DE4042453C2 - 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 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 Schwingungszustandes 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 vorliegenden 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 einer Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, bei dem die einzelnen Einrichtungen in einem Fahrzeug befestigt sind, wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird, um die Dämpfungskraft einer Aufhängung umzuschalten;

Fig. 3 ein Blockdiagramm, das den Aufbau und das Zusammenspiel der Einrichtungen nach Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, das den Ablauf einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine Fahrzeugkörper 1 (Fahrzeugaufbau) mit einer Beschleunigungsdetektionseinrichtung 2 zum Detektieren der Vertikalbeschleunigung, der Lateralbeschleunigung 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 jedem Rad 3a bzw. 3b und dem Fahrzeugkörper 1 ist eine Aufhängung als Trageinheit angeordnet. Zwischen den Rädern 3a und 3b ist ein Stabilisator angeordnet. Eine Dämpfungskraft (Dämpfung) der Aufhängung kann zwischen drei Stellungen bzw. Abstufungen gemäß HART, MEDIUM, WEICH mittels einer Änderungseinrichtung 4 für die Dämpfungskraft als Umschalteinrichtung umgeschaltet bzw. umgestellt werden. Eine Federkonstante der Aufhängung wird in drei Abstufungen gemäß HART, gemäß MEDIUM und WEICH mittels einer Änderungseinrichtung 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 Torsionssteifigkeit als Umschalteinrichtung umgestellt. Die Änderungseinrichtung 4 für die Dämpfungskraft, 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 den Betrag bzw. den Wert der Beschleunigung und die Dauer der Beschleunigung nicht kleiner als ein vorgegebener Wert, und zwar in Abhängigkeit eines Signals von der Beschleunigungsdetektionseinrichtung 2, wobei sie an jede Änderungseinrichtung 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 Mikrocomputer aufweist, Ausgänge bzw. Ausgangssignale eines Lenksensors 11 zum Detektieren des Lenkzustands einer Haltestange (handle), eines Geschwindigkeitssensors 12 zum Detektieren der Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Beschleunigungssensors 13 zum Detektieren des Betriebs bezüglich einer Beschleunigung und einer Verzögerung des Fahrzeugkörpers 1, eines Bremsschalters 14 zum Detektieren des Bremsbetriebs, eines Beschleunigungssensors 20 als Beschleunigungsdetektionseinrichtung zum Detektieren der Vertikalbeschleunigung des Fahrzugkörpers 1 und eines Auswahlschalters 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 Vertikalbeschleunigung verwendet einen Beschleunigungsaufnehmer, der z. B. aus einem piezoelektrischen Teil, einem Sensor vom Differentialwandlertyp oder einem Beschleunigungssensor vom Typ eines Halbleiterdehnungsmeßstreifens für ein Personenfahrzeug bestehen kann, und gibt kontinuierlich die Verkalbeschleunigung in Form einer analogen Spannung in Abhängigkeit vom Ausgangswert während der Null-Beschleunigung aus. Der Ausgang des Beschleunigungssensors 20 wird analog/digital-gewandelt und danach der Steuereinrichtung 7 zugeführt, und der Signalwert und die Änderungszeit dieses Ausgangssignals werden ermittelt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Beschleunigungssensor 20 im Schwerpunkt des Fahrzeugkörpers 1 befestigt, dessen Befestigungsposition 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.

Eine Ausführungsform der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung basiert vom Aufbau her im wesentlichen auf den Fig. 1, 2 und 3. Bei der Ausführungsform werden ein differenzierter Wert der Beschleunigung und die Dauer der Beschleunigung nicht kleiner als ein vorgegebener Wert auf der Basis der Information bzw. des Signals von der Beschleunigungsdetektionseinrichtung 2 entschieden, 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 Steuervorrichtung 7 gemäß der Ausführungsform mit Bezug auf die Fig. 4 gegeben.

Als erstes wird beim Schritt S1 ein Signal des Beschleunigungssensors 20 gelesen, dann beim Schritt S2 ein differenzierter Wert der Vertikalbeschleunigung an der Grenze eines vorgegebenen Referenzpunktes (± OG), oder anders ausgedrückt eine Änderung der Beschleunigung pro Zeitein­ heit, ermittelt, und anschließend die Dauer der Beschleunigung nicht kleiner als ein vorgegebener Wert mittels eines Zeitgebers gezählt bzw. bestimmt.

Beim Schritt S4 wird beurteilt, ob der differenzierte Wert der Beschleunigung nicht kleiner als ein zweiter vorgegebener 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 Aufhängung auf MEDIUM gesetzt und der Zeitgeber zum Beibehalten dieses Zustands wird auf einen vorgegebenen Zeitwert gesetzt, 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 Beibehalten der 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), schreitet die Verarbeitung zum Schritt S11 fort, um dadurch die Dämpfungskraft auf den grundlegenden Wert WEICH zurückzustellen.

Beim Schritt S7 wird beurteilt, ob die Messung der Dauer der Beschleunigung nicht kleiner als der erste vorgegebene Wert abgeschlossen ist und die Bedingungen für das Anheben des gegenwärtigen Zustands (MEDIUM) auf HART erfüllt sind oder nicht. Wenn sie erfüllt sind (JA beim Schritt S7), oder anders ausgedrückt, wenn die gemessene Dauer in der Nähe der halben Zyklusperiode der Vibration (Schwingung) der Resonanz des Fahrzeugkörpers ist, wird beim Schritt S8 der gegenwärtige Zustand von MEDIUM auf HART geändert bzw. umgestellt und ein Zeitgeber zum Beibehalten von HART wird auf einen vorgegebenen Zeitwert gesetzt, um das Zählen zu starten. Wenn sie nicht erfüllt sind (NEIN beim Schritt S7), schreitet die Verarbeitung zum Schritt S9 fort, um zu beurteilen, ob die Messung der Dauer der Beschleunigung nicht kleiner als der erste vorgegebene Wert abgeschlossen ist und die Bedingungen zum Beibehalten von MEDIUM erfüllt sind oder nicht.

Wenn die Bedingungen zum Beibehalten von MEDIUM erfüllt sind (JA beim Schritt S9), oder anders ausgedrückt, wenn ein vorgegebener Wert der Vibration der Vertikalbeschleunigung ungefähr MEDIUM ist oder die Dauer der Vibration in der Nähe der halben Zyklusperiode der Resonanz der ungefederten Masse des Fahrzeugkörpers 1 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 ist als ein vorgegebener Wert 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 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 Abstufung 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 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 für eine vorgegeben Zeit härter eingestellt wird, wenn der Betrag der Ableitung 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 halbe Schwingungsdauer der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus liegt.

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