DE4017255C2 - Steuervorrichtung für eine Fahrzeugaufhängung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Einstellen der Dämpfungskraft von zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern angeordneten Schwingungsdämpfern einer Fahrzeugaufhängung, um 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 Fahzeugaufbauschwingung 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 erfaßt werden, welche größer sein muß als ein vorgegebener Wert, 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 umgeschaltet bzw. 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 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 AI 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 aller kürzester 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 (Dämpfung) der Aufhängung kann zwischen drei Stel­ lungen bzw. Abstufungen gemäß HART, MEDIUM, WEICH mittels einer Änderungseinrichtung 4 für die Dämpfungskraft als Um­ schalteinrichtung umgeschaltet bzw. umgestellt werden. Eine Federkonstante der Aufhängung wird in drei Abstufungen gemäß HART, gemäß MEDIUM und WEICH mittels einer Änderungsein­ richtung 5 für die Federkonstante als Umschalteinrichtung umgeschaltet. Des weiteren wird die Torsionssteifigkeit des Stabilisators gemäß dreier Abstufungen HART, MEDIUM und WEICH, mittels einer Änderungseinrichtung 6 für die Torsi­ onssteifigkeit als Umschalteinrichtung umgestellt. Die Ände­ rungseinrichtung 4 für die Dämpfungskraft, die Änderungs­ einrichtung 5 für die Federkonstante und die Änderungsein­ richtung 6 für die Torsionssteifigkeit ändern alle die Cha­ rakteristik der Aufhängung entsprechend einem Befehlssi­ gnal von der Steuereinrichtung 7. Die Steuereinrichtung 7 ermittelt bzw. entscheidet den Betrag bzw. den Wert der Be­ schleunigung und die Dauer der Beschleunigung nicht kleiner als ein vorgegebener Wert, und zwar in Abhängigkeit eines Signals von der Beschleuni­ gungsdetektionseinrichtung 2, wobei sie an jede Änderungs­ einrichtung das Befehlssignal zum Ändern der Charakteristik 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 Beschleunigungssensor 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 Beschleunigungssensor 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 kann aber auch am äußersten Ende des Fahrzeugkörpers 1 liegen 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 senors 20 gelesen, dann wird beim Schritt S2 der Wert bzw. die Amplitude der Vertikalbeschleunigung an der Grenze ei­ nes vorgegebenen Referenzpunkts (±G) ermittelt und an­ schließend wird beim Schritt S3 die Dauer der Beschleuni­ gung, die nicht kleiner als ein erster vorgegebener Wert ist, mittels eines Zeitgebers gezählt.

Beim Schritt S4 wird beurteilt, ob die erzeugte Beschleuni­ gung größer als ein zweiter vorgegebener Wert ist. Wenn sie größer ist (JA im Schritt S4), schreitet die Verarbeitung bzw. der Ablauf zum Schritt S5 fort, bei dem die Dämpfungs­ kraft der Aufhängung auf MEDIUM eingestellt wird und ein Zeitgeber zum Beibehalten dieses Zustands auf eine vorgege­ bene 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 einer höheren Dämpfungskraft in Betrieb 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 WEICH einzustellen.

Beim Schritt S7 wird beurteilt, ob die Messung der Dauer der Beschleunigung nicht kleiner als der erste vorgegebene Wert abgeschlossen ist und ob die Bedingungen zum Anheben des vorliegenden Zustands von MEDIUM auf HART erfüllt sind oder nicht. Wenn sie erfüllt sind (JA beim Schritt S7), d. h. die gemessene Dauer entspricht einem vorgegebenen Wert, der der Beschleunigung der Vibration (Schwingung) in der Nähe der Resonanz des Fahrzeugkörpers 1 ent­ spricht, wird beim Schritt S8 der gegenwärtige Zustand von MEDIUM auf HART geändert und ein Zeitgeber zum Beibehalten von HART wird auf einen vorgegebenen Zeitwert eingestellt, wodurch das Zählen gestartet 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 Dauer der Beschleunigung nicht kleiner als der erste vorge­ gebene Wert abgeschlossen ist und die Bedingungen erfüllt sind, um MEDIUM beizubehalten.

Wenn die Bedingungen zum Beibehalten von MEDIUM erfüllt sind (JA beim Schritt S9), oder anders ausgedrückt, wenn ein vorgegebener Wert der Vibration der Vertikalbeschleuni­ gung ungefähr MEDIUM ist oder die Dauer der Vibration einem vorgegebenen Wert entsprechend der Resonanz der ungefederten Masse entspricht, 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 eine 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 Aufhängung 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 obenstehend erwähnt ist, wird die Dämpfung bezüglich dreier Abstufungen gemäß WEICH, MEDIUM und HART umgestellt. Die Erfindung ist aber nicht auf drei Abstufungen beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist auch in einem Fall anwendbar, wo die Dämpfung bezüglich zweier Abstufungen oder vierer Abstufungen oder noch mehr Abstufungen umstellbar ist.

Claims (2)

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 für eine vorgegebene Zeit härter eingestellt wird, wenn der Betrag der Vertikalbeschleunigung gleich oder größer als ein Schwellwert ist, und die eingestellte härtere Dämpfung für eine vorgegebene Zeit noch härter eingestellt wird, wenn die Schwingungsdauer der Vertikalbeschleunigung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls um die durch die inverse Resonanzfrequenz definierte Schwingungsdauer der Vertikalbe­ schleunigung des Fahrzeugaufbaus liegt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Federkonstante der Fahrzeugaufhängung und/oder eine Torsionssteifigkeit eines Stabilisators einstellbar sind.