DE4003781A1

DE4003781A1 - Einrichtung zur niveauregelung fuer ein fahrzeug mit luftfederung

Info

Publication number: DE4003781A1
Application number: DE19904003781
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Phys Pischke; Engelbert Dipl Ing Tillhon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-04-08
Filing date: 1990-02-08
Publication date: 1990-10-11
Also published as: GB2230358A; GB8907967D0; GB2230358B

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Niveaurege lung für ein Fahrzeug mit Luftfederung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Es ist schon eine derartige Einrichtung bekannt, bei der den Luftfederungsmitteln Druckluft zugeführt wird, wenn ein Abstandssensor feststellt, daß das Niveau des Fahrgestells des Fahr zeugs unterhalb eines gewünschten Wertes ist und bei der Luft aus den Luftfederungsmitteln abgelassen wird, wenn ein Abstandssensor feststellt, daß das Fahrgestell des Fahrzeugs oberhalb eines gewünschten Niveauwertes liegt. Um derartige Anpassungen als Reaktion auf vorübergehende Schwankungen des Fahrzeugfahrgestells relativ zur Fahrzeugachse zu verhindern, die insbesondere dann auftreten, wenn das Fahrzeug sich auf einer Fahrbahn mit Fahrbahn unebenheiten bewegt, wird der Meßwert h des Fahrzeugniveaus mit einer bestimmten Zeitkonstanten t ₁ gefiltert, bevor dieser Meßwert mit dem gewünschten Sollwert h ₀ verglichen wird. Um eine gute Glättung des Fehlersignals zu erreichen, wird die Zeitkonstante t ₁ des Filters groß gewählt. Jedoch führt eine große Zeitkonstante zu einer Phasenverschiebung zwischen dem aktuellen und dem gefilterten Wert. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Niveauregelung zu spät einsetzt. Die Filterung ist daher nur von begrenztem Nutzen.

Wenn der gefilterte Wert den gewünschten Sollwert des Niveaus h ₀ erreicht, wird der Regelvorgang sofort beendet. Dies kann zu einer verfrühten Abschaltung führen, wenn der Sollwert lediglich wegen einer kurzfristigen Niveauänderung des Fahrgestells in bezug auf die Fahrzeugachse erreicht wurde. Eine weitere Regelung könnte erst nach einer relativ langen Zeitverzögerung t _d erreicht werden, die vor gesehen ist, um Regelvorgänge anläßlich kurzfristiger Änderungen bezüglich des Niveaus des Fahrzeugfahrgestells zu vermeiden, die beispielsweise bei Kurvenfahrten auftreten. Folglich können schnelle und genaue Regelungsvorgänge bei bestimmten Fahrzuständen nicht erreicht werden.

Es wurde daher weiterhin schon vorgeschlagen, eine mittlere Filter zeitkonstante zu wählen, so daß sich einerseits die Phasenverschie bung auf die Regelung noch nicht negativ auswirkt und andererseits durch eine hinreichend gute Filterung der Effekt von Fahrbahnuneben heiten so gut wie möglich unterdrückt wird.

Mit der vorliegenden Erfindung soll noch eine Verbesserung der Niveauregelung erreicht werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebe nen Merkmale gelöst. Diese Lösung hat den Vorteil, daß ein verbessertes Regelungsverhalten zur Anpassung an den gewünschten Niveau-Sollwert erreicht werden kann, während andererseits eine längere Zeitkonstante t _d nur in zweiter Linie wirksam ist, um wiederholte Regelungsvorgänge anläßlich von vorübergehenden und relativ kurz andauernden Veränderungen des Niveaus zu vermeiden.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei Fig. 1 ein Blockschalt bild einer Einrichtung zur Niveauregelung für ein Fahrzeug mit Luft federung, Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung zur Niveau regelung gemäß der Erfindung und Fig. 3 eine Anzahl von Kurvenver läufen zeigt, die die Wirkungsweise der Einrichtung zur Niveaurege lung erläutern.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Diagramm eines Teils eines Fahrzeugkörpers 10, der vermittels von Luftfederungs mitteln 14 mit einer Fahrzeugachse 12 verbunden ist. Die Luft federungsmittel 14 umfassen einen Faltenbalg 16 und einen Abstands sensor 20, die jeweils zwischen dem Fahrzeugkörper 10 und der Achse 12 angeordnet sind. Der Abstandssensor 20 kann als Potentio meter, als variabler Widerstand oder als Induktivweg-Geber ausge führt sein. Der Faltenbalg 16 wird je nach Anforderung gefüllt oder entleert über einen Druckluftreservebehälter 22 und eine Ventilan ordnung 24. Der Behälter 22 wird von einem nicht dargestellten Kompressor beaufschlagt, der über eine ein Einwegventil 28 umfassende Leitung 26 mit dem Behälter verbunden ist. Die Ventilan ordnung 24 umfaßt ein Drei-Wege-Zwei-Lagenventil 30 und ein Zwei-Wege-Zwei-Lagen-Ventil 32, die in einer Leitung 34 zwischen dem Behälter 22 und dem Faltenbalg 16 angeordnet sind. Die Ventile sind in ihrer dargestellten Ruhelage federbeaufschlagt und werden durch Elektromagnete 36, 38 aktiviert, wobei noch Druckluft aus dem Behälter 22 zur Unterstützung dient. Betätigung beider Ventile 30, 32 verbindet den Faltenbalg 16 mit dem Druckluftreservoir 22, um Druckluft zu den Luftfederungsmitteln 14 zuzuführen und dadurch das Niveau h des Fahrzeugkörpers 10 in bezug auf die Fahrzeugachse 12 anzuheben. Eine alleinige Betätigung des Ventils 32 verbindet den Faltenbalg 16 über das nicht angesteuerte Ventil 30, um einen Luft auslaß und dabei ein Absenken der Höhe h des Fahrzeugkörpers 10 zu ermöglichen.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird das Ausgangssignal h des Abstands sensors 20 durch Filter 40 und 42 gefiltert, um gefilterte Signale NIV ₁ bzw. NIV ₂ zu erreichen. Zeitkonstanten t ₁ und t ₂ der Filter 40 und 42 sind so gewählt, daß gilt t ₂ < t ₁. Dabei liegt beispielsweise die Zeitkonstante t ₁ zwischen 0,1 sec und 1 sec, vorzugsweise bei 0,4 sec und die Zeitkonstante t ₂ zwischen 1 und 10 sec, vorzugsweise zwischen 2 - 3 sec. Die gefilterten Signale NIV ₁ und NIV ₂ werden mit einem vorwählbaren Niveau-Sollwert h ₀ des Fahrzeugkörpers 10 durch entsprechende Komparatoren 41 und 43 verglichen. Das Ausgangssignal des Kompara tors 41, das der kürzeren Zeitkonstante t ₁ entspricht, wird einer Verzögerungsstufe 54 zugeführt, deren Ausgangssignal wiederum einer Recheneinheit 44 zugeführt ist. Die Recheneinheit 44 steuert die Aktivierung der Elektromagnete 36 und 38 der Ventile 30 und 32 über Verstärkerendstufen 46 und 48. Jedoch kann eine Niveauregelung vermittels der Recheneinheit 44 nur dann einsetzen, wenn vom Komparator 41 ein kontinuierliches Ausgangssignal NIV ₁ h ₀ für eine Zeitspanne anliegt, die länger ist als die Verzögerungs zeit t _d der Verzögerungsstufe 54, die in der Größenordnung von 10 bis 30 sec, vorzugsweise bei 15-25 sec liegt. Der vorbestimmbare Niveau-Sollwert h ₀ wird beispielsweise vermittels eines Potentio meters 50 eingestellt. Der Niveau-Sollwert h ₀ wird in einer Differenzierstufe 52 differenziert und das Signal h ¹, das sich nach jeder Anpassung des Sollwertes h ₀ ergibt, wird der Ver zögerungsstufe 54 zugeführt, so daß deren Verzögerungszeit auf Null gesetzt wird und das Ausgangssignal des Komparators 41 somit unver züglich der Recheneinheit 44 zugeführt wird. Dadurch kann eine Niveauregelung durch die Recheneinheit 44 unverzüglich beginnen, sobald der Niveau-Sollwert h ₀ beeinflußt wird. Das Ausgangssignal des Komparators 43 wird ebenfalls der Verzögerungsstufe 54 zuge führt, allerdings in der Weise, daß die Verzögerungszeit der Verzögerungsstufe 44 wiederhergestellt wird, wenn das Ausgangssignal des Komparators 43 den Nullwert wieder erreicht. Dadurch werden nun die Elektromagnete 36, 38 in Abhängigkeit von einem Korrektursignal aktiviert, das sich durch Vergleich des Signals NIV ₁ mit dem Soll wert h ₀ ergibt, nachdem die Verzögerungszeit t _d abgelaufen ist.

Fig. 3A und Fig. 3B zeigen die Signale NIV ₁ und NIV ₂, die jeweils mit einer kleineren und einer größeren Zeitkonstante t ₁ und t ₂ gefiltert sind, wenn der aktuelle Wert h des Niveaus des Fahrzeugkörpers sich in bezug auf die Zeit t verändert. Fig. 3C zeigt den jeweiligen Zustand der Verzögerungsstufe 54 und Fig. 3D zeigt die stattfindenden Niveauregelungs-Vorgänge. In den Fig. 3A und 3B sind auch die Niveau-Sollwerte h ₀ dargestellt. Gestrichelte Linien oberhalb und unterhalb dieser Niveau-Sollwerte h ₀ begrenzen einen Toleranz- oder Hysterese-Bereich der Komparatoren 41 und 43, derart, daß die gefilterten Ausgangssignale NIV ₁ und NIV ₂ erst außerhalb der jeweiligen Toleranzbereiche liegen müssen, bevor an den Ausgängen der Komparatoren 41 und 43 Ausgangssignale anstehen. In Fig. 3 ist angenommen, daß der Niveau-Sollwert h ₀ zu einem Zeitpunkt T ₀ von einem geringeren Wert zu einem höheren Wert ver stellt wird und daß, vor diesem Zeitpunkt T ₀ die Verzögerungs stufe 54 wirksam ist und daß weiterhin kein Anpassungsvorgang statt findet, weil der Differenzbetrag zwischen dem Signal NIV ₁ und dem Sollwert h ₀ innerhalb des Toleranz- bzw. Hysterese-Bereichs liegt. Die Änderung des Sollwertes h ₀ wirkt sich unmittelbar dadurch aus, daß das Signal L ¹ die Verzögerungszeit der Verzögerungsstufe 54, wie in Fig. 3C dargestellt, auf Null setzt und daß die Bedingung NIV ₁ a ₀ eine Niveauregelung, wie in Fig. 3D dargestellt, veranlaßt. Dieser Zustand der Verzögerungsstufe 54 dauert, wie in Fig. 3C dargestellt, so lange an, wie die Bedingung NIV ₂ h ₀ besteht. Als Beispiel ist das gefilterte Signal NIV ₁ so darge stellt, daß es das untere Ende des Toleranzbereiches um den neu festgelegten Niveau-Sollwert h ₀ zum Zeitpunkt T ₁ erreicht, wenn beispielsweise ein Schlagloch in der Fahrbahnoberfläche angetroffen wird. Dabei wird eine Niveauregelung sofort unterbunden. Jedoch gilt die Beziehung NIV ₂ < h ₀, so daß die Verzögerung durch die Verzögerungsstufe 54 weiterhin den Wert Null hat. Dadurch wird eine Niveauregelung sofort wieder in Kraft gesetzt, wenn zum Zeit punkt T ₂ das Signal NIV ₁ unter den Toleranzbereich des Sollwerts h ₀ fällt. Das gleiche geschieht in den Zeitpunkten T ₃ und T ₄. Kurz nach dem Zeitpunkt T ₅, wenn das Signal NIV ₁ den Sollwert h ₀ zum dritten Mal erreicht und der Niveauregelungsvor gang wiederum unterbunden wird, erreicht das mit der größeren Zeit konstante gefilterte Signal NIV ₂ ebenfalls entweder den Soll wert h ₀, oder besser das untere Ende des Toleranzbereiches dieses Sollwerts und die Zeitverzögerung t _d von etwa 15-25 Sek. der Verzögerungsstufe 54 kommt zur Wirkung. Im Anschluß daran kann kein Ausgangssignal des Komparators 41 die Recheneinheit 44 erreichen, es sei denn, daß es mindestens für die Dauer der Verzögerungszeit t _d ansteht. So überschreitet z. B. zum Zeitpunkt T ₇ das Signal NIV ₁ die obere Grenze des Toleranzbereichs von h ₀ und fällt zum Zeit punkt T ₁₄ unter die untere Grenze des Toleranzbereichs von h ₀. In beiden Fällen kann eine Niveauregelung nicht sofort beginnen und die Verzögerungsstufe 54 beginnt die Verzögerungszeit zu "zählen". In den Zeitpunkten T ₈ und T ₁₅, bevor also die Verzögerungszeit t _d verstrichen ist, fällt das Signal NIV ₇ in jedem Fall zum Wert h ₀ zurück und die Verzögerungsstufe 54 wird zurückgesetzt, ohne daß irgendeine Niveauregelung stattgefunden hat.

Zum Zeitpunkt T ₁₁ fällt das mit der kleineren Zeitkonstante t ₁ von 0,4 Sek. gefilterte Signal NIV ₁ unter den Sollwert h ₀ und verbleibt dort länger als die Verzögerungszeit t _d. Dies kann beispielsweise anläßlich einer Laständerung oder verursacht durch ein Leck in den Luftfederungsmitteln eintreten. Zum Zeitpunkt T ₁₂, nach Ablauf dieser Verzögerungszeit t _d, wird das Ausgangssignal des Komparators 41 zur Recheneinheit 44 geleitet, um eine Niveau regelung zu bewirken, die bis zum Zeitpunkt T ₁₃ andauert. Zum Zeitpunkt T ₁₃ kehrt das Signal NIV ₁ zum Sollwert h ₀ zurück und der Niveauregelungs-Vorgang wird beendet. Zum gleichen Zeitpunkt wird die Verzögerungsstufe 54 zurückgesetzt.

Fig. 3A zeigt ein Absinken der Amplitude des Signals NIV ₁ zu einem Zeitpunkt T ₉, der beispielsweise durch eine Laständerung verursacht ist. Bevor jedoch die Verzögerungszeit t _d verstrichen ist, verursacht eine nennenswerte, allerdings nur vorübergehende Anhebung des aktuellen Niveaus h eine Rückkehr der Signalamplitude des Signals NIV ₁ zum Sollwert h ₀. Dementsprechend wird die Verzögerungsstufe 54 zurückgesetzt und die Verzögerungszeit wird, wie zuvor beschrieben, beginnend mit dem Zeitpunkt T ₁₁ erneut gestartet.

Es ergeben sich somit zwei Betriebsarten. Die erste Betriebsart ergibt sich als Folge einer Veränderung des gewünschten Sollwerts h ₀ des Niveaus (zum Zeitpunkt t ₀). In dieser Betriebsart wird eine Niveauregelung ohne jegliche Verzögerung in Abhängigkeit vom Signal NIV ₁ durchgeführt aber unter Berücksichtigung des Signals NIV ₂. Diese erste Betriebsweise ist beendet, wenn das Signal NIV ₂ als erstes den neu festgesetzten Sollwert h ₀ erreicht (Zeitpunkt T ₆). Dann beginnt die zweite Betriebsart, in der eine Niveauregelung entsprechend dem Signal NIV ₁, aber unter Berück sichtigung der Verzögerungszeit t _d durchgeführt wird. In dieser zweiten Betriebsart hat das Signal NIV ₂ keinen Einfluß mehr. Dem zufolge ist das Absinken des Signals NIV ₂ unter die untere Begrenzung des Toleranzbereiches von h ₀ kurze Zeit nach dem Zeit punkt T ₉ und die Rückkehr des Signals NIV ₂ über die obere Schwelle des Toleranzbereiches von h ₀ kurz nach dem Zeitpunkt T ₁₄ ohne jeden Einfluß auf den Ablauf.

In einem anderen, nicht ausdrücklich zeichnerisch dargestellten Aus führungsbeispiel ist vorgesehen, daß in der zweiten Betriebsart die Niveauregelung unter Berücksichtigung der Verzögerungszeit t _d durchgeführt wird, aber in Abhängigkeit von dem mit einer größeren Zeitkonstante t ₂ gefilterten Signal NIV ₂ anstelle des Signals NIV ₁. Dies kann erreicht werden, indem eine andere Verzögerungs stufe verwendet wird oder indem der Eingangsanschluß der Verzöge rungsstufe 54 von dem Komparator 41 abgetrennt und mit dem Kompara tor 43 verbunden wird, wenn das Signal NIV ₂ zum ersten Mal nach einer Niveauanpassung den Sollwert h ₀ erreicht. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist zu erkennen, daß ein Zurücksetzen der Verzögerungs stufe infolge einer vorübergehenden Veränderung des Signals NIV ₁ (im Zeitintervall T ₁₀ bis T₁₁) vermieden werden könnte durch Benutzung des Signals NIV ₂ in der zweiten Betriebsart. Anderer seits, wie auch aus dem Stand der Technik bekannt, würde eine Umschaltung von der ersten Betriebsweise zu der zweiten Betriebs weise zum ersten Zeitpunkt T ₁, in dem das Signal NIV ₁ den Soll wert h ₀ erreicht, das Ergebnis haben, daß die Verzögerungszeit t _d verfrüht eingeführt würde. Dies wiederum hätte zur Folge, daß ein vergleichsweise langer Zeitraum vergehen würde, voraussichtlich verbunden mit einigen Niveauregelungs-Vorgängen, bevor der ange strebte Sollwert h ₀ zweckentsprechend erreicht wäre.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf einen Ablauf entgegen gesetzt zu jenem, der mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben ist, wenn also beispielsweise der Fahrer das Potentiometer 50 in eine Richtung verändert, um den vorgegebenen Niveausollwert h ₀ zu verringern.

Die Recheneinheit 44 ist dabei so programmiert, daß in der ersten Betriebsart im Anschluß an eine Niveauvorgabe ein vorübergehender Anstieg des Signals NIV ₁ keine Niveauregelung im entgegengesetzten Sinne herbeiführt. Demzufolge wird ein kurzer Anstieg des Signals NIV ₁ über die obere Schwelle des Toleranzbereichs des Sollwerts h ₀ im Zeitintervall T ₃ und T ₄ keinen Niveauregelungs-Vorgang im Hinblick auf eine Absenkung des Niveaus h zur Folge haben. Dies trifft jedoch nicht für die zweite Betriebsart zu, wenn die Verzöge rungszeit t _d wirksam ist. Die Recheneinheit 44 ist vorzugsweise ein Mikrorechner, in der die Komponenten 40 bis 43, 52 und 54 auch soft waremäßig realisiert sein können.

Claims

1. Einrichtung zur Niveauregelung für ein Fahrzeug mit Luftfederung, in der das Niveau (h) des Fahrzeugfahrgestells (10) von einem Abstandssensor (20) ermittelt wird, der zwischen dem Fahrzeugfahr gestell (10) und einer entsprechenden Fahrzeugachse (12) angeordnet ist, und bei der vor oder nach der Filterung in einem Filter (40) das resultierende Ausgangssignal (NIV ₁) des Sensors (20) mit einem Niveau-Sollwert (h ₀) verglichen wird und bei der nach einer vergleichsweise langen Verzögerungszeit (t _d) in einer Verzögerungsstufe (54) eine Recheneinheit (44) die Zufuhr von Druck luft zu Luftfederungsmitteln (16) oder das Ablassen von Luft daraus veranlaßt, bis das tatsächliche Niveau (h) im wesentlichen dem vor gebbaren Niveau-Sollwert (h ₀) entspricht, und bei der die Verzöge rungszeit (t _d) der Verzögerungsstufe (54) bei einer Veränderung des Niveau-Sollwertes (h ₀) unterdrückt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß ein zweites Filter mit einer größeren Zeitkonstante (t ₂) als die Zeitkonstante (t ₁) des ersten Filters (40) vorge sehen ist und, daß vor oder nach der Filterung in dem zweiten Filter (42) ein entsprechendes Signal (NIV ₂) mit dem vorgebbaren Sollwert (h ₀) verglichen wird und daß das sich ergebende Differenzsignal dazu benutzt wird, um die Verzögerungszeit (t _d) der Verzögerungs stufe (54) wiederum aktiv werden zu lassen, wodurch im Falle einer Veränderung des vorgebbaren Sollwertes (h ₀) ein Niveauregelungs-Vorgang in einer ersten Betriebsweise vermittels eines Komparators (41) durchgeführt wird, der das erste Signal (NIV ₁) mit dem vorgebbaren Sollwert (h ₀) ohne Verzögerungszeit (t _d) vergleicht, so lange bis das mit der zweiten längeren Zeit konstante (t ₂) gefilterte zweite Signal (NIV ₂) erstmals den vor gebbaren Sollwert (h ₀) erreicht, wonach in einer zweiten Betriebs art eine Niveauregelung mit einer Verzögerungszeit (t _d) durchge führt wird, bis der vorgebbare Sollwert wiederum verändert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Niveauregelung im entgegengesetzten Sinne unterbunden wird, falls das erste Signal (NIV ₁) in der ersten Betriebsart einen neu vor gegebenen Sollwert (h ₀) übersteigt, bevor das mit einer größeren Zeitkonstante (t ₂) gefilterte zweite Signal (NIV ₂) den vorgeb baren Sollwert (h ₀) erreicht.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß in der zweiten Betriebsart, in der die Verzögerungs zeit (t _d) wirksam ist, jeder Niveauregelungsvorgang in Abhängig keit von dem mit der zweiten längeren Zeitkonstante (t ₂) gefilter ten zweiten Signal (NIV ₂) durchgeführt wird.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zeitkonstante (t ₁) zwischen 0,1 sec und 1 sec, vorzugsweise bei 0,4 sec liegt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zeitkonstante (t ₂) zwischen 1 sec bis 10 sec, vorzugsweise bei 2 bis 3 sec liegt.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zeitvergütung (t _d) 10 bis 30 sec, vorzugsweise 15 bis 25 sec beträgt.