DE3408292A1 - Active suspension system - Google Patents

Active suspension system

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DE3408292A1
DE3408292A1 DE19843408292 DE3408292A DE3408292A1 DE 3408292 A1 DE3408292 A1 DE 3408292A1 DE 19843408292 DE19843408292 DE 19843408292 DE 3408292 A DE3408292 A DE 3408292A DE 3408292 A1 DE3408292 A1 DE 3408292A1
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DE19843408292
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Bernd Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Acker
Robert Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Schüssler
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Daimler Benz AG
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

On a vehicle (or a sprung body), sensors are arranged which generate signals x, which represent the distances of the individual wheels from the vehicle body. From these distances the computer calculates a "state vector", the components of which in particular represent an averaged height, an averaged pitch angle and an averaged roll angle of the vehicle body relative to the ground. The computer then determines an "adjusting force vector" F, the components of which in particular represent the forces and moments which must act on the vehicle body in a vertical direction or in respect of the longitudinal or transverse axis in order to adjust the mean height previously calculated and/or the calculated mean pitch and roll angle in a predeterminable way to the desired values. From the forces and moments calculated, support forces are then calculated, which have to be adjusted on the support units of the vehicle in order to produce the above-mentioned forces or moments in a vertical direction and/or in respect of the longitudinal and transverse axis. As a result of corresponding control of the support forces of the support units and as a result of the interference forces acting on the vehicle, the distances of the wheels from the body vary. The sensors in turn generate signals x corresponding to the distances, and the process described is repeated. <IMAGE>

Description

Aktives Federungssystem Active suspension system

Die Erfindung betrifft ein aktives Federungs- und Positionierungssystem zur Abstützung eines im wesentlichen starren Körpers, insbesondere eines Fahrzeuges, mit insgesamt n, insbesondere vier rechnergesteuerten Abstützaggregaten, deren vertikale Stützkräfte in Abhängigkeit von der Hubstellung der Abstützaggregate und damit korrelierter Größen steuerbar sind, welche mittels den Abstützaggregaten zugeordneter Sensoren in vom Rechner verarbeitbare Signale umsetzbar sind und/oder in Abhängigkeit vorgebbarer Soll- oder Referenzgrößen oder anderer Bewegungsgrößen steuerbar sind.The invention relates to an active suspension and positioning system to support an essentially rigid body, in particular a vehicle, with a total of n, in particular four computer-controlled support units, their vertical Supporting forces depending on the lifting position of the support units and thus more correlated Variables can be controlled, which sensors assigned to the support units can be converted into signals that can be processed by the computer and / or can be specified as a function Setpoint or reference variables or other movement variables are controllable.

Ein derartiges Federungssystem ist aus der DE-OS 32 12 433 bekannt. Hier werden mittels der Sensoren von den Hubstellungen der Abstützaggregate abhängige Signale erzeugt, die sich mit zunehmender Abweichung der Hubstellung von einer Ausgangs- bzw. Ruhelage progressiv ändern. Diese Signale werden nun mittels des Rechners miteinander verglichen, wobei der Rechner das Signal bestimmt, welches dem Abstützaggregat mit der stärksten Abweichung von der Ausgangs- bzw. Ruhelage zugeordnet ist. Daraufhin steuert der Rechner dieses Abstützaggregat im Sinne einer Änderung der jeweiligen Abstützkraft an.Such a suspension system is known from DE-OS 32 12 433. Here, the sensors are used to determine the lifting positions of the support units Generates signals that change with increasing deviation of the stroke position from an initial or progressively change the rest position. These signals are now interconnected by means of the computer compared, the computer determines the signal which the support unit with is assigned to the greatest deviation from the starting or rest position. Thereupon the computer controls this support unit in the sense of changing the respective Support force on.

Aus der DE-OS 24 41 172 ist ein weiteres aktives Federungssystem bekannt, bei dem mittels entsprechender Sensoren Signale erzeugt werden, die die Hubstellung der Abstützaggregate sowie die Vertikalbeschleunigungen des gefederten Körpers, d.h. hier des Fahrzeuges, bei den jeweiligen Abstützaggregaten wiedergeben. Daraufhin wird die Dämpfung des Federungssystems derart verändert, daß die Beschleunigungen des gefederten Körpers einem Sollwert angenähert werden, welcher von der Hubstellung der Abstützaggregate abhängig ist.Another active suspension system is known from DE-OS 24 41 172, in which signals are generated by means of appropriate sensors that determine the stroke position the support units and the vertical accelerations of the sprung body, i.e. reproduced here of the vehicle with the respective support units. Thereupon the damping of the suspension system is changed in such a way that the accelerations of the sprung body can be approximated to a setpoint value which depends on the stroke position depends on the support units.

Die DE-OS 31 01 194 zeigt schließlich ein aktives Federungssystem, bei dem zunächst Signale erzeugt werden, die den Vertikalbeschleunigungen einzelner Radgruppen entsprechen. Aus diesen Signalen werden Werte berechnet, die die jeweils anzustrebende Auslenkung der Abstützaggregate, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Vertikalbeschleunigung des gefederten Körpers, wiedergeben. Daraufhin werden die Abstützaggregate derart angesteuert, daß die gemessene Auslenkung derselben der anzustrebenden Auslenkung angenähert wird.DE-OS 31 01 194 finally shows an active suspension system, in which signals are initially generated that reflect the vertical accelerations of individual Correspond to wheel groups. From these signals, values are calculated that correspond to the Desired deflection of the support units, possibly taking into account the vertical acceleration of the sprung body. Thereupon be the support units are controlled in such a way that the measured deflection of the same the desired deflection is approximated.

Diese bekannten aktiven Federungssysteme stimmen insofern miteinander überein, als Vertikalschwingungen des gefederten Körpers nicht unabhängig von Rotationsschwingungen desselben, beispielsweise um dessen Längs- oder Querachse, beeinflußt werden können. Darüber hinaus ist auch das Federungsverhalten bezüglich Rotationsschwingungen um die Querachse nicht unabhängig von dem Federungsverhalten bezüglich Rotationsschwingungen um die Längsachse.In this respect, these known active suspension systems agree with one another agree, as vertical vibrations of the sprung body not independent of rotational vibrations the same, for example about its longitudinal or transverse axis, can be influenced. In addition, the suspension behavior with regard to rotational vibrations is also around the transverse axis is not independent of the suspension behavior with regard to rotational vibrations around the longitudinal axis.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein aktives Federungssystem und Positionierungssystem zu schaffen, bei dem das Federungsverhalten bezüglich Vertikalschwingungen und das Federungsverhalten bezüglich Rotationsschwingungen um die Querachse sowie das Federungsverhalten bezüglich Rotationsschwingungen um die Längsachse voneinander entkoppelt und unabhängig voneinander beeinflußbar sind. Auf ein Fahrzeug übertragen ist die Aufgabenstellung gleichbedeutend damit, daß Federungskräfte, welche den Fahrzeugaufbau in vertikaler Richtung abzustützen bzw. zu bewegen suchen, von Momenten, welche eine Änderung des Nick- oder Wankwinkels zu bewirken suchen, vollständig entkoppelt sind; in entsprechender Weise sollen Momente, die den Nick-oder Wankwinkel zu ändern suchen, voneinander entkoppelt sein.The object of the invention is now to provide an active suspension system and To create a positioning system in which the suspension behavior with respect to vertical vibrations and the suspension behavior with respect to rotational vibrations around the transverse axis as well the suspension behavior with respect to rotational vibrations about the longitudinal axis of each other are decoupled and can be influenced independently of one another. Transferred to a vehicle the task is synonymous with the fact that suspension forces which the Support or seek to move the vehicle body in the vertical direction, from moments which seek to bring about a change in the pitch or roll angle, completely are decoupled; in a corresponding manner, moments that affect the pitch or roll angle should be seek to change, to be decoupled from each other.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß a) die Sensoren zur jeweiligen Hubstellung der zugeordneten Abstützaggregate etwa proportionale Signale xi, wobei i = 1 bis n, erzeugen, b) der Rechner einen zumindest 3-dimensionalen, jedoch vorzugsweise n-dimensionalen Zustandsvektor u berechnet, dessen Komponenten (u.,i = 1 bis n) von den gemessenen Signalen xi, welche einen n-dimensionalen Meßvektor x bilden, wie folgt abhängen: X1 1 a1 b1 ""." m1 u1 X2 1 a2 b2 ...... m2 U2 X3 = 1 a3 b3 ' m3 * u3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Xn 1 an b n mn un wobei die Elemente a. und b. (i = 1 bis n) 1 1 der den Zustandsvektor u auf den Meßvektor x abbildenden Matrix T die vorzeichenbehafteten Abstände des i-ten Abstützaggregates von der Querachse bzw. Längsachse des gefederten Körpers sind und das jeweilige Vorzeichen davon abhängt, auf welcher Seite der Längs- bzw. Querachse das jeweilige Abstützaggregat angeordnet ist, und wobei die übrigen Matrixelemente beliebig derart gewählt sind, daß die Matrix T regulär und quadratisch (und damit invertierbar) ist.This object is achieved in that a) the sensors generate approximately proportional signals xi, where i = 1 to n, for the respective stroke position of the associated support units, b) the computer calculates an at least 3-dimensional, but preferably n-dimensional state vector u, whose components (u., i = 1 to n) depend on the measured signals xi, which form an n-dimensional measurement vector x, as follows: X1 1 a1 b1 "". "M1 u1 X2 1 a2 b2 ...... m2 U2 X3 = 1 a3 b3 'm3 * u3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . Xn 1 an bn mn un where the elements a. and b. (i = 1 to n) 1 1 of the matrix T mapping the state vector u onto the measurement vector x are the signed distances of the i-th support assembly from the transverse or longitudinal axis of the sprung body and the respective sign depends on which side of the longitudinal - or transverse axis the respective support assembly is arranged, and the remaining matrix elements are arbitrarily selected such that the matrix T is regular and square (and thus invertible).

c) der Rechner einen n-dimensionalen Stützkraftvektor K berechnet, dessen Komponenten K.c) the computer calculates an n-dimensional supporting force vector K, its components K.

(i = 1 bis n) die jeweils einzustellenden Stützkräfte der Abstützaggregate umkehrbar eindeutig wiedergeben und von den Komponenten F. (i = 1 to n) the respective supporting forces to be set for the supporting units reproduce unambiguously and reversibly and from the components F.

eines Stellkraftvektors F wie folgt abhängen: # F1 # # 1 1 ....... 1 K1 1 F2 a1 a2 ...... an K2 F3 = b1 b2 ....... bn * K3 . . . . . . . . . . Fn J m1 m2 mn Kn wobei die den Stützkraftvektor K auf den Stellkraftvektor F abbildende Matrix S bei im übrigen frei wählbaren Matrixelementen in den 4-ten bis n-ten Zeilen quadratisch und regulär (und damit invertierbar) ist, d) jede Komponente F. des Stellkraftvektors F jeweils eine vorgebbare Funktion ist, die ausschließlich von der Abweichung w. = u - u 1 j isoll der entsprechenden Komponente ui des Zustandsvektors u von ihrem Sollwert uiSOll und/oder von den Zeitableitungen und/oder den Zeitintegralen, z.B. d2w /dtL dwi/dt, etc.of a force vector F as follows: # F1 # # 1 1 ....... 1 K1 1 F2 a1 a2 ...... to K2 F3 = b1 b2 ....... bn * K3 . . . . . . . . . . Fn J m1 m2 mn Kn where the matrix S mapping the supporting force vector K onto the actuating force vector F is square and regular (and thus invertible) in the 4th to nth rows for the rest of the freely selectable matrix elements, d) each component F. of the actuating force vector F has a predeterminable one Is a function that depends exclusively on the deviation w. = U - u 1 j isoll of the corresponding component ui of the state vector u from its setpoint uiSOll and / or from the time derivatives and / or the time integrals, e.g. d2w / dtL dwi / dt, Etc.

der entsprechenden Abweichung wi abhängt. depends on the corresponding deviation wi.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Komponenten u1 bis u3 des Zustandsvektors u eine gemittelte Höhenlage des gefederten Körpers bzw. des Fahrzeuges gegenüber dem Untergrund sowie einen gemittelten Nickwinkel und einen gemittelten Wankwinkel, jeweils bezogen auf den Untergrund, wiedergeben. Die Komponenten F1 bis F3 des Stellkraftvektors geben Kräfte bzw. Momente wieder, die den gefederten Körper im Sinne einer rein translatorischen Vertikalbewegung bzw. im Sinne einer reinen Rotationsbewegung unter Änderung des Nickwinkels bzw. im Sinne einer reinen Rotationsbewegung unter Änderung des Wankwinkels zu bewegen suchen. Wenn nun diese Kräfte bzw. Momente, beispielsweise durch Kennfeldsteuerung, derart festgelegt werden, daß sie ausschließlich von der mittleren Möhenlage, dem Nickwinkel bzw. dem Wankwinkel zugeordneten Komponenten des Zustandsvektors u bzw. entsprechenden vorgebbaren Sollwerten u5011 abhängiy sind, so werden Bewegungen des Aufbaues in Richtung der Vertikalen bzw. Schwenkbewequllgen bezüglich der Längs- oder Querachse vollständig unabhängig voneinander bceinflußt. Da die Matrix S invertierbar ist, wird die vollständig entkoppelte Beeinflussung von Hubbewegungen, Nickbewegungen und Wankbewegungen des gefederten und/oder zu positionierenden Körpers bzw. des Fahrzeuges gewährleistet, wenn die Stützkräfte der Abstützaggregate entsprechend den Komponenten K. des Stützkraftvektors eingestellt werden.The invention is based on the knowledge that the components u1 up to u3 of the state vector u is an averaged height of the sprung body or of the vehicle in relation to the ground as well as an averaged pitch angle and a show the mean roll angle, in each case based on the subsurface. The components F1 to F3 of the actuating force vector reflect forces or moments that affect the sprung Body in the sense of a purely translatory vertical movement or in the sense of a pure rotational movement with a change in the pitch angle or in the sense of a pure Seek to move rotational movement while changing the roll angle. If now this Forces or moments, for example by map control, are determined in such a way that that they only depend on the middle position, the pitch angle or the roll angle associated components of the state vector u or corresponding predeterminable setpoints u5011 are dependent, so will be Movements of the superstructure in the direction of of the vertical or pivoting movements with respect to the longitudinal or transverse axis completely influenced independently of each other. Since the matrix S is invertible, it becomes complete decoupled influencing of lifting movements, nodding movements and rolling movements of the spring-loaded and / or to be positioned body or vehicle guaranteed, if the supporting forces of the supporting units correspond to the components K. of the supporting force vector can be set.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines vierrädrigen Fahrzeuges unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 in schematisierter Darstellung das Fahrzeug sowie Fig. 2 ein Funktionsschema, welches die Arbeitsweise des erfindungsgemäßeI Federunssystemes wiedergibt.The invention is described below using a four-wheeled vehicle explained by way of example with reference to the drawing. 1 shows in a schematic representation of the vehicle and FIG. 2 a functional diagram which represents the operation of the spring system according to the invention.

Gemäß Figur 1 besitzt das Fahrzeug eine Längsachse L sowie eine Querachse Q, die einander im Schwerpunkt des Fahrzeugaufbaues schneiden. Die Räder 1 bis 4 des Fahrzeuges sind gegenüber dem Aufbau mit Abstützaggregaten abgestützL, die von einen nicht dargestellten Rechner gesteuert: werden und mittels des Itccllllers auf unterschiedliche Stützkräft:e K1 bis K4 einstellbar sind.According to Figure 1, the vehicle has a longitudinal axis L and a transverse axis Q, which intersect at the center of gravity of the vehicle body. Wheels 1 to 4 of the vehicle are supported against the body with support units, which are supported by controlled by a computer, not shown: and by means of the Itccllers to different supporting forces: e K1 to K4 are adjustable.

Diese Abstützaggregate weisen von der Längsachse L die Abstände b bzw. b' und von der Querachse Q die Abstände a bzw. a' auf. Diese Abstände sind mit der Lage des Aufbauschwerpunktes, d.h. mit dem Beladungszustand veränderlich und sollten möglichst genau angegeben werden können, beispielsweise durch Angabe von Auslegungswerten oder - vorzugsweise - aus Messung der Stützkräfte im statischen all für den jeweiligen Beladungszustand. Die Hubstellung der leider 1 bis 4 bzw. der dieselben gegenüber dem Fahrzeugaufbau abstützenden Abstützaggregate wird durch die Abstände x1 bis x4 zwischen den Rädern 1 bis 4 und dem Fahrzeugaufbau wiedergegeben.These support units have the distances b from the longitudinal axis L or b 'and the distances a and a' from the transverse axis Q. These distances are with the position of the center of gravity, i.e. variable with the load condition and should be able to be specified as precisely as possible, for example by specifying of design values or - preferably - from measurement of the supporting forces in static all for the respective loading condition. The stroke position of the unfortunately 1 to 4 or the support units supporting the same with respect to the vehicle body is determined by the distances x1 to x4 between wheels 1 to 4 and the vehicle body reproduced.

Aus den Abständen x1 bis X4, die die Komponenten eines vierdimensionalen Meßvektors x bilden, kann aus folgendem Gleichungssystem ein vierdimensionaler Zustandsvektor u berechnet werden: # x1 # # 1 -a b' 1 # # u1 # X2 1 -a -b' -1 u2 = x3 1 a' -b 1 u3 x4 1 a' b -1 u4 Die den Vektor u gemäß x = T.u auf den Vektor x abbildende Matrix T ist regulär und quadratisch und damit invertierbar. Die Komponente ul entspricht einem gemittelten Bodenabstand des Fahrzeugaufbaues; die Komponente u2 entspricht einem gemittelten Nickwinkel des Fahrzeugaufbaues, d.h. einer Schrägstellung der Längsachse L gegenüber dem Untergrund; die Komponente u3 gibt einen gemittelten Wankwinkel wieder, d.h. eine Schräg- stellung der Querachse Q relativ zum Untergrund; die Komponente u4 ist ein Maß für die Relativlage der Räder zueinander, bei der dargestellten Wahl der Matrixelemente in der vierten Spalte gibt diese Maßzahl an, inwieweit das erste und dritte Rad gegenüber dem zweiten und vierten Rad angehoben bzw. abgcscnkt sind. Die Vorzeichen der Matrixelemente in der zweiten und dritL-en Spalte hängen davon ab, auf welcher Seite der Querachse Q bzw. auf welcher Seite der Längsachse L die Räder 1 bis 4 angeordnet sind. Im dargestellten 13beispiel erhalten die ersten beiden Elemente der zweiten Spalte gegenüber den letzten beiden Elementen ein unterschiedliches Vorzeichen, weil die ersten und zweiten Räder hinter und die dritten und vierten Räder vor der Querachse Q angeordnet sind.From the distances x1 to X4, which form the components of a four-dimensional measurement vector x, a four-dimensional state vector u can be calculated from the following system of equations: # x1 # # 1 -ab '1 # # u1 # X2 1 -a -b '-1 u2 = x3 1 a '-b 1 u3 x4 1 a 'b -1 u4 The matrix T mapping the vector u according to x = Tu onto the vector x is regular and square and thus invertible. The component ul corresponds to an averaged ground clearance of the vehicle body; the component u2 corresponds to an averaged pitch angle of the vehicle body, ie an inclined position of the longitudinal axis L with respect to the ground; the component u3 represents an averaged roll angle, ie an inclination of the transverse axis Q relative to the ground; the component u4 is a measure of the relative position of the wheels to one another; in the selection of the matrix elements shown in the fourth column, this measure indicates the extent to which the first and third wheels are raised or reduced compared to the second and fourth wheels. The signs of the matrix elements in the second and third column depend on which side of the transverse axis Q or on which side of the longitudinal axis L the wheels 1 to 4 are arranged. In the example shown, the first two elements of the second column have a different sign compared to the last two elements because the first and second wheels are arranged behind and the third and fourth wheels are arranged in front of the transverse axis Q.

In entsprechender Weise haben das erste und vierte Element der dritten Spalte ein anderes Vorzeichen als das zweite und dritte Element der dritten Spalte, weil die ersten und vierten Räder auf einer anderen Seite der Längsachse L als die zweiten und dritten Räder angeordnet sind.Similarly, the first and fourth elements have the third Column has a different sign than the second and third element of the third column, because the first and fourth wheels are on a different side of the longitudinal axis L than the second and third wheels are arranged.

Die Matrixelemente der vierten Spalte werden vorzuysweise derart gewählt, daß die Matrix invertierbar ist, um eine umkehrbar eindeutige Abbildung der Vektoren x und u aufeinander zu gewährleisten. Beispielsweise ist es auch möglich, alle Elemente der vierten Spalte mit Ausnahme eines einzigen Elementes als Null zu wählen.The matrix elements of the fourth column are preferably chosen in such a way that that the matrix can be inverted in order to create a reversible, unambiguous mapping of the vectors x and u to ensure each other. For example, it is also possible to use all elements the fourth column to be selected as zero with the exception of a single element.

Die Komponenten des Vektors x können mittels nicht dargestellter Sensoren, d.h. Abstandsmcßgliedern zwischen Radaufhängung und Aufbau gemessen und damit mittels des Rechners unter Ausführung der Multijplikation mit der ZU T inversen Matrix, welche in Figur 2 durch T 1 symbolisiert wird, gemäß u = T x in die Kom)onenten des Zu- standsvektors u umgerechnet werden. Die Werte u1 bis u4, die Komponenten des genannten Zustandsvektors u, können noch gegebenenfalls gefiltert werden, um Kurzzeitschwankungen dieser aus Meßwerten abgeleiteten Werte zu unterdrücken.The components of the vector x can be determined by means of sensors (not shown), i.e. spacers between the wheel suspension and the body measured and thus by means of the computer executing the multijplication with the TO T inverse matrix, which is symbolized in Figure 2 by T 1, according to u = T x into the components of the state vector u can be converted. The values u1 to u4, the components of the mentioned state vector u can also be filtered if necessary in order to suppress short-term fluctuations in these values derived from measured values.

Nunmehr werden die Komponenten des Zustandsvektors u, d.h. die Werte u1 bis u4,mit ihren vorgebbaren Sollwerten u1soll bis u4soll verglichen und die sich ergebenden Abweichungen w1 = U1soll -U1 bis w3 = U3soll - u3, W4 = - u4, d.h. der Vektor w der Abweichungen,zur Bestimmung eines Stellkraftvektors F mittels vorgebbarer Funktionen f = (f1,f2,f3,f4) transformiert.Now the components of the state vector u, i.e. the values u1 to u4 are compared with their predefinable setpoints u1soll to u4soll and the resulting deviations w1 = U1soll -U1 to w3 = U3soll - u3, W4 = - u4, i.e. the vector w of the deviations, for determining an actuating force vector F by means of predeterminable Functions f = (f1, f2, f3, f4) transformed.

Dabei bestimnlt der Rechner den Stellkraftvektor F als Funktion des Vektors der Abweichungen w derart, daß die Komponenten F1 bis F4 dieses Vektors ausschließlich von denjenigen Komponenten des Vektors w abhängen, die den gleichen Index aufweisen, d.h. F. = fi (...,wi,...), wobei i = 1 bis 4. Dabei hängen die Komponenten F1,F2 bzw. F3 in der Regel differentiell, proportional und integral von dem jeweils zugeordneten Komponenten w1 ,w2 bzw. w3 ab, d.h. neben dem augenblicklichen Wert der jeweiligen Komponente w1 bis w3 ist auch eine Abhängigkeit von der jeweiligen zeitlichen Ableitung erster oder höherer Ordnung und vom Wert des einfachen oder mehrfachen Zeitintegrals gegeben, d.h. beispielsweise von du1/dt, usw. und u1dt usw. Insbesondere wird durch die Verwendung der integralen Anteile eine genaue Positionierung der Lage des Fahrzeugaufbaues auch bei veränderlicher Aufbaumasse entsprechend vorgebbaren Sollwerten ermöglicht, etwa zur Niveauregulierung oder zur Beeinflussung der Kurvenneigung usw.The computer determines the actuating force vector F as a function of the vector of the deviations w such that the components F1 to F4 of this vector depend exclusively on those components of the vector w which have the same index, ie F. = fi (..., wi , ...), where i = 1 to 4. The components F1, F2 and F3 usually depend differentially, proportionally and integrally on the respectively assigned components w1, w2 and w3, ie in addition to the current value of the the respective component w1 to w3 is also dependent on the respective time derivative of the first or higher order and on the value of the single or multiple time integral, ie for example on du1 / dt, etc. and u1dt etc. In particular, the use of the integral components enables precise positioning of the position of the vehicle body, even with variable body dimensions, in accordance with predefinable setpoint values, for example for level regulation or for influencing the curve inclination, etc.

Die Komponente F4 ist vorzugsweise ausschließlich von Zeitableitungen der Komponente u4 abhängig, d.h. cs ist u45011 = 0 und es besteht keinerlei proportionale und integrale Abhängigkeit.Component F4 is preferably exclusively from time derivatives depends on the component u4, i.e. cs is u45011 = 0 and there is no proportional one and integral dependency.

Nunmehr errechnet der Rechner einen Stützkraftvektor K, dessen Komponenten den nachfolgend an den Abstützaggregaten einzustellenden Abstützkräften K1 bis K4 entsprechen.The computer now calculates a supporting force vector K and its components the support forces K1 to K4 to be subsequently set on the support units correspond.

Dabei sind die Vektoren F und K mittels einer Matrix S verknüpft, d.h.: F1 1 1 1 1 K1 F2 -a -a a' a' K2 * F3 b' -b' -b b K3 F4 1 -1 1 -1 K Da die Matrix S regulär und quadratisch und damit invertierbar ist, kann diese Transformation ohne weiteres explizit nach den Komponenten K. , wobei i = 1 bis 4 aufgelöst werden, d.h. die Komponenten des Vektors K lassen sich bestimmen gemäß K = S 1F.The vectors F and K are linked by means of a matrix S, ie: F1 1 1 1 1 K1 F2 -a -aa 'a' K2 * F3 b '-b' -bb K3 F4 1 -1 1 -1 K Since the matrix S is regular and quadratic and thus invertible, this transformation can easily be explicitly resolved for the components K., where i = 1 to 4, ie the components of the vector K can be determined according to K = S 1F.

Wenn der Rechner nunmehr die Abstützkräfte der Abstützaggregate entsprechend den errechneten Werten K1 bis K4 einstellt, so bewirkt dies in der Regel wiederum eine änderung der Abstände x1 bis X4. Außerdem wirken auf die Abstützaggregate Störkräfte cin, die zu einer weiteren Änderung der Abstände x1 bis X4 führen. Somit wird der geschilderte Ablauf mit den neuen Werten von x1 bis X4 wiederholt.If the computer now adjusts the support forces of the support units accordingly sets the calculated values K1 to K4, this usually causes this in turn a change in the distances x1 to X4. In addition, disruptive forces act on the support units cin, which lead to a further change in the distances x1 to X4. Thus the the described sequence is repeated with the new values from x1 to X4.

Das dargestellte aktive Federungs- und Positionierungssystem hat den besonderen Vorzug, daß die Rückstellkräfte bzw. -momente, welche änderungen des Bodenabstandes des Fahrzeuges senkrecht zum Untergrund sowie Neigungen des Fahrzeugaufbaues, d.h. Nick- oder Wankwinkel, zurückzustellen suchen, voneinander entkoppelt sind, da die Komponenten F1 bis F3 voneinander unabhängige, einander nicht: beeinflussende Kräfte bzw. Momente darstellen.The active suspension and positioning system shown has the particular advantage that the restoring forces or moments, which changes in the Ground clearance of the vehicle perpendicular to the ground as well as inclinations of the vehicle structure, i.e. pitch or roll angles, seek to reset, are decoupled from each other, since the components F1 to F3 are independent of one another and do not influence one another Represent forces or moments.

Die von diesen Kräften bzw. Momenten unabhängige Komponente F4 bestimmt die Dämpfung von Radbewegungen, wiederum unabhängig von den Komponenten F1 bis F Dabei ist F4 ausschließlich von der zeitlichen Änderung der Komponente u4 des Zustandsvektors u abhängig, welche die Relativlage der Räder zueinander wiedergibt. Die Dämpfungscharakteristik kann unabhängig von den anderen zu regelnden Größen vorgegeben werden.The component F4, which is independent of these forces or moments, is determined the damping of wheel movements, again independent of the components F1 to F. F4 is only dependent on the change in component u4 of the state vector over time u dependent, which reflects the relative position of the wheels to each other. The damping characteristics can be specified independently of the other variables to be controlled.

Durch entsprechende Wahl der Kennlinien ist es beispielsweise möglich, ein Verhalten zu erzielen, wie es in ähnlicher Weise bei einem Luftkissenfahrzeug vorliegt.By selecting the characteristics accordingly, it is possible, for example, to to achieve a behavior similar to that of a hovercraft is present.

Claims (3)

Ansprüche 1. Aktives Federungssystem zur Abstützuny und Positionierung (Niveauregulierung, Aufbauneigung um Quer-und Längsachse) eines im wesentlichen starren Körpers, insbesondere eines Fahrzeuges, mit insgesamt n, insbesondere vier rechnergesteuerten Abstützaggregaten, deren vertikale Stützkräfte insbesondere in Abhängigkeit von der Hubstellung oder damit korrelierter Größen steuerbar sind, welche mittels den Abstützaggregaten zugeordneter Sensoren in vom Rechner verarbeitbare Signale umsetzbar sind, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß a) die Sensoren zur jeweiligen Hubstellung der zugeordneten Abstützaggregate etwa proportionale Signale (xi,i = 1 bis n) erzeugen, b) der Rechner einen zumindest 3-dimensionalen, jedoch vorzugsweise n-dimensionalen Zustandsvektor (u) berechnet, dessen Komponenten (ui,i = 1 bis n) von den gemessenen Signalen (xi), welche einen n-dimensionalen Meßvektor (x) bilden, wie folgt abhängen: # x1 # # 1 a1 b1 ....... m1 # # u1 # X2 1 a2 b2 ........ m2 U2 X3 = 1 a3 b3 .......... m3 * u3 . . . . . . Xn 1 an bn mn Un
wobei die Elemente a. und b. (i = 1 bis n) 1 1 der den Zustandsvektor (u) auf den Meßvektor (x) abbildenden Matrix T die Abstände des i-ten Abstützaggregates von der Querachse (Q) bzw.Claims 1. Active suspension system for Abstützuny and positioning (level control, body inclination around transverse and longitudinal axis) of an essentially rigid body, in particular a vehicle, with a total of n, in particular four computer-controlled support units, the vertical support forces of which are particularly dependent on the lifting position or correlated therewith Variables can be controlled which can be converted into signals that can be processed by the computer by means of sensors assigned to the support units, characterized in that a) the sensors generate signals (xi, i = 1 to n) which are approximately proportional to the respective stroke position of the assigned support units, b) the computer calculates an at least 3-dimensional, but preferably n-dimensional state vector (u) whose components (ui, i = 1 to n) are derived from the measured signals (xi) which form an n-dimensional measurement vector (x), such as depend on: # x1 # # 1 a1 b1 ....... m1 # # u1 # X2 1 a2 b2 ........ m2 U2 X3 = 1 a3 b3 .......... m3 * u3 . . . . . . Xn 1 an bn mn Un
where the elements a. and b. (i = 1 to n) 1 1 of the matrix T mapping the state vector (u) onto the measurement vector (x) the distances of the i-th support assembly from the transverse axis (Q) or Längsachse (L) des gefederten Körpers sind und das jeweilige Vorzeichen davon abhängt, auf welcher Seite der Längs- bzw. Querachse (L,Q) da>s jeweilige Abstützaggregat angeordnet ist, und wobei die übrigen Matrixelemente (mi) beliebig, vorzugsweise jedoch derart gewählt sind, daß die Matrix (T) regulär und quadratisch (und damit invertierbar) ist, c) der Rechner einen n-dimensionalen Stützkraftvektor (K) berechnet, dessen Komponenten (Ki,i = 1 bis n) die jeweils einzustellenden Stützkräfte der Abstützaggregate umkehrbar eindeutig wiedergeben und von den Komponenten (Fi,i = 1 bis n) eines Stellkraftvektors (F) wie folgt abhängen: 0 F1 1 1 1 ....... 1 K1 1 F2 a1 a2 ....... an K2 F3 = b1 b2 ....... bn * K3 Fn J 1 m2 rn2 mn
wobei die den Stützkraftvektor (K) auf den Stellkraftvektor (F) abbildende Matrix (S) bei im übrigen frei wählbaren Matrixelementen in den 4-ten bis n-ten Zeilen quadratisch und regulär und damit invertierbar ist, d) jede Komponente (Fi) des Stelkraftvektors (F) jeweils eine vorgebbare Funktion ist, die ausschließlich von der Abweichung(w. = ui - uiSOll) der entsprechenden Komponente (ui) des Zustandsvektors (u) von ihrem Sollwert (ui soll) und/oder von den Zeitableitungen und/oder den Zeitintegralen (...d²wi/dt²,dwi/dt,wi, der entsprechenden Abweichung (w.) abhängt.Longitudinal axis (L) of the sprung body and the respective sign depends on which side of the longitudinal or transverse axis (L, Q) the respective support unit is arranged, and the remaining matrix elements (mi) are arbitrary, but preferably in such a way are chosen so that the matrix (T) is regular and square (and thus invertible), c) the computer calculates an n-dimensional supporting force vector (K), the components (Ki, i = 1 to n) of which the supporting forces of the supporting units to be set reversibly unambiguously and depend on the components (Fi, i = 1 to n) of a positioning force vector (F) as follows: 0 F1 1 1 1 ....... 1 K1 1 F2 a1 a2 ....... at K2 F3 = b1 b2 ....... bn * K3 Fn J 1 m2 rn2 mn
wherein the matrix (S) mapping the supporting force vector (K) onto the actuating force vector (F) is square and regular and thus invertible in the case of otherwise freely selectable matrix elements in the 4th to nth rows, d) each component (Fi) des Actuating force vector (F) is in each case a predeterminable function that depends exclusively on the deviation (w. = Ui - uiSOll) of the corresponding component (ui) of the state vector (u) from its nominal value (ui soll) and / or from the time derivatives and / or the time integrals (... d²wi / dt², dwi / dt, wi, the corresponding deviation (w.) depends. 2. Aktives Federungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch derart für die Komponenten (Fi) des Stellkraftvektors (F) vorgegebene Funktionen, daß die Werte dieser Funktionen sich für kleine Abweichungen(in der Komponente w. von ihrem Sollwert uiSOll)nur schwach ändern, jedoch für große Abweichungen progressiv anwachsen bzw. abfallen.2. Active suspension system according to claim 1, characterized by such for the components (Fi) of the actuating force vector (F) predetermined functions that the Values of these functions stand for small deviations (in the component w. From their Change setpoint uiSOll) only slightly, but increase progressively for large deviations or fall off. 3. Aktives Federungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Funktionen(F4 bis Fn )vorzugsweise jeweils nur von Zeitableitungen der zugeordneten Komponenten(u4 bis un) des Zustandsvektors(u)abhängen.3. Active suspension system according to one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the values of the functions (F4 to Fn) are preferably only depend on time derivatives of the assigned components (u4 to un) of the state vector (u).
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