DE19641698A1 - Steuerung von Schwingungsdämpfern - Google Patents

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 W_aktuell der Grund­ dämpfung um eine Stufe erhöht, so daß für die neu eingeschal­ tete Stufe W_neu der Grunddämpfung gilt:

W_neu = W_{aktuell + 1}.

Liegt die Häufung dagegen unterhalb eines Wertes H₂, so wird die jeweils eingeschaltete Stufe W_aktuell um eine Stufe vermin­ dert, d. h. es gilt:

W_neu = W_{aktuell - 1}.

Liegt die Häufung zwischen den Werten H₃ und H₂, bleibt die bisher eingeschaltete Stufe W_aktuell unverändert, d. h. es gilt:

W_neu = W_aktuell.

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 f_r entsprechenden Frequenz überschritten. Dies ist gleichbedeutend damit, daß der vorgenannte Schwellwert A in­ nerhalb einer Zeitspanne t_i mit einer Häufigkeit H_i über­ schritten wird, deren Wert bei t_if_r liegt. Wenn nun die Zeit­ spanne t_i 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 f_a ent­ sprechenden Frequenz überschritten. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Häufigkeit H_k, mit der diese Überschreitungen innerhalb eines Zeitintervalles t_k auftreten, etwa bei f_at_k liegt. Wenn nun die Zeitspanne t_k. 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 t_k 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 H_i und H_k 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 H_i und H_k 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 H_i/t_i und H_k/t_k gleiche bzw. annähernd gleiche Werte. Wenn bei gleichbleibender Fahrgeschwindigkeit H_i/t_i < H_k/t_k gilt, nimmt die Anzahl der Fahrbahnunebenheiten pro Wegstrec­ ke ab. Falls H_i/t_i < H_k/t_k 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 (W_aktuell) 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 (W_aktuell) 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 (W_aktuell) 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.