DE3919303A1 - Aktive luftfederung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Radaufhängungen für Kraft­ fahrzeuge, insbesondere eine aktive Luftfederung. Speziell betrifft die Erfindung eine verbesserte Einrichtung zur Steuerung der aktiven Luftfederung auf optimale Leistungs­ kennwerte bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten.

Es ist bereits eine aktive Luftfederung bekannt, die an jedem Fahrzeugrad eine Federungseinheit aufweist. Luft oder ein anderes Fluid wird den Federungseinheiten zugeführt bzw. daraus abgeführt unter Steuerung durch eine elektro­ nische Steuereinheit nach Maßgabe von Ausgangssignalen von Sensoren, die einen vorgegebenen Satz von Verhaltensweisen des Fahrzeugs aufnehmen. Daher haben die Federungseinheiten die Funktion, für den Niveauausgleich des Fahrzeugs zu sorgen, Stöße und Schwingungen zu absorbieren etc. Die aktive Luftfederung trägt zur Verbesserung des Fahrkomforts in jedem Fahrzustand des Fahrzeugs bei.

In der eigenen JP-Patentanmeldung 62-1 07 992 ist eine ver­ besserte aktive Luftfederung angegeben. Dabei wird die Verwendung von sogenannten "Unempfindlichkeitszonenfiltern" in der Steuereinheit vorgeschlagen. Diese Filter sollen "Unempfindlichkeitszonen" schaffen, so daß die Steuerein­ heit nicht auf diejenigen Teile der Sensorausgangssignale anspricht, deren Amplituden zwischen vorgegebenen Positiv- und Negativwerten liegen. Die Unempfindlichkeitszonenfilter sollen ein überflüssiges Zuströmen von Fluid in die bzw. Abströmen aus den Federungseinheiten aufgrund der Sensor­ ausgangssignalanteile mit vernachlässigbar kleinen Ampli­ tuden ausschließen. Die Filter verringern damit erheblich die für die Fluidströmung erforderliche Energie und ermög­ lichen gleichzeitig eine bessere Steuerung der Fede­ rungseinheiten.

Dieser bekannte Vorschlag weist jedoch einen Nachteil auf. Wenn die Unempfindlichkeitszonen für die optimale Fede­ rungsüberwachung in einem niedrigen Fahrzeuggeschwindig­ keitsbereich bestimmt sind, steigt die Energie von Schwin­ gungen, die das Fahrzeug von der Straße aufnimmt, propor­ tional zum Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit an. Bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit wird infolgedessen die Ampli­ tude der Sensorausgangssignale so hoch, daß die Signale größtenteils die Unempfindlichkeitszonenfilter ohne Unter­ drückung passieren. Daraus resultiert ein drastischer An­ stieg der Fluidmengen, die unnötigerweise in die bzw. aus den Federungseinheiten zu leiten bzw. daraus abzuführen sind, was dem Ziel einer Einsparung der für diese Fluid­ strömung erforderlichen Energie widerspricht.

Die Festlegung der Unempfindlichkeitszonen derart, daß sie an den höheren Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich angepaßt sind, wäre keine Lösung dieses Problems. Denn in diesem Fall würde die Steuereinheit die erforderliche Steuerung der Federungseinheiten im unteren Fahrzeuggeschwindigkeits­ bereich nicht durchführen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Überwindung des beim Stand der Technik auftretenden Nachteils dadurch, daß die Unempfindlichkeitszone mit der Fahrzeuggeschwindigkeit variabel gemacht wird, so daß eine optimale Steuerung der aktiven Luftfederung bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten ermöglicht wird.

Die aktive Luftfederung nach der Erfindung für ein Kraft­ fahrzeug, mit einem Satz Federungseinheiten, die jeweils an einem Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, mit einer Fluidversorgung zur Druckfluidzufuhr zu den Federungsein­ heiten, mit einer Steuerventilanordnung, die die Druck­ fluidzufuhr von der Fluidversorgung zu den einzelnen Fede­ rungseinheiten und die Druckfluidabfuhr aus den Federungsein­ heiten steuert, mit einem Beschleunigungssensor, der Be­ schleunigungssignale erzeugt, die der Aufwärts- und Ab­ wärtsbeschleunigung des Fahrzeugs entsprechen, mit einem Verlagerungssensor, der eine Verlagerung zwischen der Fahrzeugkarosserie und einem Rad aufnimmt, und mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der ein elektrisches Signal erzeugt, das der Geschwindigkeits des Kraftfahrzeugs ent­ spricht, ist gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die zwischen die Sensoren und die Steuerventilanordnung ge­ schaltet ist und die Steuerventile so ansteuert, daß die Fluidzu- und -abfuhr zu bzw. von den Federungseinheiten nach Maßgabe der Ausgangssignale der Sensoren steuerbar ist, und durch in der Steuereinheit vorgesehene Unempfind­ lichkeitszonenfilter, die einen Anteil jedes Ausgangssi­ gnals der Sensoren dämpfen, dessen Amplitude in einer Un­ empfindlichkeitszone liegt, die in Abhängigkeit vom elek­ trischen Signal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors so änderbar ist, daß die Unempfindlichkeitszonen mit steigen­ der Fahrzeuggeschwindigkeit größer werden.

Durch die Erfindung wird also eine geschwindigkeitsempfind­ liche aktive Luftfederung mit jeweils einer Federungsein­ heit für jedes Rad eines Kraftfahrzeugs angegeben. Steuer­ ventile steuern die Zufuhr und Abfuhr von Fluid zu bzw. von Federungseinheiten unter der Steuerung durch die Steuerein­ heit nach Maßgabe von Sensorausgangssignalen, die einen vorbestimmten Satz von Verhaltensweisen des Fahrzeugs wie­ dergeben. Die Steuereinheit umfaßt Unempfindlichkeitszonen­ filter zur Dämpfung derjenigen Anteile der Sensorausgangs­ signale, deren Amplituden in eine Unempfindlichkeitszone fallen, die als Amplitudenbereich zwischen einem vorgege­ benen positiven und negativen Wert definiert ist. Ein Fahr­ zeuggeschwindigkeitssensor ist mit den Unempfindlichkeits­ zonenfiltern verbunden, so daß diese die Unempfindlich­ keitszonen mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit erwei­ tern können.

Gemäß der Erfindung sind daher die Unempfindlichkeitszonen am kleinsten im unteren Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich, in dem das Fahrzeug relativ geringe Schwingungsenergie von der Straße aufnimmt. Die Luftfederung spricht auf diese geringe Schwingungsenergie an und erfüllt die ihr zugeordneten Aufgaben. Die Unempfindlichkeitszonen werden automatisch größer mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit, was eine entsprechende Erhöhung der Schwingungsenergie von der Straße zur Folge hat. Die breitere Unempfindlichkeitszone dient dem Zweck, die Energie und die Menge des eingesetzten Fluids zu vermindern, jedoch gleichzeitig einen an die hohe Fahrzeuggeschwindigkeit angepaßten Betrieb der Luftfederung zu ermöglichen. Insgesamt wird es mit entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit breitenanpaßbaren Unempfindlich­ keitszonen gemäß der Erfindung möglich, bei jeder Fahrzeug­ geschwindigkeit die aktive Luftfederung richtig einzustel­ len und die für den Fluidstrom in die bzw. aus den Fede­ rungseinheiten benötigte Energie zu minimieren.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise schaubildliche Perspektivan­ sicht der wesentlichen Komponenten (ein­ schließlich ihrer gegenseitigen Verbindungen) der aktiven Luftfederung gemäß der Erfindung, wobei nur eine Federungseinheit gezeigt ist und die übrigen Federungseinheiten hinsicht­ lich Konstruktion und Überwachung gleich aus­ gebildet sind;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer beispielsweisen Steuerschaltung in der Steuereinheit der Luft­ federung von Fig. 1 für jede Federungseinheit;

Fig. 3A und 3B grafische Darstellungen von Beispielen für Eingangs/Ausgangs-Kennlinien der in der Steu­ erschaltung von Fig. 2 vorgesehenen Unempfind­ lichkeitszonenfilter; und

Fig. 4 ein Diagramm, das die der Fahrzeuggeschwin­ digkeit entsprechende Breitenänderung der Unempfindlichkeitszonen der Unempfindlich­ keitszonenfilter erläutert.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Steuerung einer Luftfederung erläutert. Fig. 1 zeigt eine aktive Luftfederung nur für ein beispielhaftes Fahrzeugrad W. Die Luftfederung hat eine Federungseinheit 1, die je­ weils am Rad W zwischen einem Rahmenteil 2 und einem Achs­ stützelement 3 befestigt ist. Die Federungseinheit 1 hat einen Hochfrequenzdämpfer 1 a. Dieser besteht aus einem Zylinder, dessen Unterende mit dem Achsstützelement 3 ver­ bunden ist, und eine Kolbenstange, die vom Zylinder nach oben verläuft und mit dem Rahmenteil 2 über elastische Mittel gekoppelt ist. Der Zylinder enthält eine Luftkammer.

Der Hochfrequenzdämpfer 1 a hat einen kleinen Dämpfungsfak­ tor zur Dämpfung einer höherfrequenten Komponente (z. B. mehr als 4-5 Hz) der Vertikalschwingung des Fahrzeugrads W. Die Luft in der Luftkammer trägt aufgrund ihrer Eigenela­ stizität gemeinsam mit der Luft in den Luftkammern der übrigen Federungseinheiten das gefederte Gewicht des Fahr­ zeugs. Das Luftvolumen in der Luftkammer ist einstellbar veränderlich zur Änderung der Fahrzeughöhe (d. h. des Ver­ tikalabstands zwischen dem Rahmenteil 2 und der Radachse) sowie der Federkonstanten und der Dämpfungsrate der Fede­ rungseinheit 1.

Ein Relativverlagerungssensor 4 (nachstehend kurz: Verlage­ rungssensor) liefert ein elektrisches Signal, das einer relativen Verlagerung eines gefederten Teils und eines ungefederten Teils des Fahrzeugs entspricht. Ein Vertikalbeschleunigungssensor 5 (nachstehend kurz: Be­ schleunigungssensor) liefert ein Beschleunigungssignal, das der Vertikalbeschleunigung des gefederten Teils des Fahr­ zeugs entspricht.

Der Verlagerungssensor 4 und der Beschleunigungssensor 5 sind auch an den übrigen Fahrzeugrädern vorgesehen. Die Ausgangssignale der Sensoren 4, 5 werden in eine Steuerein­ heit 6 eingegeben.

Anschließend an die Steuereinheit 6 ist eine Steuerventil­ anordnung 7 vorgesehen, die vier Ventilpaare, und zwar jeweils ein Zufuhrventil und ein Abfuhrventil für jede Federungseinheit 1, umfaßt. Somit steuert die Steuerventil­ anordnung 7 jeweils gesondert die Druckluftzufuhr in die bzw. die Luftabfuhr aus den Luftkammern der Federungsein­ heiten an den vier Fahrzeugrädern W.

Die Steuerventilanordnung 7 hat einen Zuluftspeicher 8 und einen Abluftspeicher 9, die mit der Federungseinheit 1 jeweils verbunden bzw. davon getrennt werden. Druckluft vom Zuluftspeicher 8 wird der Federungseinheit 1 zugeführt, wenn das Zufuhrventil der Steuerventilanordnung 7 öffnet. Der Luftdruck im Zuluftspeicher 8 ist ausreichend höher vorgegeben als derjenige der Luftkammer der Federungsein­ heit 1, so daß der letzteren sofort Druckluft zuführbar ist, wenn das Zufuhrventil der Steuerventilanordnung 7 öffnet. Die Luft in der Luftkammer der Federungseinheit 1 wird abgeführt und in den Abluftspeicher 9 geleitet, wenn das Abfuhrventil der Steuerventilanordnung 7 öffnet. Der Luftdruck im Abluftspeicher 9 ist ausreichend niedriger als der Luftdruck in der Luftkammer der Federungseinheit 1 vor­ gegeben, so daß aus dieser sofort Luft abgezogen wird, wenn das Abfuhrventil öffnet. Die so aus der Federungseinheit 1 zum Abluftspeicher 9 rückgeführte Luft wird von einem Ver­ dichter 10 umgewälzt und dem Zuluftspeicher 8 zugeführt. Der Verdichter 10 wird von der Maschine des Kraftfahrzeugs angetrieben.

Bevorzugt sind die Luftspeicher 8 und 9 mit eingebauten Drucksensoren versehen, um die Innendrücke automatisch innerhalb der vorgegebenen Bereiche zu halten. Der Verdich­ ter 10 wird aktiviert, wenn der Druck im Abluftspeicher 9 die Obergrenze des vorgegebenen Bereichs übersteigt. Der Verdichter 10 saugt Luft aus dem Abluftspeicher 9 an, ver­ dichtet sie und leitet die Druckluft in den Zuluftspeicher 8. Der Verdichter 10 hört auf zu arbeiten, wenn der Druck im Abluftspeicher 9 unter die Untergrenze des vorgegebenen Bereichs fällt.

Wenn dagegen der Druck im Zuluftspeicher 8 unter die Untergrenze des vorgegebenen Bereichs fällt, arbeitet der Verdichter 10 und führt dem Zuluftspeicher 8 Druckluft vom Abluftspeicher 9 zu. Der Verdichter 10 hört auf zu arbei­ ten, wenn der Druck im Zuluftspeicher 8 die Obergrenze des vorgegebenen Bereichs erreicht.

Normalerweise besteht zwischen den Luftmengen, die in die vier Federungseinheiten 1 gedrückt bzw. aus diesen rück­ gewonnen werden, ein Nettoausgleich. Zwei Absperrorgane K und L, die an die Zuluft- bzw. die Abluftleitung ange­ schlossen sind, werden unter diesen normalen Arbeitsbedin­ gungen geschlossen gehalten, so daß sich ein geschlossener Druckluftkreis ergibt. Das Abluftleitungs-Absperrorgan L öffnet, wenn der Druck im Abluftspeicher 9 auf den unteren Grenzwert des vorgegebenen Bereichs während der Luftzufuhr zum Zuluftspeicher 8 abfällt oder wenn Luft dem Druckluft­ kreis erstmals zugeführt wird. Atmosphärenluft, die durch das Absperrorgan L in den Druckluftkreis gesaugt wird, wird dem Zuluftspeicher 8 durch einen Lufttrockner J zugeführt.

Der Verdichter 10 saugt Luft aus dem Abluftspeicher 9 an und führt sie dem Zuluftspeicher 8 zu, wenn der Druck im Abluftspeicher 9 zu hoch wird. Während dieses Betriebs des Verdichters 10 erreicht der Druck im Zuluftspeicher 8 die Obergrenze des vorgegebenen Bereichs. Dann öffnet das Zu­ luftleitungs-Absperrorgan K, um die Druckluft vom Verdich­ ter 10 zur Atmosphäre abzulassen. Ein geeigneter Schall­ dämpfer (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein, um den Lärm zu mindern, der während dieses Ablassens von Druckluft eventuell erzeugt wird.

Fig. 1 zeigt ferner einen Schmierölbehälter 11, der dem Luftverdichter 10 vorgeschaltet ist, und einen diesem nach­ geschalteten Ölabscheider 12. Das mit Luft vermischte Öl schmiert den Verdichter. Der Ölabscheider 12 trennt das Öl aus dem Öl-Druckluftgemisch vom Verdichter 10, und das Öl wird zum Behälter 11 rückgeleitet. Wenn der Verdichter im Betrieb keine Schmierung benötigt, können der Schmieröl­ behälter 11 und der Ölabscheider 12 entfallen.

Wenn im übrigen der Verdichter 10 von dem Fahrzeugmotor (nicht gezeigt) angetrieben wird, kann zwischen beiden eine Elektromagnetkupplung oder eine äquivalente Vorrichtung für die Ein-Aus-Steuerung des Verdichters vorgesehen sein. Der Verdichter kann natürlich auch von einem Elektromotor od. dgl. anstatt vom Fahrzeugmotor angetrieben werden.

Fig. 2 zeigt einen Steuerkreis (innerhalb der Strich-Punkt- Umrandung) der Steuereinheit 6 für jede Federungseinheit 1. Da das Kraftfahrzeug vier Federungseinheiten - eine für jedes Rad - aufweist, enthält die Steuereinheit 6 noch drei weitere entsprechende Steuerkreise.

Jeder Steuerkreis umfaßt ein Tiefpaßfilter 5 a, ein Diffe­ renzierglied 4 a, drei Unempfindlichkeitszonenfilter F ₁, F ₂ und F ₃, drei Verstärker G ₁, G ₂ und G ₃, ein Addierglied 14 und einen Ventilsteuersignalgeber 15. Letzterer ist elek­ trisch mit der Steuerventilanordnung 7 verbunden und steuert das Zufuhr- und das Abfuhrventil.

Fig. 2 zeigt ferner den Verlagerungssensor 4 und den Be­ schleunigungssensor 5, die jeweils für jede Federungsein­ heit vorgesehen sind. Außerdem sind vorgesehen ein Fahr­ zeughöhenwählschalter 13, ein Referenzfahrzeughöhensignal­ geber 13 a sowie ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16, die jeweils gemeinsam für die vier Federungseinheiten vorge­ sehen sind. Wenn der Fahrer des Fahrzeugs den Fahrzeughö­ henwählschalter 13 betätigt, um eine gewünschte Fahrzeug­ höhe zu wählen, liefert der Signalgeber 13 a ein Referenz­ höhensignal d _o , das der gewünschten Fahrzeughöhe ent­ spricht. Jeder Steuerkreis steuert gesondert seine zuge­ hörige Federungseinheit 1 nach Maßgabe der Ausgangssignale des Verlagerungssensors 4, des Beschleunigungssensors 5, des Referenzfahrzeughöhensignalgebers 13 a und des Fahrzeug­ geschwindigkeitssensors 16. Es folgt eine detaillierte Erläuterung der Art und Weise, in der jeder Steuerkreis die zugeordnete Federungseinheit nach Maßgabe sämtlicher Ein­ gangssignale steuert.

Der Beschleunigungssensor 5 erzeugt ein Beschleunigungs­ signal X, das der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs entspricht. Dieses Beschleunigungssignal wird zuerst dem Tiefpaßfilter 5 a zugeführt, das nur das Frequenzband unter­ halb einer bestimmten Grenzfrequenz durchläßt. Das gefil­ terte Beschleunigungssignal X gelangt dann in das erste Unempfindlichkeitszonenfilter F ₁, in dem ein Teil des ge­ filterten Beschleunigungssignals innerhalb einer ersten vorbestimmten Unempfindlichkeitszone entfernt wird. Der erste Verstärker G ₁ verstärkt dann das Ausgangssignal des ersten Unempfindlichkeitszonenfilters F ₁ und liefert ein Signal Q ₁, das eine gewünschte Luftmenge bezeichnet, die der Federungseinheit 1 zuzuführen bzw. daraus abzuführen ist.

Der Verlagerungssensor 4 liefert ein Verlagerungssignal d, das die relative Vertikalverlagerung zwischen dem Rad und der Fahrzeugkarosserie bezeichnet. In der Steuereinheit 6 wird ein Referenzfahrzeughöhensignal d _o vom Signalgeber 13 a zuerst von dem Verlagerungssignal d subtrahiert. Das Resultat ist ein Ist-Verlagerungssignal D, das die Ist- Verlagerung der Fahrzeugkarosserie relativ zur Referenz­ fahrzeughöhe bezeichnet, die durch Betätigung des Fahrzeug­ höhenwählschalters 13 gewählt wurde.

Das Ist-Verlagerungssignal D wird einerseits dem dritten Unempfindlichkeitszonenfilter F ₃ direkt zugeführt. Anderer­ seits wird das Ist-Verlagerungssignal D dem Differenzier­ glied 4 a zugeführt zur Bildung eines Ist-Verlagerungsge­ schwindigkeitssignals D. Nahe Null liegende Werte des Ist- Verlagerungssignals D und dieses Ist-Verlagerungsge­ schwindigkeitssignals D werden vom zweiten und vom dritten Unempfindlichkeitszonenfilter F ₂ und F ₃ nicht durchge­ lassen.

Der zweite und der dritte Verstärker G ₂ und G ₃ verstärken anschließend die Ausgangssignale der Unempfindlichkeits­ zonenfilter F ₂ und F ₃ unter Bildung von Signalen Q ₂ und Q ₃, die die gewünschten Luftmengen bezeichnen, die der Fede­ rungseinheit 1 zu- bzw. aus ihr abzuführen sind.

Der Fahrzeughöhenwählschalter 13 ermöglicht die Wahl der Fahrzeughöhe zwischen z. B. "Normal" und "Hoch". Bei Betä­ tigung des Fahrzeughöhenwählschalters in die "Hoch"-Stel­ lung wird jeder Federungseinheit 1 eine vorgegebene Druck­ luftmenge zugeführt. Dadurch wird die Fahrzeugkarosserie vom Rad nach oben gehoben. Die Hebestellung des Fahrzeugs entspricht der Referenzhöhe. Eine vorbestimmte Luftmenge wird aus jeder Federungseinheit abgeführt, wenn der Fahr­ zeughöhenwählschalter 13 in die "Normal"-Stellung betätigt wird. Die Fahrzeugkarosserie wird gesenkt unter entspre­ chender Kontraktion der Federungseinheiten. Diese gesenkte Stellung der Fahrzeugkarosserie entspricht der Referenzhöhe bei "Normal"-Stellung des Fahrzeughöhenwählschalters 13.

Wenn sich der Fahrzeughöhenwählschalter 13 in der "Normal"- Stellung befindet, nimmt der Verlagerungssensor 4 die Verlage­ rung der Fahrzeugkarosserie aus der "Normal"-Stellung auf. Danach wird der Fahrzeughöhenwählschalter 13 in die "Hoch"-Stellung betätigt. Dann wird die Differenz zwischen der "Normal"-und der "Hoch"-Stellung von der vom Verlagerungs­ sensor 4 erfaßten Verlagerung der Fahrzeugkarosserie subtrahiert. Das Resultat entspricht der Ist-Verlagerung der Fahrzeugkarosserie in bezug auf die "Hoch"-Stellung.

Einige Fahrzeuge sind nicht mit einer Höhenregelung aus­ gerüstet. Bei diesen Fahrzeugen ist das Ist-Verlagerungs­ signal D gleich dem vom Verlagerungssensor 4 gelieferten Verlagerungssignal d. Dieses Ausgangssignal des Verlagerungs­ sensors 4 wird daher direkt sowohl dem Differenzier­ glied 4 a als auch dem dritten Unempfindlichkeitszonenfilter F ₃ zugeführt.

Die dem Addierglied 14 zugeführten Signale Q ₁, Q ₂ und Q ₃ werden dadurch summiert unter Bildung eines Signals Q, das die gewünschte Luftgesamtmenge bezeichnet, die der zuge­ hörigen Federungseinheit 1 zuzuführen bzw. daraus abzufüh­ ren ist. Dieses Signal Q wird dem Ventilsteuersignalgeber 15 zugeführt. Aufgrund dieses Eingangssignals öffnet der Signalgeber 15 das erforderliche Zufuhr- bzw. Abfuhrventil der Steuerventilanordnung 7 für eine Dauer, die für die Zufuhr bzw. Abfuhr der erforderlichen Luftmenge in die bzw. aus der Federungseinheit 1 erforderlich ist.

Die für die Steuerung der Federungseinheit 1 in der be­ schriebenen Weise verwendeten drei verschiedenen Signale , D und haben deutlich unterschiedliche Funktionen. Das Beschleunigungssignal dient dem Zweck, die Dämpfungscharakteristik der Federungseinheit, die die Ten­ denz hat, die Vertikalschwingungen der Fahrzeugkarosserie zu stoppen, zu ändern. Das Ist-Verlagerungsgeschwindig­ keitssignal dient dem Zweck, die Federkenn­ linie der Federungseinheit zu ändern. Das Ist-Verlagerungs­ signal D eliminiert die Verlagerung der Fahrzeug­ karosserie gegenüber der vorgewählten Referenzlage.

Grundsätzlich wird daher Luft aus jeder Federungseinheit entnommen, wenn die Fahrzeugkarosserie nach oben beschleu­ nigt wird, und es wird Luft in jede Federungseinheit ge­ drückt, wenn die Fahrzeugkarosserie nach unten beschleunigt wird. Daher wird jede Federungseinheit 1 weich, wenn das zugehörige Fahrzeugrad auf eine Fahrbahnunebenheit trifft, wodurch die Fahrzeugkarosserie stoßgedämpft wird. Wenn jedoch die Laststellung infolge einer scharfen Kurve oder einer sehr schnellen Beschleunigung oder Bremsung gedämpft wird, nimmt die Steifigkeit der Federeinheiten zu, wodurch Wanken und Nicken des Fahrzeugs minimiert werden.

Die Relativverlagerung zwischen dem Rad und der Fahrzeug­ karosserie an jeder Federungseinheit kann ebenfalls leicht überwacht werden. Bei einer Relativverlagerung, die dazu tendiert, die Federungseinheit auszudehnen, wird Luft aus jeder Federungseinheit abgeführt, und bei einer Relativver­ lagerung, die die Tendenz hat, die Federungseinheit zu­ sammenzuziehen, wird Luft in jede Federungseinheit ge­ drückt. Damit kehren das Rad und die Karosserie in die vor­ gewählten relativen Stellungen zurück.

Es ist von Bedeutung, daß das Beschleunigungssignal vom Beschleunigungssensor 5 das Tiefpaßfilter 5 a in der Steuer­ einheit 6 passiert. Die höherfrequente Komponente des Be­ schleunigungssignals hat eine große Amplitude. Wenn daher das Beschleunigungssignal ungefiltert durchgelassen wird, benötigt die Federungseinheit 1 eine große Druckluftmenge. Um diesen Bedarf zu decken, wäre ein großer Hochleistungs­ verdichter erforderlich. Ein solcher Verdichter erhöht die Kosten und verbraucht zusätzliche Energie.

Das Tiefpaßfilter 5 a dient daher dem Zweck, die unerwünsch­ te höherfrequente Komponente des Ausgangssignals des Be­ schleunigungssensors 5 zu unterdrücken. Die für die Steue­ rung der Luftfederung benötigte Luftmenge wird damit erheb­ lich verringert. Eine weitere Verringerung der Luftmenge erhält man durch Vorsehen des Dämpfers 1 a mit kleinem Dämp­ fungsfaktor in der Federungseinheit 1. Damit wird ein an­ genehmes Fahrgefühl ohne übermäßige Weichheit realisiert.

Die Unempfindlichkeitszonenfilter F ₁, F ₂ und F ₃ bilden Unempfindlichkeitszonen, in denen das Steuersystem nicht auf die Sensorausgangssignale oder deren Modifikationen, die in der Steuereinheit 6 gebildet werden, anspricht. Jede derartige Unempfindlichkeitszone umfaßt den nahe Null lie­ genden positiven und negativen Wert des zugeordneten Si­ gnals. Die Unempfindlichkeitszonenfilter F ₁, F ₂ und F ₃ ver­ ringern diejenigen Amplitudenwerte der ankommenden Signale , und D auf Null, die in die vorgegebenen Unempfindlich­ keitszonen fallen. Das Ausfiltern dieser vernachlässigbaren Auswanderungen der Sensorsignale resultiert in einer wei­ teren Verminderung der Luftmengen zu bzw. aus den Fede­ rungseinheiten und führt ferner zu einem stabileren, schwankungsfreien Betrieb des Steuersystems.

Die Unempfindlichkeitszonen sind jedoch in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich. Gemäß der Erfin­ dung ist der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 mit den einzelnen Unempfindlichkeitszonenfilter F ₁, F ₂ und F ₃ ge­ koppelt, um diesen das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V zuzuführem. Ein Logikkreis ist in den Unempfindlichkeits­ zonenfiltern vorgesehen, um automatisch den Bereich der Unempfindlichkeitszonen mit sich ändernder Fahrzeugge­ schwindigkeit zu ändern.

Die Fig. 3A und 3B zeigen die Unempfindlichkeitszone im einzelnen. Die Unempfindlichkeitszone ist dabei mit α be­ zeichnet. Es ist ersichtlich, daß die entgegengesetzten Endpunkte der Unempfindlichkeitszone entweder, wie in Fig. 3A, scharf begrenzt sind oder, wie in Fig. 3B, locker von zwei "Pufferzonen" β begrenzt sind, in denen das Filteraus­ gangssignal allmählich auf Null abfällt. Es sind zwar eine Reihe anderer Formen denkbar, das Vorsehen festgelegter Unempfindlichkeitszonen ist jedoch aus den folgenden Grün­ den unerwünscht.

Die Schwingungsenergie, die das Kraftfahrzeug von der Straße aufnimmt, ist relativ gering, während das Fahrzeug im unteren Geschwindigkeitsbereich fährt. Die Unempfind­ lichkeitszone hat zur optimalen Steuerung der aktiven Luft­ federung im unteren Geschwindigkeitsbereich eine geringe Breite α. Bei zunehmender Geschwindigkeit nimmt das Fahr­ zeug jedoch Schwingungen auf, deren Energie als das Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Die Luftmengen für die Federungssteuerung nehmen im oberen Geschwindigkeits­ bereich abrupt zu, wenn die Unempfindlichkeitszonen für einen optimalen Leistungsverlauf der Luftfederung im unte­ ren Geschwindigkeitsbereich ausgelegt sind. Der Verdichter müßte ein großer Hochleistungsverdichter sein, um den Bedarf der Federungseinheiten zu decken. Außerdem würde das Steuersystem sich nicht ohne weiteres in seinen Normalzu­ stand einstellen.

Man könnte daran denken die Breite der Unempfindlichkeits­ zonen so zu bestimmen, daß sie an einen mittleren Geschwin­ digkeitsbereich angepaßt ist. Diese Lösung ist jedoch un­ befriedigend, weil die Luftmengen im oberen Geschwindig­ keitsbereich nicht ausreichend vermindert werden können. Auch im unteren Geschwindigkeitsbereich könnte das Steuer­ system seine ihm zugedachten Funktionen nicht vollständig ausführen.

Aufgrund der vorstehenden Überlegungen schlägt die Erfin­ dung vor, die Unempfindlichkeitszonen der Unempfindlich­ keitszonenfilter F ₁, F ₂ und F ₃ mit zunehmender Fahrzeug­ geschwindigkeit größer zu machen. Die selektive Anwendung solcher unterschiedlichen Unempfindlichkeitszonen ermög­ licht eine erstaunliche Verminderung der für den Druckluft­ strom in die bzw. aus den Federungseinheiten benötigten Energie sowie eine optimale Luftfederungssteuerung in sämt­ lichen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichen.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Art der Vergrößerung jeder Un­ empfindlichkeitszone mit steigender Fahrzeuggeschwindig­ keit. Die Unempfindlichkeitszone hat im unteren Geschwin­ digkeitsbereich des Fahrzeugs minimale Breite, die in Fig. 3A mit α bezeichnet ist, im mittleren Geschwindigkeitsbe­ reich hat sie eine mittlere Breite α′, und im Hochgeschwin­ digkeitsbereich hat sie eine maximale Breite α′′. Die Unemp­ findlichkeitszonenfilter F ₁, F ₂ und F ₃ erlauben den Durch­ gang nur derjenigen Anteile der Eingangssignale, deren Amplituden außerhalb der Unempfindlichkeitszonen in jedem Geschwindigkeitsbereich liegen, wie durch den schwarzen Bereich in Fig. 4 angedeutet ist.

Ganz allgemein können jedoch nach der Erfindung auch nur zwei oder mehr als drei verschiedene Unempfindlichkeits­ zonen für ebenso viele verschiedene Fahrzeuggeschwindig­ keitsbereiche bereitgestellt werden. Eine Mehrzahl solcher verschiedener Unempfindlichkeitszonen kann in der Steuer­ einheit 6 voreingestellt werden. Wenn der Fahrzeuggeschwin­ digkeitssensor 16 das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V liefert, wählt der Logikkreis in der Steuereinheit 6 eine der Unempfindlichkeitszonen für den momentanen Geschwin­ digkeitsbereich des Fahrzeugs für jedes Unempfindlichkeits­ zonenfilter F ₁, F ₂ und F ₃ aus.

Selbstverständlich dient die vorhergehende Beschreibung nur der Erläuterung und stellt keine Einschränkung dar. Für den Fachmann ist eine Vielzahl von Modifikationen oder Ände­ rungen ohne weiteres ersichtlich. Die erläuterte Ausfüh­ rungsform bezieht sich zwar auf die Anwendung der Erfindung bei einer Luftfederung mit geschlossenem Druckluftkreis, aber in einem solchen geschlossenen Kreis können auch von Luft verschiedene Gase eingesetzt werden. In diesem Fall benötigt der geschlossene Kreis praktisch keine zusätzliche Zufuhr oder Abfuhr von Gas, weil die Zu-und Abführung des Gases in die bzw. aus den Federungseinheiten so gut abge­ glichen ist.

Ferner ist die Erfindung auch bei hydraulischen oder hydro­ pneumatischen Federungen anwendbar. Die Federungseinheiten solcher Systeme haben Hydraulikzylinder. Im Prinzip ent­ sprechen jedoch die hydraulischen oder hydropneumatischen Systeme der hier angegebenen Luftfederung, wobei anstelle eines Luftverdichters eine Ölpumpe eingesetzt wird. Hydrau­ liköl aus einem Speicher, in den das Öl zur Speicherung unter Druck gefördert wurde, wird in die Zylinder gedrückt und aus den Zylindern zu einer Pumpe abgeleitet. Die Steu­ ereinheit nach der Erfindung betätigt eine hydraulische Steuerventilanordnung mit einem Zu- und einem Abfuhrventil für die Zu- und Abführung des Fluids in jeden bzw. aus jedem Hydraulikzylinder. Die Steuereinheit kann die Steuer­ ventilanordnung so steuern, daß die Unempfindlichkeitszonen mit der Fahrzeuggeschwindigkeit breiter oder schmaler werden.

Claims (3)

1. Aktive Luftfederung für ein Kraftfahrzeug, mit

• - einem Satz Federungseinheiten (1), die jeweils an einem Rad (W) des Kraftfahrzeugs angeordnet sind;
• - einer Fluidversorgung zur Druckfluidzufuhr zu den Fede­ rungseinheiten;
• - einer Steuerventilanordnung (7), die die Druckfluidzufuhr von der Fluidversorgung zu den einzelnen Federungsein­ heiten und die Druckfluidabfuhr aus den Federungsein­ heiten steuert;
• - einem Beschleunigungssensor (5), der Beschleunigungs­ signale erzeugt, die der Aufwärts- und Abwärtsbeschleu­ nigung des Fahrzeugs entsprechen;
• - einem Verlagerungssensor (4), der eine Verlagerung zwischen der Fahrzeugkarosserie und einem Rad aufnimmt; und
• - einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (16), der ein elek­ trisches Signal erzeugt, das der Geschwindigkeits des Kraftfahrzeugs entspricht;

gekennzeichnet durch

• - eine Steuereinheit (6), die zwischen die Sensoren (4, 5, 16) und die Steuerventilanordnung (7) geschaltet ist und die Steuerventile so ansteuert, daß die Fluidzu- und -abfuhr zu bzw. von den Federungseinheiten (1) nach Maß­ gabe der Ausgangssignale der Sensoren steuerbar ist; und
• - in der Steuereinheit vorgesehene Unempfindlichkeitszonen­ filter (F ₁-F ₃), die einen Anteil jedes Ausgangssignals der Sensoren dämpfen, dessen Amplitude in einer Un­ empfindlichkeitszone liegt, die in Abhängigkeit vom elektrischen Signal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (16) so änderbar ist, daß die Unempfindlichkeitszonen mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit größer werden.

2. Aktive Luftfederung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unempfindlichkeitszonenfilter (F ₁-F ₃) eine Mehrzahl Unempfindlichkeitszonen unterschiedlicher Breite je nach dem Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs haben.