DE4039629A1 - System zur erzeugung von signalen zur steuerung oder regelung eines steuerbaren oder regelbaren fahrwerkes - Google Patents

System zur erzeugung von signalen zur steuerung oder regelung eines steuerbaren oder regelbaren fahrwerkes

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem System nach Gattung des Hauptan­ spruches.
Zur Verbesserung des Fahrkomforts von Personen- und/oder Nutzkraft­ wagen ist die Ausgestaltung des Fahrwerkes von wesentlicher Bedeu­ tung. Hierzu sind leistungsfähige Federungs- und/oder Dämpfungssysteme als Bestandteile eines Fahrwerkes nötig.
Bei den bisher noch überwiegend benutzten passiven Fahrwerken sind die Federungs- und/oder Dämpfungssysteme, je nach prognostiziertem Gebrauch des Fahrzeuges, beim Einbau entweder tendenziell hart ("sportlich") oder tendenziell weich ("komfortabel") ausgelegt. Eine Einflußnahme auf die Fahrwerkcharakteristik ist während des Fahr­ betriebes bei diesen Systemen nicht möglich.
Bei aktiven Fahrwerken hingegen kann die Charakteristik der Fede­ rungs- und/oder Dämpfungssysteme während des Fahrbetriebes je nach Fahrzustand im Sinne einer Steuerung oder Regelung beeinflußt werden.
Zur Steuerung oder Regelung eines solchen aktiven Fahrwerkes ist zunächst einmal das System - Fahrzeuginsassen/Ladung - Fahr­ zeug - Fahrbahn - zu betrachten. Als Beeinträchtigungen des Fahrkom­ forts werden von den Fahrzeuginsassen bzw. einer stoßempfindlichen Ladung die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus empfunden. Diese Bewe­ gungen des Aufbaus haben im wesentlichen als Ursachen zum einen Anregungen durch Fahrbahnunebenheiten und zum anderen Veränderungen des Fahrzustandes wie Lenken, Bremsen und Beschleunigen.
Man gelangt also durch eine Minimierung der Aufbaubewegungen des Fahrzeuges zu einem hohen Fahrkomfort. Um den Aufbaubewegungen durch ein aktives Federungs- und/oder Dämpfungssystem verringernd ent­ gegenzuwirken können zwei Strategien verfolgt werden.
Zum einen können die Ursachen der Aufbaubewegungen detektiert werden. Das heißt, daß die Fahrbahnunebenheiten erkannt werden, bevor das Fahrzeug diese erreicht. Dies ist beispielsweise in der DE-PS 11 58 385 beschrieben. Weiterhin können als weitere Ursachen Veränderungen des Fahrzustandes wie Lenken, Bremsen und Beschleu­ nigen quasi vor ihrer Wirkung auf den Fahrzeugaufbau erkannt werden, indem man die entsprechenden Stellglieder beobachtet. Beispielsweise können Lenkwinkel und/oder Veränderungen der Drosselklappenstellung detektiert werden, um Lenk- und/oder Beschleunigungsmanöver zu er­ kennen. In diesem Falle kann also eine wirksame Minimierung der Auf­ baubewegungen sozusagen gleichzeitig mit deren Eintreten betätigt werden.
Zum anderen können die Aufbaubewegungen sensiert werden und diesen durch ein aktives Fahrwerk entgegengewirkt werden.
Die Verwirklichung der ersten Strategie ist bezüglich der Sensierung der Fahrbahnunebenheiten nachteilig, da hierzu Sensoren, beispiels­ weise Ultraschallsensoren oder optische Sensoren, benötigt werden, die sehr aufwendig konstruiert sind.
Eine Fahrwerkregelung, die gemäß der zweiten Strategie arbeitet, ist beispielsweise in der DE-OS 37 38 284 beschrieben. Hier werden die Aufbaubewegungen als Aufbaubeschleunigungen gemessen. Nachteilig bei solchen Systemen ist, daß relativ aufwendige und teure Beschleuni­ gungssensoren nötig sind.
In der EP-OS 03 21 078 wird ein System zur Fahrwerkregelung beschrie­ ben, bei dem die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus ohne Beschleuni­ gungssensoren bestimmt werden. Zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau sind jeweils die Federungs- und/oder Dämpfungssysteme ange­ bracht. Es werden nun durch Integration der Signale der Relativ­ bewegungen zwischen dem Aufbau und den Radeinheiten, beispielsweise des Einfederweges, und unter Vernachlässigung der Dämpferkraft die lokalen Aufbaugeschwindigkeiten an den Angriffspunkten der Fede­ rungs- und/oder Dämpfungssysteme am Aufbau bestimmt. Diese lokalen Aufbaubewegungen werden dann zur Steuerung und/oder Regelung des je­ weiligen lokalen Federungs- und/oder Dämpfungssystems im Sinne einer Minimierung dieser lokalen Aufbaugeschwindigkeit herangezogen.
Das in der EP-OS 03 21 078 beschriebene System hat im wesentlichen drei Nachteile.
  • 1. Die Bestimmung der lokalen Aufbaugeschwindigkeiten und deren lokale Minimierung hat zur Folge, daß kollektive Aufbaubewegungen wie Nick-, Wank- und Hubbewegungen weitgehend unberücksichtigt bleiben. Eine gezielte Beeinflussung dieser kollektiven Aufbau­ bewegungen im Sinne ihrer Verringerung sind deswegen nicht möglich.
  • 2. Die Berücksichtigung von Lenk-, Brems- und/oder Beschleunigungs­ manövern des Fahrzeuges, die unmittelbar Wank- und Nickbewegungen des Aufbaus zur Folge haben, ist somit ebenfalls nicht möglich.
  • 3. Sowohl die Integration der Signale der Relativbewegungen zwischen dem Aufbau und den Radeinheiten als auch die Vernachlässigung der Dämpferkraft haben sich zur Bestimmung der lokalen Aufbauge­ schwindigkeit als nicht optimal erwiesen, da im allgemeinen die Dämpferkraft gegenüber der Federkraft nicht zu vernachlässigen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von einem System wie es in der EP-OS 03 21 078 beschrieben ist, ein einfaches und preiswertes System zur Fahrwerkregelung zu entwickeln, ohne die oben genannten Nachteile zu erhalten.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß die kollektiven Aufbaubewegungen, wie Hub- Nick- und Wankbewegungen getrennt voneinander einstellbar sind.
Hierzu werden Signale, die die Relativbewegungen zwischen dem Aufbau und den Radeinheiten repräsentieren, erfaßt und zur Erzeugung von weiteren Signalen herangezogen, die zur Steuerung oder Regelung des Fahrwerkes, insbesondere zur Minimierung der Bewegungen des Fahr­ zeugaufbaus, verwendet werden. Zur Erzeugung dieser weiteren Signale sind Mittel vorgesehen, die aus den Signalen der Relativbewegungen diese weiteren Signale derart erzeugen, daß die kollektiven Aufbau­ bewegungen, wie Hub- Nick- und Wankbewegungen, getrennt voneinander einstellbar sind.
Weiterhin werden erfindungsgemäß die kollektiven Bewegungen des Fahrzeugaufbaus wie Nick-, Hub- und Wankgeschwindigkeit bestimmt, wodurch Beeinflussungen dieser kollektiven Aufbaubewegungen, bei­ spielsweise unter Berücksichtigung vom Fahrzustand des Fahrzeuges wie Bremsen, Beschleunigen und Lenken, im Sinne einer Verringerung möglich ist.
Hierbei wird, im Gegensatz zum Stand der Technik wie er in der EP-OS 03 21 078 beschrieben wird, die Dämpferkraft bei der Bestimmung der kollektiven Aufbaubewegungen nicht vernachlässigt. Wäre die Dämpferkraft gegenüber der Federkraft vernachlässigbar, so wäre auch die Wirkung einer Dämpferregelung zur Minimierung der Fahrzeugauf­ baubewegungen vernachlässigbar. Vielmehr ergibt sich bei der Betrachtung eines Zwei-Körper-Modells bei harmonischer Erregung mit einer Frequenz von 2 Hz für typische Parameterwerte ein Amplituden­ verhältnis von ca. 1,2 zwischen Feder- und Dämpferkraft.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge­ stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein räumliches Fahrzeugmodell, während die Fig. 2 und 3 die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Systems dar­ stellen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In diesem Ausführungsbeispiel soll anhand eines Blockschaltbildes das erfindungsgemäße System zur Steuerung oder Regelung eines Fahr­ werkes aufgezeigt werden. Das Fahrzeug besitzt in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel vier Radeinheiten und zwei Achsen.
Fig. 1 zeigt ein einfaches, räumliches Modell eines längssymme­ trischen, vierrädrigen und zweiachsigen Fahrzeuges. Im folgenden wird mit dem Index i die zugehörige Achse bezeichnet, das heißt, daß mit dem Index i=h die zur hinteren Achse gehörenden Eigenschaften und mit dem Index i=v die zur vorderen Achse gehörenden Eigenschaften be­ schrieben sind. Position 30 stellt Federungs- und Dämpfungssysteme dar, die jeweils aus einer Feder mit der Federkonstanten Ci und einem parallel angeordneten Dämpfer mit der Dämpfungskonstanten di bestehen. Die Räder sind mit Position 31 bezeichnet und werden modellhaft jeweils durch die hintereinander angeordneten Körper mit den Massen Mri und die die Radsteifigkeit repräsentierende Feder mit der Federkonstanten Cri beschrieben. Die Fahrbahn ist mit Position 33 und die Karossierie mit der Masse Mk mit Position 32 markiert. Der Schwerpunkt S des Fahrzeugaufbaus befindet sich im Abstand a von der Vorderachse und im Abstand c von der Hinterachse. b kennzeichnet die halbe Spurweite.
Fig. 2 zeigt in dem Ausführungsbeispiel die wesentlichen Elemente des Systems. Mit Position 1vl, 1vr, 1hl, und 1hr sind Sensoren und mit Position 2 ist in gestrichelter Umrandung eine 1. Filterkombina­ tion von Filtereinheiten 11, 12 und 13 bezeichnet. Position 3 stellt in gestrichelter Umrandung Einheiten zur additiven und/oder multi­ plikativen Beeinflussung dar, wobei mit Position 16 und 17 additive und mit den Positionen 18, 19 und 20 multiplikative Verknüpfungen beschrieben werden. Die Positionen 14 und 15 stellen Filtereinheiten dar. Position 4 zeigt in gestrichelter Umrandung eine 2. Filterkom­ bination von Filtereinheiten 21, 22, 23 und 24 und Position 5 be­ schreibt in gestrichelter Umrandung eine Kombination von Einheiten 25 zur Datenbewertung und Umschaltung der Dämpfungscharakteristik. Die Positionen 6 und 7 markieren Mittel zur Erfassung der Fahrzeug­ quer- und Fahrzeuglängsbeschleunigung und die Position 8 kennzeich­ net eine Filtereinheit zur Differenzierung.
Fig. 3 zeigt die Funktionsweise der Einheiten 25 zur Datenbewertung und Umschaltung der Dämpfungscharakteristik, wobei mit Position 41 eine Datenbereitstellung, mit 42 und 43 Wertevergleiche und mit 44 und 45 Mittel zur Umschaltung der Dämpfungscharakteristik bezeichnet sind. Der Datenbereitstellung 41 werden Sollwerte und/oder die ge­ filterten Sensorsignale der Sensoren 1vl, 1vr, 1hl, 1hr und/oder Signale der Mittel 6 und 7 und/oder Größen, die den Fahrzustand repräsentieren oder beeinflussen wie beispielsweise die Fahrge­ schwindigkeit und/oder die Umgebungstemperatur, zugeführt.
Im folgenden wird die Funktionsweise des in diesem Ausführungsbei­ spiel beschriebenen Systems zur Erzeugung von Signalen zur Steuerung oder Regelung eines aktiven Fahrwerkes anhand der Fig. 1, 2 und 3 er­ läutert.
Je Radeinheit bzw. Federungs- und/oder Dämpfungssystem detektiert je ein Sensor 1vl, 1vr, 1hl oder 1hr die relativen Bewegungen zwischen Rad und Fahrzeugaufbau wie beispielsweise den relativen Einfederweg und/oder die Einfedergeschwindigkeit und/oder damit zusammenhängende Größen wie beispielsweise Druckdifferenzen in den Dämpfungssystemen.
In diesem Ausführungsbeispiel liegen als Ausgangssignale Signale an, die die relativen Einfederwege Xarÿ repräsentieren, wobei der Index i die zugehörige Achse bezeichnet, das heißt, daß mit dem Index i=h die zur hinteren Achse gehörenden Federwege und mit dem Index i=v die zur vorderen Achse gehörenden Federwege bezeichnet und der Index j die zu dem Signal gehörende Fahrzeugseite, das heißt, daß mit j=r die rechte Fahrzeugseite und mit j=l die linke Seite markiert wird, wobei die Blickrichtung von hinten nach vorne gewählt wird. Diese Signale können durch direkte Messungen des Einfederweges und/oder durch Messung der Einfederweggeschwindigkeit und/oder damit zusammenhängende Größen wie beispielsweise Druckdifferenzen in den Dämpfungssystemen erlangt werden. In diesem Ausführungsbeispiel liegen ausgangsseitig an den Sensoren 1ÿ die Signale Xarvl, Xarvr, Xarhl und Xarhr an.
Diese Signale werden der 1. Kombination von Filtereinheiten 2 zuge­ führt, wo diese miteinander verknüpft werden. Diese Verknüpfung geschieht in den Filtereinheiten 11, 12 und 13. Diese wie auch alle anderen Filtereinheiten des Systems können elektronisch digital, z. B. durch Verarbeitung einer die Übertragungseigenschaften repräsentierenden Differenzengleichung in Rechnereinheiten, oder elektronisch analog, z. B. durch Nachbildung einer die Übertragungs­ eigenschaften repräsentierenden Differentialgleichung mit elek­ tronischen Bauelementen realisiert werden.
Die gesamte 1. Filterkombination 2 läßt sich durch ihr Übertragungs­ verhalten charakterisieren. Das Übertragungsverhalten ist in Matrix­ schreibweise wie folgt darzustellen:
wobei
Sv(s)=-(Cv+dv * s)/(Mk * s) und Sh(s)=-(Ch+dh * s)/(Mk * s) und
1/r=(b * Mk)/Iw und 1/p=(a * Mk)/In und 1/q=(c * Mk)/In und
s - die Laplace-Variable
a - der Abstand zwischen Vorderachse und Schwerpunkt der Karosserie,
c - der Abstand zwischen Hinterachse und Schwerpunkt der Karosserie,
b - die halbe Spurweite,
Mk - die Masse der Karosserie,
Iw - das Massenträgheitsmoment bezüglich der Wankachse,
In - das Massenträgheitsmoment bezüglich der Nickachse,
dv - die Dämpfungskonstante der Dämpfer an der Vorderachse,
dh - die Dämpfungskonstante der Dämpfer an der Hinterachse,
Cv - die Steifigkeit der Federn an der Vorderachse und
Ch - die Steifigkeit der Federn an der Hinterachse sind.
In der 1. Filterkombination 2 werden also die Signale der Einfeder­ wege wie folgt beschrieben linear kombiniert.
Die Verknüpfungen untereinander ergeben sich mathematisch formal durch Matrixmultiplikation des vierkomponentigen Vektors (Xarvl,Xarvr,Xarhl,Xarhr) mit der das Übertragungsverhalten charakterisierenden Matrix (1). Die einzelnen Filtereinheiten 11, 12 und 13 können beispielsweise gemäß der Vektor-Matrixmultiplikationsvorschrift als Additionseinheiten wie folgt ausgelegt sein.
FE 12: (Xarvl * Sv/r-Xarvr * Sv/r+Xarhl * Sh/r-Xarhr * Sh/r
FE 13: (Xarvl * Sv/p-Xarvr * Sv/p+Xarhl * Sh/q+Xarhr * Sh/q
Die hieraus hervorgehenden Verknüpfungsergebnisse entsprechen kollektiven Aufbaubewegungen wie der Hub-, Wank- und Nickgeschwin­ digkeiten (zb′, alphab′ und betab′) des Fahrzeugaufbaus infolge An­ regungen durch Bodenunebenheiten. Hierbei sind mit alphab bzw. betab die Verdrehungen des Fahrzeugaufbaus um seine Wank- bzw. Nickachse und mit zb der Hub des Aufbaus bezeichnet. alphab′, betab′ und zb′ sind die jeweiligen ersten zeitlichen Ableitungen der Größen alphab, betab und zb.
Die Verknüpfungsergebnisse (alphab′ und betab′) am Ausgang der 1. Filterkombination 2 geben die wirklich vorliegenden Wank- und Nickgeschwindigkeiten (alpha′ und beta′) nur für den Fall wieder, in dem das Fahrzeug unbeschleunigt geradeausfährt, während die Hubge­ schwindigkeit zb′ unabhängig von dem Beschleunigungszustand des Fahrzeuges ist, das heißt zb′=z′. Finden nun Brems-, Beschleuni­ gungs- und/oder Lenkmanöver statt, so sind die Wank- und Nickge­ schwindigkeiten alphab und betab′ um die Terme
alphaq′=(Ew(s) * aq)/(Iw * s) und betal′=(En(s) * al)/(In * s) (2)
durch die additiven Verknüpfungen 16 und 17 in den Einheiten 3 derart zu ergänzen, daß
alpha′=alphab′+alphaq′ und beta′=betab′+betal′ und zb′=z′ (3)
ist. Dabei sind aq und al die Quer- und Längsbeschleunigung der Fahrzeuges, die in den Mitteln 6 und 7 erfaßt werden. Ew und En sind Übertragungsfunktionen, wobei s die Laplace-Variable darstellt.
Die Größen Ew und En können auf der Grundlage von Reifenmodellen ermittelt werden. In einer einfachen Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Systems besitzen die Größen Ew und En die Form
Ew=h * Mk und En=-h * Mk , (4)
wobei Mk die Masse der Fahrzeugkarosserie und h die Schwerpunktshöhe des Fahrzeuges darstellt.
Die auf diese Art und Weise ergänzten Hub-, Nick- und Wankgeschwin­ digkeiten (alpha′, beta′ und z′), die die wirklichen kollektiven Aufbaubewegungen auch im Falle von Lenk-, Brems- und Beschleuni­ gungsmanövern wiedergeben, werden durch die multiplikativen Ver­ knüpfungen 18, 19 und 20 gewichtet. Dies geschieht durch Multipli­ kationen mit den Größen gh, gw und gn und kann getrennt voneinander erfolgen. Darüber hinaus kann die Wichtung der Aufbaubewegungen auch additiv erfolgen.
Es ist vorteilhaft, die Werte gh, gw und gn abhängig von Größen zu wählen, die den Fahrzustand repräsentieren und/oder beeinflussen wie die Fahrgeschwindigkeit, Brems- Lenk- und/oder Beschleunigungsma­ növer des Fahrzeuges und/oder die Umgebungstemperatur.
Während die Signale der Quer- und/oder Längsbeschleunigung aq und/oder al am Eingang der Filtereinheiten 14 und 15 anstehen, liegen die Signale alphaq′ und betal′ ausgangsseitig an den Filtereinheiten 14 und 15 an, deren Übertragungsverhalten gemäß den Gleichungen (2) mit
Ew(s)/(Iw * s) für die Filtereinheit 14 und
En(s)/(In * s) für die Filtereinheit 15
beschrieben werden kann.
Gemäß den obigen Ausführungen zur Gleichung (3) können in einer ein­ fachen Version des erfindungsgemäßen Systems die Einheiten 14 und 15 als einfache multiplikative Verknüpfungen gemäß der Gleichung (3) ausgelegt sein.
Die Signale, die die Querbeschleunigung aq und die Längsbeschleu­ nigung al des Fahrzeuges repräsentieren werden in den Mitteln 6 und 7 erfaßt. Dies kann beispielsweise durch geeignete Beschleunigungs­ sensoren geschehen.
Vorteilhaft ist es jedoch, die Signale der Querbeschleunigung aq des Fahrzeuges aus den Signalen eines Lenkwinkelsensors zu benutzen, besonders dann, wenn diese Signale beispielsweise auch zu einer Ser­ volenkungssteuerung oder -regelung verwendet werden.
Desweiteren ist es vorteilhaft, die Signale der Längsbeschleunigung al des Fahrzeuges aus den Signalen von Raddrehzahlsensoren zu er­ mitteln, die beispielsweise auch in einem Anti-Blockier-System ver­ wendet werden.
Zusammenfassend ist zu den Beeinflussungen in den Einheiten 3 zu sagen, daß hier zum einen die wirklich vorliegenden Nick- und Wank­ geschwindigkeiten aus den Relativwegsignalen zwischen Aufbau und Radeinheiten sowie aus den Signalen, die die Querbeschleunigung aq und die Längsbeschleunigung al des Fahrzeuges repräsentieren, rekon­ struiert werden und zum anderen eine gezielte Beeinflussung der wirklich vorliegenden Aufbaubewegungen möglich ist, um beispiels­ weise eine bestimmte Bewegung besonders in der anschließenden Daten­ auswertung und Umschaltung der Dämpfungscharakteristik hervorzuheben bzw. zu dämpfen.
Bei einer einfach ausgelegten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems können die Einheiten (3) zur Beeinflussung umgangen werden. Hierbei werden dann lediglich die kollektiven Aufbaubewegungen, die durch Bodenunebenheiten verursacht werden, zur Beruhigung der Auf­ baubewegungen herangezogen.
Die gewichteten kollektiven Aufbaugeschwindigkeiten werden nun in der 2. Filterkombination 4 einer weiteren Verarbeitung unterzogen. Die gesamte 2. Filterkombination 4 läßt sich durch ihr Übertragungs­ verhalten in Matrixschreibweise wie folgt charakterisieren
wobei (siehe Fig. 1)
a - der Abstand Vorderachse und Schwerpunkt S der Karosserie,
c - der Abstand Hinterachse und Schwerpunkt S der Karosserie und
b - die halbe Spurweite ist.
In der 2. Filterkombination 4 werden also die Signale der gewich­ teten Aufbaubewegungen wie folgt beschrieben linear kombiniert.
Die Verknüpfungen untereinander ergeben sich mathematisch formal durch Matrixmultiplikation des dreikomponentigen Vektors (gh * z′, gw * alpha′, gn * beta′) mit der das Übertragungsverhalten charakterisierenden Matrix (5). Die einzelnen Filtereinheiten 21, 22, 23 und 24 können beispielsweise gemäß der Vektor-Matrixmulti­ plikationsvorschrift als Additions- bzw. Subtraktionseinheiten wie folgt ausgelegt sein.
Filtereinheit 21: gh * z′+gw * alpha′ * b-gn * beta′ * a
Filtereinheit 22: gh * z′-gw * alpha′ * b-gn * beta′ * a
Filtereinheit 23: gh * z′+gw * alpha′ * b+gn * beta′ * c
Filtereinheit 24: gh * z′-gw * alpha′ * b+gn * beta′ * c
Als Ergebnisse dieser Linearkombination liegen die gewichteten Eck­ geschwindigkeiten X′agvl, X′agvr, X′aghl und X′aghr am Ausgang der 2. Filterkombinationen 4 an. Hierbei sind die gewichteten Eckge­ schwindigkeiten die gewichteten Aufbaugeschwindigkeiten an den Stellen des Fahrzeugaufbaus, wo die verstellbaren Dämpfer am Aufbau angreifen.
Die so erhaltenen gewichteten Eckgeschwindigkeiten werden der Kom­ bination von Einheiten 5 zur Datenbewertung und Umstellung der Dämpfungscharakteristik zugeführt, wo deren Beträge ihrer Größe nach analysiert werden und Verstellungen des jeweiligen verstellbaren Dämpfungssystems je nach Größe des Betrages der gewichteten Eckge­ schwindigkeiten vorgenommen werden.
Die Funktionsweise der Einheiten 25 zur Datenbewertung und Umschal­ tung der Dämpfungscharakteristik ist in Fig. 3 aufgezeigt. Durch die Datenbereitstellung 41 werden Sollwerte Sÿ und/oder die gefilterten Sensorsignale der Sensoren 1ÿ und/oder die Ausgangssignale der Mittel 6 und 7 und/oder Größen, die den Fahrzustand repräsentieren oder beeinflussen wie beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit und/oder die Umgebungstemperatur, eingelesen. Die jeweilige gewich­ tete Eckgeschwindigkeit Xagÿ′ wird in dem Wertevergleich 42 mit einem Sollwert Sÿ verglichen. Dieser Sollwert kann einen konstanten Wert für das jeweilige Dämpfungssystems einnehmen und/oder abhängig von Größen sein, die den Fahrzustand repräsentieren oder beein­ flussen wie beispielsweise die Querbeschleunigung aq, die Längsbeschleunigung al, die Fahrgeschwindigkeit und/oder die Umgebungstemperatur.
Ist der Betrag der gewichteten Eckgeschwindigkeit |xagÿ′| kleiner als der zugehörige Sollwert Sÿ, so liegt ausgangsseitig des Werte­ vergleiches 42 das Signal N an. In diesem Falle wird keine Umschal­ tung der Dämpfungscharakteristik getätigt.
Ist der Betrag der gewichteten Eckgeschwindigkeit |xagÿ′| größer als der zugehörige Sollwert Sÿ, so liegt ausgangsseitig des Werte­ vergleiches 42 das Signal Y an. In diesem Falle wird in dem Werte­ vergleich 43 das Vorzeichen des Produktes Xagÿ′*Xarÿ′ der gewich­ teten Eckgeschwindigkeiten Xagÿ′ mit der zugehörigen Einfederge­ schwindigkeit Xarÿ′ analysiert.
Die Einfedergeschwindigkeit Xarÿ′ erhält man am Ausgang der Filter­ einheit 8, durch deren differenzierende Charakteristik die Einfeder­ wege Xarÿ der Sensoren 1ÿ differenziert werden.
Ist dies Produkt Xagÿ′*Xarÿ′ größer als Null, so liegt am Ausgang des Wertevergleiches 42 das Signale Y an, ist es kleiner als Null liegt das Signal N an.
Das Signal Y am Ausgang des Wertevergleiches 43 wird den Mitteln zur Umschaltung der Dämpfungscharakteristik 44 zugeführt, wo eine Um­ schaltung auf eine härtere Dämpfungscharakteristik des jeweiligen Dämpfungssystems vorgenommen wird.
Das Signal N am Ausgang des Wertevergleiches 43 wird den Mitteln zur Umschaltung der Dämpfungscharakteristik 45 zugeführt, wo eine Um­ schaltung auf eine weichere Dämpfungscharakteristik des jeweiligen Dämpfungssystems vorgenommen wird.
Eine Weiterbildung der oben als Ausführungsbeispiel beschriebenen Anordnung der Einheiten 25 zur Datenbewertung und Umschaltung der Dämpfungscharakteristik kann darin bestehen, die Beträge der gewich­ teten Eckgeschwindigkeiten Xagÿ′ mit mehreren zugehörigen Sollwer­ ten S1ÿ, S2ÿ, S3ÿ... zu vergleichen. Dies kann vorteilhaft in mehreren Wertevergleichen 42/1, 42/2, 42/3... geschehen. Abhängig von dem so erhaltenen detaillierteren Betragswert von |xagÿ′| können so bestimmte Dämpfungscharakteristiken des jeweiligen Dämp­ fungssystems eingestellt werden, während bei der als Ausführungsbei­ spiel beschriebene Anordnung (Fig. 3) nur die nächst härtere bzw. weichere Stufe angesteuert wird.
Eine besonders einfache Ausführung des erfindungsgemäßen Systems ist die zweistufige Auslegung der Dämpfungssysteme, wobei eine harte und eine weiche Fahrwerkcharakteristik vorliegt. In diesem Falle werden in den Mitteln zur Umschaltung der Dämpfungscharakteristik 44 bzw. 45 die Stufen "Hart" bzw. "Weich" eingestellt.
Die Funktionsweise jeder Einheit zur Datenbewertung und Umschaltung der Dämpfungscharakteristik kann wie folgt beschrieben zusammenge­ faßt werden.
  • 1. Die Beträge der gewichteten Eckgeschwindigkeiten werden ihrer Größe nach analysiert und Verstellungen des jeweiligen ver­ stellbaren Dämpfungssystems werden je nach Größe des Betrages der gewichteten Eckgeschwindigkeiten vorgenommen.
  • 2. Eine Verstellung auf eine härtere Dämpfungscharakteristik wird getätigt, wenn die Richtungen der zugehörigen gewichteten Eck­ geschwindigkeiten und der zugehörigen relativen Einfederge­ schwindigkeiten gleich sind.
  • 3. Eine Verstellung auf eine weichere Dämpfungscharakteristik wird getätigt, wenn die Richtungen der zugehörigen gewichteten Eckgeschwindigkeiten und der zugehörigen relativen Einfederge­ schwindigkeiten entgegengesetzt sind.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Verstellungen der Dämpfungs­ charakteristika der Dämpfungssysteme die jeweiligen Eckgeschwindig­ keiten des Fahrzeugaufbaus vermindernd beeinflussen. Hierdurch wird eine Minimierung der Bewegungen des Aufbaus erreicht. Durch die Wichtung der Hub-, Nick- und/oder Wankbewegungen wird eine gezielte Beeinflussung dieser Bewegungen ermöglicht.
Besonders deutlich wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Systems gegenüber dem Stand der Technik, wie er aus der EP-OS 03 21 078 bekannt ist, wenn man folgendes in Betracht zieht: Die in der EP-OS 03 21 078 beschriebene Bestimmung der lokalen Auf­ baugeschwindigkeiten und deren lokale Minimierung hat zur Folge, daß bei einer Veränderung eines einzigen der Relativbewegungssignale (Xarvl, Xarvr, Xarhl, Xarhr), beispielsweise bei Überfahren einer Fahrbahnerhöhung mit dem hinteren rechten Rad, nur dasjenige Fede­ rungs- und/oder Dämpfungssystem im Sinne einer Verringerung des Auf­ baus angesteuert wird, das zu dieser Radeinheit, die die Fahrbahnun­ ebenheit überfährt, gehört. Dies ist dadurch begründet, daß bei diesem Beispiel das Signal (Xarhr), das die Relativbewegung zwischen dem hinteren rechten Rad und Aufbau repräsentiert, verändert wird, während die restlichen Relativbewegungssignale weitgehend unver­ ändert bleiben.
Demgegenüber werden bei Verwendung des erfindungsgemäßen Systems in dem oben genannten Beispiel, das heißt ein sich veränderndes Rela­ tivbewegungssignal (Xarhr), die kollektiven Aufbaubewegungen wie Nick-, Wank- und Hubbewegungen ermittelt. Da zur Beeinflussung dieser kollektiven Aufbaubewegungen die Ansteuerung von mindestens zwei Federungs- und/oder Dämpfungssystemen erforderlich ist, ver­ ändern sich bei dem erfindungsgemäßen System auch mindestens zwei der entsprechenden Ansteuersignale.

Claims (17)

1. System zur Erzeugung von Signalen zur Steuerung oder Regelung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahr­ werkes eines Personen- und/oder Nutzkraftwagens mit wenigstens zwei Radeinheiten, wobei
  • - Signale (Xarvl, Xarvr, Xarhl, Xarhr) erfaßt werden, die die rela­ tiven Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges repräsentieren, und
  • - diese Signale zur Erzeugung von weiteren Signalen herangezogen werden, und
  • - die weiteren Signale zur Steuerung oder Regelung des Fahrwer­ kes, insbesondere zur Minimierung der Bewegungen des Fahrzeug­ aufbaus, herangezogen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mittels derer aus den Signalen (Xarvl, Xarvr, Xarhl, Xarhr) die weiteren Signale derart erzeugt werden, daß die kollektiven Aufbaubewegungen, wie Hub- Nick- und Wankbewegun­ gen, getrennt voneinander einstellbar sind.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Darstellung der kollektiven Aufbaubewegungen, wie Hub- Nick- und Wankbewegungen, vorgesehen sind und Mittel, die diese kollektiven Aufbaubewegungen getrennt voneinander im Sinne einer Minimierung beeinflussen.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - zur Steuerung oder Regelung des Fahrwerkes Federungs- und/oder Dämpfungssysteme, die in ihren Federungs- und/oder Dämpfungs­ eigenschaften verstellbar sind, jeweils zwischen einer Radeinheit und dem Aufbau des Fahrzeuges angebracht sind und
  • - pro Federungs- und/oder Dämpfungssystem durch jeweils einen Sen­ sor (1ÿ) die relativen Bewegungen zwischen Rad und Aufbau des Fahrzeuges, beispielsweise der relative Einfederweg und/oder die Einfedergeschwindigkeit, und/oder damit zusammenhängende Größen detektiert werden und
  • - die Signale (Xarvl, Xarvr, Xarhl, Xarhr) der Sensoren (1ÿ) in 1. Filtereinheiten (2) untereinander verknüpft werden und
  • - wenigstens zwei der Verknüpfungsergebnisse (zb′, alphab′, betab′) der 1. Filtereinheiten (2) , die kollektive Aufbaubewegungen bei bestimmten Fahrzuständen des Fahrzeuges repräsentieren, in Ein­ heiten (3) zur Beeinflussung unter Berücksichtigung weiterer, den Fahrzustand repräsentierender und/oder beeinflussender Größen, wie Lenk-, Brems- und Beschleunigungsmanöver, additiv und/oder multiplikativ beeinflußt werden und
  • - die beeinflußten oder, unter Umgehung der Einheiten (3), unbeein­ flußten Verknüpfungsergebnisse in 2. Filtereinheiten (4) unter­ einander verknüpft werden und
  • - die ausgangsseitig der 2. Filtereinheiten anliegenden Verknüp­ fungsergebnisse zu einer an sich bekannten Steuerung oder Rege­ lung des Fahrwerkes, insbesondere zur Minimierung der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus, herangezogen werden.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erlangung der Verknüpfungsergebnisse in den 1. Filtereinheiten (2) die Dämpferkräfte berücksichtigt werden.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dämpfungseigenschaften der verstellbaren Dämp­ fungssysteme wenigstens zweistufig verstellbar sind, das heißt die zu steuernden/regelnden Dämpfungssysteme wenigstens zwei Dämpfungs­ charakteristika, beispielsweise eine harte und eine weiche, aufwei­ sen.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den Einheiten (3) zur Beeinflussung die additive und/oder multiplikative Beeinflussung der Verknüpfungsergebnisse (zb′, alphab′, betab′) der 1. Filtereinheiten (2) durch additive und/oder multiplikative Verknüpfungen der Signale (zb′, alphab′, betab′) mit Signalen, die die Längs- und/oder Querbeschleunigung al und aq und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges repräsentie­ ren, geschieht.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signale, die die Längs- und/oder Querbeschleuni­ gung al und aq des Fahrzeuges repräsentieren, durch die Mittel 6 und 7 erlangt werden, indem zur Erlangung der Signale, die die Querbe­ schleunigung repräsentieren, Signale eines Lenkwinkelsensors, die beispielsweise auch zu einer Servolenkungssteuerung oder -regelung herangezogen werden, ermittelt werden und/oder zur Erlangung der Signale, die die Längsbeschleunigung repräsentieren, Signale von Raddrehzahlsensoren, die beispielsweise auch zu einem Anti-Blockier-System verwendet werden, herangezogen werden.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erlangung der Signale, die die Längs- und/oder Querbeschleunigung al und aq des Fahrzeuges repräsentieren, Signale von Beschleunigungssensoren herangezogen werden.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Falle eines zweiachsigen und vierrädrigen Fahr­ zeuges, bei dem als Sensorsignale die relativen Einfederwege zwischen den Rädern und dem Fahrzeugaufbau Xarvl, Xarvr, Xarhl und Xarhr gemessen werden, diese vier Sensorsignale durch eine Linear­ kombination in 1. Filtereinheiten (2) untereinander verknüpft werden und die 1. Filtereinheiten (2) die Übertragungsfunktion in Matrixschreibweise aufweist, mit
Sv(s)=-(Cv+dv * s)/(Mk * s) und Sh(s)=-(Ch+dh * s)/(Mk * s) und
1/r=(b * Mk)/Iw und 1/p=(a * Mk)/In und 1/q=(c * Mk)/Inwobeis - die Laplace-Variable
a - der Abstand zwischen Vorderachse und Schwerpunkt der Karosserie,
c - der Abstand zwischen Hinterachse und Schwerpunkt der Karosserie,
b - die halbe Spurweite,
Mk - die Masse der Karosserie,
Iw - das Massenträgheitsmoment bezüglich der Wankachse,
In - das Massenträgheitsmoment bezüglich der Nickachse,
dv - die Dämpfungskonstante der Dämpfer an der Vorderachse,
dh - die Dämpfungskonstante der Dämpfer an der Hinterachse,
Cv - die Steifigkeit der Federn an der Vorderachse und
Ch - die Steifigkeit der Federn an der Hinterachseist und als Verknüpfungsergebnisse zb′, alphab′ und betab′ kollek­ tive Bewegungen des Aufbaus infolge Anregungen durch Fahrbahnuneben­ heiten wie Hub-(zb′), Wank-(alphab′) und/oder Nickgeschwindigkeiten (betab′) des Fahrzeugaufbaus bestimmt werden.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beeinflussungen durch additive Verknüpfungen der Verknüpfungsergebnisse (zb′, alphab′, betab′), die ausgangsseitig der Einheiten (2) anliegen, derart geschehen, daß das die Wankge­ schwindigkeit infolge Bodenunebenheiten repräsentierende Verknüp­ fungsergebnis (alphab′) durch Additionen des Signals (alphaq′) und das die Nickgeschwindigkeit infolge Bodenunebenheiten repräsentie­ rende Verknüpfungsergebnis (betab′) durch Additionen des Signals (betal′) beeinflußt wird, wobei die Signale (alphaq′) und (betab als Ausgangssignale an Filtereinheiten (14) und (15) anliegen, und in den Filtereinheiten (14) und (15) die Eingangssignale (aq und al), die die Längs- und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeuges repräsentieren, verarbeitet werden und die Filtereinheiten (14) und (15) die Übertragungseigenschaften (Ew(s)/(Iw * s) (Eingangssignal aq, Ausgangssignal alphaq′) und (En(s))/(In * s) (Eingangssignal al, Aus­ gangssignal betal′) aufweisen, wobei s die Laplace-Variable ist und Ew(s) und En(s) Funktionen sind, die auf der Grundlage von Reifen­ modellen zu ermitteln sind oder beispielsweise in einer einfachen Form durch Ew(s)=h*Mk und En(s)=-h*Mk gegeben sind. Dabei stehen In bzw. Iw für die Massenträgheitsmomente bzgl. der Nick- und der Wank­ achse, Mk für die Masse der Karosserie und h für die Schwerpunkts­ höhe.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die multiplikativen Verknüpfungen in den Einheiten (3) durch Faktoren gh, gw und gn im Sinne von Wichtungen geschieht, die konstant oder abhängig von Größen sind, die den Fahrzustand repräsentieren oder beeinflussen.
12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in den Einheiten (3) beeinflußten Verknüpfungser­ gebnisse (alpha′, beta′, z′) oder die, unter Umgehung der Einheiten (3), unbeeinflußten Verknüpfungsergebnisse (alphab′, betab′, zb′) in 2. Filtereinheiten (4) durch eine Linearkombination in 2. Filterein­ heiten (4) untereinander verknüpft werden und die 2. Filtereinheiten (4) die Übertragungsfunktion in Matrixschreibweise aufweist, wobeia - der Abstand zwischen Vorderachse und Schwerpunkt der Karosserie,
c - der Abstand zwischen Hinterachse und Schwerpunkt der Karosserie und
b - die halbe Spurweite ist unddie Ergebnisse dieser Verknüpfungen gewichtete Eckgeschwindigkeiten X′agvl, X′agvr, X′aghl und X′aghr repräsentieren, und zwar an den Stellen des Fahrzeugaufbaus, wo die verstellbaren Dämpfungssysteme am Aufbau angreifen.
13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gewichteten Eckgeschwindigkeiten in den Einheiten (5) zur Datenbewertung und Umschaltung der Dämpfungscharakteristik so bearbeitet werden, daß
  • 1. die Beträge der gewichteten Eckgeschwindigkeiten ihrer Größe nach analysiert werden und Verstellungen des jeweiligen ver­ stellbaren Dämpfungssystems je nach Größe des Betrages der ge­ wichteten Eckgeschwindigkeiten vorgenommen werden und
  • 2. eine Verstellung auf eine härtere Dämpfungscharakteristik getä­ tigt wird, wenn die Richtungen der zugehörigen Eckgeschwindig­ keiten und der zugehörigen relativen Einfedergeschwindigkeiten gleich sind und
  • 3. eine Verstellung auf eine weichere Dämpfungscharakteristik ge­ tätigt wird, wenn die Richtungen der zugehörigen Eckgeschwin­ digkeiten und des zugehörigen relativen Einfedergeschwindig­ keiten entgegengesetzt sind,
wobei die relativen Einfedergeschwindigkeiten durch Filtereinheiten (8) mit differenzierenden Übertragungsverhalten aus den Einfeder­ wegen der Sensoren 1ÿ ermittelt werden.
14. System zur Erzeugung von Signalen zur Steuerung oder Regelung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahr­ werkes eines Personen- und/oder Nutzkraftwagens mit wenigstens zwei Radeinheiten, wobei
  • - Signale (Xarvl, Xarvr, Xarhl, Xarhr) erfaßt werden, die die relativen Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges repräsentieren, und
  • - diese Signale zur Erzeugung von weiteren Signalen herangezogen werden, und
  • - die weiteren Signale zur Steuerung oder Regelung des Fahrwer­ kes, insbesondere zur Minimierung der Bewegungen des Fahrzeug­ aufbaus, herangezogen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, so daß die weiteren Signale derart zur Steuerung oder Regelung des Fahrwerkes herangezogen werden, daß bei einer Veränderung eines einzigen der Signale (Xarvl, Xarvr, Xarhl, Xarhr) sich wenigstens zwei der weiteren Signale ändern.
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