DE4042520C2 - Steuervorrichtung für Schwingungsdämpfer - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum
Einstellen der Schwingungsdämpfer (Stoßdämpfer) eines Fahrzeugaufhängungssystems,
um die Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer
zu steuern, die zwischen dem Fahrgestell und jedem Rad eines
Fahrzeugs vorgesehen sind.
Aus der DE 36 40 152 A1 ist eine Radaufhängung für ein Fahrzeug
mit einem frequenzabhängigen Dämpfer zur Dämpfung von Schwingungen
des Fahrzeugaufbaus im Bereich der Aufbauresonanzfrequenz
sowie mit Mitteln im Bereich der Radresonanzfrequenz bekannt,
wobei der bekannte Dämpfer einen Frequenzgang der Dämpfung
mit starker Dämpfung im Bereich bis zu einer etwas über der
Aufbauresonanzfrequenz und ab einer etwas unter der Radresonanzfrequenz
liegenden Frequenz sowie einen dazwischen liegenden
Bereich schwacher Dämpfung besitzt. Ein Sensor für die Relativgeschwindigkeit
und/oder den Relativweg zwischen Rad und
Aufbau ist vorgesehen. Dem Sensor nachgeschaltete Einrichtungen
sorgen für einen im wesentlichen nahe beim Wert Null liegenden
Phasengang der Dämpfung im interessierenden Frequenzbereich.
In der US 4,789,935 wird ein bekannter Aufhängungs-Controller
beschrieben, der eine Vielzahl von Steuerabschnitten und Steuereinrichtungen
hat, wobei eine Prioritätsreihenfolge für die
Aufhängungs-Steuerungen angewendet wird, wenn zwei oder mehr
unterschiedliche Aufhängungs-Steuerungen gleichzeitig von den
Steuerabschnitten angesteuert werden, um die Aufhängungscharakteristik
gemäß den Fahrbahnbedingungen und den Fahrbedingungen
des Fahrzeugs einstellen zu können. Der Aufhängungs-Controller
enthält eine Präferenzlogik zum Ändern der Aufhängungscharakteristik
auf einen härteren Zustand, um die Schwingungen und Vibrationen
des Fahrzeugaufbaus zu vermindern, damit eine höhere
Stabilität und ein besserer Fahrtkomfort erreicht werden kann.
Allgemein sind diese zuvor beschriebenen, bekannten Steuervorrichtungen
und andere
entwickelt worden, um die Dämpfungskraft eines Stoßdämpfers
(Schwingungsdämpfers), der zwischen dem Chassis und dem Rad eines
Fahrzeuges vorgesehen ist, entsprechend den Laufbedingungen bzw. Zuständen
des Rades bzw. des Fahrzeuges, wie z. B. die Fahrzeuglage oder den
Straßenoberflächenzustand, zu steuern.
Bezüglich der Fahrzeuglage wird z. B. in der US 4,789,935 eine
Steuervorrichtung vorgeschlagen, die die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers auf
hart einstellt, wenn z. B. das Fahrzeug schnell anfährt, schnell abbremst, oder im
Slalom bzw. eine Kurve fährt, um dadurch das Auftreten von Nick-, Tauch- oder
Wankbewegungen bzw. ein zu starkes Einfedern des Fahrzeuges zu beschränken.
Bezüglich des Straßenoberflächenzustands gilt, daß dann, wenn das
Fahrzeug auf einer guten Straßenoberfläche fährt, die Dämpfungskraft des
Stoßdämpfers weich eingestellt wird, und ein verbessertes, bequemes Fahren zu
ermöglichen. Wenn andererseits auf einer schlechten Straße gefahren wird, wird
die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers medium eingestellt, um einen verbesserten
Kontakt mit der Straße (grounding efficiency) zu ermöglichen.
Bei dem bekannten Steuerverfahren wird ein vager und problematischer
Schätz- bzw. Beurteilungswert, wie z. B. für bequemes Fahren oder für die
Lenkstabilität, mit einem konstanten Schwellenwert verglichen und die
Dämpfungskraft des Stoßdämpfers danach eingestellt. Als Ergebnis muß die
Priorität bzw. der Vorrang jedes Schätzfaktors entschieden werden, was bezüglich
der Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit ineffizient ist. Außerdem gibt es keine
Vorrichtung, die den Oberflächenzustand einer Straße genau genug beurteilen
kann, auf der das Fahrzeug fährt, um die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers
einzustellen.
Des weiteren, wenn alle erfaßten Werte des Laufzustands bzw. des
Fahrzustands des Fahrzeugs kleiner sind als ein vorgegebener Wert, ist es
erforderlich, schnell zu der Dämpfungskraft in dem ursprünglich gewünschten und
spezifizierten Bereich zurückzukehren bzw. diese Dämpfungskraft wieder
herzustellen.
Um die obenstehenden Probleme zu lösen und insbesondere eine
Steuervorrichtung für einen Stoßdämpfer anzugeben, die fein, genau und
empfindlich die Dämpfungskraft steuern kann, die sanft bzw. glatt zur spezifizierten
Dämpfungskraft zurückkehrt, wenn eine Steuerung nicht erforderlich ist, und die
genau den Zustand der Straßenoberfläche beurteilen und genau die
Dämpfungskraft steuern kann, wurde die Steuervorrichtung nach der EP 0 385 723 A2
(Stand der Technik gemäß PatG § 3(2)) entwickelt. Diese Steuervorrichtung
umfaßt einen Sensor zum Erfassen des Fahrzustands des Fahrzeugs, eine
Schlußfolgerungseinheit (fuzzy inference unit) zur Anwendung einer sogenannten
Fuzzysteuerung (fuzzy rules) für ein vorgegebenes, bequemes Fahren, die
Lenkstabilität und den Fahrbahnkontakt, um mit dem Regelalgorithmus (fuzzy
inference) auf der Basis der erfaßten Fahrzustandsgrößen die erforderliche
Dämpfungskraft zu bestimmen, und eine Steuereinheit zum Steuern bzw. Regeln
der Dämpfungskraft des Stoßdämpfers, und zwar entsprechend einem
Ausgangssignal der Schlußfolgerungseinheit. Wenn alle erfaßten Werte des
Fahrzustands des Fahrzeugs nicht höher sind als entsprechend vorgegebene
Werte, beeinflußt der Regelalgorithmus die Dämpfungskraft so, daß der
Stoßdämpfer zu der spezifizierten Dämpfungskraft zurückkehrt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die
obenstehende Steuervorrichtung zu verbessern, wobei insbesondere der
Straßenzustand berücksichtigt werden soll.
Diese Aufgabe wird durch die Steuervorrichtung nach Patentanspruch 1
zum Einstellen der Schwingungsdämpfer eines Fahrzeugaufhängungssystems
gelöst, die die folgenden Merkmale aufweist:
- - ein Beschleunigungssensor erfaßt die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeug-Aufbaus und erzeugt ein Ausgangssignal, das der Vertikalbeschleunigung zugeordnet ist,
- - eine Vielzahl von Filtern die jeweils unterschiedlich spezifizierten Frequenzkomponenten des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors durchlassen, wobei ein zweiter Filter Frequenzkomponenten im sogenannten menschlichen Resonanzbereich durchläßt und zum Beispiel ein erster Filter eine Frequenzkomponente im Bereich der Aufbauresonanz durchläßt und zum Beispiel ein dritter Filter eine Frequenzkomponente im Bereich der Radresonanz durchläßt,
- - ein Prozessor enthält erste Membership-Functions (MBF) zur Ermittlung des Degree of Membership (DOM) der von den Filtern zugeführten Frequenzkomponenten des Ausgangssignal als Fuzzy-Variablen zu diesen ersten MBFs,
- - der Prozessor enthält weitere MBFs in Form von nach Lage und Gestalt zu Grenzkriterien definierten Flächen, die je einem Bereich der Dämpfungskraft bzw. Dämpfungswirkung zugeordnet sind,
- - der Prozessor ordnet jeder ersten MBF eine der weiteren MBFs fest zu und ermittelt aus den über die ersten MBFs bestimmten DOM-Werten diesen zuzuordnende (Teil-)Flächen der weiteren MBFs und überlagert diese lagerichtig zu den jeweiligen Grenzkriterien zu einer Gesamtfläche,
- - der Prozessor bestimmt die Lage des Flächenschwerpunktes der Gesamtfläche zu den Grenzkriterien und ordnet dieser eindeutig einen Einstellwert für die Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer zu, der über eine Einstellvorrichtung 17 zu deren Verstellung verwendet wird.
Unter dem "menschlichen Resonanzbereich" ist ein
Frequenzbereich der Vertikalbeschleunigung zu verstehen, in dem
der Mensch bzw. sein Beschleunigungssinn beim Fahren besonders
empfindlich reagiert und z. B. seine Aufmerksamkeit, sein
Befinden oder seine Gesundheit beeinträchtigt werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gegeben,
daß der erste Filter Frequenzkomponenten im Bereich von 1-2 Hz des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors durchläßt,
daß der zweite Filter Frequenzkomponenten in einem Bereich von ungefähr 4 Hz des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors durchläßt und/oder
daß der dritte Filter Frequenzkomponenten in einem Bereich von 10-20 Hz des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors durchläßt.
daß der erste Filter Frequenzkomponenten im Bereich von 1-2 Hz des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors durchläßt,
daß der zweite Filter Frequenzkomponenten in einem Bereich von ungefähr 4 Hz des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors durchläßt und/oder
daß der dritte Filter Frequenzkomponenten in einem Bereich von 10-20 Hz des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors durchläßt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gegeben,
daß eine Einheit für eine optionale Eingabe bzw. eine Selektionseinrichtung zum Zuführen eines Signals zu dem Prozessor vorgesehen ist, wobei das Signal einer vom Fahrer des Fahrzeugs gewünschten Dämpfungskraft zugeordnet ist und der Prozessor einen Einstellwert an die Einstellvorrichtung ausgibt, der der gewünschten Dämpfungskraft zugeordnet ist, und/oder
daß der Prozessor einen Einstellwert für die Dämpfungskraft in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Filter und des Signals von der Einheit für die optionale Eingabe ermittelt.
daß eine Einheit für eine optionale Eingabe bzw. eine Selektionseinrichtung zum Zuführen eines Signals zu dem Prozessor vorgesehen ist, wobei das Signal einer vom Fahrer des Fahrzeugs gewünschten Dämpfungskraft zugeordnet ist und der Prozessor einen Einstellwert an die Einstellvorrichtung ausgibt, der der gewünschten Dämpfungskraft zugeordnet ist, und/oder
daß der Prozessor einen Einstellwert für die Dämpfungskraft in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Filter und des Signals von der Einheit für die optionale Eingabe ermittelt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Weitere Vorteile
und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung
sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen
zu entnehmen. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
der Steuervorrichtung des Stoßdämpfers (Schwingungsdämpfers) gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 eine Frequenzcharakteristik der Vertikalbeschleunigung
eines Fahrzeugaufbaus entsprechend des
Straßenzustands;
Fig. 3 eine Regel zum Bestimmen des Straßenzustands;
Fig. 4 einen Kurvenverlauf der MBFs (Membership-Functions) bezüglich
der Aufbau-Resonanz;
Fig. 5 einen Kurvenverlauf der MBFs bezüglich
der menschlichen Resonanz;
Fig. 6 einen Kurvenverlauf der MBFs bezüglich
der Dämpfungskraft;
Fig. 7 einen Kurvenverlauf der MBFs bezüglich
eines Eingangs, der von einem Benutzer gewünscht wird, und
Fig. 8 (8(a) bis 8(e)) eine Darstellung der Schlußfolgerung (Inference).
Fig. 1 zeigt einen Vertikalbeschleunigungssensor 11 für den
Fahrzeugaufbau, welcher analog ist und die Vertikalbeschleunigung
des Fahrzeugs detektiert. Das Signal, das der
Beschleunigungssensor 11 erzeugt, wird an drei Digitalfilter
12, 13 und 14 ausgegeben. Der erste Digitalfilter 12
läßt nur Frequenzkomponenten von 1-2 Hz des Ausgangssignals des
Beschleunigungssensors 11 durch. Der zweite Digitalfilter
13 läßt nur die Frequenzkomponente von ungefähr 4 Hz von
den Ausgangssignalen des Beschleunigungssensors 11 durch.
Der dritte Digitalfilter 14 läßt nur die Frequenzkomponenten
von 10-20 Hz des Beschleunigungssensors 11
durch. Das Ausgangssignal jedes Filters 12, 13, 14 wird der
Schlußfolgerungseinheit 16 (Prozessor als Fuzzy-Inference-Einheit) zugeführt. Die Schlußfolgerungseinheit
16 bestimmt eine optimale Dämpfungskraft mittels
der Schlußfolgerung (Fuzzy-Inference) auf der Basis dieser Signale und gibt
diese an eine Dämpfungskraftsteuereinheit 17 (Einstellvorrichtung) aus, die die
Dämpfungskraft des Stoßdämpfers entsprechend dem Ausgang
von der Schlußfolgerungseinheit 16 steuert. Mit dem
Bezugszeichen 15 ist eine optionale Eingabeeinheit zum
Eingeben der Wahl eines Benutzers bezüglich der Dämpfungskraft
des Stoßdämpfers bezeichnet. Wenn ein gewünschtes Signal
von der optionale Eingabeeinheit 15 eingegeben wird,
führt die Schlußfolgerungseinheit 16 die Schlußfolgerung
entsprechend dem gewünschten Signal durch.
Als nächstes wird eine Erläuterung des Betriebs der Steuervorrichtung
des Stoßdämpfers der Erfindung gegeben. Die
Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugaufbaus wird von dem Beschleunigungssensor
11 detektiert. Der Detektionsausgang
des Beschleunigungssensors 11 ist bezüglich der Frequenzcharakteristik
unterschiedlich, und zwar aufgrund der befahrenen
Oberfläche, wie in Fig. 2 gezeigt wird, die, wenn
die Straßenoberfläche gut ist, eine Frequenzcharakteristik
hat, wie es mit a bezeichnet ist, wenn sie gewellt ist,
durch b gegeben ist, und wenn sie schlecht ist, durch c
gegeben ist. Es ist bekannt, daß entsprechend des
Straßenoberflächenzustands im Resonanzbereich des Aufbaus
die Frequenzkomponente von 1-2 Hz ansteigt, bei
der menschlichen Resonanz (in einem Frequenzbereich um 4 Hz reagiert der
Mensch besonders empfindlich) die Frequenzkomponente von 4-8
Hz ansteigt, und bei der Resonanz der Räder,
die Frequenzkomponente von 10-20 Hz ansteigt. Dementsprechend
wird die Frequenzdurchlaßcharakteristik jedes der
Filter 12, 13 und 14, wie obenerwähnt, festgelegt, um zu
ermöglichen, daß der Straßenoberflächenzustand, der bestimmt
werden soll, auf der Basis der Ausgänge der Filter
12, 13 oder 14 bestimmt werden kann, wobei die Ausgänge der
Filter 12, 13 und 14 und der Ausgang der optionalen
Eingabeeinheit 15 der Schlußfolgerungseinheit 16 zugeführt
werden, in der eine optimale Dämpfungskraft durch die
Schlußfolgerung (Fuzzy-Inference) bestimmt wird.
Die Schlußfolgerung (Fuzzy-Inference) wird in Übereinstimmung mit den folgenden
Regeln (Fuzzy-Control-Rules) durchgeführt: Bei der
Regel 1, wenn die Aufbau-Resonanz größer als ein vorgegebener Wert ist
und die menschliche Resonanz größer als ein vorgegebener Wert ist, wird die schlechte
Straße in Fig. 2(c) bestimmt, um die Dämpfungskraft auf MEDIUM
einzustellen. Bei der Regel 2, wenn die Aufbau-Resonanz
größer als ein vorgegebener Wert ist und die menschliche Resonanz
kleiner als ein vorgegebener Wert ist, wird die gewellte Straße (in Fig. 2(b)) bestimmte,
um die Dämpfungskraft auf HART einzustellen. Bei
der Regel 3, wenn die Aufbau-Resonanz kleiner
als ein vorgegebener Wert ist und die menschliche Resonanz größer als ein vorgegebener Wert ist, wird die
gute Straße (in Fig. 2(c)) bestimmt, um die Dämpfungskraft
auf WEICH einzustellen. Die Regeln für den Straßenoberflächenzustand
können bestimmt werden, wie es in Fig. 3 gezeigt
wird. Bei der Regel 4, wenn der Benutzer HART
wünscht, wird die Dämpfungskraft ebenfalls auf HART eingestellt,
und wenn der Benutzer WEICH wünscht, wird die Dämpfungskraft
auf WEICH eingestellt. Wenn die Straße kiesig
ist, ist die Rad-Resonanz bestimmend,
und wenn die Amplitude der Rad-Resonanz
einem Schwellenwert entspricht oder größer als dieser ist
und eine vorgegebene Zeit oder länger andauert, wird die
Dämpfungskraft bei MEDIUM mittels der Nicht-Fuzzy-Regel angehalten.
Als nächstes wird eine Erläuterung bezüglich der Schlußfolgerung
gegeben. Die MBFs der Aufbau-Resonanz,
der menschlichen Resonanz, der Dämpfungskraft
und des gewünschten Eingangs werden in den Fig. 4, 5,
6 und 7 jeweils gezeigt, die im vorhinein in der Schlußfolgerungseinheit
16 festgelegt werden, und Istwerte (Fuzzy-Variable) der
Aufbau-Resonanz, der menschlichen Resonanz,
der Rad-Resonanz und die Wahl des Benutzers
werden von den Filtern 12, 13 und 14 und der optionalen
Eingabeeinheit 15 der Schlußfolgerungseinheit 16 zugeführt.
Wie in den Fig. 8(a) bis 8(d) gezeigt wird,
wird ein Schnittpunkt ( DOM = Degree of Membershib) der MBF entsprechend dem
Eingangswert (Fuzzy-Variable) erhalten, so daß bei der MBF der
Dämpfungskraft die in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen
Fuzzy-Regel ausgewählt wird ein Teil (Fläche oder Teilfläche) der
entsprechend des Schnittpunktes
herausgeschnitten wird. Wie in der Fig. 8(e) gezeigt wird,
hängt die Dämpfungskraft von dem Mittelpunkt der logischen
Summe der ausgeschnittenen Anteile ab. Das Signal der Dämpfungskraft
des vorgegebenen HART, MEDIUM oder WEICH wird
der Dämpfungskraftsteuereinheit 17 in Fig. 7 zugeführt wodurch
die Dämpfungskraft des Stoßdämpfers entsprechend dem
Signal gesteuert wird.
Zudem sind selbstverständlich andere Beispiele des Schlußfolgerungsverfahrens,
z. B. addiert mit einem Ausgang des
Filters 14, denkbar. Fig. 8 zeigt nur ein Beispiel für die
Schlußfolgerung.
Claims (8)
1. Steuervorrichtung zum Einstellen der Schwingungsdämpfer
eines Fahrzeug-Aufhängungssystems
mit folgenden Merkmalen
- - ein Beschleunigungssensor (11) erfaßt die Vertikalbeschleunigung des Fahrzeug-Aufbaus und erzeugt ein Ausgangssignal, das der Vertikalbeschleunigung zugeordnet ist,
- - eine Vielzahl von Filtern (12; 13; 14), die jeweils unterschiedlich spezifizierte Frequenzkomponenten des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors (11) durchlassen, wobei ein zweiter Filter (13) Frequenzkomponenten im sogenannten menschlichen Resonanzbereich durchläßt und zum Beispiel ein erster Filter (12) eine Frequenzkomponente im Bereich der Aufbauresonanz durchläßt und zum Beispiel ein dritter Filter 14 eine Frequenzkomponente im Bereich der Radresonanz durchläßt,
- - ein Prozessor (16) enthält erste Membership-Functions (MBF) zur Ermittlung des Degree of Membership (DOM) der von den Filtern (12; 13; 14) zugeführten Frequenzkomponenten des Ausgangssignal als Fuzzy-Variablen zu diesen ersten MBFs,
- - der Prozessor enthält weitere MBFs in Form von nach Lage und Gestalt zu Grenzkriterien definierten Flächen, die je einem Bereich der Dämpfungskraft bzw. Dämpfungswirkung zugeordnet sind,
- - der Prozessor ordnet jeder ersten MBF eine der weiteren MBFs fest zu und ermittelt aus den über die ersten MBFs bestimmten DOM-Werten diesen zuzuordnende (Teil-)Flächen der weiteren MBFs und überlagert diese lagerichtig zu den jeweiligen Grenzkriterien zu einer Gesamtfläche,
- - der Prozessor bestimmt die Lage des Flächenschwerpunktes der Gesamtfläche zu den Grenzkriterien und ordnet dieser eindeutig einen Einstellwert für die Dämpfungskraft der Schwingungsdämpfer zu, der über eine Einstellvorrichtung (17) zu deren Verstellung verwendet wird.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Filter (12) Frequenzkomponenten im
Bereich von 1-2 Hz des Ausgangssignals des Beschleunigungssensors
(11) durchläßt.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Filter (13) Frequenzkomponenten in
einem Bereich von ungefähr 4 Hz des Ausgangssignals des
Beschleunigungssensors (11) durchläßt.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der dritte Filter (14) Frequenzkomponenten
in einem Bereich von 10-20 Hz des Ausgangssignals des
Beschleunigungssensors (11) durchläßt.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungssensors
(11) analog arbeitet.
6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder der Filter digital arbeitet.
7. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einheit (15) für eine optionale Eingabe bzw.
eine Selektionseinrichtung zum Zuführen eines Signals
zu dem Prozessor (16) vorgesehen ist, wobei das Signal
einer vom Fahrer des Fahrzeugs gewünschten Dämpfungskraft
zugeordnet ist und der Prozessor (16) einen Einstellwert
an die Einstellvorrichtung (17) ausgibt, der
der gewünschten Dämpfungskraft zugeordnet ist.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Prozessor (16) einen Einstellwert für die
Dämpfungskraft in Abhängigkeit der Ausgangssignale der
Filter (12; 13; 14) und des Signals von der Einheit
(15) für die optionale Eingabe ermittelt.
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