DE102004031364B4 - Electrically controllable vibration damper - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Einstellen einer Dämpfungscharakteristik eines elektrisch gesteuerten Schwingungsdämpfers (10) für ein Fahrzeug (12), das einen Trägerkörper (18) aufweist, an dem der Schwingungsdämpfer (10) und eine parallel zum Schwingungsdämpfer (10) angeordnete Federung (14) befestigt sind, wobei – Informationen über eine an den vier Ecken i = 1–4 des Fahrzeuges (12) im Bereich der vier Räder vorliegende Auslenkung zB,i des Trägerkörpers (18) an der Befestigungsstelle der jeweiligen Dämpfungsanordnung in vertikaler Richtung, eine Auslenkung zW,i der Achse des jeweiligen Rades an der Befestigungsstelle der jeweiligen Dämpfungsanordnung in vertikaler Richtung und eine Beschleunigung z·· B,i des Trägerkörpers (18) an der Befestigungsstelle der jeweiligen Dämpfungsanordnung in vertikaler Richtung mit Hilfe von Sensoren (28, 30) ermittelt werden, – Schätzwerte für zwei, beim Betrieb des Fahrzeuges (12) auftretende interne Zustände sowie Schätzwerte für zu messende Messgrößen mittels der ersten Filterstufe (44) eines Filters geschätzt werden, der ein mathematisches Modell des zugrunde liegenden Dämpfungsprozesses einsetzt, und zum Schätzen Informationen über eine nichtlineare Charakteristik des Dämpfungsprozesses verwendet werden, – mit Hilfe eines mathematischen Modells (62) für mögliche Störungen des dynamischen Systems Schätzwerte für Störgrößen ermittelt werden, – die Summe aus den Schätzwerten für die zu messende Messgrößen und den Schätzwerten für die Störgrößen gebildet wird, und – der Filter eine Rückkopplung mit einer zweiten Filterstufe (54) aufweist, welcher die Differenz zwischen den gemessenen Messgrößen einerseits und der Summe aus den Schätzwerten für die zu messenden Messgrößen und den Schätzwerten für die Störgrößen andererseits als Eingangsgröße zugeführt wird und die auf der Basis der Differenz ein Korrektursignal ermittelt, welches der ersten Filterstufe (44) und dem mathematischen Modell (62) zugeführt wird, wobei die erste Filterstufe (44) auf der Basis des Korrektursignals die Schätzwerte für die zwei internen Zustandsgrößen sowie die Schätzwerte für zu messende Messgrößen ermittelt und das mathematische Modell (62) auf der Basis des Korrektursignals die Schätzwerte für die Störgrößen ermittelt.Method for adjusting a damping characteristic of an electrically controlled vibration damper (10) for a vehicle (12), which has a carrier body (18) to which the vibration damper (10) and a suspension (14) arranged parallel to the vibration damper (10) are fastened, wherein - information about one at the four corners i = 1-4 of the vehicle (12) in the region of the four wheels present deflection eg, i of the support body (18) at the attachment point of the respective damping assembly in the vertical direction, a deflection zW, i Axis of the respective wheel at the attachment point of the respective damping arrangement in the vertical direction and an acceleration z · B, i of the support body (18) at the attachment point of the respective damping arrangement in the vertical direction by means of sensors (28, 30) are determined, - estimated values for two internal states occurring during operation of the vehicle (12) and estimated values for nal measured quantities can be estimated by means of the first filter stage (44) of a filter which uses a mathematical model of the underlying damping process, and information about a nonlinear characteristic of the damping process can be used to estimate, by means of a mathematical model (62) for possible disturbances of the damping process dynamic system estimates of disturbances are determined, - the sum of the estimates for the measurands to be measured and the estimates for the disturbances is formed, and - the filter has a feedback with a second filter stage (54), which is the difference between the measured quantities measured on the one hand and the sum of the estimated values for the measured variables to be measured and the estimated values for the disturbance variables, on the other hand, as an input variable and which determines on the basis of the difference a correction signal which corresponds to the first filter stage (44) and the mathematical The first filter stage (44) determines the estimates for the two internal state variables and the estimates for measured variables to be measured on the basis of the correction signal, and the mathematical model (62) determines the estimates for determines the disturbances.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Dämpfungscharakteristik eines elektrisch gesteuerten Schwingungsdämpfers für ein Fahrzeug, das einen Trägerkörper aufweist, an dem der Schwingungsdämpfer und eine parallel zum Schwingungsdämpfer angeordnete Federung befestigt sind. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen Schwingungsdämpfer mit einer elektrisch steuerbaren Dämpfungscharakteristik sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Schwingungsdämpfer.The present invention relates to a method for adjusting a damping characteristic of an electrically controlled vibration damper for a vehicle, comprising a support body to which the vibration damper and arranged parallel to the vibration damper suspension are attached. The present invention further relates to a vibration damper with an electrically controllable damping characteristic and a vehicle having such a vibration damper.
Schwingungsdämpfer werden üblicherweise in Fahrwerken von Fahrzeugen eingesetzt und häufig auch als Stoßdämpfer bezeichnet. Sie verhindern zusammen mit der parallel angeordneten Federung das Aufschaukeln und Nachschwingen des Fahrzeugaufbaus bei Anregung durch Unebenheiten der Fahrbahn oder in anderen Fahrsituationen. Sie sollen die von der Fahrbahn angeregte Schwingung des Rades und der Achse rasch zum Abklingen bringen und so für eine möglichst ständige Bodenhaftung der Räder und eine gute Spurführung und Bremswirkung sorgen. Beim Überfahren z. B. einer Bodenerhebung werden die Federung und der Schwingungsdämpfer zusammengedrückt. Der auf das Fahrzeug einwirkende Stoß wird von der Federung aufgenommen. Anschießend strebt die Federung danach, die durch das Zusammendrücken gespeicherte Energie wieder abzugeben, indem sie sich entspannt. Der Schwingungsdämpfer soll diese angeregte Schwingung möglichst rasch zum Abklingen bringen.Vibration dampers are commonly used in vehicle chassis and often referred to as shock absorbers. Together with the parallel suspension, they prevent the vehicle body from rocking and ringing when stimulated by uneven road surfaces or in other driving situations. They should bring the excited by the road vibration of the wheel and the axle quickly to subside and so ensure the most constant grip of the wheels and good tracking and braking effect. When driving over z. B. a bottom elevation, the suspension and the vibration are compressed. The shock applied to the vehicle is absorbed by the suspension. Afterwards, the suspension strives to release the energy stored by the compression by relaxing. The vibration damper should bring this excited vibration as soon as possible to subside.
Bei der Festlegung der Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers liegen einander entgegenstehende Forderungen vor. Für den optimalen Komfort der Fahrzeugpassagiere ist bei bestimmten Fahrbahn- und Fahrzeugzuständen eine weiche Dämpfung vorteilhaft. Bei bestimmten anderen Fahrbahnzuständen ist eine harte Dämpfung vorzuziehen. Konventionelle Schwingungsdämpfer haben eine einmalig festgelegte Dämpfungscharakteristik, die in Abhängigkeit von der beim Betrieb des Fahrzeuges zu erwartenden Bandbreite an Fahrsituationen gewählt wird, die allerdings nicht für alle Fahrsituation gleich gut geeignet ist. Seit einiger Zeit werden zur Anpassung der Dämpfungscharakteristik an unterschiedliche Fahrsituationen elektrisch gesteuerte Schwingungsdämpfer entwickelt und bereits in Fahrzeugen eingesetzt. Bei diesen elektrisch gesteuerten Schwingungsdämpfern soll sich die Dämpfungscharakteristik weitgehend „online” auf die momentane Fahrsituation einstellen. Diese wird dazu mittels geeignet gewählter Sensoren ermittelt.When determining the damping characteristic of the vibration damper, there are opposing requirements. For optimum comfort of the vehicle passengers, a soft damping is advantageous for certain road and vehicle conditions. For some other road conditions, hard damping is preferable. Conventional vibration dampers have a unique damping characteristic which is selected as a function of the expected range of driving situations during operation of the vehicle, although this is not equally suitable for all driving situations. For some time, electrically controlled vibration dampers have been developed and already used in vehicles to adapt the damping characteristics to different driving situations. In the case of these electrically controlled vibration dampers, the damping characteristic should largely be adjusted "online" to the instantaneous driving situation. This is determined by means of suitably selected sensors.
Ein Weg, eine geeignete Ansteuerung des Schwingungsdämpfers zum Einstellen seiner Dämpfungscharakteristik aus den gelieferten Sensoreninformationen herzuleiten, ist die sogenannte „sky-hook”-Methode. Bei dieser Methode wird eine ideale Trägerkörperkraft Fsky bestimmt, die auf den Trägerkörper des Fahrzeuges wirken würde, wenn der Trägerkörper des Fahrzeuges mittels eines (künstlichen) Schwingungsdämpfers fest mit einem festen Punkt, dem „sky”, verbunden wäre. Beim Einstellen der Dämpfungscharakteristiken des realen Schwingungsdämpfers wird versucht, die Trägerkörperkraft Fsky und eine momentane Federungskraft Fsus möglichst genau nachzubilden. Da diese beiden Kräfte geschwindigkeitsabhängig sind, können sie über die Ermittlung der absoluten vertikalen Geschwindigkeit des Trägerkörpers und der Geschwindigkeit der Auslenkung der Federung bestimmt werden. Zu deren Bestimmung werden lineare Kalman-Filter eingesetzt, die eine Abschätzung der beiden Geschwindigkeit liefern.One way of deducing suitable control of the vibration damper for setting its damping characteristic from the supplied sensor information is the so-called "sky-hook" method. In this method, an ideal body force F sky is determined, which would act on the carrier body of the vehicle, if the carrier body of the vehicle by means of an (artificial) vibration damper fixed to a fixed point, the "sky" would be connected. When adjusting the damping characteristics of the real vibration damper, it is attempted to simulate the carrier body force F sky and a momentary suspension force F sus as accurately as possible. Since these two forces are speed-dependent, they can be determined by determining the absolute vertical speed of the carrier body and the speed of deflection of the suspension. For their determination, linear Kalman filters are used, which provide an estimate of the two velocities.
Die
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst exaktes Einstellen einer Dämpfungscharakteristik eines Schwingungsdämpfers angepaßt an eine momentan vorliegende Fahrsituation zu ermöglichen.The invention is based on the object adapted as precisely as possible adjusting an attenuation characteristic of a vibration damper to enable a current driving situation.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Einstellen einer Dämpfungscharakteristik eines elektrisch gesteuerten Schwingungsdämpfers für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1, durch einen Schwingungsdämpfer mit einer elektrisch steuerbaren Dämpfungscharakteristik gemäß Anspruch 5 sowie durch ein Fahrzeug mit einem solchen Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 8 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a method for adjusting a damping characteristic of an electrically controlled vibration damper for a vehicle according to claim 1, by a vibration damper with an electrically controllable damping characteristic according to claim 5 and by a vehicle comprising such a vibration damper according to claim 8. The dependent claims contain advantageous developments of the invention.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei, beim Betrieb des Fahrzeuges auftretende interne Zustände, insbesondere eine absolute vertikale Geschwindigkeit des Trägerkörpers und eine Geschwindigkeit einer Auslenkung der Federung, mittels eines Filters geschätzt, der ein mathematisches Modell des zugrunde liegenden Dämpfungsprozesses einsetzt, und zum Schätzen Informationen über eine nichtlineare Charakteristik des Dämpfungsprozesses verwendet. Vorrichtungsseitig ist dazu eine Steuerung vorhanden, die entsprechend zum Schätzen der beiden Geschwindigkeiten ausgestaltet ist. Durch die Berücksichtigung der nichtlinearen Charakteristik kann eine besonders gute Schätzung der beiden Geschwindigkeiten gewährleistet werden. Die geschätzten Geschwindigkeiten können vorteilhafterweise zur Bestimmung einer Trägerkörperkraft Fsky, die an der Verbindungsstelle des Schwingungsdämpfers mit dem Trägerkörper des Fahrzeuges auf den Trägerkörper wirkt, und einer momentanen Federungskraft Fsus, und diese wiederum zur geeigneten Festlegung der Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers nach der „sky-hook”-Methode verwendet werden.According to the present invention, two internal states occurring during operation of the vehicle, in particular an absolute vertical velocity of the carrier body and a speed of deflection of the suspension, are estimated by means of a filter employing a mathematical model of the underlying damping process and for estimating information about a non-linear characteristic of the damping process used. On the device side, a control is provided for this purpose, which is configured in accordance with the estimation of the two speeds. By considering the non-linear characteristic, a particularly good estimation of the two speeds can be ensured. The estimated speeds can advantageously be used for determining a carrier body force F sky , which acts on the carrier body at the connection point of the vibration damper with the carrier body of the vehicle, and a momentary suspension force F sus , which in turn determine the damping characteristic of the shock absorber according to the "sky" hook "method can be used.
Gemäß der Erfindung weist der Filter eine Rückkopplung auf. Diese Rückkopplung trägt zum Minimieren des Schätzungsfehlers bei. Besonders vorteilhaft weist die Rückkopplung eine feste Verstärkung und/oder eine von dem Modellzustand abhängige Verstärkung und/oder nichtlineare Verstärkungscharakteristiken auf.According to the invention, the filter has a feedback. This feedback contributes to minimizing the estimation error. Particularly advantageously, the feedback has a fixed gain and / or a model state dependent gain and / or non-linear gain characteristics.
Des Weitern verwendet der Filter zum Schätzen Informationen über eine Signalstruktur unbekannter Störungen. Dies verbessert das Schätzungsergebnis weiter.Furthermore, the estimator uses information about a signal structure of unknown perturbations. This further improves the estimation result.
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verwendet der Filter Informationen über eine Signalstruktur unbekannter Eingangsgrößen zum Schätzen. Dadurch kann das Einstellen der Dämpfungscharakteristik weiter optimiert werden.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the filter uses information about a signal structure of unknown input variables for estimation. As a result, the adjustment of the damping characteristic can be further optimized.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden zum Schätzen Informationen über wenigstens eine der folgenden nichtlinearen Charakteristiken verwendet: – Nichtlineare Charakteristiken der Federung, – Nichtlineare Charakteristiken des Schwingungsdämpfers, – Reibungscharakteristiken, und/oder – Einflüsse aktiver und semi-aktiver Federungssysteme, wie nichtlineare Veränderungen der Schwingungsdämpfercharakteristiken. Informationen über diese Charakteristiken gewährleisten ein besonders gutes Schätzungsergebnis.In an advantageous embodiment of the invention, information about at least one of the following nonlinear characteristics is used for estimation: nonlinear characteristics of the suspension, nonlinear characteristics of the vibration damper, friction characteristics, and / or influences of active and semi-active suspension systems, such as non-linear variations of the invention vibration characteristics. Information about these characteristics ensures a particularly good estimation result.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen.Further characteristics and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention with reference to the attached schematic drawings.
Der Schwingungsdämpfer
In der Steuerung
Dabei ist x → ein interner Zustandsvektor; eine Ableitung des Zustandsvektor nach der Zeit; u → ein Vektor bekannter und unbekannter Systemeingangsgrößen, wobei hier u → = (FBe, że)T; c → ein Vektor von Steuer-Größen (Kräften), der durch aktive oder semi-aktive Systeme erzeugt wird; p → ein Vektor von Systemparametern; y →m ein Vektor von abgeschätzten Messungen, der die vorliegende Sensorkonfiguration wiedergibt, z. B. gilt: y →m = z ··B oder y →m = żB-żW oder y →m = (żB, żB-żW)T; f →, g →m, g →s sind bekannte, multivariable, nichtlineare Funktionen.Where x → is an internal state vector; a derivative of the state vector with time; u → a vector of known and unknown system input quantities, where u → = (F Be , ż e ) T ; c → a vector of control quantities (forces) generated by active or semi-active systems; p → a vector of system parameters; y → m is a vector of estimated measurements representing the present sensor configuration, e.g. For example: y → m = z ·· B or y → m = ¿ B -ż W or y → m = (¿ B , ¿ B -ż W ) T ; f →, g → m , g → s are known, multivariable, non-linear functions.
Im Blockschaltbild repräsentiert der Block
Die Realität
Die erste Filterstufe
Der ersten Filterstufe
In der in
Das von der zweiten Filterstufe
Auch beim Modell
Claims (8)
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