DE4037223A1

DE4037223A1 - Fahrzeug-abstuetzsystem

Info

Publication number: DE4037223A1
Application number: DE19904037223
Authority: DE
Inventors: Karl Jaeker; Ruediger Rutz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1991-10-31
Also published as: WO1991016213A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug-Abstützsystem nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Abstützsystem ist bekannt (Literatur: Voy, Christian: "Die Realisierung einer frequenzmodu lierten Dämpfung von Fahrwerksschwingungen", Automobil-Industrie 33 (1988) 6, S. 697-708).

Bei diesem bekannten Fahrzeug-Abstützsystem ist ein passiver Tilger verwendet. Mit einem solchen passiven Tilger ist aber eine dynamisch unabhängige Dämpfung der Fahrzeugrad- und Aufbaubewegung nicht zu erreichen. Außerdem ist es nicht möglich, unabhängig voneinander beliebige Kraftgesetze zwischen Fahrzeugrad und Tilger bzw. zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau zu installieren. Sollen z. B. Dämpfungskräfte für den Fahrzeugaufbau generiert werden, so muß sich das System am Fahrzeug abstützen. Umgekehrt muß sich zur Dämpfung des Fahrzeugrades das Abstützsystem am Aufbau abstützen. Die Auf baubeschleunigung als Maß für den Fahrkomfort läßt sich demnach nicht unabhängig von der dynamischen Radlast als Maß für die Fahr sicherheit einstellen.

Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu ver meiden und ein Fahrzeug-Abstützsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine dynamisch weitgehend unabhängige Dämpfung der Fahrzeugrad- und Fahrzeugaufbaubewegung realisierbar ist. Dabei sollen unabhängig voneinander beliebige Kraftgesetze zwischen Fahr zeugrad und Tilger bzw. zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau installiert werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem gattungsgemäßen Fahrzeug-Abstützsystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Haupt anspruchs gelost.

Konventionelle Federungssysteme sind heute so weit entwickelt, daß einer weiteren Verbesserung enge Grenzen gesteckt sind. Aktive Federungssysteme erschließen ein zusätzliches Verbesserungspotential hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrsicherheit. Dies vergrößert sich nochmals beträchtlich, wenn erfindungsgemäß aktive Federungssysteme mit aktiven Tilgern kombiniert werden, weil dann die Dämpfung des Rades nicht mehr ausschließlich über die Abstützung am Aufbau, sondern zusätzlich über die an der Tilgermasse erfolgt. Damit ist für einen großen Frequenzbereich der sonst nicht zu umgehende Kompromiß zwischen Fahrkomfort und Fahrsicherheit nicht notwendig, d. h. die Aufbaubeschleunigung als Maß für den Fahrkomfort und die dynamische Radlastschwankung als Maß für die Fahrsicherheit lassen sich weitgehend unabhängig voneinander einstellen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Fahrzeug-Abstützsystem ist als sogenanntes hydropneumatisches Federbein ausgebildet und stellt als solches ein aktives Abstütz system dar. Es ist zwischen einem Fahrzeugrad 1 und einem Fahrzeug aufbau 2 angeordnet. Es hat einen Stellzylinder 3 (Aktuator), der einerseits am Rad 1 und andererseits auf Aufbau 2 angreift. Im Stellzylinder 3 trennt ein Kolben 4 eine obere Arbeitskammer 5 von einer unteren Arbeitskammer 6. Beide Arbeitskammern 5 und 6 sind über Leitungen 7 und 8 an ein 4/3-Wege-Steuerventil 9 angeschlossen, das Verbindung mit einer Druckquelle 10 (Pumpe) und einer Ent lastungsstelle 11 (Reservoir) hat. An jede Leitung 7 und 8 ist ein hydro-pneumatischer Speicher als Federelement 12 bzw. 13 ange schlossen, und in jede Leitung 7 und 8 ist eine Drossel 14 bzw. 15 eingesetzt.

Das 4/3-Wege-Steuerventil 9 hat zu seiner Verstellung einen Stell magneten 16, der an eine nicht dargestellte Elektronik angeschlossen ist. Ebenfalls nicht dargestellte Sensoren geben an die Elektronik Signale ab, die dort verarbeitet werden, um den Stellmagneten 16 entsprechend anzusteuern.

Das aktive Abstützsystem 3 bis 16 arbeitet in an sich bekannter Weise derart, daß bei großer Aufbaulast der Druck im Stellzylinder 3 erhöht und bei kleiner Aufbaulast verringert wird. Die Aufbaulast enthält statische und dynamische Kraftanteile. Insbesondere dynamische Radlastschwankungen beeinträchtigen aber die Fahrsicher heit und den Fahrkomfort des Fahrzeuges.

Mit dem aktiven Abstützsystem ist beispielsweise eine "aktive Tilgermasse" gekoppelt. Diese besteht aus einer Zusatz-Masse 18, die über einen hydraulischen Stellzylinder 19 an eine Masse 18A des Fahrzeugrades 1 angelenkt ist. Der Stellzylinder 19 hat zwei Ar beitskammern 20 und 21, die über Leitungen 22 und 23 an ein 4/3-Wege-Steuerventil 24 angeschlossen sind, das Verbindung mit einer Druckquelle 25 (Pumpe) und einer Entlastungsstelle 26 (Reservoir) hat. Das 4/3 Wege-Steuerventil 24 hat zu seiner Ver stellung einen Stellmagneten 27, der ebenfalls an die nicht darge stellte Elektronik angeschlossen ist. Es ist noch zu bemerken, daß das Feder- und Dämpfungsvermögen eines Rad-Reifens zwischen der Masse 18A und der Fahrbahn 17 mit der Bezugszahl 28 dargestellt ist.

Neben den von diesem Abstützsystem zu tragenden statischen Lastan teilen des Aufbaus können von diesem Abstützsystem auch noch ein Teil der dynamischen Lastanteile übernommen werden. Damit wird der Tilger von dynamischen Lastanteilen entlastet.

Der Tilger kann auch teil- oder semiaktive Dämpferelemente umfassen. Insbesondere kann ein Drosselquerschnitt im Arbeitszylinder 19 ver änderbar ausgeführt sein. Schließlich ist es auch möglich, einen der Arbeitsräume mit einem Speichervolumen zu koppeln. Schließlich kann anstelle eines doppeltwirkenden Stellzylinders 19 auch ein einfach wirkender Stellzylinder eingesetzt werden. Zur Ansteuerung ist dann nur ein 3/3-Wege-Steuerventil erforderlich.

Wirkungsweise

Die beiden Stellzylinder 3 und 19 von dem aktiven Abstützsystem 3 bis 16 und von dem aktiven Tilger 18 bis 27 werden im Fahrbetrieb entsprechend einem Kraftgesetz, das in der Elektronik als Regelein richtung realisiert wird, beaufschlagt.

Als Rückführgrößen werden jeweils eine oder mehrere gemessene oder beobachtete Größen verwendet, die den Bewegungzustand vom Rad 1, vom Tilger 18 bis 27 und vom Aufbau 2 kennzeichnen. Diese Größen sind z. B.

- Relativweg oder Relativgeschwindigkeit zwischen Tilger und Rad,
- Relativweg oder Relativgeschwindigkeit zwischen Aufbau und Rad,
- Tilgerkraft oder äquivalente Drücke im zugehörigen Stellzylinder,
- Kraft des Abstützsystems zwischen Aufbau und Rad oder äquiva lente Drücke im zugehörigen Stellzylinder,
- Rad-Vertikalbeschleunigung,
- Aufbau-Vertikalbeschleunigung.

Durch die Verwendung eines aktiven Tilgers 18 bis 27 in Verbindung mit dem aktiven Abstützsystem 3 bis 16 ergibt sich die Möglichkeit innerhalb der bestehenden Systemgrenzen nahezu unabhängig vonein ander beliebige Kraftgesetze zwischen dem Fahrzeugrad 1 und dem Auf bau 2 wirken zu lassen. Auf diese Weise kann die Radmasse 18A weit gehend unabhängig vom Fahrzeug-Aufbau 2 bedämpft werden, da die Dämpfungskräfte für das Fahrzeugrad 1 durch ihre Abstützung an der Tilgermasse 18 generierbar sind. Dadurch können dynamische Radlast schwankungen und damit verbundene Beeinträchtigungen der Fahrsicher heit sowie des Fahrkomforts erheblich reduziert werden. Im Gegensatz zu einer Bauart ohne den aktiven Tilger 18 bis 27 kann die Auslegung der Abstützung zwischen dem Fahrzeug-Aufbau 2 und dem Fahrzeugrad 1 demzufolge stärker komfortorientiert werden.

Zur Realisierung des Kraftgesetzes ist das Abstützsystem hierarchisch in drei Ebenen aufgebaut: Auf der untersten Ebene werden nur Größen zurückgeführt, die den Zu stand der Stellsyteme beschreiben (Stellzylinder des Abstützsystems, Stellzylinder für Tilgermasse) und zur Stabilisierung der Stell systeme dienen. Zurückgeführt werden können

- der Relativweg und auch die Relativgeschwindigkeit zwischen Til ger- und Radmasse,
- der Relativweg und auch die Relativgeschwindigkeit zwischen Auf bau- und Radmasse,
- die Tilgerkraft oder äquivalente Drücke im zugehörigen Stell zylinder,
- die Kraft des Abstützsystems oder äquivalente Drücke im zugehö rigen Stellzylinder.

Diese Größen können entweder gemessen oder mit Hilfe von Schätzfil ter bzw. Beobachtern ermittelt werden.

Auf der mittleren Ebene werden Größen zurückgeführt bzw. aufgeschal tet, die den Zustand des Rades bzw. der Achse beschreiben und in er ster Linie die Dynamik des Rades bzw. der Achse verbessern (z. B. Dämpfung erhöhen, Radlastschwankung verbessern; kann auch zur Ver besserung des Fahrkomforts führen). Dies können sein

- die Rückführung der Rad- bzw. Achsbeschleunigung,
- die Rückführung der Rad- bzw. Achsgeschwindigkeit,
- die Rückführung des Rad- bzw. Achsweges,
- die Aufschaltung des Straßenverlaufes (kann über Kraftmessung am Abstützsystem und Beschleunigungsmessung am Rad bzw. an der Achse geschätzt werden).

Diese Größen können auch hier entweder gemessen oder mit Hilfe von Schätzfilter bzw. Beobachtern ermittelt werden.

Auf der obersten Ebene werden Größen zurückgeführt bzw. aufgeschal tet, die den Zustand des Aufbaus (Karosserie) beschreiben und in er ster Linie die Dynamik der Aufbaus verbessern (z. B. Aufbaudämpfung erhöhen (Skyhook-Dämpfer), um Fahrkomfort zu verbessern; kann auch zur Verbesserung der Fahrsicherheit führen). Dies kann bedeuten

- die Hubgeschwindigkeit und/oder den- weg zurückzuführen,
- die Wank- bzw. Nickwinkelgeschwindigkeit und/oder den -winkel zurückzuführen,
- die Längs- und Querbeschleunigung aufzuschalten, um Bremsnicken und Kurvenneigung zu vermeiden.

Die benötigten Größen können gemessen oder z. B. mit Hilfe von Beschleunigungsmessungen am Aufbau geschätzt werden.

Claims

1. Fahrzeug-Abstützsystem, das zwischen einem Fahrzeugrad und einem Fahrzeugaufbau angeordnet ist und das als aktives (voll- oder teil- oder semiaktives) System ausgebildet ist, dadurch gekennzeich net, daß eine Fahrzeugrad-Masse (18a) gekoppelt ist mit einer Til germasse (18), die Bestandteil eines aktiven Systems (18 bis 27) ist und eine eigene Druckquelle (25) ein eigenes Steuerventil (24) und einen eigenen Stellzylinder (19) aufweist.

2. Fahrzeug-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße der Relativweg oder die Relativ geschwindigkeit zwischen der Tilgermasse (18) und der Fahrzeug rad-Masse (18A) verwendet ist.

3. Fahrzeug-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße der Relativweg oder die Relativ geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeugaufbau (2) und dem Fahrzeugrad (1) verwendet ist.

4. Fahrzeug-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße die Tilgerkraft oder äquivalente Werte im zugehörigen Stellzylinder (19) verwendet ist (sind).

5. Fahrzeugrad-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße die Kraft des Ab stützsystems zwischen Fahrzeugaufbau (2) und Fahrzeugrad (1) oder äquivalente Drücke im zugehörigen Stellzylinder (3) verwendet ist (sind).

6. Fahrzeugrad-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße die Fahrzeugrad-Ver tikalbeschleunigung verwendet ist.

7. Fahrzeugrad-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße die Fahrzeugauf bau-Vertikalbeschleunigung verwendet ist.

8. Fahrzeug-Abstützsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) Bestandteil eines teilak tiven Systems mit zum aktiven Stelleingriff gekoppelten mechanischen oder hydropneumatischen Feder-/Dämpfungselementen ist.

9. Fahrzeug-Abstützsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) Bestandteil eines teil aktiven Systems mit zum aktiven Stelleingriff gekoppelten mechanischen oder hydropneumatischen Federelementen und semiaktiven Dämpfungselemeten ist.

10. Fahrzeug-Abstützsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) Bestandteil eines Systems mit semiaktiven Feder-/Dämpfungselementen ist.