DE19641698A1 - Steuerung von Schwingungsdämpfern - Google Patents
Steuerung von SchwingungsdämpfernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerung von Schwingungsdämpfern
einer Fahrwerksfederung in Abhängigkeit von Signalen einer
Signalgebervorrichtung zur Erfassung von Hubwegen der Räder
relativ zum Fahrzeugaufbau bzw. Chassis des Fahrzeuges, wobei
für eine vorgegebene Zeitspanne eine erhöhte Dämpfung einge
stellt wird, wenn ein Schwellwert des Hubweges überschritten
wird.
Bei Fahrzeugen mit Luftfederung läßt sich ein besonders hoher
Komfort für die transportierten Personen bzw. eine besonders
hohe Schonung des Transportgutes erreichen. Allerdings besit
zen Luftfederungen eine vergleichsweise geringe Progressivi
tät, d. h. die vom jeweiligen Luftfederaggregat erzeugte Ab
stützkraft ändert sich nur relativ wenig, wenn sich der Ab
stand zwischen Rad und Aufbau am jeweiligen Federaggregat
verändert. Aus diesem Grunde werden die Luftfederaggregate
oftmals mit vergleichsweise steif abgestimmten Schwingungs
dämpfern kombiniert.
Um eine Beeinträchtigung des Federungskomforts durch übermä
ßig steife Dämpfer zu vermeiden, ist es grundsätzlich be
kannt, steuerbare Dämpfer einzusetzen. So werden bei luftge
federten Fahrzeugen des öfteren durch Druckluft gesteuerte
Dämpfer eingesetzt, wobei die Dämpfersteuerung in Abhängig
keit vom Luftdruck im Luftfederaggregat erfolgt, d. h. der
Luftfederbalg oder dgl. ist pneumatisch mit einem pneumati
schen Steuereingang des Dämpfers verbunden. Auf diese Weise
kann eine kostengünstige Dämpfersteuerung in Abhängigkeit von
der Beladung des Fahrzeuges erreicht werden. Jedoch läßt sich
mit dieser bekannten Anordnung keine automatische Anpassung
der Dämpfung an die jeweilige Fahrstrecke bzw. die jeweilige
Fahrdynamik erreichen.
Des weiteren ist eine elektronische Regelung der Dämpfer be
kannt. Dabei werden über entsprechende Signalgeber, bei
spielsweise Beschleunigungsmesser, Bewegungsparameter des
Fahrzeuges erfaßt und zur Dämpfersteuerung herangezogen. Bei
Überschreitung höherer Schwellwerte des jeweils erfaßten Be
wegungsparameters kann dann von einer normalerweise vorlie
genden Grunddämpfung vorübergehend auf eine stark erhöhte
Dämpfung übergegangen werden. Auf diese Weise läßt sich zwar
die Fahrdynamik bei der Dämpfersteuerung berücksichtigen.
Gleichwohl wird die jeweilige Fahrstrecke nur unvollkommen
berücksichtigt, da der Wert der Grunddämpfung lediglich einen
Kompromiß darstellen kann.
Aus der DE 39 25 102 C2 ist eine Steuerung der eingangs ange
gebenen Art für Schwingungsdämpfer bekannt. Dabei wird der
Federungshub der Fahrzeugräder mit entsprechenden Sensoren
überwacht. Sobald der Federungshub einen vorgegebenen
Schwellwert überschreitet, wird für eine vorgebbare Zeitspan
ne, die parameterabhängig - z. B. in Abhängigkeit von der
Fahrgeschwindigkeit - veränderbar sein kann, auf erhöhte
Dämpfung umgeschaltet.
Die DE 41 39 692 C2 zeigt ein weiteres Verfahren zur elektro
nischen Beeinflussung der Schwingungsdämpfer von Fahrzeugen.
Hier ist am Fahrzeugaufbau ein Vertikalbeschleunigungssensor
angeordnet. Aus dessen Signalen wird einerseits der jeweilige
Ist-Wert der Aufbaubeschleunigung und andererseits durch Mit
telwertbildung ein geglätteter Wert der Aufbaubeschleunigung
festgestellt. Sodann wird der Betrag der Differenz zwischen
dem Ist-Wert und dem geglätteten Wert ermittelt. Des weiteren
wird die Häufigkeit erfaßt, mit der der Betrag dieser Diffe
renz einen Schwellwert überschreitet. Falls die Häufigkeit
einen vorgegebenen Häufungsschwellwert überschreitet, wird
die eingestellte Dämpfung erhöht.
Die DE 39 18 735 A1 zeigt ein zur Dämpfungssteuerung dienen
des System, bei dem sowohl die vertikale Aufbaugeschwindig
keit als auch die Einfedergeschwindigkeit unter Einsatz von
Sensoreinrichtungen erfaßt werden, die die Aufbaubeschleuni
gung und die Achsbeschleunigung oder die Aufbaubeschleunigung
und den Einfederweg oder die Aufbaubeschleunigung und die
Einfedergeschwindigkeit oder die Achsbeschleunigung und den
Einfederweg oder die Achsbeschleunigung und die Einfederge
schwindigkeit registrieren. Die Sensorsignale werden derart
verarbeitet, daß im Bereich der sogenannten Radresonanz eine
verstärkte Dämpfung erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein vorteilhaftes Konzept
einer Dämpfersteuerung aufzuzeigen, welche mit einer beson
ders einfachen Sensorik zu arbeiten vermag.
Diese Aufgabe wird bei einer Steuerung der eingangs angegebe
nen Art dadurch gelöst, daß bei Überschreitung eines betrags
mäßig großen Schwellwertes des Hubweges - zumindest in Einfe
derrichtung - für die vorgegebene Zeitspanne eine stark er
höhte Dämpfung und in Abhängigkeit von einer zeitlichen Häu
fung der Überschreitung zumindest eines betragsmäßig geringe
ren Schwellwertes des Hubweges unterschiedliche Werte einer
Grunddämpfung einstellbar sind.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, nicht nur
bei stark erhöhter Bewegung des Fahrzeugaufbaus bzw. der Rä
der vorübergehend auf eine stark erhöhte Dämpfung umzuschal
ten sondern darüber hinaus auch die jeweils vorhandene Grund
dämpfung in Anpassung an die Fahrverhältnisse zu verändern.
Durch die ständige Optimierung des Wertes der Grunddämpfung
werden die normalen Aufbau- und Radschwingungen weitestgehend
unabhängig von den Fahrverhältnissen gering gehalten, mit der
Folge, daß stark erhöhte Bewegungsparameter, bei denen auf
stark erhöhte Dämpfung umgeschaltet wird, nur vergleichsweise
selten auftreten können, obwohl ständig eine komfortbetonte
Abstimmung der Federung möglich ist.
Da bei der Erfindung lediglich die Hubwege der Räder relativ
zum Fahrzeugaufbau bzw. Chassis überwacht bzw. gezählt werden
müssen, ergibt sich eine konstruktiv einfache Steuerung, die
außerdem praktisch verzögerungsfrei arbeiten kann.
Die Erfindung bietet den Vorteil, daß ohne größeren Aufwand
sowohl einer Anregung der Aufbauresonanz als auch einer Anre
gung der Radresonanz entgegengewirkt werden kann. Im Falle
der Aufbauresonanz führt der Fahrzeugaufbau relativ zur Fahr
bahn heftige Hubbewegungen aus, deren Frequenz in der Umge
bung von 1 Hz bis 2 Hz liegt. Im Falle der Anregung der Radre
sonanz "trampeln" die Räder mit einer Frequenz, die größen
ordnungsmäßig etwa 10mal so groß wie die Aufbauresonanzfre
quenz ist und meist zwischen 10 Hz bis 20 Hz liegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann nun vorgesehen
sein, daß die Zeitspanne, in der die stark erhöhte Dämpfung
nach dem Zeitpunkt der Überschreitung des großen Schwellwer
tes des Hubweges eingeschaltet bleibt, größer ist, als die
Periode der Aufbauresonanz des Fahrzeuges.
Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, daß ein sehr star
ker Federungshub regelmäßig zu einer vergleichsweise starken
Bewegung des Aufbaus relativ zur Fahrbahn führt, so daß die
Aufbauresonanz mit erhöhter Wahrscheinlichkeit angeregt wer
den könnte, wenn dem erfolgten Federungshub in einem der Pe
riode der Aufbauresonanz entsprechenden zeitlichen Abstand
ein weiterer stärkerer Federungshub folgen sollte.
Des weiteren kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, die
Grunddämpfung zu erhöhen, wenn ein betragsmäßig geringerer
Schwellwert des Hubweges während eines unmittelbar zurücklie
genden Kurzzeitintervalls, dessen Länge mehr als eine Periode
bzw. wenige Perioden einer Radresonanz überdeckt, mit einer
der Radresonanzfrequenz zugeordneten Häufung überschritten
wird. Auf diese Weise wird einer sich ggf. aufbauenden Radre
sonanz sehr frühzeitig durch Erhöhung der Grunddämpfung ent
gegengewirkt.
Außerdem kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, die
Grunddämpfung zu erhöhen, wenn während eines unmittelbar zu
rückliegenden Langzeitintervalls, dessen Länge mehr als eine
Periode bzw. wenige Perioden einer Aufbauresonanz überdeckt,
ein geringerer Schwellwert des Hubweges mit einer der Aufbau
resonanzfrequenz zugeordneten Häufung überschritten wird. Auf
diese Weise wird der Entwicklung einer Aufbauresonanz früh
zeitig entgegengesteuert.
Durch einen Vergleich einer Kurzzeithäufung mit einer Lang
zeithäufung kann gegebenenfalls die Tendenz der Veränderung
der Fahrbahnbeschaffenheit bei der Fahrt festgestellt werden.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin
dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung ei
ner vorteilhaften Ausführungsform verwiesen, die anhand der
Zeichnung beschrieben wird.
Dabei zeigt
Fig. 1 eine Darstellung des Federungssystems,
Fig. 2 ein Diagramm mit verschiedenen Dämpfungskennlinien,
die erfindungsgemäß einstellbar sind, und
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Dämpfungssteuerung.
Gemäß Fig. 1 ist der lediglich schematisch dargestellte Auf
bau 1 eines Fahrzeuges über Luftfederaggregate 2 auf den
Fahrzeugrädern 3 bzw. den zugehörigen Achsen abgestützt, wo
bei in Fig. 1 lediglich ein Rad 3 sowie ein Luftfederaggre
gat 2 dargestellt sind. Parallel zum Luftfederaggregat 2 ist
ein steuerbarer Stoßdämpfer 4 angeordnet, der im dargestell
ten Beispiel elektrisch von einer Steuerelektronik 5 geregelt
wird. Dazu ist die Steuerelektronik 5 eingangsseitig mit ei
nem Weggeber 6 verbunden, dessen Signale den Abstand zwischen
Aufbau 1 und Rad 3 wiedergeben.
Aus den den Abstand zwischen Aufbau 1 und Rad 3 wiedergeben
den Signalen des Weggebers 6 läßt sich der jeweilige Fede
rungshub X relativ zu einer Normallage des Rades 3 relativ
zum Aufbau 1 bestimmen. In weiter unten dargestellter Weise
werden bei der Steuerung des Stoßdämpfers 4 die Häufigkeiten
berücksichtigt, mit denen der Federungshub X vorgegebene
Schwellwerte überschreitet und/oder kritischen Werten nahe
kommt.
In Fig. 2 sind einige charakteristische Kurven für mögliche
Einstellungen der Dämpferkraft F in Abhängigkeit von der Hub
geschwindigkeit V des Federungshubes dargestellt.
Dabei zeigen die Kurven W₁ bis W₃ Beispiele für unterschiedli
che Einstellungen einer Grunddämpfung. Die Kurven H₁ und H₂
zeigen Beispiele für die Einstellung einer stark erhöhten
Dämpfung.
Die stark erhöhte Dämpfung gemäß den Kurven H₁ bzw. H₂ wird
vorübergehend eingestellt, sobald der Federungshub einen grö
ßeren Schwellwert B₁ oder B₂ überschreiten sollte. Die Ein
schaltdauer der stark erhöhten Dämpfung gemäß den Kurven H₁
oder H₂ liegt vorzugsweise etwas oberhalb der Periode der Auf
bauresonanz und kann mehreren Perioden der Aufbauresonanz
entsprechen. Auf diese Weise wird wirksam verhindert, daß
durch weitere starke Federungshübe die Aufbauresonanz aufge
baut werden könnte. Gleichzeitig wird berücksichtigt, daß ein
starker Federungshub regelmäßig zu einer merklichen Aufbaube
wegung relativ zur Fahrbahn führt, wodurch die Wahrschein
lichkeit einer Anregung der Aufbauresonanz erhöht wird.
In Abhängigkeit von der zeitlichen Häufung, mit der der Fede
rungshub X einen relativ geringen Schwellwert A überschrei
tet, werden verschiedene Stufen der Grunddämpfung eingeschal
tet. Überschreitet die Häufung bspw. einen vorgegebenen Wert
H₃, so wird die jeweils eingeschaltete Stufe Waktuell der Grund
dämpfung um eine Stufe erhöht, so daß für die neu eingeschal
tete Stufe Wneu der Grunddämpfung gilt:
Wneu = Waktuell + 1.
Liegt die Häufung dagegen unterhalb eines Wertes H₂, so wird
die jeweils eingeschaltete Stufe Waktuell um eine Stufe vermin
dert, d. h. es gilt:
Wneu = Waktuell - 1.
Liegt die Häufung zwischen den Werten H₃ und H₂, bleibt die
bisher eingeschaltete Stufe Waktuell unverändert, d. h. es gilt:
Wneu = Waktuell.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin
dung werden bei der Ermittlung der zeitlichen Häufung sowohl
ein der Radresonanz zugeordneter Häufungswert und/oder ein
der Aufbauresonanz zugeordneter Häufungswert überwacht.
Wenn sich eine Radresonanz entwickelt, wird der geringe
Schwellwert A (oder ein anderer vorzugebender geringer
Schwellwert) des Federungshubes mit einer der Radresonanzfre
quenz fr entsprechenden Frequenz überschritten. Dies ist
gleichbedeutend damit, daß der vorgenannte Schwellwert A in
nerhalb einer Zeitspanne ti mit einer Häufigkeit Hi über
schritten wird, deren Wert bei tifr liegt. Wenn nun die Zeit
spanne ti so kurz gewählt wird, daß sie wenige Perioden der
Radresonanz bzw. mehr als eine Periode der Radresonanz über
deckt, kann bereits nach sehr kurzer Zeit die Gefahr eines
Aufbaus einer Radresonanz erkannt und deren Ausbildung entge
gengesteuert werden, indem die Grunddämpfung auf einen erhöh
ten Wert eingestellt wird, bspw. entsprechend der Kurve W₃.
In grundsätzlich ähnlicher Weise kann auch ein der Aufbaure
sonanz zugeordneter Häufungswert von Federungshüben, die den
vorgenannten Schwellwert A (oder einen anderen vorzugebenden
geringen Schwellwert) des Federungshubes überschreiten, über
wacht werden. Falls sich eine Aufbauresonanz entwickelt, wird
der Schwellwert A mit einer der Aufbauresonanzfrequenz fa ent
sprechenden Frequenz überschritten. Dies ist gleichbedeutend
damit, daß die Häufigkeit Hk, mit der diese Überschreitungen
innerhalb eines Zeitintervalles tk auftreten, etwa bei fatk
liegt. Wenn nun die Zeitspanne tk. So gewählt wird, daß sie we
nige Perioden der Aufbauresonanz bzw. mehr als eine Periode
dieser Aufbauresonanz überdeckt, kann die Gefahr einer Ent
wicklung der Aufbauresonanz frühzeitig erkannt und der Ent
wicklung der Aufbauresonanz frühzeitig durch Erhöhung der
Grunddämpfung entgegengewirkt werden.
Aufgrund der ständigen Adaption der Grunddämpfung kann mit
der Erfindung ein optimales Fahrverhalten hinsichtlich Si
cherheit und Komfort gewährleistet werden.
Gemäß Fig. 3 besitzt die Steuerelektronik 5 einen Rechner 7,
der eingangsseitig mit dem Weggeber 6 verbunden ist und aus
dessen Signalen den Federungshub X ermittelt. Innerhalb eines
Speichers 8 der Steuerelektronik 5 sind verschiedene Schwell
werte, z. B. A und B₁ sowie B₂, abgelegt. Mittels eines Ver
gleichers 9 der Steuerelektronik 5 wird nun der Ist-Wert von
X mit den vorgenannten Schwellwerten verglichen. Dabei wird
einem Eingang des Rechners 7 sofort ein Signal zugeführt,
wenn X einen der betragsmäßig hohen Schwellwerte B₁ und B₂
überschreitet. In einem solchen Falle stellt der Rechner 7
den Stoßdämpfer 4 sofort auf eine steife Charakteristik ent
sprechend der Kurve H₁ bzw. H₂ in Fig. 2 ein, und zwar für die
oben vorgegebenen Zeitspannen, zu deren Ermittlung lediglich
die Taktimpulse der in üblicher Weise taktweise arbeitenden
Steuerelektronik 5 gezählt werden müssen.
Danach wird auf die jeweils eingestellte Grunddämpfung zu
rückgeschaltet.
Zur Adaption der Grunddämpfung an die jeweiligen Betriebsbe
dingungen wird jeweils dann, wenn X den betragsmäßig relativ
geringen Schwellwert A überschreitet, ein Signal an einen
Zähler 10 gegeben. Damit kann eine nachgeschaltete Rechner
stufe 11 jeweils Werte für die zeitliche Häufung der Über
schreitung des Schwellwertes A ermitteln, wobei die
"Kurzzeithäufung" für ein unmittelbar zurückliegendes Kurz
zeitintervall t₁ und/oder die "Langzeithäufung" für ein unmit
telbar zurückliegendes Langzeitintervall tk ermittelt wird.
Für die Erfassung der jeweiligen zeitlichen Intervalle brau
chen nur die Taktimpulse der Steuerelektronik 5 gezählt zu
werden. Sobald dabei vorgegebene Häufungswerte überschritten
werden, wird die Grunddämpfung erhöht.
Außerdem kann überwacht werden, ob die oben angegebenen Häu
fungswerte Hi und Hk zumindest näherungsweise erreicht werden.
Sollte dies der Fall sein, wird vorzugsweise eine besonders
hohe Grunddämpfung eingestellt.
Sobald die zeitliche Häufung der Überschreitungen des
Schwellwertes A hinreichend weit von den kritischen Häufungs
werten Hi und Hk beabstandet sind und/oder unterhalb vorgege
bener Grenzwerte liegen, wird die Grunddämpfung um eine Stufe
vermindert, bzw. es bleibt die niedrigste Stufe der Grund
dämpfung eingeschaltet.
Gegebenenfalls kann durch einen Vergleich zwischen der Kurz
zeithäufung und der Langzeithäufung die Tendenz einer Verän
derung der Fahrt- bzw. Fahrbahnbedingungen festgestellt wer
den. Bei völlig gleichbleibenden Bedingungen haben die Quoti
enten Hi/ti und Hk/tk gleiche bzw. annähernd gleiche Werte.
Wenn bei gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit Hi/ti < Hk/tk
gilt, nimmt die Anzahl der Fahrbahnunebenheiten pro Wegstrec
ke ab. Falls Hi/ti < Hk/tk gilt, nimmt die räumliche Dichte der
Unebenheiten zu.
Claims (8)
1. Steuerung von Schwingungsdämpfern einer Fahrwerksfederung
in Abhängigkeit von Signalen einer Signalgebervorrichtung zur
Erfassung von Hubbewegungen der Räder relativ zum Fahrzeug
aufbau bzw. zum Chassis, wobei für eine vorgegebene Zeitspan
ne eine erhöhte Dämpfung eingestellt wird, wenn ein Schwell
wert des Hubweges überschritten wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Überschreitung eines betragsmäßig großen Schwellwer
tes (B₁, B₂) des Hubweges - zumindest bei Überschreitung eines
großen Schwellwertes in Einfederrichtung - für die vorgegebe
ne Zeitspanne eine stark erhöhte Dämpfung (H₁, H₂) und in Ab
hängigkeit von einer zeitlichen Häufung der Überschreitung
zumindest eines betragsmäßig geringen Schwellwertes (A) des
Hubweges unterschiedliche Werte (W₁, W₂, W₃) einer Grunddämpfung
einstellbar sind.
2. Steuerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeitspanne, in der die stark erhöhte Dämpfung nach
dem Zeitpunkt der Überschreitung des großen Schwellwertes des
Hubweges eingeschaltet bleibt, größer ist als die Periode ei
ner Aufbauresonanz des Fahrzeuges.
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine jeweils eingeschaltete Stufe (Waktuell) der Grunddämp
fung (W₁, W₂, W₃ etc.) um eine Stufe erhöht wird, wenn der ge
ringe Schwellwert (A) mit einer zeitlichen Häufung über
schritten wird, welche eine für die Erhöhung der Grunddämp
fungsstufe vorgegebene Häufungsschwelle überschreitet.
4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweils eingeschaltete Stufe (Waktuell) der Grunddämp
fung (W₁, W₂, W₃ etc.) um eine Stufe vermindert wird, wenn der
geringe Schwellwert (A) nicht bzw. nur mit einer zeitlichen
Häufung überschritten wird, die unter einer für eine Vermin
derung der Grunddämpfungsstufe vorgegebenen Häufungsschwelle
liegt.
5. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweils eingeschaltete Stufe (Waktuell) der Grunddämp
fung (W₁, W₂, W3 etc.) unverändert bleibt, wenn der geringe
Schwellwert (A) mit einer zeitlichen Häufung überschritten
wird, die zwischen einer für eine Erhöhung der Grunddämp
fungsstufe vorgegebene Häufungsschwelle und einer für eine
Verminderung der Grunddämpfungsstufe vorgegebenen Häufungs
schwelle liegt.
6. Steuerung nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Grunddämpfung erhöht wird, wenn ein betragsmäßig ge
ringer Schwellwert des Hubweges während eines unmittelbar zu
rückliegendes Kurzzeitintervalls, dessen Länge wenige Peri
oden oder mehr als eine Periode einer Radresonanz überdeckt,
mit einer Häufung überschritten wird, die nahe eines einer
Radresonanz zugeordneten Häufungswertes liegt.
7. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Grunddämpfung erhöht wird, wenn ein betragsmäßig ge
ringer Schwellwert des Hubweges während eines unmittelbar zu
rückliegenden Langzeitintervalls, dessen Länge wenige Peri
oden oder mehr als eine Periode einer Aufbauresonanz über
deckt, mit einer Häufung überschritten wird, die nahe eines
einer Aufbauresonanz zugeordneten Häufungswertes liegt.
8. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
gekennzeichnet durch eine Anordnung in einem luftgefe
derten Fahrzeug.
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DE19641698A DE19641698C2 (de) | 1995-10-20 | 1996-10-10 | Vorrichtung zur Steuerung der Schwingungsdämpfer einer Fahrwerksfederung |
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DE19641698A1 true DE19641698A1 (de) | 1997-04-24 |
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DE (2) | DE19539100A1 (de) |
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