DE4017254C2 - Steuervorrichtung für eine Fahrzeugaufhängung - Google Patents
Steuervorrichtung für eine FahrzeugaufhängungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Einstellen der
Dämpfungskraft von zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern angeordneten
Schwingungsdämpfern einer Fahrzeugaufhängung, um die Schwingungen des
Fahrzeugaufbaus zu unterdrücken.
In der EP 0 246 772 A1 wird eine bekannte Fahrzeugaufhängung
beschrieben, die eine Feder zwischen dem Fahrzeugaufbau und jedem Rad, einen
Schwingungsdämpfer bei jeder Feder, einen Beschleunigungsmesser für die
Vertikalbewegung des Fahrzeugaufbaus und eine Steuereinrichtung zum Schalten der
Schwingungsdämpfer als Dämpfungseinrichtung zwischen harten und weichen
Einstellungen hat, immer dann, wenn die Vertikalbewegung einen vorgegebenen Wert
innerhalb eines niederfrequenten Bereichs der Fahrzeugaufbauschwingung
überschreitet.
In der DE 36 32 919 A1 wird ein bekanntes Verfahren zur
Dämpfkraftverstellung von Kraftfahrzeugen beschrieben, bei dem ein Ausgangssignal
eines Beschleunigungsgebers über eine erste und eine zweite Meßzeit gleitend
gemittelt wird, die Differenz der beiden Mittelwerte gebildet wird und mit einem
Schwellenwert verglichen wird. Bei Über- bzw. Unterschreiten der Schwelle wird die
Dämpfkraft bzw. Federkraft geändert. Die Meßzeiten sind dabei größer bzw. kleiner als
die Eigenzeit (reziproke Eigenfrequenz) des Fahrzeugaufbaus.
Zum Verbessern des Fahrkomforts während der Fahrt des Fahrzeugs ist es
allgemein besser, die Charakteristik der Aufhängung eines Fahrzeugkörpers
(Fahrzeugaufbaus) so anzupassen, daß sie WEICH ist. Genauer gesagt ist es besser,
daß eine Dämpfungskraft (bzw. Dämpfung) der Aufhängung reduziert wird, daß eine
Federkonstante der Aufhängung klein und weich ist und daß die Torsionssteifigkeit
eines Stabilisators reduziert wird. Andererseits ist es zum Verbessern der Lenkstabilität
günstiger, das Verhalten der Aufhängung des Fahrzeugkörpers auf HART einzustellen
bzw. darauf anzupassen. Genauer gesagt ist es besser, daß die Dämpfungskraft der
Aufhängung groß ist, daß die Federkonstante der Aufhängung groß und hart ist und
daß die Torsionssteifigkeit des Stabilisators groß ist.
Ein Umschaltsystem ist entwickelt worden, das die Charakteristik der
Aufhängung bei normalem Fahrzustand auf WEICH (oder MEDIUM zwischen HART
und WEICH) einstellt und das die Charakteristik auf HART mittels einer
Fahrumstelleinrichtung zum Umschalten der Charakteristik der Aufhängung
entsprechend den Erfordernissen bzw. der Notwendigkeit auf HART umschaltet, wenn
z. B. eine Änderung bezüglich des Straßenoberflächenzustands oder der Lage des
Fahrzeugkörpers auftritt. Ein solches System ist z. B. in der offengelegten japanischen
Patentanmeldung JP 60-47709 A beschrieben, das die Dauer der Beschleunigung
oberhalb eines vorgegebenen Wertes der Schwingungen des Fahrzeugkörpers mißt,
wobei nur, wenn die Dauer nicht kleiner als eine vorgegebene Zeitdauer ist, die
Dämpfungskraft der Aufhängung angehoben wird oder die Federkonstante der
Aufhängung erhöht wird.
Bei diesem System ist ein geringer Fahrkomfort gegeben, da
Vertikalschwingungen des Fahrzeugkörpers in der Nachbarschaft der
Resonanzfrequenz der gefederten Masse auf der Basis der Dauer der
Beschleunigung, wenn diese größer als ein vorgegebener Wert ist, erfaßt werden
womit die Charakteristik der Aufhängung nur angenähert gesteuert werden kann. In
diesem Fall ist es nicht möglich, bevor nicht zumindest eine halbe Zyklusperiodendauer
der Entscheidungsfrequenz in der Nachbarschaft der Resonanzfrequenz der Federung
vergangen ist, zu entscheiden, ob die Charakteristik der Aufhängung geeignet
gesteuert wird oder nicht, wodurch die Steuerung verzögert wird. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, daß ein anfänglicher, großer Stoß, der verursacht wird, wenn das
Fahrzeug über einen großen Hügel bzw. eine Erhebung fährt, oder eine große
Lageänderung des Fahrzeugkörpers nur schwierig in geeigneter Weise kontrolliert
bzw. gesteuert werden kann.
Es wird auch beurteilt bzw. entschieden, ob das Fahrzeug auf einer
schlechten Straße fährt, und die Charakteristik der Aufhängung oder des Stabilisators
wird auf MEDIUM auf der Basis der Frequenz der Schwingung der ungefederten
Masse oder auf der Basis eines vertikalen oder lateralen Schwingungsmusters des
Fahrzeugkörpers umgestellt, wodurch eine Steuerung ausgeführt wird, um einen guten
Fahrkomfort beizubehalten und um in Berührung mit der Straße zu bleiben. In diesem
Fall kann die Steuerung nicht ausgeführt werden, auch nicht auf einer schlechten
Straße, bis eine zuverlässige Entscheidung bezüglich der Schwingungsfrequenz oder
des Schwingungsmusters gemacht worden ist.
Gemäß den obigen Ausführungen ist es bezüglich eines anfänglichen
Schwingungszustands bzw. einer Anfangsphase der Schwingung des
Fahrzeugkörpers nicht klar, ob die Charakteristik der Aufhängung oder des
Stabilisators HART oder MEDIUM sein soll, und es wird viel Zeit benötigt, um einen
optimalen Steuerparameter nur aus der Information der Schwingungsfrequenz zu
bestimmen. Ebenso ist in der nachfolgenden Phase, wenn der Schwingungsverlauf ein
Muster einer komplizierten Überlagerung der Schwingung der gefederten mit der
Schwingung der ungefederten Masse wiedergibt, die folgende Entscheidung
unvollkommen und es besteht die Möglichkeit, daß die Entscheidung weiter verzögert
wird, wie es in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 63-8010 A
beschrieben ist.
Ein ähnliches Verfahren zur Steuerung der Dämpfungskraft eines
Schwingungsdämpfers ist auch aus der DE 37 05 508 A1 bekannt, bei dem ein Sensor
die Vertikalbeschleunigung einer Fahrzeugkarosserie erfaßt, ein Impuls erzeugt wird,
wenn die Vertikalbeschleunigung größer als ein vorgegebener Wert ist, und erst dann
auf HART geschaltet werden kann, wenn die Dauer des Impulses einen bestimmten
Wert überschreitet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Steuervorrichtung anzugeben, die zuverlässig einen auf den Fahrzeugaufbau
ausgeübten Stoß und unnütze Schwingungen unterdrückt auch wenn das Fahrzeug
über eine relativ hohe Erhebung fährt. Außerdem soll eine Steuervorrichtung
angegeben werden, die in allerkürzester Zeit einen schlechten Fahrkomfort, der durch
eine falsche Entscheidung verursacht werden könnte, verhindert.
Diese Aufgabe wird durch die Steuervorrichtung nach Anspruch 1
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegen
den Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen ersichtlich; Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, das den grundlegenden Aufbau ei
ner Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die den Zustand
zeigt, bei dem die einzelnen Einrichtungen in einem Fahr
zeug befestigt sind, wenn die vorliegende Erfindung ange
wendet wird, um die Dämpfungskraft einer Aufhängung umzu
schalten;
Fig. 3 ein Blockdiagramm, das den Aufbau und das Zusammen
spiel der Einrichtungen nach Fig. 2 zeigt;
Fig. 4 ein Flußdiagramm, das den Ablauf einer Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung, bei der ein Fahrzeugkörper 1 (Fahrzeugaufbau)
mit einer Beschleunigungsdetektionseinrichtung 2 zum Detek
tieren der Vertikalbeschleunigung, der Lateralbeschleuni
gung oder der Beschleunigungen in beiden Richtungen des
Fahrzeugkörpers 1 eingesetzt wird, um ein Detektionssignal,
das von der Beschleunigungsdetektionseinrichtung 2 erzeugt
wird, an eine Steuereinrichtung 7 auszugeben. Zwischen je
dem Rad 3a bzw. 3b und dem Fahrzeugkörper 1 ist eine Auf
hängung als Trageinheit angeordnet. Zwischen den Rädern 3a
und 3b ist ein Stabilisator angeordnet.
Eine Dämpfungskraft der Aufhängung kann zwischen drei Stel
lungen bzw. Abstufungen gemäß HART, MEDIUM, WEICH mittels
einer Änderungseinrichtung 4 für die Dämpfungskraft (Dämpfung) als Um
schalteinrichtung umgeschaltet bzw. umgestellt werden. Eine
Federkonstante der Aufhängung wird in drei Abstufungen ge
mäß HART, MEDIUM und WEICH mittels einer Änderungsein
richtung 5 für die Federkonstante als Umschalteinrichtung
umgeschaltet. Des weiteren wird
die Torsionssteifigkeit des Stabilisators gemäß dreier Abstufun
gen HART, MEDIUM und WEICH mittels einer Änderungseinrich
tung 6 für die Torsionssteifigkeit als Umschalteinrichtung
umgestellt. Die Änderungseinrichtung 4 für die Dämpfungs
kraft, die Änderungseinrichtung 5 für die Federkonstante
und die Änderungseinrichtung 6 für die Torsionssteifigkeit
ändern alle die Charakteristik der Aufhängung entsprechend
einem Befehlssignal von der Steuereinrichtung 7. Die
Steuereinrichtung 7 ermittelt bzw. entscheidet die Größe
der Beschleunigung und die Vibrationszykluslänge (Schwingungsdauer) der Beschleunigung
auf der Basis des Signals von der
Beschleunigungsdetektionseinrichtung 2, wobei sie an jede
Änderungseinrichtung das Befehlssignal zum Ändern der Cha
rakteristik ausgibt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Beispiel für die Anwendung
der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und
zwar für das Umschalten bzw. Ändern der Dämpfungskraft der
Aufhängung, wobei der Steuereinrichtung 7, die einen Mikro
computer aufweist, Ausgänge bzw. Ausgangssignale eines
Lenksensors 11 zum Detektieren des Lenkzustands einer Hal
testange (handle), eines Geschwindigkeitssensors 12 zum De
tektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Beschleuni
gungssensors 13 zum Detektieren des Betriebs bezüglich ei
ner Beschleunigung und einer Verzögerung des Fahrzeugkör
pers 1, eines Bremsschalters 14 zum Detektieren des Brems
betriebs, eines Beschleunigungssensors 20 als Beschleuni
gungsdetektionseinrichtung zum Detektieren der Vertikalbe
schleunigung des Fahrzeugkörpers 1 und eines Auswahlschal
ters 15 zum Festlegen eines Standards für die Entscheidung
der Charakteristik der Dämpfungskraft zugeführt werden. Die
Steuereinrichtung 7 steuert vier Änderungseinrichtungen 4
für die Dämpfungskraft zum Ändern der Charakteristiken der
vier Aufhängungen (Aufhängungseinrichtung) und eine Anzeige 16, die den Ausgängen
von diesen Sensoren und Schaltern zugeordnet ist.
Der Beschleunigungssensor 20 zum Detektieren der Vertikal
beschleunigung verwendet einen Beschleunigungsaufnehmer,
der z. B. aus einem piezoelektrischen Teil, einem Sensor vom
Differentialwandlertyp oder einem Beschleunigungssensor vom
Typ eines Halbleiterdehnungsmeßstreifens für ein Personen
fahrzeug bestehen kann, und gibt kontinuierlich die Verti
kalbeschleunigung in Form einer analogen Spannung in Abhän
gigkeit vom Ausgangswert während der Null-Beschleunigung
aus. Der Ausgang des Beschleunigungssensors 20 wird ana
log/digital-gewandelt und danach der Steuereinrichtung 7
zugeführt, und der Signalwert und die Änderungszeit dieses
Ausgangssignals werden ermittelt. Gemäß dem Ausfüh
rungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Beschleunigungssensor 20
im Schwerpunkt des Fahrzeugkörpers 1 befestigt, dessen Be
festigungsposition aber auch am äußersten Ende des Fahr
zeugkörpers 1 liegen kann oder die Anzahl der Sensoren 20
kann zwei betragen, und zwar einer vorne und der andere
hinten, oder jeweils ein Sensor kann an jeder Aufhängung
für jedes Rad vorgesehen sein.
Als nächstes wird eine Erläuterung für den Ablauf innerhalb
der Steuereinrichtung 7 mit Bezug auf Fig. 4 gegeben.
Zuerst wird beim Schritt S1 ein Signal des Beschleunigungs
sensors 20 gelesen, dann wird beim Schritt S2 der Wert bzw.
die Amplitude der Vertikalbeschleunigung an der Grenze ei
nes vorgegebenen Referenzpunkts (±OG) ermittelt und an
schließend wird beim Schritt S3 die Vibrationszyklusperiode
der Beschleunigung nicht kleiner als ein erster vorgegebe
ner Wert mittels einer vollen Zyklusperiode oder einer hal
ben Zyklusperiode entschieden.
Beim Schritt S4 wird beurteilt, ob eine erzeugte
Beschleunigung größer als ein zweiter vorgegebener Wert er
zeugt wird. Wenn sie größer ist (JA beim Schritt S4),
schreitet die Verarbeitung bzw. der Ablauf zum Schritt S5
fort, bei dem die Dämpfungskraft der Aufhängung auf HART
eingestellt wird und ein Zeitgeber zum Beibehalten dieses
Zustands auf eine vorgegebene Zeit eingestellt wird, um das
Zählen zu starten. Wenn die Entscheidung beim Schritt S4
NEIN ist schreitet die Verarbeitung zum Schritt S6 fort.
Beim Schritt S6 wird beurteilt bzw. entschieden, ob der
Zeitgeber zum Beibehalten der höheren Dämpfungskraft in Be
trieb ist oder nicht. Wenn er in Betrieb ist (JA beim
Schritt S6) schreitet die Verarbeitung zum Schritt S7 fort.
Wenn er nicht in Betrieb ist (NEIN beim Schritt S6) schrei
tet die Verarbeitung zum Schritt S11 fort, um die Dämp
fungskraft wieder auf die grundlegende Abstufung WEICH ein
zustellen.
Beim Schritt S7 wird beurteilt, ob die Messung der Vibrati
onszyklusperiode der Beschleunigung abgeschlossen ist und
ob die Bedingungen zum Beibehalten des vorliegenden Zu
stands bzw. der vorliegenden Abstufung (HART) erfüllt sind
oder nicht. Wenn sie erfüllt sind (JA beim Schritt S7),
d. h., daß die Schwingungsfrequenz, die aus einer vollen Zy
klusperiode oder einer halben Zyklusperiode der Schwingung
der Beschleunigung nicht kleiner als der vorgegebene erste
Wert berechnet worden ist, in der Nähe der Resonanz
des Fahrzeugkörpers 1 ist, wird beim
Schritt S8 der gegenwärtige Zustand von HART beibehalten
und ein Zeitgeber zum Beibehalten von HART wird auf einen
vorgegebenen Zeitwert zurückgesetzt, wodurch das Zählen
fortgesetzt wird. Wenn sie nicht erfüllt sind (NEIN beim
Schritt S7), schreitet die Verarbeitung zum Schritt S9 fort,
bei dem beurteilt wird, ob die Messung der Vibrationszy
klusperiode der Beschleunigung abgeschlossen ist und die
Bedingungen zum Umstellen von HART auf MEDIUM erfüllt sind
oder nicht.
Wenn die Bedingungen zum Umstellen von HART auf MEDIUM er
füllt sind (JA beim Schritt S9), oder anders ausgedrückt,
wenn die Größe Beschleunigung ungefähr medium, obwohl die
Schwingungsfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz
der gefederten Masse (above-spring resonance frequency) ist
oder die Schwingungsfrequenz in der Nähe der
Resonanzfrequenz der ungefederten Masse (below-spring
resonance frequency) ist, wird beim
Schritt S10 die Dämpfungskraft auf MEDIUM umgestellt und
ein Zeitgeber zum Beibehalten von MEDIUM wird gesetzt (oder
zurückgesetzt). Andererseits, wenn die Bedingungen beim
Schritt S9 nicht vorliegen, wird der gegenwärtige Zustand
nicht geändert und die Verarbeitung kehrt zurück.
Zusätzlich wird beim Schritt S4 beurteilt, ob die Beschleu
nigung nicht kleiner als ein zweiter vorgegebener Wert für
die vorgegebene Zeit oder mehr andauert oder nicht, was
wirksam beim Abklingen eines zu Ende gehenden
Stoßes ist.
In der oben erwähnten Ausführungsform
ist ein Beispiel zum Steuern der Dämpfungskraft einer Aufhän
gung beschrieben, die Federkonstante der Aufhängung und die
Torsionssteifigkeit des Stabilisators können aber in ähnlicher
Weise gesteuert werden. Natürlich müssen dann alle diese
Größen simultan gesteuert werden.
Wie es oben stehend erwähnt ist, wird die Dämpfung
bezüglich dreier Abstufungen gemäß WEICH, MEDIUM und HART
umgestellt. Die Erfindung ist aber nicht auf drei Abstufun
gen beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist auch in einem
Fall anwendbar, wo die Dämpfung bezüglich zweier Ab
stufungen oder vierer Abstufungen oder noch mehr Abstufun
gen umstellbar ist.
Claims (3)
1. Steuervorrichtung zum Einstellen der Dämpfungskraft von zwischen
dem Fahrzeugaufbau (1) und den Rädern angeordneten Schwingungsdämpfern
einer Fahrzeugaufhängung, mit einem Sensor (2) zur Erfassung der
Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus (1), mit einer Änderungseinrichtung
(4) zur Einstellung der Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer auf eine von
mehreren Stufen in Abhängigkeit eines Steuersignals, und mit einer
Steuereinrichtung (7), welche aus der vom Sensor (2) zugeführten
Vertikalbeschleunigung die Schwingungsdauer des Fahrzeugaufbaus (1) ermittelt
und das Steuersignal zur Ansteuerung der Schwingungsdämpfer in Abhängigkeit
von der Vertikalbeschleunigung und der Schwingungsdauer des Fahrzeugaufbaus
(1) erzeugt, wobei die Dämpfung härter eingestellt wird, wenn der Betrag der
Vertikalbeschleunigung gleich oder größer als ein Schwellwert ist, und die
eingestellte härtere Dämpfung beibehalten wird, solange die Schwingungsdauer
der Vertikalbeschleunigung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls um die
durch die inverse Resonanzfrequenz definierte Schwingungsdauer der
Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus liegt.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Federkonstante der
Fahrzeugaufhängung und/oder eine Torsionssteifigkeit eines Stabilisators
einstellbar sind.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der nach Umstellung des
Schwingungsdämpfers auf eine Stufe mit härterer Dämpfung (HART) ein Zeitgeber
zum Beibehalten dieser Stufe für eine vorgegebene Zeit eingestellt wird.
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