechende Öffnungsposition P gewählt. Falls sich Schwingungszustand des Fahrzeugaufbaus 11 hingegen in der Anregungszone befindet und die geschätzte Relativge schwindigkeit y1ob und die Vertikalgeschwindigkeit Zb' gleiche Vorzeichen haben, wird das Ergebnis im Schritt S126 als "NEIN" bewertet. Es wird dann im Schritt S130 eine Öff nungsposition P auf "1" gestellt, was den weichsten Zustand des Dämpfers 14 angibt.

Nach den obenstehend erwähnten Iterationen der Schritte S128 und S130 wird ein Regelsignal, das die Öffnungspositi on P angibt, im Schritt S132 an die Ansteuerschaltung 24 ausgegeben. Die Ansteuerschaltung 24 steuert die Drehung des Schrittmotors 25 auf der Grundlage des Regelsignals und stellt einen Öffnungsgrad der Blende 14a des Dämpfers 14 auf einen Wert ein, der der obenstehend erwähnten Öffnungs position P entspricht. Als Ergebnis wird die Dämpfungskraft des Dämpfers 14 auf der Grundlage der Skyhook-Theorie gere gelt, was zu einer Verbesserung des Fahrkomforts des Fahr zeugs führt. Das Programm endet im Schritt S134.

Bei der gemäß der obenstehenden Beschreibung aufgebau ten Ausführungsform stellen die Iterationen der Schritte S102 bis S120 des vom Mikrocomputer 20 durchgeführten Pro gramm einen Beobachter (Schätzeinrichtung) dar. Gemäß die sem Beobachter werden jeweils eine Vertikalgeschwindigkeit (Zw'-Zb') und ein Betrag (Zw-Zb) der Verschiebung des Fahr zeugaufbaus 11 relativ zum Rad 12 (eine Vertikalgeschwin digkeit Zb'-Zw') und ein Betrag (Zb-Zw) der Verschiebung des Rades 12 relativ zum Fahrzeugaufbau 11) unter Verwen dung eines Beobachtungswerts einer Vertikalbeschleunigung Zb" des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum absoluten Raum ge schätzt, die durch den Vertikalbeschleunigungs-Sensor 21 erfaßt Wurde. Somit kann die Anzahl von Sensoren reduziert werden. Insbesondere werden durch die Iterationen in den Schritten S106 und S110 eine durch Wankbewegungen des Fahr zeugaufbaus 11 infolge einer unebenen Fahrbahnoberfläche erzeugte Federkraft fs des Stabilisators, eine durch Wank bewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs erzeugte Veränderung ΔMr der Straßenauflageläst, und eine durch Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs erzeugte Verän derung ΔMp der Straßenauflagelast berechnet. Die nichtli neare Komponente des Dämpfers 14, dessen Regeleingänge die Federkraft fs und die Veränderungen ΔMr und ΔMp der Stra ßenauflagelast sind, wird kompensiert. Somit werden die Re lativgeschwindigkeit (Zw'-Zb') und der Betrag (Zw-Zb) der Relativverschiebung selbst dann genau bestimmt, wenn das Fahrzeug aufgrund von Störungen ausgehend von einer Fahr bahnoberfläche Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 aus führt, oder wenn der Fahrzeugaufbau 11 bei einer Kurven fahrt Wankbewegungen ausführt, oder wenn der Fahrzeugaufbau 11 beim Beschleunigen oder Abbremsen Nickbewegungen aus führt.

Durch die Verarbeitung im Schritt S108 wird die oben stehend berechnete Federkraft fs auf einen vorgegebenen Be reich beschränkt. Daher wird verhindert, daß die Federkraft fs infolge eines Fehlers unangemessen groß wird, und der vom Beobachter geschätzte Wert oszilliert nicht. Somit wird eine kinetische Zustandsgröße des Fahrzeugaufbaus 11 rela tiv zum Rad 12 mit hoher Stabilität geschätzt.

Bei der obenstehend erwähnten Ausführungsform wird die Vertikalbeschleunigung Zb", die als absolute vertikale ki netische Zustandsgröße des Fahrzeugaufbaus 11 dient, als Beobachtungswert angenommen. Die Vertikalgeschwindigkeit Zb' und der Betrag Zb der Verschiebung des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum absoluten Raum können jedoch durch Integra tion der obenstehend erwähnten Vertikalbeschleunigung Zb" berechnet werden. Die Vertikalbeschleunigung Zb" kann eben falls durch Differenzieren der Geschwindigkeit Zb' und des Verschiebungsbetrags Zb berechnet werden. Anders ausge drückt, die Vertikalbeschleunigung Zb", die Geschwindigkeit Zb' und der Verschiebungsbetrag Zb sind äquivalente kineti sche Zustandsgrößen. Demzufolge können die Vertikalge schwindigkeit und der Betrag der Vertikalverschiebung des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum absoluten Raum als absolute vertikale kinetische Zustandsgröße des Fahrzeugaufbaus 11 genommen werden. Des weiteren werden gemäß der obenstehend erwähnten Ausführungsform die Vertikalgeschwindigkeit (Zb'- Zw') des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum Rad 12 und der Be trag (Zb-Zw) der Vertikalverschiebung des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum Rad 12 als kinetische Zustandsgrößen des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum Rad 12 geschätzt. Die Verti kalbeschleunigung (Zb"-Zw") des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum Rad 12 kann jedoch auch durch Differenzieren der oben stehend erwähnten Relativgeschwindigkeit (Zb'-Zw') berech net werden, und die obenstehend erwähnte Relativgeschwin digkeit (Zb'-Zw') kann auch durch Integration der Relativ beschleunigung (Zb"-Zw") berechnet werden. Anders ausge drückt, die Relativbeschleunigung (Zb"-Zw"), die Relativge schwindigkeit (Zb'-Zw') und der Relativverschiebungsbetrag (Zb-Zw) sind ebenfalls äquivalente kinetische Zustandsgrö ßen. Demzufolge kann die Vertikalbeschleunigung (Zb"-Zw") des Fahrzeugaufbaus 11 relativ zum Rad 12 auch als verti kale kinetische Zustandsgröße des Fahrzeugaufbaus 11 rela tiv zum Rad 12 genommen werden.

Bei der obenstehend erwähnten Ausführungsform werden eine durch Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 infolge einer unebenen Fahrbahnoberfläche erzeugte Federkraft fs, eine durch Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus 11 bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs erzeugte Veränderung ΔMr der Straßenauflagelast, und eine durch Nickbewegungen des Fahr zeugaufbaus 11 beim Beschleunigen oder Abbremsen des Fahr zeugs erzeugte Veränderung ΔMp der Straßenauflagelast zum Kompensieren eines Regeleingangs des Beobachters (der nichtlinearen Komponente des Dämpfers 14) verwendet. Aus Gründen einer Auswirkung des Beobachters auf den Schätz wert, die Geschwindigkeitsberechnung u. dgl. können jedoch eine oder mehrere von Federkraft fs und Veränderungen ΔMr und ΔMp bei der Berechnung für die Kompensation unberück sichtig bleiben.

Bei der obenstehend erwähnten Ausführungsform wird die in Fig. 7 gezeigte Speicherdarstellung verwendet, um die Dämpfungskraft fd des Dämpfers 14 im Schritt S104 von Fig. 6 abzuleiten. Es ist jedoch in diesem Fall erforderlich, die Dämpfungskraft fd des Dämpfers 14 von der geschätzten Relativgeschwindigkeit y1ob und der Öffnungsposition P ab zuleiten. Anstelle einer Verwendung der ersten Speicherdar stellung kann die genannte Dämpfungskraft fd daher durch Berechnungen unter Verwendung der geschätzten Relativge schwindigkeit y1ob, der Öffnungsposition P und vorgegebener Parameter abgeleitet werden. In anderen Worten, um die Dämpfungskraft fd des Dämpfers 14 abzuleiten, können ver schiedene nichtlineare Funktionserzeugungseinrichtungen einschließlich der ersten Speicherdarstellung, Berechnung und dergleichen eingesetzt werden. Jedoch ist auch in die sem Fall der Gradient der Kurve, welche eine Veränderung der Dämpfungskraft fd bezüglich der geschätzten Relativge schwindigket y1ob anzeigt, auf einen Wert von gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert beschränkt.

Bei der obenstehend erwähnten Ausführungsform wird die zweite Speicherdarstellung (Fig. 8) dazu verwendet, die Öffnungsposition P im Schritt S128 von Fig. 6 zu bestimmen. Die zweite Speicherdarstellung unterscheidet sich von der ersten Speicherdarstellung nur in einer Zone, in der die geschätzte Relativgeschwindigket y1ob einen negativen Wert annimmt und die Öffnungsposition P einer großen Öffnungs fläche entspricht. Somit ist es unter Zulassung eines ge ringfügigen Fehlers möglich, die erste Speicherdarstellung (Fig. 7) für die Bestimmung der Öffnungsposition P im Schritt 128 zu verwenden, anstatt die zweite Speicherdar stellung zu verwenden.

Der Beobachter und die Kompensiereinrichtung können als programmierter Universalrechner (d. h. der Mikrocomputer 20) ausgeführt sein. Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß der Beobachter und die Kompensiereinrichtung unter Verwen dung einer einzigen spezialisierten integrierten Schaltung (z. B. ASIC) mit einem Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für eine Gesamtsteuerung auf Systemniveau und separaten de dizierten Abschnitten für die Durchführung verschiedener spezifischer Berechnungen, Funktionen und anderer Prozesse unter Steuerung durch den Zentralprozessorabschnitt ausge führt sein kann. Der Beobachter und die Kompensiereinrich tung können auch eine Mehrzahl von separaten dedizierten oder programmierbaren, integrierten oder anderen elektroni schen Schaltungen oder Vorrichtungen sein (z. B. festver drahtete elektronische oder logische Schaltkreise wie Schaltungen aus diskreten Bausteinen oder programmierbaren Logikbausteinen wie PLDs, PLAs, PALs o. dgl.). Der Beobach ter und die Kompensiereinrichtung können unter Verwendung eines geeigneten programmierten Universalrechners, z. B. ei nes Mikroprozessors, Mikrokontrollers oder einer anderen Prozessorvorrichtung (CPU oder MPU) entweder für sich oder in Verbindung mit einer oder mehreren peripheren (z. B. IC-) Daten- und Signalverarbeitungsvorrichtungen ausgeführt sein. Im wesentlichen kann jegliche Vorrichtung oder Anord nung von Vorrichtungen bzw. Bausteinen auf einer Finite- State-Maschine, die zur Durchführung der hier beschriebenen und/oder in Fig. 6 gezeigten Prozesse in der Lage ist, als der Beobachter und die Kompensiereinrichtung verwendet wer den. Eine verteilte Verarbeitungsarchitektur kann für maxi male Leistungsfähigkeit und Geschwindigkeit der Daten- /Signalverarbeitung verwendet werden.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform davon beschrieben wurde, ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die offengelegte Ausführungsform oder den offengelegten Aufbau beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung soll im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente An ordnungen abdecken. Während die verschiedenen Elemente der offengelegten Erfindung in verschiedenen beispielhaften Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, liegen an dere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Element beinhalten, ebenfalls inner halb des Grundgedankens und Rahmens der vorliegenden Erfin dung.

Claims

1. Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgrö ße zur Verwendung mit einem Fahrzeug mit einem Dämpfer (14), der eine Dämpfungskraft entsprechend einem Blen denöffnungsgrad einer Dämpferblende erzeugt, wobei die Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe eine vertikale kinetische Zustandsgröße eines ge federten Elements (11) relativ zu einem ungefederten Element (12) schätzt unter Verwendung:
einer Einrichtung (S102) zum Erfassen einer absoluten kinetischen Zustandsgröße, welche eine vertikale kine tische Zustandsgröße des gefederten Elements (11) rela tiv zum absoluten Raum erfaßt;
eines Beobachters (S110-S120), der die vertikale kine tische Zustandsgröße des gefederten Elements (11) rela tiv zu dem ungefederten Element (12) auf der Grundlage der durch die Einrichtung (S102) zum Erfassen einer ab soluten kinetischen Zustandsgröße erfaßten vertikalen kinetischen Zustandsgröße und einer nichtlinearen Kom ponente der durch den Blendenöffnungsgrad bestimmten Dämpfungskraft des Dämpfers als Regeleingang schätzt, wobei die Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße dadurch gekennzeichnet ist, daß sie auf weist:
eine erste Kompensiereinrichtung (S106) zum Bestimmen einer Federkraft eines Stabilisators auf der Grundlage eines Betrags einer Relativverschiebung des gefederten Elements (11) relativ zu dem ungefederten Element (12), und Kompensieren des Regeleingangs des Beobachters auf der Grundlage der bestimmten Federkraft.

2. Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet:
daß die erste Kompensiereinrichtung (S110-S120) die Fe derkraft des Stabilisators auf innerhalb eines vorgege benen Bereichs beschränkt.

3. Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren aufweist:
eine Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung (S102) zum Erfassen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs; und
eine zweite Kompensiereinrichtung (S106) zum Bestimmen einer durch Wankbewegungen des gefederten Elements (11) erzeugten Veränderung der Straßenauflagelast auf der Grundlage der durch die Querbeschleunigungs-Erfassungs einrichtung (S102) erfaßten Querbeschleunigung, welche den Regeleingang des Beobachters (S110-S120) auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßenaufla gelast kompensiert.

4. Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren aufweist:
eine Längsbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung (S102) zum Erfassen einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugs; und
eine zweite Kompensiereinrichtung (S106) zum Bestimmen einer durch Nickbewegungen des gefederten Elements (11) erzeugten Veränderung der Straßenauflagelast auf der Grundlage der durch die Längsbeschleunigungs-Erfas sungseinrichtung (SiO₂) erfaßten Längsbeschleunigung, welche den Regeleingang des Beobachters (S110-S120) auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßen auflagelast kompensiert.

5. Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren aufweist:
eine Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung (S102) zum Erfassen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs; und
eine zweite Kompensiereinrichtung (S106) zum Bestimmen einer durch Wankbewegungen des gefederten Elements (11) erzeugten Veränderung der Straßenauflagelast auf der Grundlage der durch die Querbeschleunigungs-Erfassungs einrichtung (S102) erfaßten Querbeschleunigung, welche den Regeleingang des Beobachters auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßenauflagelast kompen siert.

6. Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren aufweist:
eine Längsbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung (S102) zum Erfassen einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugs; und
eine zweite Kompensiereinrichtung (S106) zum Bestimmen einer durch Nickbewegungen des gefederten Elements (11) erzeugten Veränderung der Straßenauflagelast auf der Grundlage der durch die Längsbeschleunigungs-Erfas sungseinrichtung (S102) erfaßten Längsbeschleunigung, welche den Regeleingang des Beobachters (S110-S120) auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßen auflagelast kompensiert.

7. Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe zur Verwendung mit einem Fahrzeug mit einem Dämp fer (14), der eine Dämpfungskraft entsprechend einem Blendenöffnungsgrad einer Dämpferblende erzeugt, wobei die Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zu standsgröße eine vertikale kinetische Zustandsgröße ei nes gefederten Elements (11) relativ zu einem ungefe derten Element (12) schätzt unter Verwendung:
einer Einrichtung (S102) zum Erfassen einer absoluten kinetischen Zustandsgröße, welche eine vertikale kine tische Zustandsgröße des gefederten Elements (11) rela tiv zum absoluten Raum erfaßt;
eines Beobachters (S110-S120), der die vertikale kine tische Zustandsgröße des gefederten Elements (11) rela tiv zu dem ungefederten Element (12) auf der Grundlage der durch die Einrichtung (S102) zum Erfassen einer ab soluten kinetischen Zustandsgröße erfaßten vertikalen kinetischen Zustandsgröße und einer nichtlinearen Kom ponente der durch den Blendenöffnungsgrad bestimmten Dämpfungskraft des Dämpfers als Regeleingang schätzt;
einer Querbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung (S102) zum Erfassen einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs;
wobei die Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße dadurch gekennzeichnet ist, daß sie auf weist:
eine Kompensiereinrichtung (S106) zum Bestimmen einer durch Wankbewegungen des gefederten Elements (11) er zeugten Veränderung der Straßenauflagelast auf der Grundlage der durch die Querbeschleunigungs-Erfassungs einrichtung (SiO₂) erfaßten Querbeschleunigung, welche den Regeleingang des Beobachters auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßenauflagelast kompen siert.

8. Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustands größe zur Verwendung mit einem Fahrzeug mit einem Dämp fer (14), der eine Dämpfungskraft entsprechend einem Blendenöffnungsgrad einer Dämpferblende erzeugt, wobei die Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zu standsgröße eine vertikale kinetische Zustandsgröße ei nes gefederten Elements (11) relativ zu einem ungefe derten Element (12) schätzt unter Verwendung:
einer Einrichtung (S102) zum Erfassen einer absoluten kinetischen Zustandsgröße, welche eine vertikale kine tische Zustandsgröße eines gefederten Elements (11) re lativ zum absoluten Raum erfaßt;
eines Beobachters (S110-S120), der die vertikale kine tische Zustandsgröße des gefederten Elements (11) rela tiv zu dem ungefederten Element (12) auf der Grundlage der durch die Einrichtung (S102) zum Erfassen einer ab soluten kinetischen Zustandsgröße erfaßten vertikalen kinetischen Zustandsgröße und einer nichtlinearen Kom ponente der durch den Blendenöffnungsgrad bestimmten Dämpfungskraft des Dämpfers als Regeleingang schätzt;
einer Längsbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung (S102) zum Erfassen einer Längsbeschleunigung des Fahrzeugs;
wobei die Vorrichtung zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße dadurch gekennzeichnet ist, daß sie auf weist:
eine Kompensiereinrichtung (S106) zum Bestimmen einer durch Nickbewegungen des gefederten Elements (11) er zeugten Veränderung der Straßenauflagelast auf der, Grundlage der durch die Längsbeschleunigungs-Erfas sungseinrichtung (S102) erfaßten Längsbeschleunigung, welche den Regeleingang des Beobachters auf der Grund lage der bestimmten Veränderung der Straßenauflagelast kompensiert.

9. Verfahren zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße zur Verwendung mit einem Fahrzeug mit einem Dämpfer (14), der eine Dämpfungskraft entsprechend einem Blen denöffnungsgrad einer Dämpferblende erzeugt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist:
Erfassen (S102) einer vertikalen kinetischen Zustands größe des gefederten Elements relativ zum absoluten Raum;
Schätzen (S110-S120) einer vertikalen kinetischen Zu standsgröße des gefederten Elements (11) relativ zu dem ungefederten Element (12) auf der Grundlage der erfaß ten vertikalen kinetischen Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zum absoluten Raum und einer nichtli nearen Komponente der durch den Blendenöffnungsgrad be stimmten Dämpfungskraft des Dämpfers als Regeleingang; und
Bestimmen (S106) einer Federkraft eines Stabilisators auf der Grundlage eines Betrags einer Verschiebung des gefederten Elements relativ zu dem ungefederten Ele ment, und Kompensieren des Regeleingangs auf der Grund lage der bestimmten Federkraft.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet:
daß die Federkraft des Stabilisators auf innerhalb ei nes vorgegebenen Bereichs beschränkt ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren aufweist:
Erfassen (S102) einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs; und
Bestimmen (S106) einer durch Wankbewegungen des gefe derten Elements erzeugten Veränderung der Straßenaufla gelast auf der Grundlage der erfaßten Querbeschleuni gung, und Kompensieren des Regeleingangs auf der Grund lage der bestimmten Veränderung der Straßenauflagelast.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren aufweist:
Erfassen (S102) einer Längsbeschleunigung des Fahr zeugs; und
Bestimmen (S106) einer durch Nickbewegungen des gefe derten Elements (11) erzeugten Veränderung der Straßen auflagelast auf der Grundlage der erfaßten Längsbe schleunigung, und Kompensieren des Regeleingangs auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßen auflagelast.

13. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren aufweist:
Erfassen (S102) einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs; und
Bestimmen (S106) einer durch Wankbewegungen des gefe derten Elements (11) erzeugten Veränderung der Straßen auflagelast auf der Grundlage der erfaßten Querbe schleunigung, und Kompensieren des Regeleingangs auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßen auflagelast.

14. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren aufweist:
Erfassen (S102) einer Längsbeschleunigung des Fahr zeugs; und
Bestimmen (S106) einer durch Nickbewegungen des gefe derten Elements (11) erzeugten Veränderung der Straßen auflagelast auf der Grundlage der erfaßten Längsbe schleunigung, und Kompensieren des Regeleingangs auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßen auflagelast.

15. Verfahren zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße zur Verwendung mit einem Fahrzeug mit einem Dämpfer, der eine Dämpfungskraft entsprechend einem Blendenöff nungsgrad einer Dämpferblende erzeugt, wobei das Ver fahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist:
Erfassen (S102) einer vertikalen kinetischen Zustands größe des gefederten Elements relativ zum absoluten Raum;
Schätzen (S110-S120) einer vertikalen kinetischen Zu standsgröße des gefederten Elements (11) relativ zu dem ungefederten Element (12) auf der Grundlage der erfaß ten vertikalen kinetischen Zustandsgröße relativ zum absoluten Raum und einer nichtlinearen Komponente der durch den Blendenöffnungsgrad bestimmten Dämpfungskraft des Dämpfers als Regeleingang;
Erfassen (S102) einer Querbeschleunigung des Fahrzeugs; und
Bestimmen (S106) einer durch Wankbewegungen des gefe derten Elements erzeugten Veränderung der Straßenaufla gelast auf der Grundlage der erfaßten Querbeschleuni gung, und Kompensieren des Regeleingangs auf der Grund lage der bestimmten Veränderung der Straßenauflagelast.

16. Verfahren zum Schätzen einer kinetischen Zustandsgröße zur Verwendung mit einem Fahrzeug mit einem Dämpfer (14), der eine Dämpfungskraft entsprechend einem Blen denöffnungsgrad einer Dämpferblende erzeugt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es aufweist:
Erfassen (S102) einer vertikalen kinetischen Zustands größe des gefederten Elements relativ zum absoluten Raum;
Schätzen (S110-S120) einer vertikalen kinetischen Zu standsgröße des gefederten Elements (11) relativ zu dem ungefederten Element (12) auf der Grundlage der erfaß ten vertikalen kinetischen Zustandsgröße des gefederten Elements relativ zum absoluten Raum und einer nichtli nearen Komponente der durch den Blendenöffnungsgrad be stimmten Dämpfungskraft des Dämpfers als Regeleingang;
Erfassen (S102) einer Längsbeschleunigung des Fahr zeugs; und
Bestimmen (S106) einer durch Nickbewegungen des gefe derten Elements (11) erzeugten Veränderung der Straßen auflagelast auf der Grundlage der erfaßten Längsbe schleunigung, und Kompensieren des Regeleingangs auf der Grundlage der bestimmten Veränderung der Straßen auflagelast.