DE4107090A1 - System zur erzeugung von signalen zur steuerung oder regelung eines in seinen bewegungsablaeufen steuerbaren oder regelbaren fahrwerkes - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach Gattung des Haupt­ anspruchs.

Wesentlich für die Ausgestaltung des Fahrwerkes eines Kraftfahr­ zeuges ist ein leistungsfähiges Federungs- und/oder Dämpfungssystem. Hierbei ist zum einen der Fahrsicherheit Rechnung zu tragen und zum anderen ist es erstrebenswert, den Insassen und einer stoßempfind­ lichen Zuladung des Fahrzeuges einen möglichst hohen Reisekomfort zu ermöglichen. Dies sind aus der Sicht des Federungs- und/oder Dämpfungssystems sich widerstrebende Zielsetzungen. Ein hoher Reise­ komfort ist durch eine möglichst weiche Fahrwerkeinstellung zu erreichen, während hinsichtlich einer hohen Fahrsicherheit eine möglichst harte Fahrwerkeinstellung erwünscht ist.

Um diesen Zielkonflikt zu lösen, geht man von dem bisher noch über­ wiegend benutzten passiven über zu regelbaren (aktiven) Fahrwerken. Ein passives Fahrwerk wird, 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 Fahrbetriebes bei diesen Systemen nicht möglich. Bei aktiven Fahrwerken hingegen kann die Charakteristik des Federungs- und/oder Dämpfungssystems während des Fahrbetriebes je nach Fahrzustand beeinflußt werden.

In der DE-OS 38 27 737 wird der oben genannte Zielkonflikt zwischen Fahrsicherheit und Fahrkomfort dadurch gelöst, daß ein aktives oder schaltbares Fahrwerk bei sich ändernden Betriebsbedingungen, zum Beispiel sich ändernde Fahrbahnbeschaffenheit, unter Veränderung des Fahrkomforts so angesteuert wird, daß die Fahrsicherheit stets ge­ währleistet ist. Als Bewertungskriterium für die Fahrsicherheit wird der Effektivwert der Radlastschwankungen während des Fahrbetriebes herangezogen. Unter der Radlastschwankung versteht man die Abwei­ chung der Radlast (Normalkraft zwischen Reifen und Fahrbahn) von ihrem statischen Wert. Die Radlastschwankung (wie auch die Radlast selbst) ist aber einer direkten Messung nur sehr schwer zugänglich, da Meßwertaufnehmer zwischen dem Rad bzw. dem Reifen und der Fahr­ bahn angebracht werden müßten. Die Messung des Federweges ist dage­ gen relativ einfach und kostengünstig zu realisieren. Als Federweg bezeichnet man die Relativverschiebung des Fahrzeugaufbaus relativ um Rad. In der DE-OS 38 27 737 wird der Federweg als Ersatzgröße für die Radlastschwankung gemessen. Aus diesen Meßwerten werden der gleitende Effektivwert und der gleitende Mittelwert für die Ersatz­ größe sowie deren Differenz gebildet. Nachdem diese Differenz mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen worden ist, wird bei Über­ schreitung des Sollwertes ein elektrisches Anzeige- und/oder Steuer­ signal zur Steuerung/Regelung des Fahrwerkes abgegeben.

Aufgabe des vorliegenden erfindungsgemäßen Systems ist es, ausgehend von Signalen, die die Relativbewegungen zwischen Fahrzeugaufbau und den Rädern repräsentieren, auf Grund differenzierter Bewertungs­ kriterien Ansteuersignale für ein verstellbares Fahrwerk zu erzeu­ gen, um die Fahrsicherheit gegebenenfalls wirkungsvoll zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteil der Erfindung

Durch das erfindungsgemäße System wird, ausgehend von Signalen, die die relativen Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges repräsentieren, auf die Radlastschwankungen geschlos­ sen.

Weiterhin werden mögliche Änderungen der Radlastschwankungen als Funktion einer möglichen Änderung der Fahrwerkcharakteristik vor­ ausberechnet, woraufhin durch Abfrage gewisser Kriterien bestimmt wird, ob eine für die Fahrsicherheit kritische Situation vorliegt und ob im Falle einer für die Fahrsicherheit kritischen Situation zur Minimierung der Radlastschwankungen die Fahrwerkcharakteristik zu verstellen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen System wird also nicht nur eine Ersatz­ größe für die Radlastschwankung bestimmt, sondern die Radlastschwan­ kung selbst zur Steuerung/Regelung des Fahrwerkes herangezogen. Darüber hinaus wird die Änderung der Radlastschwankung infolge einer Modifikation der Fahrwerkabstimmung berücksichtigt. Man gelangt so­ mit zu einer differenzierteren Entscheidung, ob eine Änderung der Fahrwerkcharakteristik dem Ziel der Optimierung der Fahrsicherheit bei gleichzeitigem bestmöglichen Komfort gerecht wird. Hierbei ist die erfindungsgemäße Einrichtung derart konzipiert, daß der Fahr­ sicherheit eine höhere Priorität eingeräumt wird als dem Fahrkom­ fort. Durch die differenziertere Entscheidung bezüglich der Modifi­ kation der Fahrwerkabstimmung werden weitaus weniger Schaltimpulse dem regelbaren Federungs- und/oder Dämpfungssystem zugeführt. Dies erhöht zum einen die Lebensdauer des Systems und verbessert zum anderen die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort, da nur dann eine andere Charakteristik eingestellt wird, wenn dies zur Erhöhung der Fahrsicherheit beiträgt bzw. unbedingt nötig ist.

Zeichnung

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

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In diesem Ausführungsbeispiel soll an Hand eines Blockschaltbildes die erfindungsgemäße Einrichtung für ein Federungs- und/oder Dämpfungssystem aufgezeigt werden.

Fig. 1 zeigt in dem Ausführungsbeispiel das Steuerungs/Regelungs­ system für eine Radeinheit. Mit Position 1 ist der Fahrzeugaufbau mit der anteiligen Masse Ma bezeichnet. Position 2 stellt das Rad mit der anteiligen Radmasse Mr und Position 5 eine Feder mit der Federkonstanten Cr dar. Die Fahrbahn ist mit Position 4 bezeichnet. Ein Dämpfer 3 mit der Dämpfungskonstanten d stellt mit einer paral­ lel angeordneten Feder 6 (Federkonstante C) das zu steuernde/regelnde Fahrwerk dar. Der Dämpfer 3 und/oder die Feder 6 sind regelbar ausgelegt. Als Position 7 ist ein Meßwertaufnehmer für die Einfeder­ bewegungen bezeichnet, Position 8 stellt Mittel zur Werteermittlung dar. Position 9 steht für Mittel zur Bewertung der Werte und als Posi­ tion 10 ist eine Endstufe bezeichnet. Den Mitteln 9 zur Bewertung der Werte werden Größen Pgr, k, V, Al, Aq, T, N1, N2, Tr . . . zuge­ führt.

Die Positionen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 in der Fig. 1 zeigen ein Zwei-Körper-Modell für eine Radeinheit. Das Rad ist in Kontakt mit der Fahrbahn 4. Hierbei ist die Reifensteifigkeit als Feder 5 mit der Federkonstanten Cr modellhaft beschrieben. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel wird der Dämpfer 3 als regelbar angenommen, während die Eigenschaften der Feder 6 durch einen konstanten Wert C be­ schrieben werden. Daß auch die Feder 6 regelbar ausgelegt sein kann, wird in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie angedeutet. Die Kombina­ tion der Feder 6 und des bezüglich seiner Dämpfungseigenschaft regelbaren Dämpfers 3 steht also hier für das zu steuernde/regelnde Federungs- und/oder Dämpfungssystem einer Radeinheit. Mit Xa bzw. Xr ist die Verschiebung des Fahrzeugaufbaus bzw. die Verschiebung des Rades bezeichnet, und zwar die Verschiebung aus der Gleichgewichts­ lage bei Stillstand des Fahrzeuges (im unbeladenen Zustand). Mit Xe werden die Bodenunebenheiten beschrieben. Der Meßwertaufnehmer 7 detektiert die Einfederbewegungen der Radeinheit. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel wird als Meßgröße der Federweg Xa-Xr angenommen, allerdings könnte ebenso die Relativgeschwindigkeit Xa′-Xr′ oder die Relativbeschleunigung Xa′′-Xr′′ gemessen werden. Hierbei bedeuten die Striche neben den Symbolen Zeitableitungen. Das Signal der Ein­ federbewegungen wird Mitteln 8 zur Werteermittelung zugeführt. Als Ausgangssignale liegen an der mit Position 8 bezeichneten Einheit die Radlastschwankungen P und deren Empfindlichkeit P′ an. Diese Größen werden in der Beschreibung der Fig. 2 weiter unten genauer erläutert. In den Mitteln 9 zur Bewertung der Werte werden die Größen P und P′ verknüpft und untereinander und/oder mit einzulesen­ den Größen verglichen und die Ergebnisse der Vergleiche Zähleinhei­ ten zugeführt. Den Mitteln 9 zur Bewertung der Werte werden des weiteren Fahrwerkabstimmungsparameter wie Pgr, k, Fahrzustandsgrößen wie Fahrgeschwindigkeit V, Fahrzeuglängs- und -querbeschleunigung Al und Aq, Umgebungstemperatur T, Zählerabstimmungsparameter wie Soll­ werte N1 und N2, "Reset"-Zeit Tr, . . . zugeführt. Als Ausgangssignal der Einheit 9 wird ein Steuersignal der Endstufe 10 zugeleitet, wo die Umschaltung der Federungs- und/oder Dämpfungscharakteristik des zu steuernden/regelnden Federungs- und/oder Dämpfungssystem durch eine entsprechende Stellgliedansteuerung veranlaßt wird. In den Fig. 2 und 3 soll die Arbeitsweise der Mittel 8 zur Werte­ ermittelung und der Mittel 9 zur Bewertung der Werte näher aufge­ zeigt werden. Mit den Positionen 211, 311, 212 und 312 sind elek­ tronische Filtereinheiten und/oder Rechnereinheiten bezeichnet. Multipliziereinheiten sind mit den Positionen 214, 314, 215 und 315 markiert, während Eingabeeinheiten für einzulesende Parameter mit den Positionen 213 und 313 bezeichnet sind. Diskriminatoren be­ schreiben die Positionen 216, 316, 217, 317, 218 und 318. Mit 219, 319, 220 und 320 sind Mittel zur Bereitstellung von Zählsignalen ausgewiesen. Die Positionen 221, 321, 222 und 322 stellen Zählein­ heiten dar, während mit den Positionen 223 und 323 Addiereinheiten und mit den Positionen 224, 324, 225 und 325 Diskriminatoren be­ zeichnet werden. Die Ausgabeeinheiten 226, 326, 227 und 327 erzeugen Steuersignale, die an die Endstufe 10 (Fig. 1) weitergeleitet werden. Die Positionen 228 und 328 stellen eine Einheit zur Be­ stimmung des nächsten Berechnungszyklus dar.

Im Rahmen der Beschreibung der Fig. 2 und 3 soll nun auf die Ein­ heiten 8 und 9 der Fig. 1 und auf den physikalischen Hintergrund der erfindungsgemäßen Einrichtung eingegangen werden. Als Radlast­ schwankung P bezeichnet man die Abweichung der Radlast (Normalkraft zwischen Reifen und Fahrbahn) von ihrem statischen Wert. Während diese und etwa auch der Reifeneinfederweg, der unmittelbar mit der Radlastschwankung zusammenhängt, einer Messung nur sehr schwer zu­ gänglich ist, kann beispielsweise der Einfederweg Xa-Xr mit relativ einfach und somit preiswert zu realisierenden Meßwertaufnehmern detektiert werden. Bei Fahrzeugen mit einer Niveauregulierung kann gegebenenfalls ein schon vorhandener Meßwertaufnehmer zur Federwegbe­ stimmung benutzt werden. An Hand des oben angesprochenen Zwei-Kör­ per-Modells kann man ableiten, daß die gesuchte Größe P mit der Ein­ federbewegung in folgendem Zusammenhang steht:

P = -[(1 + Mr/Ma)*C + (1 + Mr/Ma)*d*s + Mr*s²] * Xar (1)

wobei s die Laplace-Variable ist. Mit Xar ist der sogenannte "ent­ mittelte" Federweg bezeichnet, der aus der Meßgröße Xa-Xr durch Sub­ traktion ihres laufenden Mittelwertes

zu

entsteht. Hierbei ist Tm ein Abstimmungsparameter und t der aktuelle Zeitpunkt. Durch diese "Entmittelung" des Federweges Xa-Xr wird so­ wohl der Einfluß einer Beladung des Fahrzeuges, das heißt eine Än­ derung des statischen Federweges, als auch der Einfluß unsymme­ trischer (bezüglich Druck- und Zugbereich) Feder- und/oder Dämpfer­ kennlinien (Änderung des mittleren dynamischen Federweges) auf die Berechnung der Radlastschwankung eliminiert.

Weiterhin gelangt man durch das oben erwähnte Zwei-Körper-Modell zu der Beziehung

P′ = ∂P/∂d = -[(Ma*Cr*s³)/D(s)] * Xar (4)

zwischen der Empfindlichkeit P′ (bezüglich der Dämpfungskonstan­ ten d) und dem "entmittelten" Einfederweg Xar mit der Abkürzung

D(s) = C*Cr + Cr*d*s + (C*Mr + (C + Cr)*Ma)*s² + (Ma + Mr)*d*s³ + Ma*Mr*s⁴ (5)

Dieser Wert P′ ist ein Maß für die Änderung der Radlastschwankung P, wenn die Dämpfungskonstante d des zu steuernden/regelnden Dämpfungs­ systems modifiziert wird. Insbesondere gibt das Vorzeichen von P′ eine Information, ob die Radlastschwankung P bei einer Änderung der Dämpfungskonstanten d des zu steuernden/regelnden Dämpfungssystems vergrößert oder verkleinert wird. Da die Optimierung der Fahrsicher­ heit mit der Minimalisierung der Größe |P| einhergeht, ist die Aus­ sage (4) über die Empfindlichkeit P′ der Größe P ein wichtiges Ent­ scheidungskriterium bezüglich einer Steuerung/Regelung eines Dämpfungs­ systems. Im allgemeinen Fall ist die Empfindlichkeit P′ defi­ niert als die Ableitung der Radlastschwankung P nach einem "charak­ teristischen" Fahrwerkparameter. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Parameterwerte unterschiedliche Fahrwerkab­ stimmungen beschreiben. Bei einem zu steuernden/regelnden Federungs­ system könnte dieser Parameter beispielsweise die physikalische Be­ deutung einer Federsteifigkeit besitzen. In diesem Falle ist die Empfindlichkeit P′ (bezüglich der Federsteifigkeit C)

P′ = ∂P/∂C = -[(Ma*Cr*s²)/D(s)] * Xar (6)

wobei D(s) auch hier durch die Gleichung (5) gegeben ist.

Die Werte der Modellparameter (Ma, Mr, C, Cr und d) sind entweder bekannt oder können für ein bestimmtes Fahrzeug, dessen Fahrwerk zu steuern/regeln ist, beispielsweise durch Parameteridentifikations­ verfahren ermittelt werden.

Am Eingang der Mittel 8 zur Wertebestimmung bzw. der elektronischen Filtereinheiten und/oder Rechnereinheiten 11 und 12 liegen die Signale des "entmittelten" Federweges Xar an. Die Berechnung des laufenden Mittelwertes gemäß der Gleichung (2) sowie seine Subtrak­ tion von der Meßgröße Xa-Xr nach Gleichung (3) kann beispielsweise in der Auswerteelektronik des Meßwertaufnehmers 7 erfolgen.

Die Einheiten 11 und 12 können elektronisch digital, z. B. durch Verarbeitung einer die Übertragungseigenschaften (Gleichung 1, 4 bzw. 6) repräsentierenden Differenzengleichung in Rechnereinheiten, oder elektronisch analog, z. B. durch Nachbildung einer die Über­ tragungseigenschaften (Gleichung 1, 4 bzw. 6) repräsentierenden Differentialgleichung mit elektronischen Bauelementen realisiert sein.

Verwendet man an Stelle eines Federwegsensors einen Meßaufnehmer, der die Relativgeschwindigkeit Xa′-Xr′ beziehungsweise die Relativbe­ schleunigung Xa′′-Xr′′ erfaßt, so sind in den Formeln (1), (4) und (6) auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens die Ausdrücke in den eckigen Klammern durch die Laplace-Variable s (im Falle der Er­ fassung der Relativgeschwindigkeit Xa′-Xr′) und s² (im Falle der Erfassung der Relativbeschleunigung Xa′′-Xr′′) zu dividieren. Die "Entmittelung" der Meßgrößen Xa′-Xr′ beziehungsweise Xa′′-Xr′′ kann dann analog zur Gleichung (3) geschehen, wobei Xar zu Xar′ bezie­ hungsweise Xar′′ und die Meßgröße Xa-Xr zu Xa′-Xr′ beziehungsweise Xa′′-Xr′′ wird.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht in einer ergänzenden Verarbeitung des Federwegsignals vor den elektronischen Filtereinheiten und/oder Rechnereinheiten 11 und 12. Da die Übertragungsfunktion gemäß Gleichung (1) zwischen den Größen P und Xar differenzierendes Verhalten zeigt, muß sicherge­ stellt werden, daß hochfrequente Störungen, beispielsweise größer als 20 Hz, im Meßwert des Federwegsignals nicht verstärkt werden. Dies kann beispielsweise durch Filter vom Typ eines Tiefpaßfilters oder bei digitaler Verarbeitung in Rechnereinheiten durch einen zu­ sätzlichen Algorithmus erreicht werden. Am Ausgang der elektroni­ schen Filtereinheiten und/oder Rechnereinheiten 11 und 12 liegen somit die Signale der Radlastschwankung P und deren Empfindlichkeit P′ an.

Zur genaueren Beschreibung der Mittel 9 zur Bewertung der Werte wird im folgenden zunächst auf ein mögliches Regelgesetz zur Steue­ rung/Regelung des Federungs- und/oder Dämpfungssystems eingegangen.

Eine Änderung der Fahrwerkscharakteristik zur Minimierung der Rad­ lastschwankungen ist überhaupt nur dann sinnvoll, wenn eine sicher­ heitskritische Fahrsituation vorliegt. Diese kann etwa dadurch detektiert werden, daß die Radlastschwankung dem Betrage nach einen Schwellwert Pgr überschreitet, daß also die Bedingung

|P| < Pgr (7)

erfüllt ist. Ist die Bedingung verletzt, das heißt, daß keine sicherheitskritische Situation vorliegt, kann die Fahrwerkscharak­ teristik unverändert bleiben, beispielsweise in der Abstimmung "weich" oder "hart". Im Falle der Verletzung der Bedingung (7) könnte aber auch die aktuell vorliegende Fahrwerkscharakteristik im Hinblick auf andere Regelziele, etwa im Sinne der Maximierung des Fahrkomforts, verändert werden.

Während einer sicherheitskritischen Fahrsituation (Bedingung (7) ist erfüllt) empfiehlt sich eine Modifikation der Fahrwerksabstimmung insbesondere dann, wenn die Bedingung

|P′| < k*|P| (8)

erfüllt ist. Darüber hinaus ist eine Modifikation der Fahrwerks­ charakteristik in Richtung "hart" dann zweckmäßig, wenn zusätzlich die Bedingung

P*P′ < 0 (9a)

erfüllt ist. Gilt dagegen

P*P′ < 0 (9b)

so ist eine Modifikation in Richtung "weich" sinnvoll.

Die Größen Pgr und k sind als Fahrwerkabstimmungsparameter zu be­ trachten und werden den Eingabeeinheiten 213 und 313 zugeführt. Die Fahrwerkabstimmungsparameter können entweder für das zu steuernde/ regelnde Fahrwerk konstante Werte einnehmen oder sind abhängig von den Fahrzustand beeinflussenden Größen wie beispielsweise die Fahr­ zeuggeschwindigkeit V, die Fahrzeuglängs- und/oder Fahrzeugquerbe­ schleunigung Al bzw. Aq und/oder die Umgebungstemperatur T.

Die Bedeutung der oben aufgeführten drei Ungleichungen (7), (8) und (9a, b) kann anschaulich beschrieben werden. Sind die angegebenen Be­ dingungen erfüllt, so hat dies folgende Bedeutung:

Bedingung (7):
Verstellen der Feder- und/oder Dämpfungscharakteristik, wenn die Radlastschwankung eine gewisse Größe Pgr übersteigt. Das heißt, daß sich das Fahrzeug in einer kritischen Fahrsituation befindet.
Bedingung (9a, b):
Verstellen der Feder- und/oder Dämpfungscharakteristik nur dann, wenn diese Veränderung eine Verringerung der momentanen Radlast­ schwankung P bewirkt. Ist beispielsweise P positiv (und nach Bedingung (7) größer als Pgr) und ist etwa die momentan einge­ stellte Charakteristik "weich", so wird sie nur dann in Richtung "hart" verstellt, wenn die Empfindlichkeit P′ negativ ist, das heißt, daß bei einer Vergrößerung des charakteristischen Para­ meters, beispielsweise der Dämpfungskonstanten (härtere Abstim­ mung) die Radlastschwankung P verkleinert wird. Falls zu dem betrachteten Zeitpunkt (momentan eingestellte Charakteristik "weich") die Empfindlichkeit P′ positiv ist, so hätte eine Ver­ änderung der Abstimmung in Richtung "hart" ein Anwachsen der Rad­ lastschwankung P zur Folge.
Bedingung (8):
Verstellen der Feder- und/oder Dämpfungscharakteristik nur dann, wenn sich dies im Hinblick auf eine Verbesserung der Fahrsicher­ heit "lohnt". Das heißt, daß die durch die Modifikation erreichte Änderung der Radlastschwankung bezüglich der momentanen Radlast­ schwankung einen durch den Wert k bestimmbaren Wert erreichen muß.

An Hand der Fig. 2 und 3 soll die Funktionsweise der Einheiten 8 und 9 der Fig. 1 näher erläutert werden. Hierbei ist in der Fig. 2 der Fall dargestellt, in dem als momentan vorliegende Fahrwerkein­ stellung die Einstellung "weich" gewählt ist. Die Fig. 3 zeigt den Fall, in dem als momentan vorliegende Fahrwerkeinstellung die Ein­ stellung "hart" gewählt ist. Im folgenden werden die Fig. 2 und 3 gemeinsam beschrieben.

Durch die Eingabeeinheit 213 und 313 werden Parameter eingegeben wie Fahrwerkabstimmungsparameter Pgr und k, die Fahrgeschwindigkeit V, die Fahrzeuglängs- und -querbeschleunigung Al und Aq, die Umgebungs­ temperatur T, Anzahlsollwerte N1 und N2 und die "Reset"-Zeit Tr.

Die für das Regelgesetz benötigten Größen P*P′ und k*|P| werden in den Multipliziereinheiten 214, 314, 215 und 315 gebildet.

Die Diskriminatoreinheiten 216, 316, 217, 317, 218 und 318 haben die folgende Funktionsweise:

Die Diskriminatoreinheiten 216 und 316 vergleichen die Größe |P| mit der Größe Pgr und erzeugen ein "Y"-Signal, falls |P| größer als die Größe Pgr, und ein Signal "N", falls |P| kleiner als die Größe Pgr ist.

Die Diskriminatoreinheiten 217 und 317 vergleichen die Größe P*P′ mit der Größe 0. Die Einheit 217 erzeugt ein "Y"-Signal, falls P*P′ kleiner als die Größe 0, und ein "N"-Signal, falls P*P′ größer als die Größe 0 ist. Die Einheit 317 erzeugt ein "N"-Signal, falls P*P′ kleiner als die Größe 0, und ein "Y"-Signal, falls P*P′ größer als die Größe 0 ist.

Die Diskriminatoreinheiten 218 und 318 vergleichen den Betrag der Größe P′ mit der Größe k*|P|. Die Einheiten 218 und 318 erzeugen ein "Y"-Signal, falls |P′| größer als die Größe k|P|, und ein Signal "N", falls |P′| kleiner als die Größe k|P| ist.

Besitzen die Ausgangssignale der Diskriminatoren 216, 217 und 218 (Fig. 2) bzw. 316, 317 und 318 (Fig. 3) gleichzeitig den Wert Y, so wird ein Signal der Einheit 219 (Fig. 2) bzw. 319 (Fig. 3) zur Bereit­ stellung eines Zählsignals zugeführt, an dessen Ausgang dann das Signal Z1 in der Zähleinheiten 221 (Fig. 2) bzw. 321 (Fig. 3) gezählt wird. Liegt an wenigstens einem der Diskriminatoren 216, 217 und 218 (Fig. 2) bzw. 316, 317 und 318 (Fig. 3) als Ausgangssignal den Wert N an, so wird ein Signal der Einheit 220 (Fig. 2) bzw. 320 (Fig. 3) zur Bereitstellung eines Zählsignals zugeführt, an dessen Ausgang dann das Signal Z2 in der Zähleinheit 222 (Fig. 2) bzw. 322 (Fig. 3) ge­ zählt wird.

Die Zählerstände Z1ges und Z2ges der Zähleinheiten 221 und 222 (Fig. 2) bzw. 321 und 322 (Fig. 3) werden als Ausgangssignale den Diskriminatoren 224 und 225 (Fig. 2) und 324 und 325 (Fig. 3) zuge­ führt. Hier werden die Zählerstände mit Sollwerten N1 und N2 ver­ glichen. Insbesondere werden die Zählerstände Z1ges und Z2ges mit der Summe Z1ges + Z2ges als Sollwert verglichen, die durch die Addier­ einheit 223 (Fig. 2) bzw. 323 (Fig. 3) gebildet und den Diskriminato­ ren 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) zugeführt wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Zählerstände Z1ges und Z2ges mit­ einander als Sollwerte in den Diskriminatoren 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) zu vergleichen. Darüber hinaus können die Zählerstände mit Sollgrößen verglichen werden, die in Abhängigkeit von den Fahrzustand beeinflussenden Größen wie beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit V, Fahrzeuglängs- und -querbeschleunigung Al, Aq und/oder die Umgebungstemperatur T ermittelt werden, die in die Ein­ gabeeinheit 213 bzw. 313 eingegeben werden. Die Zurücksetzung der Zählerstände geschieht durch die Eingabe von Reset-Signalen in die Zähleinheiten 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3). Die Reset-Signale werden zum Beispiel nach jedem Umschaltvorgang der Dämpfungs- und/oder Federungscharakteristik und/oder in gewissen Zeitabständen Tr und/oder abhängig von den Zählerständen und/oder von den Fahrzustand beeinflussenden Größen den Zähleinheiten 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) zugeführt.

Überschreiten die Zählerstände Z1ges bzw. Z2ges die ermittelten und/oder vorgegebenen Sollwerte N1 und N2, so liegen ausgangsseitig der Diskriminatoren 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) die Signale Y. Unterschreiten die Zählerstände Z1ges bzw. Z2ges die er­ mittelten und/oder vorgegebenen Sollwerte, so liegen ausgangsseitig der Diskriminatoren 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) die Signale N.

Eine relativ einfach zu realisierende Möglichkeit der Funktionsweise der Diskriminatoren 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) ist der Vergleich der Zählerstände Z1ges und Z2ges mit Anzahlsollwerten N1 und N2 pro Summe Z1ges + Z2ges. Durch die Funktionsweise der Ein­ richtungen 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) wird ver­ mieden, daß bei Fahrsituationen, bei denen die Radlastschwankung nur kurzzeitig erhöht wird ohne die Fahrsicherheit zu gefährden (z. B. Überfahren eines Kanaldeckels), eine Umschaltung auf eine andere Dämpfungs- und/oder Federungscharakteristik erfolgt. Hierdurch wird zum einen der Fahrkomfort erhöht ohne die Fahrsicherheit zu beein­ trächtigen und zum anderen die Lebensdauer des regelbaren Fede­ rungs- und/oder Dämpfungssystems verlängert, da hier zwangsläufig mechanische, und somit verschleißanfällige Stellglieder Anwendung finden. Bei dieser Realisation der erfindungsgemäßen Einrichtung ist lediglich ein einziger Sensor nötig.

Die Ausgangssignale Y der Diskriminatoren 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) werden den Ausgabeeinheiten 226 und 227 (Fig. 2) bzw. 326 und 327 (Fig. 3) zugeführt, wo Steuersignale erzeugt werden, die an die Endstufe 10 (Fig. 1) weitergeleitet werden. Liegt ein­ gangsseitig an der Ausgabeeinheit 226 bzw. 327 ein Signal Y, so wird ein Steuersignal zur Umschaltung auf eine härtere Dämpfungs- und/ oder Federungscharakteristik an die Endstufe 10 geleitet. Liegt ein­ gangsseitig an der Ausgabeeinheit 227 bzw. 326 ein Signal Y, so wird ein Steuersignal zur Umschaltung auf eine weichere Dämpfungs- und/ oder Federungscharaketeristik an die Endstufe 10 geleitet.

Darüber hinaus geben die Ausgabeeinheiten 226 und 227 (Fig. 2) bzw. 326 und 327 (Fig. 3) ein Ansteuersignal an die Einheit 228 bzw. 328 zur Bestimmung des nächsten Berechnungszyklusses. Die ausgangsseitig der Diskriminatoren 224 und 225 (Fig. 2) bzw. 324 und 325 (Fig. 3) an­ liegenden N-Signale werden ebenso den Einheiten 228 (Fig. 2) bzw. 328 (Fig. 3) zur Bestimmung des nächsten Berechnungszyklus zugeführt. Hier wird die nächste Erfassung des "entmittelten" Federweges Xar in den elektronischen Filtereinheiten und/oder Rechnereinheiten 211 und 212 bzw. 311 und 312 bestimmt. Dies geschieht in Abhängigkeit von der Zeit und/oder von den Fahrzustand beeinflussenden Größen wie beispielsweise Fahrgeschwindigkeit V, Fahrzeuglängs- Al und/oder Fahrzeugquerbeschleunigung Aq und/oder Umgebungstemperatur T. Auf diese Weise werden Zeitintervalle gebildet, an deren Anfang jeweils der erfindungsgemäße Steuerungs/Regelungszyklus durchlaufen wird. Dies kann beispielsweise so gestaltet sein, daß bei langsamer Fahr­ geschwindigkeit (z. B. beim Einparkvorgang) der Zyklus in größeren Abständen durchlaufen wird als bei hohen Geschwindigkeiten.

Eine besonders einfache Auslegung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann dadurch erzielt werden, daß unter Umgehung der Einheit 228 bzw. 328 zur Bestimmung des nächsten Berechnungszyklus immer dann ein neuer Regelungszyklus gestartet wird, sobald der vorhergehende be­ endet worden ist. In diesem Falle wird der in Fig. 2 bzw. Fig. 3 auf­ gezeigte Berechnungszyklus stetig durchlaufen, das heißt die Inter­ vallängen sind nur von der Berechnungszeit abhängig.

Die beispielhaft an dem Federungs- und/oder Dämpfungssystems einer Radeinheit aufgezeigte erfindungsgemäße Einrichtung wird vorzugs­ weise für jede Radeinheit des zu steuernden/regelnden Fahrwerkes eingerichtet. Die Umschaltungen zwischen den Dämpfungs- und/oder Federungscharakteristika erfolgen vorzugsweise für die Radeinheiten des zu steuernden/regelnden Fahrwerkes unabhängig voneinander.

Darüber hinaus besteht eine weitere besonders einfach zu realisie­ rende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung darin, daß das zu steuernde/regelnde Federungs- und/oder Dämpfungssystem nur zwei Abstimmungsstufen aufweist, die sich durch unterschiedliche Werte des charakteristischen Parameters unterscheiden. Werden in diesem Falle die mit den Positionen 219 bis 225 (Fig. 2) bzw. 319 bis 325 (Fig. 3) (einschließlich) bezeichneten Einheiten und Diskriminatoren umgangen (gestrichelte Linie in Fig. 2 und 3), so wird, wenn mindes­ tens eine der drei in den Schritten 216, 217 und 218 (Fig. 2) bzw. 316, 317 und 318 (Fig. 3) abgefragten Bedingungen nicht erfüllt ist (Signal N am Eingang von Pos. 220 bzw. 320), ein Schaltsignal der Einheit 227 bzw. 327 zugeführt wird infolgedessen dann eine Umschal­ tung zu der weicheren (Fig. 2) bzw. härteren (Fig. 3) Dämpfungs- und/ oder Federungscharakteristik erfolgt. Eine Umschaltung zu der härteren (Fig. 2) bzw. weicheren (Fig. 3) Dämpfungs- und/oder Fede­ rungscharakteristik erfolgt, wenn jede der drei in den Schritten 216, 217 und 218 (Fig. 2) bzw. 316, 317 und 318 (Fig. 3) abgefragten Bedingungen erfüllt ist (Signal Y am Eingang von Pos. 219 bzw. 319), durch Zuführung eines Schaltsignals zur Einheit 226 bzw. 327. Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch minimalen Aufwand aus, da die mit den Positionen 219 bis 225 (Fig. 2) bzw. 319 bis 325 (Fig. 3) markier­ ten Einheiten überflüssig sind, das zu steuernde/regelnde Fede­ rungs- und/oder Dämpfungssystem nur zwei Abstimmungsstufen aufzuwei­ sen braucht und lediglich ein einziger Sensor zur Aufnahme der Ein­ federbewegungen nötig ist.

Es ist vorteilhaft, die erfindungsgemäße Einrichtung ganz oder teilweise in das zu steuernde/regelnde Federungs- und/oder Dämpfungs­ system zu integrieren. Auf diese Weise ist eine problemlose Um­ rüstung von bisher konventionellen, d. h. passiven Fahrwerken, möglich, in dem man beispielsweise die passiven Dämpfungselemente durch aktive ersetzt, die die erfindungsgemäße Einrichtung integriert haben. Solch ein Dämpfungselement hat in kompakter Bauweise im Gegen­ satz zum konventionellen zu ersetzenden Element lediglich einen An­ schluß an das elektrische Bordnetz.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung eines für die Fahrsicherheit repräsentativen Anzeigesignals benutzt werden. Dieses Anzeigesignal gibt beispielsweise darüber Auskunft, ob eine fahrunsichere Situation vorliegt. So können dann gegebenen­ falls über die erfindungsgemäße Steuerung/Regelung des Fahrwerkes hinausgehende Maßnahmen unternommen werden, um die Fahrsicherheit zu erhöhen.

Claims (12)

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 einem Fahrzeug­ aufbau, wenigstens zwei Radeinheiten und Aufhängungssystemen zwi­ schen Fahrzeugaufbau und Radeinheiten, die die Bewegungen zwischen Radeinheit und Fahrzeugaufbau beeinflussen können, wobei

• - Signale ermittelt werden, die die relativen Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges (Einfederbewegun­ gen) repräsentieren, und
• - ausgehend von diesen Signalen auf die Radlastschwankung (P) ge­ schlossen wird und
• - mögliche Änderungen (P′) der Radlastschwankung (P) als Funktion möglicher Änderungen der Fahrwerkcharakteristik vorausberechnet werden,
• - woraufhin durch Abfrage gewisser Kriterien bestimmt wird,
  • - ob eine für die Fahrsicherheit kritische Situation vorliegt und
  • - ob im Falle einer für die Fahrsicherheit kritischen Situation zur Minimierung der Radlastschwankungen die Fahrwerkcharakteristik zu verstellen ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver­ stellung der Fahrwerkcharakteristik die Federungs- und/oder Dämpfungs­ systeme wenigstens zweistufig verstellbar sind und die zu steuernden/regelnden Federungs- und/oder Dämpfungssysteme hierdurch wenigstens zwei Federungs- und/oder Dämpfungscharakteristika auf­ weisen.

3. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß pro Radeinheit des Fahrzeuges wenigstens ein Meßwertaufnehmer vorgesehen ist, der mittelbar oder unmittelbar den Einfederweg und/oder die Einfedergeschwindigkeit und/oder die Einfederbeschleunigung erfaßt.

4. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Radlastschwankung (P) und die mögliche Änderung (P′) der Radlast (P) untereinander und/oder mit einzulesen­ den Größen verknüpft werden und auf ihren Betrag hin analysiert werden und die Ergebnisse der Verknüpfungen und/oder der betrags­ mäßigen Analyse untereinander und/oder mit einzulesenden Größen ver­ glichen werden und die Ergebnisse der Vergleiche zur Steuerung/Rege­ lung des Federungs- und/oder Dämpfungssystems herangezogen werden.

5. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Fahrwerkabstimmungsparameter wenigstens die Größen Pgr und k eingelesen werden und die Größen P, P′ und k gemäß den Gleichungen P*P′ und k*|P| verknüpft werden und mit den Größen 0, |P′|, Pgr und |P| verglichen werden und die Ver­ gleiche im Falle einer momentan eingestellten weicheren Fahrwerkab­ stimmung gemäß den ersten drei Aussagegleichungen |P| < Pgr
P*P′ < 0
|P′| < k*|P|getätigt werden oder
die Vergleiche im Falle einer momentan eingestellten härteren Fahr­ werkabstimmung gemäß den zweiten drei Aussagegleichungen|P| < Pgr
P*P′ < 0
|P′| < k*|P|getätigt werden und diese Vergleiche in Zeitintervallen, deren Längen wählbar sind, getätigt werden und zwei sich unterscheidende Werte Y und N auftreten, je nachdem, ob jede der ersten oder zweiten drei Aussagegleichungen erfüllt (Wert Y) oder eine der ersten oder zweiten drei Aussagegleichungen nicht erfüllt (Wert N) ist und die Werte Y und N gezählt werden und die Anzahl der gezählten Werte A(Y) und A(N) mit Sollwerten wie die Summe A(Y) + A(N) und/oder die Werte A(Y) und A(N) selbst und/oder daraus abgeleitete Größen, insbeson­ dere unter Berücksichtigung von den Fahrzustand beeinflussenden Größen, verglichen werden und bei Überschreitung von A(Y) oder A(N) über die Sollwerte eine Umschaltung des zu steuernden/regelnden Federungs- und/oder Dämpfungssystems erfolgt.

6. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fahrwerkabstimmungsparameter für das zu steuernde/regelnde Federungs- und/oder Dämpfungssystem konstante Werte annehmen und/oder von den Fahrzustand beeinflussenden Größen wie Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeuglängs- und/oder Fahrzeigquerbe­ schleunigung und/oder Umgebungstemperatur abhängig sind.

7. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Intervallängen als Steuer-/Regelzyklus­ zeiten wählbar sind und/oder abhängig von den Fahrzustand beein­ flussenden Größen wie beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeuglängs- und/oder Fahrzeugquerbeschleunigung und/oder die Um­ gebungstemperatur gewählt werden.

8. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß

• - im Falle der Erfassung des Signals (Xa-Xr), das den Einfederweg repräsentiert, der "entmittelte" Federweg (Xar) aus dem Signal (Xa-Xr) durch Subtraktion des laufenden Mittelwertes des Signals (Xa-Xr) zu gebildet wird, wobei Tm ein Abstimmungsparameter und t der aktuelle Zeitpunkt ist, und aus dem "entmittelten" Federweg (Xar) die Radlastschwankung P gemäß der Übertragungsfunktion-[(1 + Mr/Ma)*C + (1 + Mr/Ma)*d*s + Mr*s²],die Empfindlichkeit ∂P/∂d der Radlastschwankung bezüglich der Dämpfungskonstanten d durch die Übertragungsfunktion-(Ma*Cr*s³)/D(s)und/oder die Empfindlichkeit P/C der Radlastschwankung bezüglich der Federsteifigkeit C durch die Übertragungsfunktion-(Ma*Cr*s²)/D(s)bestimmt wird, wobei s die Laplace-Variable undD(s) = C*Cr + Cr*d*s + (C*Mr + (C + Cr)*Ma)*s² + (Ma + Mr)*d*s³ + Ma*Mr*s⁴und C, Cr Federsteifigkeiten, Ma die Masse des Fahrzeugaufbaues, Mr die Masse des Rades und d die Dämpfungskonstante ist, und/oder
• - im Falle der Erfassung des Signals (Xa′-Xr′), das die Einfederge­ schwindigkeit repräsentiert, aus dem zugehörigen "entmittelten" Signal Xar′ die Radlastschwankung P gemäß der Übertragungsfunktion -[1/s] * [(1 + Mr/Ma)*C + (1 + Mr/Ma)*d*s + Mr*s²],die Empfindlichkeit ∂P/∂d der Radlastschwankung bezüglich der Dämpfungskonstanten d durch die Übertragungsfunktion-[(Ma*Cr*s²)/D(s)]und/oder die Empfindlichkeit ∂P/∂C der Radlastschwankung bezüglich der Federsteifigkeit C durch die Übertragungsfunktion-[(Ma*Cr*s)/D(s)]bestimmt werden, wobei s die Laplace-Variable undD(s) = C*Cr + Cr*d*s + (C*Mr + (C + Cr)*Ma)*s² + (Ma + Mr)*d*s³ + Ma*Mr*s⁴und C, Cr Federsteifigkeiten, Ma die Masse des Fahrzeugaufbaues, Mr die Masse des Rades und d die Dämpfungskonstante ist, und/oder
• - im Falle der Erfassung des Signals (Xa′′-Xr′′), das die Einfeder­ beschleunigung repräsentiert, aus dem zugehörigen "entmittelten" Signal Xar′′ die Radlastschwankung P gemäß der Übertragungsfunktion -[1/s²] * [(1 + Mr/Ma)*C + (1 + Mr/Ma)*d*s + Mr*s²],die Empfindlichkeit ∂P/∂d der Radlastschwankung bezüglich der Dämpfungskonstanten d durch die Übertragungsfunktion-[(Ma*Cr*s)/D(s)]und/oder die Empfindlichkeit ∂P/∂C der Radlastschwankung bezüglich der Federsteifigkeit C durch die Übertragungsfunktion-[(Ma*Cr)/D(s)]bestimmt werden, wobei s die Laplace-Variable undD(s) = C*Cr + Cr*d*s + (C*Mr + (C + Cr)*Ma)*s² + (Ma + Mr)*d*s³ + Ma*Mr*s⁴und C, Cr Federsteifigkeiten, Ma die Masse des Fahrzeugaufbaues, Mr die Masse des Rades und d die Dämpfungskonstante ist.

9. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Umschaltung zwischen den Fede­ rungs- und/oder Dämpfungscharakteristiken des zu steuernden/ regelnden Federungs- und/oder Dämpfungssystems radweise erfolgt.

10. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß aus den Meßwerten des Federweges, insbe­ sondere Störsignale des Frequenzbereiches über 20 Hz ausgefiltert werden.

11. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ganz oder teilweise in die Federungs- und/oder Dämpfungssysteme des Fahrzeuges integriert ist.

12. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß immer dann ein neuer Steuerungs-/Rege­ lungszyklus gestartet wird, sobald der vorhergehende beendet worden ist.