DE3907870C2

DE3907870C2 -

Info

Publication number: DE3907870C2
Application number: DE19893907870
Authority: DE
Inventors: Takahiro Oikawa; Tatsumi Susono Shizuoka Jp Ohtsuka
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1988-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1992-05-27
Also published as: DE3907870A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung zum Stabilisieren eines Fahrzeuges, das steuerbare Einstelleinrichtungen zum Einstellen der Lage des Fahrzeuges oder seines Aufnahmeraumes für Passagiere und/oder Ladung aufweist.

Bekanntlich können im Fahrbetrieb eines Fahrzeuges überlagerte Bewegungen aus Komponenten des Wankens, Nickens und Gierens auftreten. Die Erfassung, Trennung und gezielte Beeinflussung bzw. Ausregelung dieser Bewegungen ist aus DE 34 08 292 A1 bekannt. Hierzu werden bei der dort beschriebenen Vorrichtung an jedem Rad des Fahrzeuges die Höhen zwischen Rad und Karosserie sowie ihre Änderungen erfaßt und ausgewertet, was einen erheblichen technischen Aufwand bedingt. Trotzdem kann dabei der Einfluß einer Fahrbahnüberhöhung auf Fliehkraft und Wankbewegung des Fahrzeuges nicht berücksichtigt werden.

Aus DE 27 05 221 C2 ist eine Anordnung bekannt, bei welcher der Einfluß der Fahrbahnüberhöhung auf das Fahrzeug durch die Verwendung von Kreiseln berücksichtigt werden kann, welche die Wank- und Giergeschwindigkeit des Fahrzeuges erfassen. Die Erfassung und der Ausgleich von Nick- und Hockbewegungen des Fahrzeuges beim Beschleunigen und Bremsen sowie von Wippbewegungen des Fahrzeuges um seine Querachse bei welliger Fahrbahn sind dabei jedoch nicht möglich.

Aus der Patentschrift US 45 24 619 ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher die Winkelgeschwindigkeit eines Wasser-, Luft- oder sonstigen Fahrzeuges mittels eines Sensors erfaßt wird, der elektrisch zum Schwingen angeregt wird und unter Nutzung des Coriolis-Effektes elektrische Meßsignale liefert.

Schließlich ist aus DE 27 36 026 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei welcher die Aufhängung der Räder eines Fahrzeuges verändert wird in Abhängigkeit von Detektoren, welche die Fahrgeschwindigkeit, den Lenkwinkel, Brems- und Hubdaten, den Seitenwind und dergleichen ermitteln, worauf über einen Signalgenerator die Federwirkung von Stoßdämpfern, die zwischen dem Rahmen und den Rädern des Fahrzeuges angeordnet sind, entsprechend den Fahrbedingungen eingestellt werden. Auch diese Vorrichtung genügt nicht den gestiegenen Anforderungen der Praxis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung zum Stabilisieren eines Fahrzeuges zu schaffen, die einerseits einfach aufgebaut ist, andererseits aber vielseitigen Bedürfnissen genügt und über bremsbedingtes Nicken hinaus auch Schaukelbewegungen des Fahrzeuges ausgleicht sowie auch z. B. Fahrbahnüberhöhungen richtig berücksichtigt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anordnung von Winkelgeschwindigkeitssensoren der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3A eine schematische Darstellung eines einen Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß Fig. 2 bildenden Vibrators und seiner Schwingungsfigur im Zustand der Grundschwingung,

Fig. 3B die Schwingungsfigur aus Fig. 3A,

Fig. 3C die Schwingungsfigur gemäß Fig. 3B bei Auftreten einer Winkelgeschwindigkeit,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug und der mit dieser Vorrichtung zusammenwirkenden Baugruppen des Fahrzeuges und

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 enthaltenen Rechnereinheit.

Gemäß Fig. 1 und 4 ist die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung in ein als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug 6 eingebaut und umfaßt eine Sensor 1 ausgebildete Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges in dessen Fortbewegungsrichtung, eine weitere Detektoreinrichtung 2 mit drei Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z zur Ermittlung der Winkelgeschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges bei dessen Drehung um Achsen X, Y, Z eines orthogonalen Koordinatensystems und eine arithmetische bzw. Rechnereinheit 3, an welche vier elektrische Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d angeschlossen sind.

Die Aufhängungen 7a, 7b, 7c, 7d der vier Räder 8a, 8b, 8c, 8d des Kraftfahrzeuges weisen jeweils einen Stoßdämpfer 5a, 5b, 5c, 5d auf. Jeder dieser Stoßdämpfer besitzt eine an sich bekannte und daher nicht näher dargestellte Einrichtung zur Veränderung seiner Dämpfungsrate, d. h. seines Dämpfungsfaktors bzw. seiner Federkonstanten, wobei diese Betätigungseinrichtungen mit jeweils einer der Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d verbunden sind und von diesen Steuereinrichtungen zur Veränderung der jeweiligen Dämpfungsrate angesteuert werden können.

Die Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d sind mit Ausgängen der Rechnereinheit 3 verbunden und erhalten von ihr die Steuersignale zur Veränderung der Dämpfungsrate der jeweils angeschlossenen Stoßdämpfer.

Eingangsseitig ist die Rechnereinheit 3 an den Fahrgeschwindigkeitssensor 1 sowie an die Winkelgeschwindigkeitssensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z angeschlossen und erhält von ihnen fortlaufend Informationen über die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges sowie über Winkelgeschwindigkeiten des Fahrzeuges, wenn es Wank-, Nick- und/oder Gierbewegungen ausführt.

Der Sensor 1 ist ein elektromechanischer oder elektrischer Fühler an sich bekannter Bauart, der z. B. die Stellung der Tachonadel des Tachometers des Fahrzeuges abtastet und auf diese Weise ein der Drehzahl der Fahrzeugräder und somit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges entsprechendes Signal erzeugt und an die Rechnereinheit 3 liefert.

Wie Fig. 2 zeigt, ist der Winkelgeschwindigkeitssensor 2 _x mit seiner Längsachse im Kraftfahrzeug 6 parallel zu dessen Längsachse X, also in Fahrtrichtung des Fahrzeuges angeordnet und zur Ermittlung von Rollbewegungen des Fahrzeuges, also von Drehungen um die X-Achse bestimmt. Der Winkelgeschwindigkeitssensor 2 _y ist mit seiner Längsachse im Kraftfahrzeug 6 parallel zu dessen Querachse Y, also parallel zu den Radachsen des Fahrzeuges angeordnet und zur Ermittlung von Stampfbewegungen des Fahrzeuges, also von Drehungen um die Y-Achse bestimmt, während der Winkelgeschwindigkeitssensor 2 _z mit seiner Längsachse im Kraftfahrzeug 6 parallel zu dessen Hochachse Z, also senkrecht zur Fahrbahnebene angeordnet und zur Ermittlung von Gierbewegungen des Fahrzeuges, also von Drehungen um die Z-Achse bestimmt ist.

Alle drei Winkelgeschwindigkeitssensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z sind baulich zur Detektoreinrichtung 2 vereinigt und innerhalb des Fahrzeuges an einem gemeinsamen Träger, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 2a angeordnet, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Jeder der drei Winkelgeschwindigkeitssensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z ist als Schwingfühler ausgebildet, wie er in Fig. 3A näher dargestellt ist. Er umfaßt einen in Form einer rechteckigen oder quadratischen Säule ausgebildeten Vibrator 8, der mit oberen und unteren Zapfen 9a, 9b im Gehäuse 2a der Detektoreinrichtung 2 befestigt und somit derart abgestützt ist, daß er zwischen den Zapfen 9a, 9b und an seinen freien Enden in einer Ebene P_d frei schwingen kann, die senkrecht zu diesen Zapfen und senkrecht zu gegenüberliegenden Seitenflächen 8a des Vibrators 8 verläuft, wobei sich zwischen den Zapfen 9a, 9b ein Schwingungsbauch und an den Zapfen selbst ein Schwingungsknoten bildet, wie dies in der in Fig. 3A schraffiert dargestellten Schwingungsfigur A₀ zum Ausdruck kommt. Die Schwingung in der Ebene P_d wird nachfolgend als Grundschwingung bezeichnet.

Zum Schwingen in der Grundschwingung wird der Vibrator 8 mittels piezoelektrischer keramischer Elemente 10 angeregt, die plattenförmig ausgebildet und an die Seitenflächen 8a des Vibrators 8 angesetzt sind. Sie werden mit einer an die piezoelektrischen Elemente 10 dauernd angelegten Wechselspannung von ca. 10 V_pp betrieben derart, daß sich eine Grundschwingung des Vibrators 8 von ca. 3,3 kHz einstellt. Diese Grundschwingung hängt u. a. von der Gestalt und Dimensionierung des Vibrators ab und kann durch entsprechende Veränderung dieser Parameter den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden. Die piezoelektrischen Elemente 10 und deren nicht dargestellte Spannungsversorgung dienen somit als Treiber für den Vibrator 8.

Wird dem in der Ebene P_d (siehe Fig. 3A und 3B) in seiner Grundschwingung schwingenden Vibrator 8 im Falle einer Roll-, Stampf- bzw. Gierbewegung des Kraftfahrzeuges 6 eine Drehbewegung um seine Längsachse auferlegt, wobei eine Winkelgeschwindigkeit ω angenommen sei, so wirkt auf den schwingenden Vibrator 8 eine Corioliskraft, die dazu führt, daß er in einer Richtung senkrecht zur Ebene P_d seiner Grundschwingung ausgelenkt wird und die Schwingungsbewegung des Vibrators eine Komponente in einer Ebene P_s senkrecht zur Ebene P_d der Grundschwingung erhält, wie dies in Fig. 3C durch die Schwingungsfigur A_C veranschaulicht ist. Im dort gezeigten Koordinatensystem liegt die Ebene P_d der Grundschwingung in der XZ-Ebene und die P_s-Ebene in der YZ-Ebene, wobei sich der Vibrator mit der Winkelgeschwindigkeit ω um die Z-Achse dreht.

Die Schwingung des Vibrators 8 in der Ebene P_s wird durch keramische Piezoelelemente 11 abgetastet, welche plattenförmig ausgebildet und an senkrecht zur Ebene P_s sowie senkrecht zu den Seitenflächen 8a orientierte Seitenflächen 8b des Vibrators 8 angeordnet sind und elektrische Spannungssignale erzeugen, die über nicht dargestellte Verbindungsleitungen und ggf. über Zwischenverstärker an Eingänge der Rechnereinheit 3 weitergeleitet werden.

Die Corioliskraft, die den vor Auftreten einer Roll-, Stampf- bzw. Gierbewegung des Kraftfahrzeuges 6 in seiner Grundschwingung in der Ebene P_d schwingenden Vibrator 8 parallel zur Ebene P_s auslenkt, tritt auf, solange sich das Kraftfahrzeug 6 gegenüber dem mit Masse behafteten und daher einer Massenträgheit unterliegenden Vibrator 8 bewegt. Das Fahrzeug 6 bildet somit während seiner Roll-, Stampf- oder Gierbewegung das bewegliche Bezugssystem, in dem die Corioliskraft auf den mittels der Piezoelemente 10 mit Eigenantrieb ausgestatteten Vibrator 8 wirkt.

Theoretisch wird der Corioliskraft, die aus der meist ruckartig und daher mit relativ hoher Winkelgeschwindigkeit ablaufenden Roll-, Stampf- und/oder Gierbewegung des Fahrzeuges 6 erwächst und auf den Vibrator 8 im Sinne der obigen Erläuterungen wirkt, noch eine zusätzliche Corioliskraft überlagert, die aus der Bewegung des schwingenden Vibrators 8 im Bezugssystem der sich drehenden Erde erwächst. Da aber die Winkelgeschwindigkeit der Erddrehung nur bei etwa 0,004°/sec (Winkelgrad pro Sekunde) liegt, ist dieser zusätzliche Einfluß vernachlässigbar gering.

Andererseits werden auf den Vibrator 8 nicht nur die Antriebskräfte übertragen, die aus den piezoelektrischen Elementen 10 stammen, sondern auch Schwingungen, die durch Vibrationen der Karosserie und anderer Teile des Fahrzeuges 6, insbesondere auch durch Vibrationen des Fahrzeug-Antriebsmotors, erzeugt werden. Daraus resultierende Störeinflüsse auf die Ausgangssignale der Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z sollen so weit wie möglich verhindert werden.

Da diese Sensoren Winkelgeschwindigkeiten von Drehbewegungen detektieren, erfassen sie Rotationsbewegungen um die Sensorachse. Bewegungen längs der Sensorachse werden nur erfaßt, wenn sie zu einer Drehung des Sensors um seine Achse führen. Nachdem der Sensor einen Vibrator darstellt, ist er dem Einfluß axialer Bewegungen ausgesetzt, wenn die Frequenz derartiger Axialbewegungen nahe der Resonanzfrequenz des Sensors liegt.

Die Resonanzfrequenz der hier als Sensoren vorgesehenen Vibratoren 8 liegt bei ca. 3 kHz. Die Frequenzen der Vibration des Fahrzeuges liegen hingegen in einem Band von 500 bis 600 Hz. Selbst die Oberschwingung der dritten Harmonischen dieser Frequenz liegt mit ca. 1,8 kHz noch weit entfernt von der bei 3 kHz liegenden Resonanzfrequenz der verwendeten Vibratoren, so daß diese Fahrzeugvibrationen in den Ausgangssignalen der Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z praktisch kein störendes Signalrauschen verursachen.

Analoges gilt für die Vibrationen, die vom Antriebsmotor des Fahrzeuges selbst stammen. Die Drehzahl des Motors liegt zwischen 0 und 20 000 Umdrehungen pro Minute, so daß die unmittelbar vom Motor ausgehenden Vibrationen zwischen 0 und 330 Hz liegen, so daß deren zweite Harmonische erst bei ca. 600 Hz liegt.

Wenn die Sensoreinheit 2 mit drei jeweils parallel zu den Achsen eines dreiachsigen orthogonalen Koordinatensystems ausgerichteten Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z ausgestattet ist, kann das Gehäuse 2a der Sensoreinheit im Kraftfahrzeug 6 beliebig montiert werden. Praktisch ist jedoch die Eichung des Systems auf die Wechselwirkung zwischen den Ausgangssignalen der Sensoren und der Fahrzeugbewegung auszurichten. Diese Eichung kann wesentlich vereinfacht werden, wenn der Sensor 2 _x der Sensoreinheit 2 parallel zur Längsachse, also parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges 6 ausgerichtet wird, wie oben beschrieben und in Fig. 2 dargestellt. Die Sensoren 2 und 2 _z werden dann ebenfalls nach den Y- und Z-Achsen des Fahrzeuges ausgerichtet, wie dies in Fig. 2 dargestellt und oben beschrieben ist.

Die Schwingungsebene P_d der Grundschwingung des Sensors 2 _x kann entweder in der XY-Ebene oder in der XZ-Ebene dieses Koordinatensystems oder in einer anderen, die X-Achse einschließenden oder parallel zu ihr angeordneten Ebene liegen. In der Praxis ist es jedoch im Interesse einer einfachen Montage der Detektoreinrichtung 2 im Fahrzeug sowie im Hinblick auf die Vibrationen des Fahrzeuges vorteilhaft, den Sensor 2 _x so anzuordnen, daß die Schwingungsebene P_d seiner Grundschwingung A₀ in der XZ-Ebene dieses Koordinatensystems liegt. Gemäß Fig. 3B und 3C ist der Sensor 2 _z im Fahrzeug so angeordnet, daß die Ebene P_d seiner Grundschwingung in der XZ-Ebene oder parallel zu ihr liegt.

Die Rechnereinheit 3 ist vorzugsweise als Mikrocomputer ausgebildet. Sie empfängt ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, welches von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 1 als Detektiersignal festgestellt wird, und Detektiersignale der Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z wobei diese Signale den jeweiligen Winkelgeschwindigkeiten von Wank-, Nick- und/oder Gierbewegungen des Fahrzeuges 6 entsprechen. Aus diesen Signalen errechnet die Rechnereinheit 3 z. B. entsprechende Dämpfungsraten für die Stoßdämpfer 5a, 5b, 5c, 5d in Übereinstimmung mit vorbestimmten Programmen, um entsprechende Steuersignale für die Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d zu erzeugen.

Jede dieser Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d steuert beim Empfang der von der Rechnereinheit 3 gelieferten Steuersignale die Betätigungseinrichtung des jeweils zugeordneten Stoßdämpfers 5a, 5b, 5c bzw. 5d zum Ändern seiner Dämpfungsrate. Die Betätigungseinrichtungen der einzelnen Stoßdämpfer können z. B. durch einen Elektromotor oder ein Solenoid betätigte Mittel enthalten zum steuerbaren Öffnen bzw. Schließen von Hydraulikkanälen in den Stoßdämpfern, durch welche hydraulische Flüssigkeit fließt.

Die vier Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d, die in Fig. 4 gezeigt sind, können von der Rechnereinheit 3 entweder einzeln oder gruppenweise angesteuert werden. So können z. B. jeweils die beiden vorderen Steuereinrichtungen 4a, 4b und die beiden hinteren Steuereinrichtungen 4c, 4d gemeinsam angesteuert werden. Ebenso ist es aber auch möglich, die beiden (in Fahrtrichtung des Fahrzeuges 6 gesehen) linken Steuereinrichtungen 4a, 4c und die beiden rechten Steuereinrichtungen 4b, 4d jeweils gruppenweise anzusteuern. Die Rechnereinheit 3 kann entsprechend den wechselnden Situationen im Fahrbetrieb auch wechselnde Gruppen von Steuereinrichtungen für die gruppenweise Ansteuerung bilden.

In der Stabilisierungsvorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung stellt der erste als Winkelgeschwindigkeitsfühler ausgebildete Sensor 2 _x Wankbewegung des Fahrzeuges fest, während der zweite als Winkelgeschwindigkeitsfühler ausgebildete Sensor 2 _y Nickbewegung des Fahrzeuges und der dritte als Winkelgeschwindigkeitsfühler ausgebildete Sensor 2 _z Gierbewegung feststellen. Die von den drei Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z gelieferten Signale werden der Rechnereinheit 3 zugeführt, die je nach Einzel- oder gruppenweiser Ansteuerung der Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d vier oder auch weniger Steuersignale für diese Steuereinrichtungen bildet und an sie weiterleitet. Diese Steuersignale entsprechen den von der Rechnereinheit 3 auf der Basis der drei Winkelgeschwindigkeitssignale der Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z und des Fahrgeschwindigkeitssignals des Sensors 1 errechneten Dämpfungsraten. Die mit den errechneten Signalen angesteuerten Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d steuern die Betätigungseinrichtungen für die Verstellung der Dämpfungsrate der Stoßdämpfer 5a, 5b, 5c, 5d, wobei diese Dämpfungsraten so eingestellt werden, daß der Fahrkomfort und/oder die Lenkstabilität des Fahrzeuges 6 verbessert werden.

Wenn beispielsweise das Fahrzeug eine Links- oder Rechtskurve einer kurvenreichen Straße durchfährt, werden die Dämpfungsraten der Stoßdämpfer 5a, 5b, 5c, 5d der Räder des Fahrzeuges 6 durch die erfindungsgemäße Stabilisierungsvorrichtung unter Berücksichtigung von Winkelgeschwindigkeitssignalen der Sensoren 2 _x und 2 _z in Verbindung mit dem Fahrgeschwindigkeitssignal des Sensors 1 automatisch so eingestellt, daß den auftretenden Fliehkräften entgegengewirkt wird und sich das Fahrzeug nicht nach rechts bzw. links um seine Längsachse neigt. Dies geschieht dadurch, daß durch entsprechendes Verändern der Dämpfungsraten der rechts- bzw. linksseitigen Stoßdämpfer 5b, 5d bzw. 5a, 5c diese "härter" werden. Erforderlichenfalls können gleichzeitig die Stoßdämpfer der jeweils gegenüberliegenden Fahrzeugseite zusätzlich auf weichere Charakteristik eingestellt werden. Dabei kann die Steuerung der Stoßdämpfer in Verbindung mit einem aktiven Wankausgleich auch so erfolgen, daß die Insassen oder die Ladung des Fahrzeuges beim Durchfahren der Kurve keine Querbeschleunigung relativ zum Fahrzeug erfahren.

Wenn das Fahrzeug stark beschleunigt wird, wird ein Absenken des Fahrzeughecks vermieden, da der Sensor 2 _y und der Fahrgeschwindigkeitssensor 1 Signale erzeugen, um die Dämpfungsrate der hinteren Stoßdämpfer 5c, 5d auf größere Härte einzustellen.

Wenn das Fahrzeug plötzlich gebremst wird, erzeugt der Sensor 2 _y in Verbindung mit dem Sensor 1 ein Signal, wodurch die Dämpfungsrate der vorderen Stoßdämpfer 5a, 5b auf größere Härte eingestellt wird, so daß ein "Abtauchen" oder "Bremsnicken" des vorderen Teiles des Fahrzeuges vermieden wird.

Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm von Arbeitsschritten, die von der arithmetischen bzw. Rechnereinheit 3 in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Programm ausgeführt werden. Das Programm startet beispielsweise, wenn der Zündschalter des Fahrzeuges zum Starten des Antriebsmotors geschlossen wird. Die Sensoren 1 sowie 2 _x, 2 _y, 2 _z werden wirksam geschaltet und liefern im Programmschritt S 1 ihre Meßdaten an die Rechnereinheit 3.

Die Steuerung in der Rechnereinheit 3 liest im Programmschritt S₂ die durch nicht dargestellte Konverter von Analogsignalen in Digitalsignale umgewandelten Fühlersignale der drei Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z sowie auch das Fühlersignal des Sensors 1. Danach überprüft die Steuerung im Programmschritt S₃, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist. Wenn dies mit Ja beantwortet wird, werden im Schritt S₄ alle abgelesenen Fühlersignaldaten rückgestellt und das Programm kehrt zum Schritt S₂ zurück, um die inzwischen auf den neuesten Stand gebrachten Fühlersignaldaten erneut abzulesen. Wenn dann im Schritt S₃ die Antwort Nein wird, berechnet die Steuerung im Programmschritt S₅ die Fahrzeugbewegung und im anschließenden Programmschritt S₆ zweckentsprechende Signale zur Steuerung der Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d zwecks Einstellung geeigneter Dämpfungsraten an den Stoßdämpfern 5a, 5b, 5c, 5d auf der Basis der der berechneten Fahrzeugbewegung.

Im Programmschritt S₇ werden die berechneten Signale für die Einstellung der Dämpfungsraten jweils mit vorbestimmten Werten verglichen. Wenn die berechneten Werte für eine Veränderung der Dämpfungsrate die vorbestimmten Werte überschreiten, werden im Programmschritt S₈ Steuersignale, welche die berechneten Dämpfungsraten wiedergeben, an die Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c und/oder 4d angelegt, d. h. es werden die im Programmschritt S₆ gebildeten Steuersignale an die Steuereinrichtungen durchgeschaltet. Wenn im Schritt S₇ die Antwort Nein ist, kehrt das Programm zum Programmschritt S₂ zurück.

Im Programmschritt S₇ vergleicht die Steuerung die Pegel der Signale der drei Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z bzw. der hieraus errechneten Steuersignale mit den vorbestimmten Werten und bestimmt, welche der Stoßdämpfer 5a, 5b, 5c, 5d hinsichtlich ihrer Dämpfungsrate verstellt werden sollen, was bedeutet, daß die Steuerung bestimmt, welche Stabilisierungsfunktionen wirksam werden sollen (z. B. Verhindern des Absinkens des Fahrzeughecks (Hocken), Verhindern des Tauchens der Fahrzeugfront (Nicken) oder Verhindern von Wank- oder Gierbewegungen).

Die vorbestimmten Werte, mit denen die errechneten Steuersignale im Prorammschritt S₇ verglichen werden, stellen Schwellwerte dar. Hierdurch wird vermieden, daß Steuersignale, die unter diesen Schwellwerten liegen, an die Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d zur Veränderung der Dämpfungsraten der Stoßdämpfer gelangen. Damit soll verhindert werden, daß auch geringfügige Veränderungen im Fahrverhalten des Fahrzeuges 6 bereits zum Ansprechen der Stabilisierungsvorrichtung führen. Damit wird auch verhindert, daß auch bloßes Signalrauschen, das von normalen Vibrationen des Fahrzeuges und seines Antriebsmotors herrühren kann, zum Ansprechen der erfindungsgemäßen Stabilisierungsvorrichtung führt.

Die Unterdrückung von Signalen, die unter vorbestimmten Schwellwerten liegen, kann anstatt im Programmschritt S₇ alternativ auch schon unmittelbar nach dem Programmschritt S₂ durchgeführt werden.

Auf den Programmschritt S₇, d. h. auf den Vergleich von Ist-Werten mit vorbestimmten Schwellwerten sowie auf die Unterdrückung darunterliegender Ist-Werte kann zur Vereinfachung des Stabilisierungssystems u. U. auch verzichtet werden, vor allem dann, wenn das System selbst weniger empfindlich ist.

In einer Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die Fahrzeugbewegungen und die Richtungen der Fahrzeugbewegungen (beispielsweise Wankbewegung, Nickbewegung, Gierbewegung usw.) mittels einer einzigen Winkelgeschwindigkeitsfühlereinheit, vorzugsweise mit den drei vorbeschriebenen Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z festgestellt, so daß die Funktionen des Verhindern des Absinkens des Fahrzeughecks, des Tauchens des Vorderteiles des Fahrzeuges und das Verhindern von Wankbewegungen sowie unkontrollierten Gierbewegungen mit einer einfachen, kompakten Vorrichtung erzielt werden.

Die Zuverlässigkeit der Vorrichtung ist im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen verbessert. Wenn beispielsweise ein Fahrer das Lenkrad in einer Richtung dreht, die entgegengesetzt ist zu der Richtung, in welcher das Fahrzeug entlang einer scharfen Kurve fährt, d.h. selbst dann, wenn die Drehrichtung des Lenkrades mit der Dreh- bzw. Kurvenfahrtrichtung des Fahrzeuges nicht übereinstimmt, können die Winkelgeschwindigkeitsfühler zusammen mit dem Fahrgeschwindigkeitsfühler die tatsächliche Fahrzeugbewegung und die Bewegungsrichtung zuverlässig feststellen.

Mit den Sensoren 2 _x, 2 _y, 2 _z , welche die Winkelgeschwindigkeit ω des jeweiligen Vibrators 8 bei der Drehung um seine Längsachse ermitteln, kann auch der Winkel R der Drehung des Vibrators und damit des Fahrzeuges ermittelt werden, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω über die Zeit integriert wird, d. h. wenn in die Rechenfunktionen der Rechnereinheit 3 die Rechenoperation

R = ∫ωdt

einbezogen wird.

Mit den Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d der vorbeschriebenen Vorrichtung können bei entsprechender Anpassung anstelle oder neben der Betätigungseinrichtungen für die Einstellung der Dämpfungsraten der Stoßdämpfer 5a, 5b, 5c, 5d auch Einrichtungen zur Veränderung der Federungseigenschaften der Radaufhängung, z. B. einstellbare Federbeine, am Fahrzeug gesteuert werden, so daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Stabilisierung im Fahrverhalten des Fahrzeuges erzielt werden kann, ohne daß die Funktion der Stoßdämpfer vermindert wird. Diese bleiben dann zum Absorbieren plötzlich auftretender Stöße bei Fahrbahnunebenheit uneingeschränkt wirksam. Insbesondere in diesem Fall kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch auf eine Steuerung in der Weise hingewirkt werden, daß bei Kurvenfahrt eine Querbeschleunigung des Fahrzeuges oder von dessen Insassen oder Ladung relativ zu diesem vermieden wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in ihrer Anwendung nicht auf einachsig oder mehrachsig angetriebene Kraftfahrzeuge beschränkt, sondern eignet sich auch für andere straßengebundene Fahrzeuge, insbesondere auch für Fahrzeuge ohne eigenen Antrieb (z. B. Anhänger für Kraftfahrzeuge) sowie auch für schienengebundene Fahrzeuge.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch für Wasserfahrzeuge geeignet, wobei die Steuereinrichtungen 4a, 4b, 4c, 4d bei entsprechender Anpassung beispielsweise aktive Ruder an den Seitenflächen des Fahrzeuges steuern können.

Claims

1. Steuerung zum Stabilisieren eines Fahrzeuges, das steuerbare Einstelleinrichtungen zur Einstellen der Lage des Fahrzeuges oder seines Aufnahmeraumes für Passagiere und/oder Ladung aufweist, umfassend

(a) eine erste Detektoreinrichtung (1) zum Ermitteln der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges und zum Erzeugen eines Detektorsignals entsprechend der ermittelten Fahrgeschwindigkeit,
(b) eine zweite Detektoreinrichtung (2) mit drei angeregt schwingenden, durch die Überlagerung der Fahrzeugbewegung mit der Corioliskraft Signale für die Winkelgeschwindigkeit der Fahrzeugbewegung erzeugenden Sensoren, wobei
- - ein erster Winkelgeschwindigkeitssensor (2 _x) zur Ermittlung von Wankbewegungen die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Fahrzeuges um eine Längsachse (X) erfaßt,
- - ein zweiter Winkelgeschwindigkeitssensor (2 _y) zur Ermittlung von Nickbewegungen die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Fahrzeuges um eine Querachse (Y) erfaßt, und
- - ein dritter Winkelgeschwindigkeitssensor (2 _z) zur Ermittlung von Gierbewegungen die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Fahrzeuges um eine Vertikalachse (Z) erfaßt,
(c) und einen Einstellsignalgenerator zum Erzeugen von Steuersignalen zur Steuerung der Einstelleinrichtungen aus den Signalen der ersten Detektoreinrichtung (1) und der ersten bis dritten Winkelgeschwindigkeitssensoren (2 _x; 2 _x; 2 _z) der zweiten Detektoreinrichtung (2) sowie zum Weiterleiten dieser Steuersignale an die Einstelleinrichtungen,
(d) wobei die drei Winkelgeschwindigkeitssensoren (2 _x; 2 _x; 2 _z) der zweiten Detektoreinrichtung an einem gemeinsamen Träger, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse (2a) angeordnet sind.

2. Steuerung nach Anspruch 1, worin die Winkelgeschwindigkeitssensoren (2 _x; 2 _y; 2 _z) jeweils als Vibrator (8) ausgebildet sind, der mit einem Treiber (10) verbunden ist.

3. Steuerung nach Anspruch 2, worin der Treiber (10) durch piezoelektrische Elemente gebildet ist, die an den Vibrator (8) angesetzt und mit einer Spannungsquelle verbunden sind.

4. Steuerung nach Anspruch 3, worin der Vibrator (8) piezoelektrische Abtastelemente (11) aufweist, die am Vibrator (8) an Flächen senkrecht zu den piezoelektrischen Elementen des Treibers (10) angeordnet sind.

5. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Resonanzfrequenz des Vibrators (8) über der Frequenz üblicher Vibratoren des Fahrzeuges und über den Frequenzen ihrer ersten Oberschwingungen liegt.

6. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin der Einstellsignalgenerator als Mikrocomputer ausgebildet ist.

7. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin für die Weiterleitung der Steuersignale an Steuereinrichtungen (4a; 4b; 4c; 4d) untere Schwellwerte vorgesehen sind.

8. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an den Einstellsignalgenerator angeschlossene Steuereinrichtungen (4a; 4b; 4c; 4d) Betätigungseinrichtungen zum Verändern der Dämpfungsraten von Stoßdämpfern (5a; 5b; 5c; 5d) des Fahrzeuges steuern.

9. Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an den Einstellsignalgenerator angeschlossene Steuereinrichtungen (4a; 4b; 4c; 4d) Betätigungseinrichtungen zum Verstellen der Parameter von Radaufhängungen, d. h. der Federung und Dämpfung vorzugsweise von Federbeinen des Fahrzeuges, steuern.