DE4042452C2 - 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 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.

Die DE 39 41 909 A1 (nur relevant gemäß PatG §3 Abs. 2) beschreibt eine bekannte Aufhängungssteuerung, bei der die Ableitung der Querbeschleunigung der Fahrzeugkarosserie überwacht wird, um zwischen einem Einfedern, einem Wanken und einem stetigen Fahrzustand zu unterscheiden und die Aufhängungscharakteristik danach einzustellen.

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.

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 Charakterisstik 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 Mikrocomputer 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.

Gemäß Fig. 4 werden ein differenzierter Wert der Beschleunigung und die Vibrationszyklusperiode der Beschleunigung auf der Basis der Information bzw. des Signals von der Be­ schleunigungsdetektionseinrichtung 2 ermittelt, so daß ein Befehlssignal ausgegeben werden kann, das dem Ergebnis der Entscheidung bzw. Überprüfung entspricht, und zwar an die Änderungseinrichtung 4 für die Dämpfungskraft, an die Änderungseinrichtung 5 für die Federkonstante und an die Änderungseinrichtung 6 für die Torsionssteifigkeit.

Als nächstes wird eine Erläuterung bezüglich des Ablaufs bzw. der Verarbeitung innerhalb der Steuereinrichtung 7 ge­ mäß der Ausführungsform mit Bezug auf die Fig. 4 gegeben.

Als erstes wird beim Schritt S1 ein Signal des Beschleuni­ gungssensors 20 gelesen, dann beim Schritt S2 ein differen­ zierter Wert der Vertikalbeschleunigung an der Grenze eines vorgegebenen Referenzpunktes (± OG), oder anders ausgedrückt eine Änderung der Beschleunigung pro Zeiteinheit, ermit­ telt, und anschließend beim Schritt S3 die Vibrationszy­ klusperiode der Beschleunigung nicht kleiner als ein vorge­ gebener Wert mittels einer vollen Zyklusperiode oder einer halben Zyklusperiode bestimmt.

Beim Schritt S4 wird beurteilt, ob der differenzierte Wert der Beschleunigung nicht kleiner als ein zweiter vorgegebe­ ner Wert erzeugt wird oder nicht. Wenn er erzeugt wird (JA beim Schritt S4) schreitet die Verarbeitung zum Schritt S5 fort. Beim Schritt S5 wird die Dämpfungskraft der Aufhän­ gung auf HART gesetzt und der Zeitgeber zum Beibehalten dieses Zustands wird auf einen vorgegebenen Zeitwert ge­ setzt, um das Zählen zu starten. Wenn sich beim Schritt S4 NEIN ergibt, schreitet die Verarbeitung zum Schritt S6 fort.

Beim Schritt S6 wird beurteilt, ob der Zeitgeber zum Beibe­ halten der höheren Dämpfungskraft in Betrieb ist oder nicht. Wenn er in Betrieb ist (JA beim Schritt S6) schrei­ tet die Verarbeitung zum Schritt S7 fort. Wenn er nicht in Betrieb ist (NEIN beim Schritt S6), schreitet die Verarbei­ tung zum Schritt S11 fort, um dadurch die Dämpfungskraft auf den grundlegenden Wert WEICH zurückzustellen.

Beim Schritt S7 wird beurteilt, ob die Messung der Vibrati­ onszyklusperiode der Beschleunigung abgeschlossen ist und die Bedingungen zum Beibehalten des gegenwärtigen Zustands (HART) erfüllt sind oder nicht. Wenn sie erfüllt sind (JA beim Schritt S7) oder anders ausgedrückt, wenn die Schwingungsfrequenz, die mittels einer vollen Zyklusperiode oder einer halben Zyklusperiode der Schwingung der Beschleunigung nicht kleiner als der erste vorgegebene Wert berechnet wor­ den ist, in der Nähe der Resonanzfrequenz 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 Zeit­ wert zurückgesetzt, um das Zählen fortzusetzen. Wenn sie nicht erfüllt sind (NEIN beim Schritt S7), schreitet die Verarbeitung zum Schritt S9 fort, um zu beurteilen, ob die Messung der Vibrationszyklusperiode der Beschleunigung ab­ geschlossen ist und die Bedingungen zum Ändern von HART auf MEDIUM erfüllt sind oder nicht.

Wenn die Bedingungen zum Ändern von HART auf MEDIUM erfüllt sind (JA beim Schritt S9) oder anders ausgedrückt, wenn die Größe der Beschleunigung ungefähr "medium" bzw. mittelmäßig ist, obwohl die Schwingungsfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz der gefederten Masse ist oder die Schwingungsfrequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz der ungefederten Masse ist, wird beim Schritt S10 die Dämpfungskraft auf MEDIUM umgestellt und ein Zeitgeber zum Beibehalten von MEDIUM wird gesetzt (oder zurückgesetzt). Andererseits wenn NEIN beim Schritt S9 gegeben ist, wird der vorliegende Zustand nicht geändert und die Verarbeitung kehrt zurück.

Wenn beabsichtigt wird, daß beim Schritt S4 beurteilt wird, ob der differenzierte Wert der Beschleunigung nicht kleiner als der zweite vorgegebene Wert ist oder nicht und ob die Beschleunigung nicht kleiner als ein vorgegebener Wert ist oder nicht, ist dies wirksam beim Abklingen eines zu Ende gehenden Stoßes bzw. einer zu Ende gehenden Erschütterung.

In der oben erwähnten Ausführungsform ist ein Beispiel zum Steuern der Dämpfungskraft einer Aufhän­ gung beschrieben, die Federkonstante der Aufhängung und der 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 Ableitung der Vertikalbeschleunigung und die Schwingungsdauer der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus (1) ermittelt und das Steuersignal zur Ansteuerung der Schwingungsdämpfer in Abhängigkeit von der Ableitung der Vertikalbeschleunigung und der Schwingungsdauer der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus (1) erzeugt, wobei die Dämpfung härter eingestellt wird, wenn der Betrag der Ableitung 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.