DE4112005A1 - System zur bildung eines signals bei einem fahrzeug - Google Patents
System zur bildung eines signals bei einem fahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Bildung eines Signals bei einem
Fahrzeug, insbesondere in Verbindung mit einer Fahrwerkregelung,
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Für die Ausgestaltung des Fahrwerkes eines Kraftfahrzeuges ist ein
leistungsfähiges Aufhängungssystem zwischen den Radeinheiten und dem
Fahrzeugaufbau wesentlich. Ein solches Aufhängungssystem besteht im
Falle eines semiaktiven Systems im allgemeinen aus einer Federanordnung
mit fester Fahrwerkcharakteristik, der eine Dämpfungseinrichtung
mit verstellbarer Dämpfung parallel geschaltet ist. Ein solcher
Dämpfer mit verstellbarer Charakteristik kann beispielsweise derart
realisiert werden, daß der Dämpferkolben mit einem Drosselventil
ausgestattet ist, dessen Durchflußquerschnitt veränderbar ausgelegt
ist.
Des weiteren ist für die Ausgestaltung eines solchen Fahrwerkes ein
leistungsfähiges Verfahren zur Steuerung oder Regelung des verstellbaren
Aufhängungssystems von großer Bedeutung. Durch ein solches
Verfahren werden aufgrund von Informationen von Sensorsignalen, die
über den Fahrzustand des Fahrzeuges Auskunft geben, Ansteuerungssignale
für die verstellbaren Aufhängungssysteme geliefert.
Eine leistungsfähige Fahrwerkregelung oder -steuerung sollte idealerweise
das verstellbare Fahrwerk derart regeln oder steuern, daß
zum einen der Fahrsicherheit Rechnung getragen wird und zum anderen
den Insassen und/oder einer stoßempfindlichen Zuladung des Fahrzeuges
ein möglichst hoher Reisekomfort ermöglicht wird. Dies sind aus
der Sicht des Federungs- und/oder Dämpfungssystems sich widerstrebende
Zielsetzungen. Ein hoher Reisekomfort ist durch eine möglichst
weiche Fahrwerkeinstellung zu erreichen, während hinsichtlich einer
hohen Fahrsicherheit eine möglichst harte Fahrwerkeinstellung erwünscht
ist.
Aus der DE-OS 39 18 735 ist ein Verfahren zur Dämpfung von Bewegungsabläufen
an Fahrwerken von Personen- und Nutzkraftwagen bekannt.
Hier werden die Ansteuersignale zur Steuerung oder Regelung
des verstellbaren Fahrwerkes im wesentlichen durch die Verarbeitung
von Sensorsignalen in Filteranordnungen erzeugt. Diese Filter sind
so konzipiert, daß die Sensorsignale, die über den Fahrzustand des
Fahrzeuges Auskunft geben, in ihrem Amplituden- und/oder Phasenverlauf
beeinflußt werden. Durch diese Einflußnahme werden Ansteuersignale
für das verstellbare Fahrwerk erzeugt und es erfolgt hierdurch
durch eine Anpassung an den jeweiligen Bewegungszustand des Fahrzeuges
derart, daß bei kritischen Fahrsituationen eine der Fahrsicherheit
dienende Fahrwerkeinstellung und in unkritischen Fahrsituationen
eine komfortable Einstellung vorgenommen wird.
Eine komfortable Fahrwerkeinstellung läßt sich zum Beispiel dadurch
erreichen, daß das verstellbare Fahrwerk eine möglichst weiche Einstellung,
d. h. daß die verstellbaren Dämpfer eine geringe Dämpfung
aufweisen. Eine weitaus effizientere Steuerung oder Regelung des
Fahrwerkes, beispielsweise im Hinblick auf die den Fahrkomfort bestimmenden
Bewegungen des Fahrzeugaufbaus, ist durch eine sogenannte
frequenzabhängige "Skyhook-Regelung" zu erreichen.
Bei der sogenannten Skyhook-Regelung werden die Aufbaubewegungen
verringert und damit eine Verbesserung des Fahrkomforts bewirkt,
während die Fahrsicherheit nicht unmittelbar erhöht wird. Dieses, in
der Fahrwerkregelung allgemein bekannte, Regelkonzept basiert auf
der modellhaften Vorstellung eines an der Fahrzeugaufbaumasse angreifenden
Dämpfer- und/oder Federungssystems, das mit einem inertialen
Fixpunkt (Skyhook = "Himmelshaken") verbunden ist. Da in der
Praxis ein derartiges inertiales Dämpfer- und/oder Federungssystem
nicht unmittelbar zu realisieren ist, wird ersatzweise das Aufhängungssystem
zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radeinheiten entsprechend
angesteuert.
Aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen (Crolla, D. A., Aboul Nour,
A. M. A., Proceedings of the Institution of Mechanical Engeneers, International
Conference of Advanced Suspension, 22-25 Oct. 1988, London
oder Margolis, D. L., Semi-Active Heave and Pitch Control for
Ground Vehicles, Vehicle System Dynamics, 11 (1982), pp. 31-42) ist
im Falle eines Aufhängungssystems, das Dämpfer aufweist, deren
Dämpfungscharakteristik zweistufig (hart/weich) verstellbar ist, eine
Schaltstrategie als "semiaktive, diskrete Skyhookdämpfung" bekannt,
wobei die Dämpfungscharakteristik abhängig von den Aufbaubewegungen
verstellt wird. Diese Schaltstrategie ist in der folgenden
Tabelle wiedergegeben:
Hierbei ist mit Va die Aufbaugeschwindigkeit in vertikaler Richtung
an den Angriffspunkten der Aufhängungssysteme abgekürzt. Übersteigt
diese Geschwindigkeit eine gewisse positive Schranke Vagr (Abstimmungsparameter),
findet also eine heftige Aufwärtsbewegung der
Karosserie statt, so wird der jeweilige Dämpfer in der Zugstufe auf
die harte und in der Druckstufe auf die weiche Charakteristik geschaltet.
Umgekehrt wird er bei einer starken Abwärtsbewegung des
Aufbaus in der Zugstufe auf die weiche und in der Druckstufe auf die
harte Charakteristik geschaltet. Finden keine übermäßigen Aufbaubewegungen
statt (|Va|Vagr), so arbeitet der Dämpfer in seiner weichen
Abstimmung, sowohl in der Zug- als auch in der Druckstufe.
Dämpfer, die in ihrer Dämpfungscharakteristik verstellbar sind, werden
beispielsweise in der DE-OS 33 04 815 und in der DE-OS 36 44 447
beschrieben.
Weiterhin sind als Kriterien für die Verstellung der Dämpfungs
charakteristik Überlegungen hinsichtlich der Fahrsicherheit relevant.
Solch ein System, das auf die Minimierung der dynamischen Rad
lastschwankungen abzielt, ist in der DE-Anmeldung P 40 11 808.8 beschrieben.
Solche Fahrwerkregelungssysteme liefern abhängig vom Fahrzustand des
Fahrzeuges Steuersignale für die Verstellung der Dämpfungscharakteristik
der Dämpfer.
In der US 49 36 425 wird ein Fahrwerkregelungssystem vorgeschlagen,
bei dem eine Umstellung eines semiaktiven Dämpfers zwischen einer
harten und einer weichen Dämpfungsstufe dann getätigt werden soll,
wenn die Relativgeschwindigkeit der beiden Dämpferangriffspunkte
kleiner als eine fest vorbestimmte Schwelle ist oder die Reifendeformation
kleiner als eine fest vorbestimmte Schwelle ist, je nach
dem welches dieser beiden Schaltbedingungen zuerst erfüllt ist. Wie
weiter unten im Rahmen der Beschreibung des erfindungsgemäßen Systems
gezeigt wird, ist eine solche dämpferkolbengeschwindigkeitsabhängige
Ansteuerung nicht optimal. Auch wenn man darüber hinaus
die Deformation der Reifen als Kriterium zur Umschaltung der
Dämpfercharakteristik in Betracht zieht, so erhält man, wie weiter
unten beschrieben wird, keinen optimalen Ansteuerungsmodus. Weiterhin
erfordert die Berücksichtigung der Reifendeformation einen erheblichen
Aufwand bezüglich der benötigten Sensorik.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von diesen Ansteuersignalen,
den Ansteuerungsmodus der Dämpfer zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch Systeme mit den Merkmalen des Anspruches 1
oder des Anspruches 2 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen, optimierten Ansteuerungsmodus erfolgen
die Verstellungen der Dämpfungscharakteristik in Betriebsphasen geringer
Dämpfungskräfte des Dämpfers.
Diese Betriebsphasen sind im allgemeinen an den Umkehrpunkten des
Dämpferkolbenweges. Eine Umschaltung bei diesen Betriebsphasen ist
hinsichtlich der Geräuschoptimierung von Vorteil, da Dämpferschaltgeräusche
meist dann auftreten, wenn der Dämpfer bei höherem internen
Differenzdruck umgeschaltet wird.
Weiterhin ist eine Umschaltung im Umkehrpunkt des Dämpferkolbenweges
im Sinne des Regelgesetzes der diskreten, semiaktiven Skyhood-Regelung
von Vorteil.
Die Praxis zeigt jedoch, daß es nicht ausreicht, die Dämpferkolbengeschwindigkeit
zu messen und beim Wechsel ihres Vorzeichens den
Dämpfer umzuschalten. Dies hat folgende Gründe:
- 1. Vom Zeitpunkt des physikalischen Nulldurchgangs der Dämpferkolbengeschwindigkeit bis zu dessen Erkennen vergeht bis zu einem Abtastzyklus.
- 2. Vom Zeitpunkt des Erkennens eines Vorzeichenwechsels der Dämpferkolbengeschwindigkeit bis zur Durchstellung der neuen Dämpfungscharakteristik an den Dämpfer vergeht bei den gebräuchlichen Abtastreglern in etwa ein Regelzyklus.
- 3. Das Ventil, welches im Dämpfer für die Änderung der Dämpfungscharakteristik verantwortlich ist, ist stets totzeit- und dynamikbehaftet. Das heißt, daß zwischen der Ansteuerung des Ventils und der Dämpferkraftänderung eine endliche Zeitspanne liegt.
- 4. Reale Signale sind stets verrauscht. Über die wirklich vorliegende Dämpferkolbengeschwindigkeit liegt daher nur eine unscharfe Information vor.
- 5. Bei kleiner Dämpferkolbengeschwindigkeit (Fahrt über annähernd ebene Straße) wechselt diese ihr Vorzeichen stochastisch hochfrequent. Unter Berücksichtigung der unter Punkt 4 aufgezeigten Rauschproblematik kann es dazu kommen, daß eine Schädigung der Stelleinrichtung durch hochfrequente Ansteuerung zu befürchten ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems ist es, die zu
späte Änderung der Dämpfungscharakteristik (wenn die Dämpferkolben
geschwindigkeit den Nullpunkt längst durchschritten hat, obige
Punkte 1 bis 3) zu vermeiden und ein stochastisches Hin- und Herschalten
bei kleiner Dämpferkolbengeschwindigkeiten zu unterdrücken
(Punkt 4 und 5).
Hierzu werden Signale Xar′(t), die die Relativbewegungen der beiden
Seiten des Dämpfers zur Zeit t repräsentieren, erfaßt und ersten
Mitteln 12 zugeführt. Diese ersten Mittel 12 sind vorgesehen, um ein
von den Signalen Xar′(t) abhängigen Signalwert Xar′′(t) zu erhalten.
Diese beiden Signale, die beispielsweise die Dämpferkolbengeschwindigkeit
und die aus der Dämpferkolbengeschwindigkeit berechnete
Dämpferkolbenbeschleunigung repräsentieren, werden in zweiten Mitteln
13 miteinander logisch verknüpft. Aufgrund dieser logischen
Verknüpfungen wird nun eine Fahrzeuggröße, wie das Ansteuersignal
des Dämpfers, getätigt.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Systems.
Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Systems.
In diesem Ausführungsbeispiel soll anhand der Zeichnungen das erfindungsgemäße
System exemplarisch aufgezeigt werden.
Die Fig. 1 zeigt im oberen Teil ausgehend von den Mitteln 18 zwei
Signalwege 14 und 15 mit den Signalen Dh/Dw und Zh/Zw. Die beiden
Signalwege 14 und 15 können mittels des steuerbaren Schalters 11 an
den Signalweg 16 angekoppelt werden, der das Signal h/w zu einem
Dämpfer 20 führt. Im unteren Teil der Fig. 1 wird das Ausgangssignal
der Mittel 19, das Signal Xar′(t), den ersten Mitteln 12 zugeführt.
Ausgangsseitig der ersten Mittel 12 liegt das Signal
Xar′′(t) an, das den zweiten Mitteln 13 zugeführt wird. Weiterhin
wird den zweiten Mitteln 13 das Signal Xar′(t) zugeführt. Ausgangsseitig
der zweiten Mittel 13 liegt ein Steuersignal zur Ansteuerung
des steuerbaren Schalters 11 an. Den zweiten Mitteln 13 werden
von den Mitteln 17 die Größen tmd, taz, tdr zugeführt.
Die Gesamtverzugszeit tau für einen Wechsel der Dämpfungscharakteristik
im Dämpferkolbengeschwindigkeitsnullpunkt setzt sich im wesentlichen
aus drei Anteilen zusammen:
- 1. Ein der Größe nach nur annähernd bekannter Wert tmd, der durch die zeitdiskrete Meßdatenakquisition bedingt ist.
- 2. Ein konstant großer Wert trz, der von der Reglerzykluszeit abhängt.
- 3. Ein dämpferhardwareabhängiger Anteil tdr, der beispielsweise durch die Dämpferdynamik bedingt ist.
Darüber hinaus können weitere Größen, wie die Dämpferkolbengeschwindigkeit;
die Gesamtverzugszeit tau beeinflussen.
tau = tmd + trz + tdr (1)
Im folgenden sind die zeitlichen Ableitungen der Größen mit dem Symbol
"′" gekennzeichnet, Xar′(t) stellt also beispielsweise die
1. zeitliche Ableitung und Xar′′(t) die 2. zeitliche Ableitung der
Größe Xar(t) dar.
Entwickelt man zu jedem Zeitpunkt t die gemessene Dämpferkolbengeschwindigkeit
in eine Taylor-Reihe
Xar′(t+tau) = [Xar′(t)] + [Xar′′(t)*tau]
+ [1/2*Xar′′′(t)*tau²] + . . .(2)
+ [1/2*Xar′′′(t)*tau²] + . . .(2)
und bricht durch diese nach dem zweiten Glied ab (da die höheren Ab
leitungen Rechenzeit kosten und ihre Signalqualität sich rapide verschlechtert),
so erhält man einen linear extrapolierten Schätzwert
für die Dämpferkolbengeschwindigkeit in tau Sekunden. Ist dieser
Null bzw. wechselt er zwischen zwei Regelzyklen sein Vorzeichen, so
ist in tau Sekunden ein Nulldurchgang der wirklich vorliegenden
Dämpferkolbengeschwindigkeit zu erwarten. Der oben aufgezeigte Wert
Xar′(t+tau) wird jedoch nicht als Vorausschausignal zur Dämpferschaltung
verwendet, da er das oben beschriebene Rauschproblem noch
verschärfen würde. Vorteilhafter ist es, die aktuell gemessene Geschwindigkeit
mit dem (in jedem Rechnerzyklus neu berechneten) zweiten
Glied der Taylor-Reihe zu vergleichen. Aus
0 = Xar′(t) + [Xar′′(t)*tau] (3)
ergibt sich die Abfrage:
Xar′(t) < |[Xar′′(t)*tau]|, (3′)
wenn der Dämpfer vor der Erfüllung der Bedingung (3′) in der Zugstufe
war, und
Xar′(t) < -|[Xar′′(t)*tau]|, (3′′)
wenn der Dämpfer vor der Erfüllung der Bedingung (3′′) in der Druckstufe
war.
Durchschreitet die gemessene Geschwindigkeit Xar′(t) erstmalig die
durch den Betrag des Produktes aus Dämpferkolbenbeschleunigung
Xar′′(t) und Verzugszeit tau auf der Zugseite bzw. die durch den negativen
Wert dieses Betrages auf der Druckseite gegebene Grenze, so
liegt eine für die Verstellung der Dämpfungscharakteristik relevante
Betriebsphase vor.
In diesem Ausführungsbeispiel, das in der Fig. 1 als Blockschaltbild
dargestellt ist, wird in den Mitteln 18 von einer diskreten,
semiaktiven Skyhook-Regelung ausgegangen. Die Verstellung der
Dämpfungscharakteristik erfolgt hierbei zweistufig, das heißt, daß
die in ihrer Dämpfungscharakteristik verstellbar ausgelegten Dämpfer
über eine harte und eine weiche Einstellung verfügen. Das erfindungsgemäße
System ist aber nicht auf den Ansteuerungsmodus solcher
zweistufig verstellbaren Dämpfer beschränkt, da die dem erfindungsgemäßen
System zugrundeliegende Aufgabe, insbesondere im Hinblick
auf die Geräuschoptimierung bei Verstellvorgängen, auch bei mehrstufig
verstellbaren Dämpfern durch das erfindungsgemäße System gelöst
wird. Weiterhin ist das erfindungsgemäße System nicht auf eine
bestimmte Regelstrategie beschränkt, vielmehr können jegliche Verstellanforderungen
an die Dämpfer erfindungsgemäß zeitlich beeinflußt
werden.
Wie in der Einleitung beschrieben, wird bei der diskreten, semiaktiven
Skyhook-Regelstrategie mit zweistufig verstellbaren Dämpfern
derart vorgegangen, daß es je nach der Bewegung des Aufbaus am An
griffspunkt der Dämpfer eine Druckstufenanforderung oder eine Zug
stufenanforderung zur Verstellung der Dämpfungscharakteristik des
Dämpfers gibt. Befindet sich der Dämpfer in seiner Zugstufe (Xar′
vereinbarungsgemäß positiv) und ist die vertikale Aufbaubewegung
"schnell nach oben", das heißt von der Fahrbahn weg, gerichtet, so
ist der Dämpfer auf hart zu verstellen, um den Aufbaubewegungen verringernd
entgegenzuwirken. Befindet sich während dieser Aufbaubewegungen
("schnell nach oben") der Dämpfer in der Druckstufe, so ist
zur Minimierung der Aufbaubewegung seine Verstellung auf weich zu
tätigen. Die Zugstufenanforderung lautet also in diesem Fall (Aufbaubewegungen
"schnell nach oben") hart (Signal Zh) und die Druck
stufenanordnung weich (Signal Dw). Analoge Betrachtungen gelten
für die entgegengesetzten Aufbaubewegungen (siehe auch die Tabelle
in der Beschreibungseinleitung). Diese Druck- bzw. Zugstufenanforderungen
sind in der Fig. 1 mit den Signalwegen 14 und 15 aufgezeigt.
Der Signalweg 14, der als Information von der eigentlichen
Skyhook-Regelung in den Mitteln 18 die Druckstufenanforderung führt,
weist entweder das Signal Dh (Druckstufe hart) oder das Signal Dw
(Druckstufe weich) auf. Der Signalweg 15, der von der eigentlichen
Skyhook-Regelung in den Mitteln 18 die Zugstufenanforderung als
Information führt, weist entweder das Signal Zh (Zugstufe hart) oder
das Signal Zw (Zugstufe weich) auf. Beide Signalwege 14 und 15 sind
durch den steuerbaren Schalter 11 mit dem Signalweg 16 verbunden.
Mittels des Signalweges 16 wird das Ansteuersignal "hart" oder
"weich" an den Dämpfer 20 weitergeleitet.
In den Mitteln 19 wird das Signal Xar′(t) ermittelt, das die Einfedergeschwindigkeit
bzw. die Dämpferkolbengeschwindigkeit repräsentiert.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß Signale von
geeigneten Sensoren, die die Einfederbewegungen, wie den Einfederweg
und/oder die Einfedergeschwindigkeit des Fahrwerkes und/oder den
Druck im Dämpfer, erfassen, entsprechend aufbereitet werden. Ist
beispielsweise der Dämpfer mit seiner einen Seite mit dem Fahrzeugaufbau
und mit seiner anderen Seite mit der Radeinheit direkt betriebsverbunden,
so repräsentiert beispielsweise die Einfedergeschwindigkeit
oder der differenzierte Einfederweg die Dämpferkolbengeschwindigkeit.
Sind die Dämpfer nicht direkt mit dem Rad bzw. dem
Aufbau verbunden, so liefern beispielsweise Sensoren, die die Druckdifferenzen
im Dämpfer wiedergeben, ein Maß für die Dämpferkolbengeschwindigkeit.
Die Schaltbedingungen für den steuerbaren Schalter 11 werden durch
die Mittel 12 und 13 bestimmt. In den ersten Mitteln 12 wird aus dem
Signal Xar′(t) der zugehörige Signalwert Xar′′(t) bestimmt, wobei
das Signal Xar′(t) die Dämpferkolbengeschwindigkeit repräsentiert,
und der Signalwert Xar′′(t) die zugehörige Dämpferkolbenbeschleunigung.
Die ersten Mittel 12 sind also durch ihr differenzierendes
Übertragungsverhalten charakterisiert.
Die ersten Mittel 12 wie auch die weiteren Mittel des erfindungsgemäßen
Systems, die durch ihre Übertragungseigenschaften charakterisiert
sind, können elektronisch digital, z. B. durch Verarbeitung
einer die Übertragungseigenschaften repräsentierenden Differenzen
gleichung in Rechnereinheiten, oder elektronisch analog, z. B. durch
Nachbildung einer die Übertragungseigenschaften repräsentierenden
Differentialgleichung mit elektronischen Bauelementen realisiert
sein. Darüber hinaus ist eine rechnergesteuerte Auslegung möglich.
In den zweiten Mitteln 13 wird das Signal Xar′(t) mit dem zugehörigen
Signalwert Xar′′(t) gemäß der Gleichung 3′ verknüpft. Zur Berechnung
des Wertes tau gemäß der Gleichung 1 werden den zweiten
Mitteln 13 die oben näher beschriebenen Größen tmd, trz und tdr neben
weiteren Signalen von den Mitteln 17 zugeführt. Diese Größen
können konstante Werte annehmen oder beispielsweise abhängig von dem
Fahrzustand oder als Abstimmungsparameter an ein Fahrzeug bzw. an
die übrigen Komponenten des verstellbaren Fahrwerkes angepaßt werden.
Durch die Abfrage gemäß der Gleichung 3′ in den zweiten Mitteln 13
gelangt man zu einem Switchband VSB1 = [-|Xar′′*tau|; |Xar′′*tau|].
Liegen bei der Erfassung der Dämpferkolbengeschwindigkeit die Werte
Xar′ erstmalig innerhalb des Switchbandes VSB1 bzw. durchschreitet
die Dämpferkolbengeschwindigkeit erstmals das Switchband VSB1, so
wird entweder die Druckstufenanforderung (Signalweg 14) oder die
Zugstufenanforderung (Signalweg 15) mittels Ansteuerungen des Schalters
11 an den Dämpfer weitergeleitet.
Zur Entscheidung, ob die Druck- oder Zugstufenanforderung an den
Dämpfer weitergeleitet wird, sind nun weitere logische Abfragen nötig.
Zur Verdeutlichung der Schaltkriterien des Schalters 11 sind in
der Fig. 2 beispielhaft verschiedene Dämpferkolbenbewegungen aufgezeigt.
Hierzu ist die Dämpferkolbengeschwindigkeit Xar′ über der
Zeit t aufgetragen.
Ist nun die Bedingung 3′ zum ersten Mal erfüllt, das heißt, daß die
gemessene Dämpferkolbengeschwindigkeit innerhalb des Switschbandes
VSB1 liegt bzw. die Dämpferkolbengeschwindigkeit erstmals das
Switchband VSB1 durchschreitet, und ist die aktuell gemessene
Dämpferkolbengeschwindigkeit größer Null (vereinbarungsgemäß Zugstufe),
so wird die Druckstufenanforderung an den Dämpfer weitergeleitet.
Ist die aktuell gemessene Dämpferkolbengeschwindigkeit kleiner
Null (vereinbarungsgemäß Druckstufe), so wird die Zugstufenanforderung
an den Dämpfer weitergeleitet.
Als weitere Plausibilitätsprüfung dient die Abfrage des Vorzeichens
der Dämpferkolbenbeschleunigung Xar′′(t). Tritt die gemessene
Dämpferkolbengeschwindigkeit mit positivem Vorzeichen, das heißt in
der Fig. 2 "von oben", in das Switchband VSB1 ein, so muß die
Dämpferkolbenbeschleunigung Xar′′(t) negativ sein, damit der Dämpfer
umgeschaltet wird. Tritt aber die gemessene Dämpferkolbengeschwindigkeit
mit negativem Vorzeichen, das heißt in der Darstellung der
Fig. 2 "von unten", in das Switchband ein, so muß die Dämpferkolbenbeschleunigung
positiv sein, damit der Dämpfer umgeschaltet wird.
Dies soll nun anhand der in Fig. 2 dargestellten Beispiele a
bis e verdeutlicht werden. Hierzu sind pro Beispiel jeweils zwei
Meßwerte der gemessenen Dämpferkolbengeschwindigkeit Xar′(t) aufgezeigt,
die innerhalb eines Abtastzyklusses tdelta ermittelt werden.
In dem Beispiel a ist die Bedingung 3′ am Ende des betrachteten Ab
tastzyklusses erfüllt, das heißt die Dämpferkolbengeschwindigkeit
liegt erstmalig innerhalb des Switchbandes. Die gemessene Dämpferkolbengeschwindigkeit
hat ein positives Vorzeichen (das heißt "Eintritt
von oben") und die ermittelte Dämpferkolbenbeschleunigung ist
negativ. Im Falle des Beispiels a wird der Schalter 11 derart gesteuert,
daß die Druckstufenanforderung an den Dämpfer weitergeleitet
wird.
Im vorliegenden Beispiel b tritt die gemessene Dämpferkolbengeschwindigkeit
innerhalb eines Abtastzyklusses "von unten" in das
Switchband ein. Da die ermittelte Dämpferkolbenbeschleunigung positiv
ist, wird der Schalter 11 derart angesteuert, daß die Zugstufen
anforderung an den Dämpfer weitergeleitet wird.
Da auch im Falle des Beispiels c die Dämpferkolbengeschwindigkeit
die für die Zugstufe des letzten Abtastschrittes relevante positive
Switchbandgrenze durchschreitet und die Beschleunigung des Dämpferkolbens
negativ ist, wird auch in diesem Falle die Druckstufenanforderung
an den Dämpfer weitergeleitet.
Im Falle des Beispiels d tritt zwar die Dämpferkolbengeschwindigkeit
vorzeichengemäß "von oben" in das Switchband ein, da aber die ermittelte
Dämpferkolbenbeschleunigung einen positiven Wert aufweist,
findet keine Umschaltung statt.
Im äquivalenten Falle des Beispiels e wird keine Umschaltung betätigt,
da hier die Dämpferkolbenbeschleunigung negativ ist, während
die Dämpferkolbengeschwindigkeit auch einen negativen Wert aufweist.
Bei einer Weiterführung des Ausführungsbeispiels erfolgt die Berechnung
des Switchbandes aus Gründen der begrenzten Signalqualität der
Dämpferkolbenbeschleunigung auf etwas anderem Wege als oben beschrieben.
Ausgehend von einem beschleunigungsunabhängigen festen
Switchbandanteil VSBo vergrößert sich das Switchband linear mit zu
nehmender Beschleunigung um [Xar′′ * tau * Kappa]. Der Faktor Kappa
dient zur Gewichtung der Beschleunigungsabhängigkeit und sollte abhängig
von der Signalgüte der Dämpferkolbenbeschleunigung im Wertebereich
zwischen 0 und 1 liegen. Bei Kappa = 1 soll die reine, oben
beschriebene Switchbandberechnung gelten. Damit erhält man als ein
neues Switchband
VSB2 = VSBo + [Xar′′ * tau * Kappa] (4)
mit
VSBo = (1-Kappa) * Ao * tau. (5)
Die Konstante Ao ist so zu wählen, daß sich bei Kappa = 0 ein
Switchband in der Größe des halben Rauschbandes der gemessenen
Dämpferkolbengeschwindigkeit ergibt. Die Vorhaltezeit tau berechnet
sich nach der Gleichung 1, wobei für den Wert tdr die Zeit einzusetzen
ist, die für den gewünschten Dämpfungscharakteristikwechsel
benötigt wird. Hierbei ist auch die aktuelle Bewegungsrichtung des
Dämpfers zu berücksichtigen.
Eine Weiterführung des erfindungsgemäßen Systems in diesem Ausführungsbeispiel
sieht die Einführung eines Beschleunigungsdeadbands
ADB vor. Zur Vermeidung von Wechseln der Dämpfungscharakteristika
bei schnellen Radbewegungen wird jede Umschaltung beim Dämpferkolbenbeschleunigungen,
die dem Betrag nach größer als ein Beschleunigungsdeadband
ADB sind, unterdrückt. In dem Beispiel f, das in der
Fig. 2 zu sehen ist, ist die Beschleunigung zu groß, sie liegt also
außerhalb des Bandes ADB. Somit findet keine Umschaltung statt.
Zur Vermeidung von zu starkem Rauschen des Beschleunigungssignals
sollte der Differenzierer in den zweiten Mitteln (13) den Charakter
eines ausreichend gedämpften Tiefpasses haben, der jedoch nicht dazu
führen darf, daß im relevanten Frequenzbereich die Phasenrückdrehung
zu groß wird. Letzteres ist vor dem Hintergrund der Plausibilitätsprüfung
der Beschleunigung beim Eintritt der Dämpferkolbengeschwindigkeit
in das Switchband zu sehen.
Nach dem erfindungsgemäßen System wird also für die Schaltentscheidung
des Schalters 11 nicht nur die augenblicklich gemessene
Dämpferkolbengeschwindigkeit herangezogen, sondern deren Verlauf
durch eine dämpferkolbenbeschleunigungsabhängige Schwelle.
Die Schwellen können an die Dämpferschaltzeiten für verschiedene
Verstellungen der Dämpfungscharakteristik und für verschiedene
Dämpferkolbengeschwindigkeiten angepaßt werden.
Zusätzlich zu den in Fig. 1 beschriebenen Abhängigkeiten der Verzugszeit
tau kann der Wert von tau hinsichtlich der Minimierung der
Schaltgeräusche beim Wechsel der Dämpfungscharakteristika als Ab
stimmungsparameter gewählt werden. Durch ein rechtzeitiges Umschalten
durch das erfindungsgemäße System werden Dämpfungskrafttransienten
und somit Geräusche minimiert.
Das stochastische Umschalten des Dämpfers bei kleinen Dämpferkolbengeschwindigkeiten
unterbleibt. Dies ist im Beispiel g der Fig. 2 zu
sehen. Hier werden keine Umschaltungen durchgeführt, da die Unterschiede
der Dämpferkolbengeschwindigkeiten so klein sind, daß sie
innerhalb des Switchbandes liegen. Durch die Vermeidung des Umschaltens
bei kleinen Dämpferkolbengeschwindigkeiten wird die Lebensdauer
des Dämpfers erhöht.
Die Rauschempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Systems ist gering,
da für die Schaltentscheidung die Schwellüberschreitung in eine bestimmte
Richtung und eine plausible Beschleunigung zusammenkommen
müssen.
Claims (9)
1. System zur Bildung eines Signals bei einem Fahrzeug, insbesondere
in Verbindung mit einer Fahrwerkregelung, mit
- - wenigstens einem Dämpfer, dessen eine Seite mit dem Fahrzeugaufbau und dessen andere Seite mit wenigstens einer Radeinheit direkt oder indirekt betriebsverbunden ist, und
- - Signalen (Xar′(t)), die die Relativbewegungen der beiden Seiten des Dämpfers zur Zeit t repräsentieren, und
- - 1. Mitteln (12), um einen von den Signalen (Xar′(t)) abhängigen Signalwert (Xar′′(t)) zu erhalten, und
- - 2. Mitteln (13) zur logischen Verknüpfung von einem zum Signal (Xar′(t)) korrespondierenden Wert mit dem Signalwert (Xar′′(t)) und
- - einer von der logischen Verknüpfung abhängigen Steuerung einer Fahrzeuggröße.
2. System zur Fahrwerkregelung mit wenigstens einem Dämpfer, dessen
eine Seite mit dem Fahrzeugaufbau und dessen andere Seite mit wenigstens
einer Radeinheit direkt oder indirekt betriebsverbunden ist
und dessen Dämpfercharakteristik abhängig von Betriebskenngrößen änderbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die
eine Verstellung der Dämpfercharakteristik in Betriebsphasen geringer
Dämpfungskräfte des Dämpfers tätigen.
3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrzeuggröße
Ansteuerungssignale (h/w) zur Verstellung der Dämpfungscharakteristik
des Dämpfers repräsentiert.
4. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Signale (Xar′(t)) die Dämpferkolbengeschwindigkeit
zur Zeit t und/oder die Signalwerte (Xar′′(t)) die
Dämpferkolbenbeschleunigung zur Zeit t repräsentieren.
5. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Signale (Xar′(t)) entsprechend aufbereitete
Signale von Sensoren sind, die die Einfederbewegungen, wie
den Einfederweg und/oder die Einfedergeschwindigkeit des Fahrwerkes
und/oder die Druckdifferenzen im Dämpfer, erfassen.
6. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in den 2. Mitteln (13) die Signale
(Xar′(t)) mit 1. Schwellen (±VSB1) verglichen werden.
7. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die 1. Schwellen (±VSB1) abhängig von den
Signalwerten (Xar′′(t)) und/oder von Signalrauschen gewählt werden.
8. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die 1. Schwellen (±VSB1) abhängig von dem
Betrag des Verknüpfungsergebnisses der multiplikativen Verknüpfung
des Signalwertes (Xar′′(t)) mit einer Größe (tau), die abhängig von
der Dämpferdynamik, den Rechnerlaufzeiten und dem Signal (Xar′(t))
gewählt wird, und/oder abhängig von der Signalgüte des Signalwertes
(Xar′′(t)) und/oder der Signalgüte der Signale (Xar′(t)) ist
und/oder als Abstimmungsparameter hinsichtlich der Minimierung der
Schaltgeräusche beim Wechsel der Dämpfungscharakteristika gewählt
wird.
9. System nach wenigstens einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in den 2. Mitteln (13) die Signalwerte
(Xar′′(t)) mit 2. Schwellen (±ADB) verglichen werden und eine Verstellung
der Dämpfungscharakteristik der Dämpfer nur dann getätigt
wird, falls der Betrag des Signalwertes (Xar′′(t)) kleiner als der
die 2. Schwelle repräsentierender Wert (ADB) ist.
Priority Applications (5)
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