DE3640152A1

DE3640152A1 - Wheel suspension for a vehicle with a frequency-controlled damper

Info

Publication number: DE3640152A1
Application number: DE19863640152
Authority: DE
Inventors: Christian Dr Voy
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1988-11-24

Abstract

In order to optimise a frequency-controlled damper for the wheel suspension of a vehicle, the damper is designed so that it possesses a high damping in the resonance frequency range of the vehicle body and wheel but low damping between them, and that in addition the phase angle between damping force and exciting oscillation is close to the value zero throughout the frequency range in question. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a wheel suspension according to the preamble of claim 1.

Üblicherweise erfolgt die Dämpfung von Fahrwerkschwingungen bei Landfahrzeugen entsprechend der GleichungThe damping of chassis vibrations in land vehicles usually takes place according to the equation

F _D=k · v ⁿ F _D = kv ⁿ

In der Regel wählt man die Dämpfungskonstante k unabhängig von der Frequenz der zu dämpfenden Schwingungen. Da die unter den Gesichtspunkten des Fahrkomforts einerseits und der Fahrsicherheit andererseits optimalen Dämpfungen im interessierenden Frequenzbereich nicht übereinstimmen, muß ein Kompromiß zwischen diesen beiden optimalen Dämpfungsverläufen getroffen werden.As a rule, the damping constant k is selected independently of the frequency of the vibrations to be damped. Since the optimal damping in the frequency range of interest from the point of view of driving comfort on the one hand and driving safety on the other hand do not match, a compromise must be made between these two optimal damping profiles.

In der Arbeit von Willumeit und Richter "Über den Einfluß von frequenzabhängigen Dämpfern und Schwingungstilgern in der Radaufhängung eines Straßenfahrzeugs", Automobil- Industrie 1971, Seiten 67 ff., wird daher bereits eine mit einem frequenzabhängigen Dämpfer ausgerüstete Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben, wobei der frequenzabhängige Dämpfer tiefpassartig Schwingungen im Bereich der Aufbauresonanzfrequenz und darunter dämpft, während zur Bekämpfung von Schwingungen im Bereich der Radresonanzfrequenz und darüber ein zusätzlicher Schwingungstilger Einsatz findet. Wenn auch in dieser Arbeit von dem üblichen Prinzip eines frequenzneutral arbeitenden Dämpfers abgegangen wurde, lassen sich mit diesem Vorschlag zumindest in einer Reihe von Fällen trotz des relativ großen Aufwands - Schwin gungstilger zusätzlich zum frequenzabhängigen Dämpfer - nicht optimale Verhältnisse erzielen.
In the work of Willumeit and Richter "About the influence of frequency-dependent dampers and vibration absorbers in the wheel suspension of a road vehicle", automobile industry 1971, pages 67 ff., Therefore, a wheel suspension equipped with a frequency-dependent damper according to the preamble of claim 1 is already described , wherein the frequency-dependent damper low-pass dampens vibrations in the area of the body resonance frequency and below, while an additional vibration damper is used to combat vibrations in the area of the wheel resonance frequency and above. If a frequency-neutral working damper has been disposed of in this work from the usual principle can be with this proposal, at least in a number of cases, despite the relatively large expense - oscillations gungstilger addition to the frequency-dependent damping - not achieve optimal conditions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die mit geringerem Aufwand als der beschriebene Stand der Technik eine bessere Annäherung an den gewünschten optimalen Dämpfungsverlauf über der Frequenz sicherstellt.The invention has for its object a wheel suspension according to the preamble of claim 1 to create, with less effort than that described State of the art a better approximation to the desired optimal damping curve ensures over the frequency.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung beschreibt der Unter anspruch.The achievement of the object consists in the characterizing features of claim 1, an advantageous embodiment of the invention describes the sub claim.

Ein erster Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der beim Stand der Technik zur Bekämpfung der Schwingungen im Bereich der Radresonanzfrequenz vorhandene zusätzliche Schwingungstilger fortfällt, da die Mittel zur Dämpfung dieser Schwingungen durch die Auslegung des frequenzabhängigen Dämpfers gleichsam in diesen integriert sind. Ferner liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß eine Amplitudenbetrachtung im vorliegenden Falle nicht ausreicht, da die verwendeten frequenzselektiven Glieder, also Frequenzpässe, Phasengänge haben, die den durch die Frequenzabhängigkeit des Dämpfers an sich erzielten Verbesserungen entgegenwirken. Daher ist ein zweites wesentliches Merkmal der Erfindung in der bewußten Erzielung eines zumindest nahe beim Phasenwinkel 0 liegenden Phasenverlaufs zumindest innerhalb des interessierenden Frequenzbereichs der anregenden Schwingungen zu sehen. Das Ergebnis läßt sich schlagwort artig als hinsichtlich des Amplitudenverlaufs der Dämpfung frequenzabhängiger, dagegen hinsichtlich des Phasenverlaufs frequenzneutraler Dämpfer beschreiben.A first advantage of the invention is to be seen in that in the prior art to combat vibrations in the area of the wheel resonance frequency Additional vibration absorber ceases as the means to dampen these vibrations integrated into the frequency-dependent damper as it were are. Furthermore, the invention is based on the knowledge that an amplitude analysis not sufficient in the present case because the frequency-selective elements used, thus have frequency passes, phase responses that are determined by the frequency dependence of the Counteract damper improvements made per se. Hence a second essential feature of the invention in the conscious achievement of an at least close at phase angle 0, at least within the phase of interest Frequency range of the exciting vibrations can be seen. The result can be slogan like as frequency-dependent with regard to the amplitude profile of the damping, however describe frequency-neutral dampers with regard to the phase curve.

Zur Abrundung des Standes der Technik sei an dieser Stelle eingefügt, daß die Verwendung mit Band- und Tiefpässen ausgerüsteter aktiver Einrichtungen zur Bekämpfung von Schwingungen zwischen Rad und Fahrzeugaufbau an sich aus der US-PS 36 06 365, B60G 17/04, bekannt ist. Dabei ergibt sich infolge der Frequenzauslegung der Pässe aber, sofern bestimmte Schwellwerte überschritten werden, eine Wirkungserhöhung im gesamten Frequenzbereich, so daß die für den Fahrkomfort wichtige Dämpfungsver ringerung zwischen den beiden oben definierten Resonanzfrequenzen fehlt, und außerdem sind keine Mittel zur Kompensation des Phasengangs der verschiedenen Pässe vorgesehen.To round off the prior art, it should be inserted here that the use active facilities equipped with band and low passports to combat Vibrations between the wheel and vehicle body itself from US-PS 36 06 365, B60G 17/04, is known. This results from the frequency design of the passports but, if certain threshold values are exceeded, an increase in effectiveness in the entire frequency range, so that the damping ver important for driving comfort There is no reduction between the two resonance frequencies defined above, and also there are no means to compensate for the phase response of the various passes.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren zeigen: Two embodiments of the invention are described below with reference to the drawing explained. The figures show:

Fig. 1 in logarithmischer Darstellung den Verlauf der Dämpfungskonstante k über der anregenden Frequenz f bei dem tiefpassartig ausgelegten Dämpfer nach dem eingangs behandelten Stand der Technik, Fig. 1 in logarithmic representation the course of the attenuation constant k on the exciting frequency f at the low-pass-like designed damper according to the initially treated prior art,

Fig. 2 den frequenzabhängigen Verlauf des Phasen winkels α zwischen der Dämpferkraft und der anregenden Schwingung bei dem bekannten frequenzabhängigen Dämpfer, Fig. 2 shows the frequency-dependent course of the phase angle α between the damping force and the excitation oscillation in the known frequency-dependent damper,

Fig. 3 ebenfalls in logarithmischer Darstellung den frequenzabhängigen Verlauf der Dämpfung bei der Erfindung sowie des Idealverlaufs derselben, Fig. 3 is also in logarithmic scale the frequency-dependent course of the attenuation in the invention as well as the course of Ideal thereof,

Fig. 4 den Verlauf des Phasenwinkels bei der Verwendung von zwei hintereinander geschalteten PID-Systemen zur Realisierung des Dämpfungsverlaufs nach Fig. 3, Fig. 4 shows the course of the phase angle connected with the use of two series PID systems for realization of the attenuation curve of Fig. 3,

Fig. 5 das Schaltschema der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 5 shows the circuit diagram of the preferred embodiment of the invention, and

die Fig. 6 u. 7 mögliche Ausbildungen der gesamten Dämpferan ordnung. FIGS. 6 u. 7 possible training courses for the entire damper arrangement.

Betrachtet man zunächst die sich also auf den Stand der Technik beziehenden Fig. 1 und 2, so sinkt in für einen Tiefpass üblicher Weise der Wert der Dämpfungskonstante k oberhalb der Eckfrequenz f _e stark ab, bei einem idealen Tiefpass würde er bei der Frequenz f _e den Wert Null erreichen.If one first considers FIGS. 1 and 2, which relate to the prior art, the value of the damping constant k drops sharply in a manner customary for a low-pass filter above the corner frequency f _e , for an ideal low-pass filter it would be at the frequency f _e reach zero.

Wie Fig. 2 zeigt, besitzt der tiefpassartige Dämpfer einen Phasengang, d.h. einen frequenz abhängigen Verlauf des Phasenwinkels zwischen Dämpferkraft und anregender Schwingung, der, ausgehend vom Wert Null, bei der Eckfrequenz den Wert -45° und bei höheren Frequenzen den Wert -90° annimmt. Dieser Phasengang führt dazu, daß die an sich durch die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung erzielten Vorteile zum Teil nicht zum Tragen kommen. As shown in FIG. 2, the low-pass damper has a phase response, ie a frequency-dependent course of the phase angle between the damper force and the exciting vibration, which, starting from the value zero, has the value -45 ° at the base frequency and the value -90 ° at higher frequencies assumes. This phase response means that some of the advantages achieved by the frequency dependence of the damping do not come into play.

Erfindungsgemäß wird nun zum einen der beim eingangs sowie anhand der Fig. 1 und 2 behandelten Stand der Technik zur Dämpfung der Schwingungen im Bereich der Rad resonanzfrequenz vorhandene Schwingungstilger überflüssig gemacht, d.h. seine Aufgabe von dem frequenzabhängigen Dämpfer mit gelöst, indem ein Frequenzgang des Dämpfungs faktors entsprechend der Kurve 1 in Fig. 3 angestrebt wird. Man erkennt zwei Frequenz bereiche, in denen eine hohe Dämpfung vorhanden ist, von denen der untere Frequenz bereich sich von einem etwas oberhalb der Resonanzfrequenz des Aufbaus liegenden Frequenzwert nach unten und der andere Frequenzbereich sich von einem etwas unterhalb der Radresonanzfrequenz liegenden Frequenzwert nach oben erstreckt; zwischen diesen Bereichen hat man einen Bereich stark verringerter Dämpfung.According to the invention, on the one hand the vibration absorber present at the beginning and treated with reference to FIGS. 1 and 2 for damping the vibrations in the area of the wheel resonance frequency is made superfluous, ie its task is solved by the frequency-dependent damper with a frequency response of the damping factor is sought in accordance with curve 1 in FIG. 3. One recognizes two frequency ranges in which there is a high attenuation, of which the lower frequency range extends downward from a frequency value slightly above the resonance frequency of the structure and the other frequency range extends upward from a frequency value slightly below the wheel resonance frequency; between these areas there is an area of greatly reduced attenuation.

Mit 2 ist der realisierbare Frequenzgang des Dämpfungsfaktors k bezeichnet, der sich von dem Idealverlauf 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Flankensteilheit endliche Werte besitzt. In jedem Fall ist aber eine ausreichende Dämpfung in den beiden definierten Frequenzbereichen sichergestellt.The realizable frequency response of the damping factor k is designated by 2 , which essentially differs from the ideal course 1 in that the slope has finite values. In any case, sufficient attenuation is ensured in the two defined frequency ranges.

Erzielen läßt sich ein derartiger Dämpfungsverlauf durch die Reihenschaltung von zwei PID-Systemen, also proportional-integral wirkenden Reglern mit Vorhalt, wobei diese Reihenschaltung über einen Geschwindigkeitssensor mit Signalen gespeist wird, die die jeweilige Relativgeschwindigkeit zwischen Rad und Aufbau wiedergeben. Würde man allein die Reihenschaltung von zwei PID-Systemen verwenden, so ergäbe sich der in Fig. 4 wiedergegebene Phasengang, der wiederum der angestrebten Dämpfung entgegenwirken würde.Such a damping curve can be achieved by the series connection of two PID systems, i.e. proportional-integrally acting controllers with lead, this series connection being fed via a speed sensor with signals which reflect the relative speed between the wheel and the body. If only the series connection of two PID systems were used, the phase response shown in FIG. 4 would result, which would in turn counteract the desired damping.

Daher sieht die Erfindung in diesem Fall den Einsatz von zwei amplitudenneutralen Phasenschiebern, sogenannten Allpässen erster Ordnung, vor, so daß sich die in Fig. 5 dargestellte Schaltung ergibt:In this case, the invention therefore provides for the use of two amplitude-neutral phase shifters, so-called first-order all-passes, so that the circuit shown in FIG. 5 results:

Der Sensor 10 für die Ermittlung der Relativgeschwindigkeit zwischen Rad und Aufbau, beispielsweise ein magnetisch arbeitender Sensor, ist bekannt und braucht daher im einzelnen nicht beschrieben zu werden. Er arbeitet auf den Eingang einer Reihenschaltung mit zwei PID-Systemen, die einen (PI)²-Anteil 11 und einen (PD)²-Anteil 12 in dem in Fig. 4 dargestellten Phasengang erzeugen. Zur Kompensation dieses Phasengangs, d.h. zur Erzielung einer beim Wert α = 0 liegenden Phase über den gesamten interessie renden Frequenzbereich, sind zwei Allpässe 13 und 14 erster Ordnung als neutrale Phasen schieber vorgesehen, von denen der mit Vorzeichenumkehr 15 ausgerüstete Allpass 13 den erstgenannten Anteil kompensiert und der zweite Allpass 14 zur Kompensation des zweiten Anteils 12 des Phasengangs dient. An den Ausgang 16 dieser Reihenschaltung ist dann der eigentliche Dämpfer angeschlossen, der gemäß Fig. 6 in an sich bekannter Weise eine in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal angesteuerte regelbare Drossel in einem Bypass zu einer hydraulischen oder pneumatisch-hydraulischen Kolben-Zylinder- Anordnung oder gemäß Fig. 7 einen magnetisch beeinflußbaren Dämpfer enthalten kann.The sensor 10 for determining the relative speed between the wheel and the body, for example a magnetically operating sensor, is known and therefore need not be described in detail. It works on the input of a series circuit with two PID systems which generate a (PI) ² component 11 and a (PD) ² component 12 in the phase response shown in FIG. 4. To compensate for this phase response, ie to achieve a phase lying at the value α = 0 over the entire frequency range of interest, two all-passes 13 and 14 of the first order are provided as neutral phase shifters, of which the all-pass 13 equipped with sign reversal 15 compensates for the former part and the second allpass 14 serves to compensate for the second portion 12 of the phase response. The actual damper is then connected to the output 16 of this series connection, which, according to FIG. 6, in a manner known per se controls a controllable throttle in a bypass to a hydraulic or pneumatic-hydraulic piston-cylinder arrangement or as shown in FIG . 7 may include a magnetically influenceable damper.

Aus Stabilisierungsgründen wird man in der Schaltung ferner frequenzabhängige Begrenzer vorsehen. Auf die Beschreibung der verwendeten Allpässe wurde verzichtet, da derartige Pässe bekannt sind, siehe z. B. Oppelt, "Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge", 5. Auflage, Seiten 88/89.For stabilization reasons, frequency-dependent limiters are also used in the circuit provide. The description of the all-passports used has been dispensed with, as such Passports are known, see e.g. B. Oppelt, "Small Manual of Technical Control Processes", 5th edition, pages 88/89.

In Fig. 6 ist der mit dem Rad verbundene Zylinder mit 20, der Kolben, dessen Kolbenstange mit dem Aufbau verbunden ist, mit 21 bezeichnet. Die beiderseits des Kolbens liegenden Druckmittelräume 22 und 23 können über den Bypass 24 miteinander verbunden werden, so daß dann die Dämpfung mehr oder weniger zum Verschwinden gebracht wird; ist dagegen die im Bypass 24 liegende regelbare Drossel 25 in Sperrstellung, liegt eine große Dämpfung vor. Die Drossel wird über die in Fig. 5 dargestellte, in Fig. 6 allgemein mit 26 bezeichnete frequenzabhängige Schaltung so angesteuert, daß sich der in Fig. 3 bei 2 angedeutete Dämpfungsverlauf ergibt.In Fig. 6, the cylinder connected to the wheel is indicated at 20 , the piston, the piston rod of which is connected to the structure, at 21 . The pressure medium spaces 22 and 23 located on both sides of the piston can be connected to one another via the bypass 24 , so that the damping is then more or less made to disappear; on the other hand, if the adjustable throttle 25 in the bypass 24 is in the blocking position, there is a large damping. The throttle is controlled via the frequency-dependent circuit shown in FIG. 5, generally designated 26 in FIG. 6, in such a way that the damping curve indicated at 2 in FIG. 3 results.

In Fig. 7 ist die in Fig. 5 dargestellte Schaltung bei 30 angedeutet. Sie dient zur Speisung der Magnetspule 31 in dem Dämpfer 32, der zwischen Aufbau 33 und Radaufhängung 34 angeordnet ist und als in diesem Zusammenhang wesentliche Bestandteile außer der mit dem Kolben 35 verbundenen Magnetspule 31 den zylinderfesten Eisenkreis 36 enthält. Je nach der Höhe des Stromes, der die Magnetspule 31 durchsetzt, und damit je nach der Größe des Magnetfeldes wird eine bestimmte Dämpfung erzeugt. Auch hier wird durch die beschriebene Ausbildung der Ansteuerschaltung 30 sichergestellt, daß der Dämpfungsverlauf den Frequenzgang 2 in Fig. 3 befolgt und daß der Phasenwinkel der Dämpfung zumindest im interessierenden Frequenzbereich nahe bei Null liegt.In Fig. 7, the circuit shown in Fig. 5 is indicated at 30 . It is used to feed the solenoid 31 in the damper 32 , which is arranged between the body 33 and the wheel suspension 34 and, as essential components in this context, contains the iron circuit 36 fixed to the cylinder apart from the solenoid 31 connected to the piston 35 . Depending on the amount of current that passes through the magnet coil 31 , and thus depending on the size of the magnetic field, a certain damping is generated. Here, too, the described configuration of the control circuit 30 ensures that the damping curve follows the frequency response 2 in FIG. 3 and that the phase angle of the damping is close to zero, at least in the frequency range of interest.

Claims

1. Wheel suspension for a vehicle with a frequency-dependent damper for damping vibrations of the vehicle body in the area of the body resonance frequency and means for damping vibrations in the area of the wheel resonance frequency, characterized in that the damper has a frequency response ( 2 ) of damping with areas of strong damping below one has something above the body resonance frequency and above a frequency slightly below the wheel resonance frequency and an intermediate range of weak damping, and that the damper has means ( 13 , 14 , 15 ) for generating a phase response of the damping in the frequency range of interest that is at least close to zero assigned.

2. Wheel suspension according to claim 1, characterized in that the frequency-dependent damper has a sensor ( 10 ) for the relative speed and / or the relative path between the wheel and the body and thereupon the series connection of two PID controllers ( 11 , 12 ) and two amplitude-neutral phase shifters ( 13 , 14 ) (all-pass) of first order, of which the first ( 13 ) provided with a sign reversal ( 15 ) for correcting the (PI) ² component ( 11 ) in the phase response and the second phase shifter ( 14 ) for correcting the ( PD) ² portion ( 12 ) is designed in the phase response.