DE4011976C2 - Steuervorrichtung für Schwingungsdämpfer - Google Patents

Steuervorrichtung für Schwingungsdämpfer

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Einstellen der Schwingungsdämpfer (Stoßdämpfer) eines Fahrzeugaufhängungssystems, um die Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer zu steuern, die zwischen dem Fahrgestell und jedem Rad eines Fahrzeugs vorgesehen sind.
Aus der DE 36 40 152 A1 ist eine Radaufhängung für ein Fahrzeug mit einem frequenzabhängigen Dämpfer zur Dämpfung von Schwingungen des Fahrzeugaufbaus im Bereich der Aufbauresonanzfrequenz sowie im Bereich der Radresonanzfrequenz bekannt, wobei der bekannte Dämpfer einen Frequenzgang der Dämpfung mit starker Dämpfung im Bereich bis zu einer etwas über der Aufbauresonanzfrequenz und ab einer etwas unter der Rad-Resonanzfrequenz liegenden Frequenz sowie einen dazwischen liegenden Bereich schwacher Dämpfung besitzt. Ein Sensor für die Relativgeschwindigkeit und/oder den Relativweg zwischen Rad und Aufbau ist vorgesehen. Dem Sensor nachgeschaltete Einrichtungen sorgen für einen im wesentlichen nahe beim Wert Null liegenden Phasengang der Dämpfung im interessierenden Frequenzbereich.
In der US 4,789,935 wird ein Aufhängungs-Controller beschrieben, der eine Vielzahl von Steuerabschnitten und Steuereinrichtungen hat, wobei eine Prioritätsreihenfolge für die Aufhängungs-Steuerungen angewendet wird, wenn zwei oder mehr unterschiedliche Aufhängungs-Steuerungen gleichzeitig von den Steuerabschnitten angesteuert werden, um die Aufhängungscharakteristik gemäß den Fahrbahnbedingungen und den Fahrbedingungen des Fahrzeugs einstellen zu können. Der Aufhängungs-Controller enthält eine Präferenzlogik zum Ändern der Aufhängungscharakteristik auf einen härteren Zustand, um die Schwingungen und Vibrationen des Fahrzeugaufbaus zu vermindern, damit eine höhere Stabilität und ein besserer Fahrkomfort erreicht werden kann.
Allgemein sind diese zuvor beschriebenen, bekannten Steuervorrichtungen und andere entwickelt worden, um die Dämpfungs­ kraft eines Stoßdämpfers (Schwingungsdämpfers), der zwischen dem Chassis und dem Rad eines Fahrzeuges vorgesehen ist, ent­ sprechend den Laufbedingungen bzw. Zuständen des Rades bzw. des Fahrzeuges, wie z.B. die Fahrzeuglage oder den Straßenoberflächenzustand, zu steuern.
Bezüglich der Fahr­ zeuglage wird z. B. in der US 4,789,935 eine Steuervorrichtung vorgeschlagen, die die Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers auf hart einstellt, wenn z.B. das Fahrzeug schnell anfährt, schnell abbremst oder im Slalom bzw. eine Kurve fährt, um dadurch das Auftre­ ten von Nick-, Tauch- oder Wankbewegungen bzw. ein zu starkes Einfedern des Fahrzeuges zu be­ schränken.
Bezüglich des Straßenoberflächenzustands gilt, daß dann, wenn das Fahrzeug auf einer guten Straßenoberfläche fährt, die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers weich eingestellt wird, um ein verbessertes, bequemes Fahren zu ermöglichen. Wenn anderer­ seits auf einer schlechten Straße gefahren wird, wird die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers medium eingestellt, um einen verbesserten Fahrbahnkontakt zu ermöglichen.
Bei dem bekannten Steuerverfahren wird ein vager und problematischer Schätz- bzw. Beurtei­ lungswert z.B. für bequemes Fahren oder für die Lenkstabi­ lität mit einem konstanten Schwellenwert verglichen und die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers danach einge­ stellt bzw. festgelegt. Als Ergebnis muß die Priorität bzw. der Vorrang jedes Schätzfaktors entschieden werden, was be­ züglich der Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit ineffizient ist. Außerdem gibt es keine Vorrichtung, die den Oberflä­ chenzustand einer Straße genau genug beurteilen kann, auf der das Fahrzeug fährt, um die Dämpfungskraft des Stoßdämp­ fers einzustellen.
Des weiteren, wenn alle erfaßten Werte für den Fahrzustand des Fahrzeugs kleiner geworden sind als ein vorgegebener Wert, ist es erforderlich, schnell zu der Dämpfungskraft in dem ursprünglich gewünschten und eingestellten spezifizierten Bereich zurückzukehren bzw. diese Dämpfungskraft wieder herzustellen.
Um die obenstehenden Probleme zu lösen und insbesondere eine Steu­ ervorrichtung für einen Stoßdämpfer anzugeben, die fein, genau und empfindlich die Dämpfungskraft steuern kann, die sanft bzw. glatt zur spezifizierten Dämpfungskraft zurückkehrt, wenn eine Steuerung nicht er­ forderlich ist, und die genau den Zustand der Straßenoberfläche beurteilen und die Dämp­ fungskraft steuern kann, wurde die Steuervorrichtung nach der EP 0 385 723 A2 (Stand der Technik gemäß PatG §3 (2)) entwickelt.
Diese Steuervorrichtung umfaßt einen Sensor zum Erfassen des Fahrzustands des Fahrzeugs, eine Schlußfolgerungseinheit (fuzzy inference unit) zur Anwendung einer sogenannten Fuzzysteuerung (fuzzy rules) für ein vorgegebenes, bequemes Fah­ ren, die Lenkstabilität, den Fahrbahnkontakt, um mit dem Regelalgorithmus (fuzzy in­ ference) auf der Basis der erfaßten Fahrzustandsgrößen die erforderliche Dämpfungskraft zu bestimmen, und eine Steuereinheit zum Steuern bzw. Regeln der Dämp­ fungskraft des Stoßdämpfers entsprechend einem Ausgangssignal der Regelung. Wenn alle erfaßten Werte des Fahrzustands des Fahrzeugs nicht höher sind als entsprechend vorgegebene Werte, beein­ flußt der Regelalgorithmus die Dämpfungskraft so, daß der Stoßdämpfer zu der Einstellung mit der spezifizierten Dämpfungskraft zurückkehrt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuervorrichtung anzugeben, mit der fein, genau und empfindlich die Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer unter Berücksichtigung auch der fahrerindividuellen Einstellungswünsche eingestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1 zum Einstellen der Schwingungsdämpfer eines Fahrzeugaufhängungssystems gelöst, die die folgenden Merkmale aufweist:
  • - ein Prozessor enthält erste Membership-Functions (MBF) zur Ermittlung des Degree of Membership (DOM) eines über mindestens einen Sensor erfaßten Wertes wenigstens einer Einflußgröße als Fuzzy-Variable (z. B. Frequenz und Amplitude von Aufbau- und Radschwingungen, Längs- und Querbeschleunigung), die den Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreibt, zu diesen ersten MBFs,
  • - der Prozessor enthält weitere MBFs in Form von nach Lage und Gestalt zu Grenzkriterien definierten Flächen, die je einem Bereich der Dämpfungskraft bzw. Dämpfungswirkung zugeordnet sind,
  • - der Prozessor ordnet jeder MBF eine der weiteren MBFs fest zu und ermittelt aus den über die ersten MBFs bestimmten DOM-Werten diesen zuzuordnende (Teil-)Flächen der weiteren MBFs und überlagert diese lagerichtig zu den jeweiligen Grenzkriterien zu einer Gesamtfläche,
  • - der Prozessor bestimmt die Lage des Flächenschwerpunktes der Gesamtfläche zu den Grenzkriterien und ordnet dieser eindeutig einen Einstellwert für die Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer zu, der über eine Einstellvorrichtung zu deren Verstellung verwendet wird,
  • - eine Eingabeeinrichtung führt dem Prozessor ein Signal zu, das einer bestimmten Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer zugeordnet ist,
  • - der Prozessor führt einen Einstellwert gemäß der dem zugeführten Signal zugeordneten Dämpfungskraft der Einstellvorrichtung zu, solange bzw. sobald der von dem Sensor erfaßte Wert der Einflußgröße kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist.
Mittels der Eingabeeinheit zum Eingeben eines änderbaren Selektionssignals in den Prozessor bzw. in dessen Schlußfolgerungseinheit kann eine von einem Fahrer vorgesehene oder gewünschte Dämpfungskraftstufe bei der Ermittlung der Dämpfungskraft berücksichtigt werden.
Vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind den Unteransprüchen 2 und 3 zu entnehmen. Weitere Vor­ teile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfin­ dung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung für einen Stoßdämpfer (Schwingungsdämpfer) gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Kurvenverlauf von Membership-Functions (MBF) bezüglich der Frequenz der Vertikalbeschleunigung;
Fig. 3 einen Kurvenverlauf einer MBF bezüglich der Amplitude der Vertikalbeschleunigung, der Stärke der Wankbeschleunigung und der Stärke der Längsbeschleunigung;
Fig. 4 einen Kurvenverlauf der die Membership-Functions (MBF) bezüg­ lich der Dämpfungskraft zeigt;
Fig. 5 einen Kurvenverlauf, der die Membership-Functions (MBF) be­ züglich des Grundmodus zeigt;
Fig. 6 (6(a) bis 6(f)) eine Darstellung der Schlußfolgerung (Inference).
Fig. 1 zeigt eine Detektionseinrichtung zum Detektieren des Laufzustands des Fahrzeugs mit verschiedenen Sensoren 1 bis 5, wobei die Detektionseinrichtung aufweist einen Lenkwin­ kelsensor 1 zum Detektieren des Lenkwinkels des Fahrzeugs, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 2 zum Detektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Vertikalbeschleunigungssen­ sor 3 zum Detektieren der Vertikalbeschleunigung des Fahr­ zeugs, einen Bremsschalter 4 zum Detektieren des Bremsbe­ triebs, der ausgeführt wird, und einen Sensor 5 für die Drosselventilöffnungsgeschwindigkeit zum Detektieren der Öffnungsgeschwindigkeit eines Drosselventils (Motor-Drosselklappe). Ein Prozessor (Steuereinheit) 10 umfaßt eine Schätzeinheit 6 für eine Variable (fuzzy variable), in die die Ausgangs­ signale bzw. Ausgänge des Lenkwinkelsensors 1, des Fahr­ zeuggeschwindigkeitssensors 2, des Vertikalbeschleuni­ gungssensor 3, des Bremsschalters 4 und des Sensors 5 für die Drosselventilöffnungsgeschwindigkeit eingegeben werden, um Werte der Variablen abzuschätzen, und eine Schlußfolge­ rungseinheit Fuzzy-Inference-Einheit 8 zum Bestimmen der Dämpfungskraft mittels der Schlußfolgerung (Inference), indem die Regeln aus dem Wert der Vari­ ablen und einem Ausgangssignal der Eingabeeinheit 7 für den grundlegenden Modus verwendet wird. Das Ergebnis der Schlußfolgerung bzw. Auswertung mittels der Schlußfolge­ rungseinheit 8 wird an eine Dämpfungskraftsteuerungseinheit 9 ausgegeben, damit die Dämpfungssteuerungseinheit 9 (Einstellvorrichtung) die Dämpfungskraft entsprechend dem Ausgang schaltet.
Als nächstes wird eine Erläuterung bezüglich des Betriebs der Steuervorrichtung des Stoßdämpfers gemäß der Erfindung gegeben. Die Schätzeinheit 6 für die Variable berechnet die Grundfrequenz und Amplitude eines Ausgangssignals des Ver­ tikalbeschleunigungssensors 3 mittels einer Datenverar­ beitung durch ein Programm, wodurch die Werte der Störva­ riablen der Vertikalbeschleunigungsfrequenz und der Verti­ kalbeschleunigungsstärke bzw. -größe abgeschätzt werden. Die Schätzeinheit 6 für die Variable schätzt ebenfalls die Rollbeschleunigung aus den Ausgängen des Lenkwinkelsensors 1 und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 2 ab und behan­ delt die Schätzwerte als Variable, die als Rollbe­ schleunigung bezeichnet wird. Des weiteren schätzt die Schätzeinheit 6 für die Variable die Längsbeschleunigung aus den Ausgängen des Bremsschalters 4 und des Sensors 5 für die Drosselventilöffnungsgeschwindigkeit ab, wobei der Schätzwert als die Variable behandelt wird, die als Längs­ beschleunigung bezeichnet wird.
Wenn der Wert jeder Variablen und der Wert jedes Ausgangs des Lenkwinkelsensors 1, des Fahrzeuggeschwindig­ keitssensors 2, des Vertikalbeschleunigungssensors 3, des Bremsschalters 4 und des Sensors 5 für die Drosselventil­ öffnungsgeschwindigkeit den vorgegebenen Werten entsprechen oder kleiner als diese sind, ist der Ausgang der Schätzein­ heit 6 für die Variable bezüglich der Schlußfolgerungsein­ heit 8 im Nicht-Eingabe-Modus. Dementsprechend wird in die­ sem Fall nur ein Signal zum Setzen der Dämpfungskraft des Stoßdämpfers, die auf den Normalwert gesetzt werden soll, von der Eingabeeinheit 7 an die Schlußfolge­ rungseinheit 8 ausgegeben, wodurch die Dämpfungskraft im Grundmodus durch die Schlußfolgerung bestimmt wird.
Die Fuzzy-Schlußfolgerung wird in Übereinstimmung mit den folgen­ den Fuzzy-Control-Regeln durchgeführt: Bei der Regel 1, wenn die Grund­ frequenz des Ausgangssignals des Sensors 3 gleich der Resonanzfrequenz von 1-2 Hz oberhalb der Fede­ rung ist und deren Amplitude größer als ein vorgegebener Wert ist, wird die Dämp­ fungskraft auf HART gesetzt. Bei der Regel 2, wenn die Grundfrequenz die Resonanzfrequenz von 10-15 Hz unterhalb der Federung ist und deren Amplitude größer als ein vorgegebener Wert ist, wird die Dämpfungskraft auf MEDIUM eingestellt. Bei der Regel 3, wenn die Rollbeschleunigung größer als ein vorgegebener Wert ist, wird die Dämpfungs­ kraft auf HART eingestellt. Bei der Regel 4, wenn die Längsbeschleunigung größer als ein vorgegebener Wert ist, wird die Dämpfungskraft auf HART eingestellt. Bei der Regel 5, wenn irgendein Vari­ ablenwert, der aus dem Ausgang des Lenkwinkelsensors 1, des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 2, des Vertikalbeschleuni­ gungssensors 3, des Bremsschalters 4 oder des Sensors 5 für die Drosselventilöffnungsgeschwindigkeit abgeschätzt wird, einem vorgegebenen Wert entspricht oder kleiner als dieser ist, wird die Dämpfungskraft in den Grundmodus (WEICH oder MEDIUM) gesetzt, der von der Eingabeeinheit 7 ausgewählt wird. Des weiteren, wenn die Straßenoberfläche kiesig ist, wird der Straßenzustand mittels der Resonanz unterhalb der Federung bestimmt, so daß, wenn die Amplitude der Resonanz unterhalb der Federung einen Schwellenwert überschreitet und länger als eine vorgegebene Zeit andau­ ert, die Nicht-Fuzzy-Regel (not-fuzzy rule) eingesetzt wird, um die Dämpfungskraft bei MEDIUM zu stoppen.
Als nächstes wird die Schlußfolgerung gemäß der vorliegen­ den Erfindung genauer beschrieben. Die Fig. 2, 3, 4 und 5 zeigen jeweils erste MBFs, und zwar zeigt Fig. 2 die MBF bezüglich der Vertikalbeschleunigungsfrequenz, Fig. 3 die MBF (Klassenzugehörigkeitsfunktion) bezüglich der Amplitude der Vertikalbeschleunigung, der Stärken der Rollbeschleunigung und der Längsbeschleunigung, Fig. 4 die MBFs der Dämpfungskraft und Fig. 5 die MBFs der Dämpfungskraft im Grundmodus, wo­ bei diese MBFs in der Schlußfolgerungseinheit 8 vorgegeben sind.
Die Fig. 6(a) bis 6(e) zeigen Modi der Schlußfolgerung, die in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Regeln 1- 5 durchgeführt werden, und Fig. 6(f) zeigt das Ergebnis der Schlußfolgerung bzw. des Entscheidungsvorgangs. Wie in den Fig. 6(a) bis 6(e) gezeigt wird, werden die Schnittpunkte (DOM=degree of membership) der Eingangswerte (Variablenwert und durch Grundmodus bestimmter Wert) der Schlußfolgerungseinheit 8 mit den entsprechenden MBFs erhalten, und bei der MBF der Dämpfungskraft, die in Übereinstimmung mit den Regeln 1-5 ausgewählt wird, wird die MBF entsprechend des Schnittpunkts herausgeschnitten, wobei die Anteilsfunktion der Dämpfungskraft bei der Regel 5 gemäß Fig. 6(e) nicht einer Verarbeitung des Herausschneidens mittels der Va­ riablen unterzogen wird, mit Ausnahme des Auswählens von WEICH oder MEDIUM in Fig. 5 mittels der Moduszuordnung. Wie aus den Fig. 6(a) und 6(b) ersichtlich ist, wird, wenn zwei oder mehr Variablen eingegeben werden wie bei den Re­ geln 1 und 2, der Schnittpunkt bzw. der Schnittbereich, der kleiner bei der Ermittlung des DOM ist, verwendet, um die MBF der Dämpfungskraft herauszuschneiden. Wie in Fig. 6(f) hängt die Dämpfungskraft von dem Schwerpunkt bzw. vom Mit­ telpunkt der logischen Summe der ausgeschnittenen MBFs (Teilflächen) ab.
Ein Signal für die HARTE, MEDIUM oder WEICHE Dämpfungs­ kraft, das wie oben angegeben bestimmt wird, wird zur Dämp­ fungskraftsteuereinheit 9 Einstellvorrichtung ausgegeben und die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers wird entsprechend diesem Signal gesteuert.
Zudem sind andere verschiedene Verfahren der Schlußfolge­ rung denkbar. Fig. 6 zeigt nur ein Beispiel für die Schluß­ folgerung.

Claims (3)

1. Steuervorrichtung zum Einstellen der Schwingungsdämpfer eines Fahrzeug-Aufhängungssystems mit folgenden Merkmalen:
  • - ein Prozessor (6, 8, 10) enthält erste Membership-Functions (MBF) zur Ermittlung des Degree of Membership (DOM) eines über mindestens einen Sensor (1-5) erfaßten Wertes wenigstens einer Einflußgröße als Fuzzy-Variable (z. B. Frequenz und Amplitude von Aufbau- und Radschwingungen, Längs- und Querbeschleunigung), die den Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreibt, zu diesen ersten MBFs,
  • - der Prozessor enthält weitere MBFs in Form von nach Lage und Gestalt zu Grenzkriterien definierten Flächen, die je einem Bereich der Dämpfungskraft bzw. Dämpfungswirkung zugeordnet sind,
  • - der Prozessor ordnet jeder MBF eine der weiteren MBFs fest zu und ermittelt aus den über die ersten MBFs bestimmten DOM-Werten diesen zuzuordnende (Teil-)Flächen der weiteren MBFs und überlagert diese lagerichtig zu den jeweiligen Grenzkriterien zu einer Gesamtfläche,
  • - der Prozessor bestimmt die Lage des Flächenschwerpunktes der Gesamtfläche zu den Grenzkriterien und ordnet dieser eindeutig einen Einstellwert für die Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer zu, der über eine Einstellvorrichtung (9) zu deren Verstellung verwendet wird,
  • - eine Eingabeeinrichtung (7) führt dem Prozessor (6, 8, 10) ein Signal zu, das einer bestimmten Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer zugeordnet ist,
  • - der Prozessor (6, 8, 10) führt einen Einstellwert gemäß der dem zugeführten Signal zugeordneten Dämpfungskraft der Einstellvorrichtung zu, solange bzw. sobald der von dem Sensor (1-5) erfaßte Wert der Einflußgröße kleiner oder gleich einem vorgegebenen Wert ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal der Eingabeeinrichtung (7) dem Prozessor (10) unabhängig von der oder den erfaßten Einflußgrößen zugeführt wird, die von den Sensoren (1-5) erzeugt werden.
3. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (1) zum Detektieren des Lenkwinkels des Fahrzeuges, ein Sensor (2) zum Detektieren der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, ein Sensor (3) zum Detektieren der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs, ein Sensor (4) zum Detektieren, ob ein Bremsbetrieb im Fahrzeug ausgeführt wird oder nicht, und ein Sensor (5) zum Detektieren der Öffnungsgeschwindigkeit einer Motor-Drosselklappe des Fahrzeugs vorgesehen sind.
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