DE3810638C1

DE3810638C1 -

Info

Publication number: DE3810638C1
Application number: DE3810638A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Guerke; Berthold 5227 Windeck De Altwicker
Original assignee: Boge GmbH
Current assignee: ZF Boge GmbH
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-08-10
Also published as: FR2629395A1; US4989148A; IT1228061B; BR8901432A; JPH026211A; IT8919231A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur rechnergestützten, fahrbahnabhängigen Steuerung von Schwingungsdämpfern einer Fahrzeugfederung, mit am Fahr zeug und/oder Schwingungsdämpfer angebrachten Sensoren, die mit der Aufbaubeschleunigung und der radseitigen Beschleunigung für die Unebenheit der Fahrbahn charakteristische Signale elektrisch abgeben, mit einer Auswerteschaltung (Rechner), die die Sensorsignale empfängt und daraus abgestimmte Stellsignale für die Schwingungsdämpfer erzeugt, und mit Schwingungsdämpfern, die eine weite Spreizung des Kennlinienfeldes zwischen einer sehr niedrigen und einer sehr hohen Dämpfungskraft aufweisen.

Es sind Vorrichtungen zur dynamischen Einstellung der Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers bekannt (z. B. DE-OS 34 26 014, US-PS 38 07 678). Damit dem Fahrzeug aufbau über die Bewegung des Rades möglichst wenig Energie zugeführt wird, soll die Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer dann sehr klein sein, wenn sich Fahrzeugaufbau und Rad in die gleiche Richtung bewegen und der Betrag der Geschwindigkeit des Rades größer ist als der Betrag der Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaues. Konkrete Einzelheiten zur Steuerung dieser Vorrichtung sind dabei nicht ausgeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuerung zur rechner gestützten, fahrbahnabhängigen Ansteuerung von Schwin gungsdämpfern einer Fahrzeugfederung zu schaffen, mit der der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit des Kraftfahr zeuges erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Auswerteschaltung die Sensorsignale (b _Auf) für die Beschleunigung am Fahrzeugbau und (b _Rad) für die radseitige Beschleunigung in Signale umformt und einem, von den Betragsbildungen der Fahrzeugaufbau- und Fahr zeugradbeschleunigung beaufschlagten Analogschalter zu führt, wobei die dem Analogschalter nachgeschaltete Summierstelle aus dem Strom (I ₁), der Betragsbildungen der Fahrzeugaufbau- und Fahrzeugradbeschleunigung, dem Strom (I ₂) einer Betragsbildung der Fahrzeugradbe schleunigung und einem konstanten Strom (I ₀) ein Stell signal für ein Proportionalventil und/oder einer n-fachen Anzahl von Digitalventilen des Schwingungsdämpfers derart bildet, daß die niedrigste Dämpfungskraftkennlinie dann geschaltet ist, wenn die Geschwindigkeit des Rades größer als die Geschwindigkeit des Aufbaues und die Richtung des Einheitsvektors der Radbewegung gleich der Richtung des Einheitsvektors der Aufbaubewegung ist.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausbildung, daß der Zustand des Fahrzeuges zu jedem Zeitpunkt erfaßt wird. Aus den Sensorgrößen der Fahrzeugaufbaubeschleunigung und der Fahrzeugradbeschleunigung wird kontinuierlich, d. h. zu jedem Zeitpunkt über geeignete Verstärker und Logik schaltkreise ein Steuerstrom für ein Proportionalventil oder für eine entsprechende Anzahl von digital ange steuerten Einzelventilen ermittelt. Damit kann dynamisch und kontinuierlich die für das Fahrzeug optimale Dämp fungskraft eingestellt werden. Die Einstellung kann an jedem Rad, achsweise oder für alle Fahrzeugräder gleich zeitig erfolgen. Die Kennfeldcharakteristik des Propor tionalventiles kann in ihrem Verlauf sowohl progressiv als auch degressiv sein und kann durch entsprechende Vorverstärker, Entzerrer und regelungstechnische Maß nahmen auf ein optimales Komfortverhalten des Fahrzeuges angepaßt werden.

Des weiteren ist von Vorteil, daß die Sicherheit des Fahrzeuges u. a. durch die Verringerung der dynamischen Radlastschwankungen erhöht wird. Starke Radbe schleunigungen, hervorgerufen durch die Fahrbahn, erhöhen die Radlastschwankungen, aus diesem Grunde wird ein Steuerstrom berechnet, der mit wachsender Radbe schleunigung die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers kontinuierlich erhöht.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß das Proportionalventil ein proportionales Verhalten zwischen einer hohen Dämpfungskraftkennlinie bei einem geringen Strom und einer niedrigen Dämpfungskraftkenn linie bei einem hohen Strom aufweist.

Hierbei ist von Vorteil, daß die Dämpfungskraftkennlinien nicht linear zu sein brauchen. Die Dämpfungskraft konstante K _A läßt sich dann für jeden beliebigen Punkt im Kennlinienfeld wie folgt berechnen:

K _A = K _S - (K _S - K _K) × K ₁ × I.

Dabei bedeutet:

K _A = Dämpfungskraftkonstante
K _S = Konstante härtester Dämpfungskraftkennung = K _Sport
K _K = Konstante weichester Dämpfungskraftkennung = K _Komfort
K ₁ = Proportionalbeiwert des Ventils
I = Steuerstrom

Dabei ist zu erkennen, daß die Dämpfungskraftkonstante des Fahrzeugaufbaues proportional zum Steuerstrom ist, dessen Amplitude in einem Begrenzer in einem gewünschten Bereich begrenzt werden kann. Das Regelverhalten des Ver stellventiles wird als Proportionalglied mit Verzögerung und das zeitabhängige Verhalten des Schwingungsdämpfers in einem weiteren Proportionalglied mit Verzögerung berücksichtigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Sensorsignale (b _Auf und b _Rad) nach einer Digi talisierung in einem A/D-Wandler anschließend in einer Rechnerschaltung jeweils in einem Integrator integriert und die Vorzeichen in einem Vektorisierer ausgewertet und dem Vorzeichenvergleicher zugeführt werden, wobei in der Betragsbildung der jeweilige Betrag der Geschwindigkeit berechnet und im Betragsvergleicher derart verglichen wird, daß bei gleichen Vorzeichen der Einheitsvektoren im Vorzeichenvergleicher und "wahrem" Vergleich der Geschwindigkeiten im Betragsvergleicher die Ausgangs signale des Vorzeichenvergleichers und des Betragsver gleichers logisch "high" sind und in einer Nand-Ver knüpfung ein Ausgangssignal zur Betätigung des Analog schalters erzeugen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Regelung für die Steuerung eines Dämpfers in einem Zweimassensystem, in modellhafter Weise,

Fig. 2 eine Auswerteschaltung zur Aufbereitung der Beschleuni gungssignale.

In der Fig. 1 ist mit einem Zweimassensystem in modell hafter Weise die Radaufhängung eines Fahrzeugrades eines Fahrzeuges gezeigt. Die Fahrzeugaufbaumasse wird durch m _Auf, die Radmasse durch m _Rad, die Federrate in der Ab stützung des Fahrzeugaufbaues durch c _Auf und die Feder rate des Fahrzeugrades durch c _Rad dargestellt. Die Unebenheitshöhe der Straße ist mit h(_t) bezeichnet. Der Schwingungsdämpfer wird durch die Dämpfungskraftkonstante K _A beschrieben, welche wiederum durch den Ventilsteuer strom I beeinflußt wird.

In der Auswerteschaltung 1 wird ein Schaltkriterium zum Betätigen des Analogschalters 2 abgeleitet. Das Fahrzeug fährt immer dann auf der niedrigsten Dämpfungskraftkenn linie, wenn die Bedingungen erfüllt sind, daß die Vertikalgeschwindigkeit des Rades größer als die des Fahrzeugaufbaues und die Richtung der Einheitsvektoren der Vertikalgeschwindigkeit von Rad und Aufbau gleich sind. Hierzu werden Rad- und Fahrzeugaufbaubeschleunigung erfaßt und über die in Fig. 2 näher dargestellte Auswerteschaltung 1 aufbereitet. In der Praxis dürfen zur Erfüllung der Bedingungen eine Schaltschwelle und eine Schalthysterese zugelassen werden. Ist das Kriterium erfüllt, wird der Strom I ₁ gleich null und der Ventil strom wird nur noch durch den Strom I ₀ und durch den Strom I ₂ bestimmt.

Ist das Schaltkriterium nicht erfüllt, erfolgt die Einstellung der Dämpfungskraft kontinuierlich durch den Steuerstrom I ₁. Dieser Steuerstrom I ₁ wird gebildet durch die Multiplikation der aus den Beschleunigungssignalen gebildeten Spannungen U ₀, U ₁ und U ₂ im Multiplizierer 5 und die Spannungsstromwandlung im Proportionalglied 3. Die Begrenzer 4, 6, 10, 12 und 17 begrenzen die Ausgangs spannungen in einem definierten Bereich. Zum Beispiel wird dieser Bereich in Fig. 1 normiert zwischen 0,1 und 1 dargestellt. U ₀ wird aus dem Betragbildner 9 für die Fahrzeugaufbaubeschleunigung, dem Differentiator 8, dem Koeffizientenmultiplizierer 7 und der Konstanten X ₁ berechnet. U ₁ berechnet sich aus dem Betrag der Fahr zeugaufbaubeschleunigung, dem Koeffizientenmultipli zierer 11 und der Konstanten X ₂.

Der Einfluß der Fahrbahn wird über die Fahrzeugrad beschleunigung im Koeffizientendividierer 13, dem Koeffi zientenmultiplizierer 14, der Konstanten X ₃, der Betrags bildner 15 der Fahrzeugradbeschleunigung, dem Maximal wertspeicher 19 und dem Frequenzgenerator 20 berück sichtigt.

Da die Dämpfungskraftkennlinien in der Regel nicht linearen Verlauf aufweisen, würde sich ein unter schiedliches Komfortverhalten bei verschiedenen Fahrbahn profilen ergeben. Dieser Einfluß kann über den Koeffizientendividierer 13, den Maximalwertspeicher 19 und den Frequenzgenerator 20 korrigiert werden. In der zusätzlichen sample-and-hold-Schaltung 19 wird die maximale Radbeschleunigung für die halbe Periodendauer der Radeigenfrequenz zwischengespeichert und dem Koeffizientendividierer 13 zur Korrektur der Steuer spannung U ₂ zugeführt.

Die Sicherheit des Kraftfahrzeuges wird u. a. durch die dynamischen Radlastschwankungen bestimmt. Starke vertikale Radbeschleunigungen, hervorgerufen durch die Fahrbahn, erhöhen diese Radlastschwankungen. Im Propor tionalglied 16, dem Begrenzer 17 der Konstanten X ₄ und dem Koeffizientenmultiplizierer 18 und dem Betrag der Fahrzeugradbeschleunigung 15 wird aus diesem Grund ein Steuerstrom I ₂ berechnet, der mit wachsender Radbe schleunigung die Dämpfungskraft kontinuierlich erhöht.

Die Steuervorrichtung wird mit einem Verstellventil verwendet, welches ein proportionales Verhalten zwischen härtester Dämpfungskraftkennlinie K _S und minimalem Ventilstrom, z. B. I = 0 und weichester Dämpfungskraft kennlinie K und maximalem Ventil I _max herstellt. Die Dämpfungskraftkennlinien können nicht linear sein, wobei sich die Dämpfungskraftkonstante K _A für jeden beliebigen Punkt im Kennlinienfeld berechnen läßt, aus

K _A = K _S - (K _S - K _K) × K ₁ × I

Die Dämpfungskraftkonstante K _A des Fahrzeugaufbaus ist proportional zum Steuerstrom I, dessen Amplitude im Be grenzer 21 auf einen gewünschten Bereich begrenzt werden kann. Das Regelverhalten des Verstellventiles wird im Proportionalglied mit Verzögerung 22 durch K ₁, T ₁ und T ₂ beschrieben. Das zeitabhängige Verhalten eines Schwin gungsdämpfers wird in einem weiteren Proportionalglied mit Verzögerung 24 durch T ₃ und T ₄ berücksichtigt.

In der Fig. 2 ist die Aufbereitung der Geschwindigkeits signale V _Auf und V _Rad aus den erfaßten Beschleunigungs signalen b _Auf und b _Rad gezeigt. Die analogen Signale werden über die schnellen A/D-Wandler 30 und 40 digitali siert und anschließend in einer Rechnerschaltung weiter verarbeitet. Nach Integration der digitalen Signale im Integrierer 50 bzw. 60 erfolgt die Auswertung der Vor zeichen (d. h. der Richtung der Einheitsvektoren E) in je einem Vektorisierer 70 und 80. Im Vergleicher 120 wird nur dann das Ausgangssignal logisch "high", wenn beide Vorzeichen gleich sind. Der Betrag der Geschwindigkeiten wird in den Betragsbildnern 90 und 100 berechnet und im Vergleicher 110 verglichen. Eine Schaltschwelle und Schalthysterese können programmiert werden. Das Ausgangs signal vom Vergleicher 110 ist nur dann logisch "high", wenn der Vergleich wahr ist. Das Ausgangssignal der Nand- Verknüpfung 130 betätigt den Analogschalter 2 ent sprechend der Fig. 1.

Claims

1. Vorrichtung zur rechnergestützten, fahrbahnabhängigen Steuerung von Schwingungsdämpfern einer Fahrzeug federung, mit am Fahrzeug und/oder Schwingungsdämpfer angebrachten Sensoren, die mit der Aufbaube schleunigung und der radseitigen Beschleunigung für die Unebenheit der Fahrbahn charakteristische Signale elektrisch abgeben, mit einer Auswerteschaltung (Rechner), die die Sensorsignale empfängt und daraus abgestimmte Stellsignale für die Schwingungsdämpfer erzeugt, und mit Schwingungsdämpfern, die eine weite Spreizung des Kennlinienfeldes zwischen einer sehr niedrigen und einer sehr hohen Dämpfungskraft auf weisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (1) die Sensorsignale (b _Auf und b _Rad) für die vertikale Beschleunigung von Fahrzeugaufbau und Rad in Signale umformt und einem von der Betragsbildung (9) der Fahrzeugaufbaube schleunigung und von der Betragsbildung (15) der Fahrzeugradbeschleunigung beaufschlagten Analog schalter (2) zuführt, wobei die dem Analogschalter (2) nachgeschaltete Summierstelle aus dem Strom (I ₁) der Betragsbildungen (9 und 15) der Fahrzeugaufbaube schleunigung und der Fahrzeugradbeschleunigung, dem Strom (I ₂) einer Betragsbildung (15) der Fahrzeugrad beschleunigung und einem konstanten Strom (I ₀) ein Stellsignal für ein Proportionalventil und/oder eine n-fache Anzahl von Digitalventilen des Schwingungs dämpfers derart bildet, daß die niedrigste Dämpfungs kraftkennlinie dann geschaltet ist, wenn die vertikale Geschwindigkeit (V _R) des Rades größer als die vertikale Geschwindigkeit (V _A) des Aufbaues und die Richtung des Einheitsvektors (E _R) der Bewegung des Rades gleich der Richtung des Einheitsvektors (E _A) der Bewegung des Aufbaus ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil ein proportionales Ver halten zwischen einer hohen Dämpfungskraftkennlinie (K _Sport) bei einem geringen Strom (I _Min) und einer niedrigen Dämpfungskraftkennlinie (K _Komfort) bei einem hohen Strom (I _Max) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignale (b _Auf und b _Rad) nach einer Digitalisierung in einem A/D-Wandler (30, 40) an schließend in der Auswerteschaltung (1) jeweils in einem Integrator (50, 60) integriert und die Vor zeichen in einem Vektorisierer (70, 80) ausgewertet und dem Vergleicher (120) zugeführt werden, wobei in der Betragsbildung (90, 100) der jeweilige Betrag der vertikalen Geschwindigkeit (/V _Rad/;/V _Auf/) berechnet und im Vergleicher (110) derart verglichen wird, daß bei gleichen Vorzeichen der Einheitsvektoren (E) im Vergleicher (120) und wahren Vergleich der Geschwin digkeiten (/V _Rad//V _Auf/) im Vergleicher (110) die Ausgangssignale des Vergleichers (120) und des Vergleichers (110) logisch "high" sind und in der Nand-Verknüpfung (130) ein Ausgangssignal zur Be tätigung des Analogschalters (2) erzeugen.