DE4117460A1

DE4117460A1 - Angepasste stossdaempfersteuerung

Info

Publication number: DE4117460A1
Application number: DE4117460A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Shimizu; Shinobu Kakizaki
Original assignee: Atsugi Unisia Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1991-05-28
Publication date: 1991-12-05
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: DE4117460C2; GB2245951B; GB9111455D0; JPH0414843U; US5285876A; JP2587627Y2; GB2245951A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Stoßdämpfers, und insbesondere zu einer Dämpfungskraftsteuerung für einen Stoßdämpfer des Typs, bei welchem der Fluß des Dämpffluides während des Zusammendrückens und des Auseinanderziehens des Stoßdämpfers eine Lastaufbringung auf ein Betätigungselement bewirkt.

Ein Stoßdämpfer des vorerwähnten Typs wird in einem bekannten Fahrzeugaufhängesystem verwendet, das in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 63-1 12 914 beschrieben ist. Der Stoßdämpfer beinhaltet ein äußeres Zylinderrohr, ein inneres Zylinderrohr, welches mit einem Dämpfungsfluid gefüllt ist, einen Kolben, der gleitend in dem inneren Zylinderrohr geführt ist, um das Innere des inneren Zylinderrohres in eine erste Kammer und in eine zweite Kammer zu teilen, und einen variablen Strömungswiderstand, um eine widerstandsbeaufschlagte Strömung von Dämpfungsfluid zwischen der ersten und der zweiten Kammer während des Kompressions- und Dekompressionshubes des Stoßdämpfers zu schaffen. Um den Strömungsquerschnitt des Strömungswiderstandskanals zu variieren, wird ein Drehventil betriebsmäßig mit einem Betätigungselement in Form eines Schrittmotors verbunden, der durch die Steuerung einer Steuereinheit betätigt wird. Während des Kompressions- und Dekompressionshubes des Stoßdämpfers gibt es eine Strömung von Dämpfungsfluid, welche durch den verengten Strömungskanal fließt, der eine Belastung auf dem Drehventil in einer solchen Richtung bewirkt, daß der Öffnungsgrad des verengten Strömungskanals erhöht wird. Die Last auf dem Drehventil wird dem Betätigungselement zugeführt und variiert mit einem Druck, der durch die Strömung des Dämpfungsfluides erzeugt wird, das durch den verengten Strömungskanal fließt.

Die Höhe eines Ausgangssignales der Steuereinheit bleibt jedoch konstant für jeden der Bereichspositionen, in welcher der Stoßdämpfer im Betrieb wirkt. Darum wird das Betätigungselement nicht in solcher Weise gesteuert, daß eine Änderung in der Belastung, die auf das Betätigungselement wirkt, ausgeglichen wird, und welche durch die Strömung des Dämpfungsfluides erzeugt wird, das durch den verengten Strömungskanal fließt.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Stoßdämpfers zu schaffen, bei welchem ein Betätigungselement in einer solchen Weise gesteuert wird, daß eine Laständerung, die durch eine Strömung eines Dämpfungsfluides, das durch einen verengten Strömungskanal während der Belastung und des Entlastens des Stoßdämpfers fließt, ausgeglichen wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Stoßdämpfers für ein Automobil geschaffen, bei welchem die Strömung eines Dämpfungsfluides eine Last auf ein Betätigungselement des Stoßdämpfers bewirkt, während des Kompressions- und Dekompressionshubes des Stoßdämpfers, und das Betätigungselement in Reaktion auf ein Ausgangssignal einer Steuereinheit betätigt wird, wobei dieses Verfahren folgende Schritte beinhaltet:
Bestimmen der Last und Erzeugen eines Lastanzeigesignales, welches repräsentativ für die erfaßte Last ist; und
Ändern des Ausgangssignales in Reaktion auf dieses Lastanzeigesignal derart, daß das Betätigungselement der Last entgegenwirkt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Steuern eines hydraulischen Stoßdämpfers eines Automobils geschaffen, bei welchem die Strömung eines Dämpfungsfluides eine Last auf ein Betätigungselement des Stoßdämpfers während des Kompressions- und Dekompressionshubes des Stoßdämpfers bewirkt, und das Betätigungselement betätigt wird als Reaktion auf ein Ausgangssignal einer Steuereinheit, wobei dieses System beinhaltet:
Einrichtungen zum Bestimmen der Amplitude einer Dämpfkraft, die durch den Stoßdämpfer erzeugt wird; und
eine Steuereinheit, welche beinhaltet:
Einrichtungen zum Bestimmen der Belastung eines Betätigungselementes in Reaktion auf diese erfaßte Amplitude und Erzeugen eines Lastanzeigesignales, welches für die erfaßte Last repräsentativ ist; und
Einrichtungen zum Ändern des Ausgangssignales in Reaktion auf dieses Lastanzeigesignal derart, daß das Betätigungselement der Last entgegenwirkt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von hydraulischen Stoßdämpfern in ihrer betriebsmäßigen Verbindung innerhalb eines typischen Kraftfahrzeuges;

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines dieser Stoßdämpfers in betriebsmäßiger Verbindung mit einem Betätigungselement, welches durch eine Steuereinheit gesteuert wird;

Fig. 3 Datenbereiche oder Datenfelder, die in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert sind; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm zum Erläutern der Betriebsweise der Steuereinrichtung.

In Fig. 1 sind vier Stoßdämpfer 20 dargestellt. Die Stoßdämpfer 20 sind in betriebsmäßiger Verbindung mit einer schematischen Darstellung eines konventionellen Automobils 22 gezeigt: Das Automobil 22 beinhaltet eine hintere Radaufhängung 24 mit einer sich quer erstreckenden Hinterachseinheit 26, welche dafür vorgesehen ist, die Hinterräder 28 des Fahrzeuges abzustützen. Die Achseinheit 26 ist betriebsmäßig mit dem Automobil 22 durch ein Paar von Stoßdämpfern 20 sowie durch Schraubenfedern 30 verbunden: Weiterhin hat das Automobil 22 ein Frontaufhängungssystem 32, welches eine sich quer erstreckende Vorderachseinheit 34 aufweist, um die Vorderräder 36 betriebsmäßig zu unterstützen. Die Vorderachseneinheit 34 ist betriebsmäßig mit dem Automobil 22 durch ein zweites Paar von Stoßdämpfern 20 und durch die Schraubenfedern 38 verbunden. Die Stoßdämpfer 20 dienen dazu, die relative Bewegung des ungefederten Bereiches (d. h. die Vorder- und Hinterradaufhängungen 32 und 24) und das gefederte Teil (d. h. die Kraftfahrzeugkarosserie 39) des Automobils 22 zu dämpfen.

Die dargestellten Stoßdämpfer 20 sind so beschaffen, wie dies in den Fig. 4, 5, 6 und 7 der entsprechenden Beschreibung der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/5 36 771, eingereicht am 12. Juni 1990, beschrieben und erläutert ist. Diese US-Anmeldung nimmt eine Priorität in Anspruch, die auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennummer 1-2 22 631 basiert, und die nun als erste ungeprüfte japanischen Patentanmeldung Nr. 3-84 237 veröffentlicht ist, und welche weiterhin der deutschen Patentanmeldung Nr. P 40 19 221.0 sowie der britischen Patentanmeldung Nr. 90 13 477.6 entspricht, die nun als GB 22 34 038 A veröffentlicht ist.

Kurz gefaßt, beinhaltet der Stoßdämpfer 20 einen Kolben, der hin- und hergehend innerhalb einer Arbeitskammer angeordnet ist, die durch einen länglichen rohrförmigen Druckzylinder gebildet ist. Der Zylinder ist mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Der Kolben ist mit der Fahrzeugachseneinrichtung verbunden, und zwar durch eine Kolbenstange, und teilt die Arbeitskammer in erste und zweite Bereiche, um das Dämpfungsfluid aufzunehmen. Mit einem Bolzen ist der Kolben an der Kolbenstange befestigt. Der Bolzen ist hohl und beinhaltet ein Hülsenteil mit reduziertem Durchmesser, das sich durch den Kolben in axial fester Weise erstreckt, und zwar mit einer Schraube, die im Gewindeeingriff mit dem führenden Ende des Hülsenteils steht. Das Hülsenteil ist mit einem ersten Paar von diametral entgegengesetzten radialen Öffnungen ausgebildet, die strömungsmäßig angeordnet sind und die einen Teil eines ersten Einweg-Fluidströmungskanales bilden, welcher eine Einwegströmung des Dämpfungsfluides von dem zweiten Teil zu dem ersten Teil des Stoßdämpfers erlaubt, und zwar während des Kompressions- und Dekompressionshubes des Stoßdämpfers. Das Hülsenteil ist weiterhin mit einem zweiten Paar von diametral einander entgegengesetzten radialen Öffnungen versehen, die strömungsmäßig angeordnet sind und Teil eines zweiten Einweg-Strömungsfluidkanals bilden, welcher eine Einwegströmung des Dämpfungsfluides während des Wiederausschiebens, d. h. also während des Entlastens des Stoßdämpfers ermöglicht. Das erste und zweite Paar von diametral einander entgegengesetzen Öffnungen sind axial gleich voneinander beabstandet und sind benachbart zu den entgegengesetzten axialen Enden des Kolbens vorgesehen. Um die Strömungsverbindung zwischen dem ersten Paar von radialen Öffnungen variabel zu behindern, ist eine erste Ventilspule in dem Hülsenteil angeordnet. In entsprechender Weise ist eine zweite Ventilspule in dem Hülsenteil angeordnet, um eine radiale Strömungsverbindung zwischen dem zweiten Paar von radialen Auslässen variabel zu behindern. Die beiden Ventilspulen sind gewindemäig innerhalb der inneren Zylinderwand angeordnet, welche den Hohlraum des Bolzens bildet. Diese Spulen werden gedreht, um sich axial in bezug auf das Hülsenteil zu bewegen, um die Fluidströmungsverbindung zwischen den ersten radialen Öffnungen und den zweiten radialen Öffnungen entsprechend zu verringern.

Um die Spulen unabhängig voneinander zu drehen, ist eine zurückziehbare Steuerstangeneinheit vorgesehen, welche mit einem Ende mit der zweiten Spule verbunden ist, und sich durch die erste Spule erstreckt, welche hohl ist, und ebenso durch eine zurückziehbare Steuerhülseneinheit, welche mit der ersten Spule verbunden ist. Die zurückziehbare Steuerhülseneinheit erstreckt sich durch die Kolbenstange. Die Strömung von Dämpfungsfluid, die durch jede dieser varialben Strömungswiderstände fließt, belastet die Spule in einer solchen Richtung, daß sie den effektiven Strömungsquerschniitt des Strömungswiderstandes erhöht. Die Spulen werden somit axial belastet mit Kräften, die variabel sind mit der Variation der Amplitude der Dämpfungskraft während des Belastens und Entlastens des Stoßdämpfers. Die axialen Belastungskräfte drängen die Spulen dazu, sich zu drehen, und zwar in einem solchen Drehsinn, daß sie die effektiven Flächen der Strömungswiderstände erhöhen.

In Fig. 2 ist eine Dämpfungskraft-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche mit dem Stoßdämpfer 20 zusammenwirkt, der die vorstehend beschriebene variable Strömungswiderstandseinrichtung aufweist, die nun allgemein mit dem Bezugszeichen 48 bezeichnet ist.

Als Betätigungselement wird ein Puls- oder Schrittmotor 40 verwendet, der antriebsmäßig mit der vorerwähnten Steuerstangeneinrichtung und Steuerhülseneinrichtung verbunden ist, und zwar derart, daß, wenn der Schrittmotor 40 in eine Winkelposition gedreht wird, die Spulen gedreht werden, um axiale Positionen einzunehmen, die der Winkelposition des Schrittmotors 40 entsprechen. Gemäß dieser Ausführung hat der Schrittmotor 40 drei Winkelpositionen, nämlich eine Bereichsposition hart (H), eine Bereichsposition mittel (M) und eine Bereichsposition weich oder soft (S). Eine gewünschte Winkelposition, welche durch den Schrittmotor 40 einzunehmen ist, und die Amplitude eines elektrischen Stromes, welcher durch jeden der Ankerspulen des Schrittmotors 40 fließt, werden durch eine Mikrocomputer-Steuereinrichtung 46 bestimmt. Ein vertikaler Beschleunigungssensor 42 ist an der Karosserie angeordnet, um eine vertikale Beschleunigung der Karosserie relativ zu dem Aufhängungselement festzustellen und erzeugt ein Beschleunigungsanzeigesignal, welches die erfaßte vertikale Beschleunigung anzeigt. Ein Lastsensor 44 ist an einem oberen Aufhängebereich angeordnet, durch welchen der Stoßdämpfer 20 mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, um eine Eingangslast auf die Fahrzeugkarosserie zu erfassen, und erzeugt ein Eingangslastanzeigesignal, welches repräsentativ für die erfaßte Eingangslast ist. Dieses Eingangslastanzeigesignal zeigt eine Amplitude einer Dämpfungskraft an, welche durch den Stoßdämpfer 20 erzeugt wird. Dieses Sensorausgänge werden der Steuereinheit 46 zugeführt. Die Steuereinheit 46 beinhaltet, wie üblich, eine Eingangsschnittstelle (I/I) 61, einen Analog-Digitalwandler (A/D) 62, eine zentrale Prozeßeinheit (CPU) 64, einen Speicher 63, der einen Nur-Lesespeicher (ROM) und einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) umfaßt, sowie eine Ausgangsmittstelle (O/I) 65.

In bezug auf die Fig. 3 und 4 wird nun das Prinzip der Betriebsweise der Ausführungsform erläutert.

In Reaktion auf jede der drei Winkelpositionen des Schrittmotors 40 nehmen die Bauteile der variablen Strömungswiderstandseinheit 48 die entsprechenden Winkelpositionen ein, um die vorbestimmten Strömungswiderstände für die Belastung und die Entlastung des Stoßdämpfers 20 zu ergeben. Während des Belastens und Entlastens des Stoßdämpfers 20 ist der Betrag des Drehmomentes, dem die Steuerstangeneinheit und Steuerhülseneinheit unterworfen ist, in seiner Größe variabel, und zwar im Verhältnis zu einer Amplitude der Dämpfkraft. Die Fig. 3 zeigt unterschiedliche Drehmomente über die Dämpfkraftcharakteristik, und zwar für die unterschiedlichen Bereichspositionen, nämlich H, M und S. Wenn die harte Bereichsposition (H) gewählt ist, ändert sich das Drehmoment in einer solchen Weise, wie durch ein Paar von Drehmoment-Dämpfkraftkurven A und D dargestellt ist. Wenn die weiche Bereichsposition (S) gewählt ist, ändert sich das Drehmoment in einer solchen Weise, wie dies durch ein Paar von Drehmoment-Dämpfungskraftkurven C und F dargestellt ist. Wenn die mittlere Bereichsposition (M) gewählt ist, ändert sich das Drehmoment in einer solchen Weise, wie dies durch ein Paar von Drehmoment-Dämpfkraftkurven B und E gezeigt ist.

Auf der Grundlage dieser drei charakteristischen Kurven werden sechs unterschiedliche Datenbereiche (data maps) vorbereitet. Jeder dieser Datenbereiche beinhaltet unterschiedliche Größen von Ausgangssignalen (mmV) für unterschiedliche Größen der Eingangslast, die durch den Lastsensor 44 erfaßt wird. Die Dämpfkraft ist variabel mit der Eingangslast auf die Fahrzeugkarosserie und wird somit durch den Lastsensor 44 erfaßt. Die unterschiedlichen Größen, die in jedem Datenbereich enthalten sind, werden so gewählt, daß eine Amplitude des elektrischen Stromes, der durch jeden der Ankerwindungen des Schrittmotors 40 fließt, in Übereinstimmung mit der Eingangslast während des Belastens und Entlastens des Stoßdämpfers 20 variiert. Mit anderen Worten, werden die charakteristischen Kurven A und D in einem Paar von Datenbereichen DM_H gespeichert, um eine Betriebsweise des Stoßdämpfers 20 in dem Bereich H zu steuern. In entsprechender Weise werden die charakteristischen Kurven B und E in einem zweiten Paar von Datenbereichen DM_M gespeichert zur Steuerung der Betriebsweise des Stoßdämpfers 20 in dem M-Bereich und die charakteristischen Kurven C und F in einem dritten Paar von Datenberichen DM_S, um den Stoßdämpfer 20 in den S-Bereich zu steuern.

Wie in Fig. 4 dargestellt, werden durch eine Hauptroutine 100 Einlesevorgänge ausgeführt, und zwar des Beschleunigungsanzeigesignals (ACC) des Beschleunigungssensors 42 und des Lastanzeigesignals (LOAD) des Lastsensors 44 und ein Bereichsanzeigesignal (RANGE), welche anzeigt, welche der drei Bereichspositionen gewählt ist. Die Ausführung der Hauptroutine wird unterbrochen durch ein Unterbrechungssignal, das in regulären Intervallen auftritt, und es wird ein Befehl zum Springen zu einem Block 201 einer Unterroutine ausgeführt, nachdem diese Unterbrechung aufgetreten ist. Beim Block 200 wird das Lastanzeigesignal geholt. Ein Paar von Datenbereichen (s. Fig. 3), welches dem Bereichsanzeigesignal entspricht, wird ausgewählt und es wird eine Tabellensuchoperation der gewünschten Datenbereiche ausgeführt, und zwar auf Grundlage des Lastanzeigesignales, um Ausgangswerte zu bestimmen und um einen größeren von diesen als Ergebnis dieses Schrittes zu setzen. Das Ergebnis wird in einem Block 204 verwendet, wo ein Ausgangssignal durch das Resultat der Tabellensuchoperation, die im Block 202 ausgeführt worden ist, modifiziert wird, und die Ausführung der Subroutine wird nach diesem Block 204 beendet. Es ist also ein Befehl vorhanden, um zu dem Unterbrechungspunkt der Hauptroutine 100 zurückzukehren. In der Hauptroutine wird das modifizierte Ausgangssignal ausgegeben. Die Amplitude des elektrischen Stromes, welche durch jeden der Ankerwindungen des Schrittmotors 40 fließt, wird durch das modifizierte Ausgangssignal bestimmt. Darum wirkt der Schrittmotor einem darauf aufgebrachten Drehmoment entgegen, selbst wenn das Drehmoment variiert.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines hydraulischen Stoßdämpfers eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die Strömung eines Dämpfungsfluides eine Belastung eines Betätigungselementes des Stoßdämpfers während des Kompressions- und Dekompressionshubes des Stoßdämpfers bewirkt, und das Betätigungselement in Reaktion auf das Ausgangssignal einer Steuereinrichtung betätigt wird, wobei dieses Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen der Belastung und Erzeugen eines Lastanzeigesignals, welches repräsentativ für die erfaßte Last ist; und
Modifizieren des Ausgangssignals in Reaktion auf dieses Lastanzeigesignal, derart, daß das Betätigungselement der Belastung entgegenwirkt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Datentabellen gespeichert wird, die jeweils eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausgangswerten für unterschiedliche Amplituden einer Dämpfungskraft aufweisen, die durch den Stoßdämpfer erzeugt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei dieser Schritt der Erfassung der Belastung einen Schritt beinhaltet, des Erfassens einer Eingangslast, der auf eine Kraftfahrzeugkarosserie über den Stoßdämpfer aufgebracht wird, und Erzeugen eines Eingangsanzeigesignals, welches für die erfaßte Eingangslast repräsentativ ist, einen Schritt des Auswählens aus dieser Vielzahl von Datentabellen zumindest eines Datenbereiches, der einer Bereichsposition entspricht, in welcher der Stoßdämpfer betrieben werden soll, und einen Schritt des Ausführens einer Tabellensuchoperation in diesem ausgewählten Datenbereich, um die Größe eines Ausgangssignals zu bestimmen.

4. Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Stoßdämpfers eines Automobiles, wobei eine Strömung von Dämpfungsfluid eine Last auf ein Betätigungselement des Stoßdämpfers während des Kompressions- und Dekompressionshubes des Stoßdämpfers bewirkt, und wobei das Betätigungselement in Reaktion auf ein Ausgangssignal einer Steuereinrichtung betätigt wird, wobei dieses System beinhaltet:
Einrichtungen zum Bestimmen einer Amplitude einer Dämpfkraft, die durch den Stoßdämpfer erzeugt wird; und
eine Steuereinheit, welche beinhaltet:
Einrichtungen zum Bestimmen der Last auf das Betätigungselement in Reaktion auf die Amplitude dieser bestimmten Dämpfkraft und Erzeugen eines Lastanzeigesignals, welches repräsentativ für die erfaßte Last ist; und
Einrichtungen zum Ändern des Ausgangssignals in Reaktion auf dieses Lastanzeigesignal derart, daß das Betätigungselement der Belastung entgegenwirkt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei diese Einrichtung zum Bestimmen der Dämpfungskraftamplitude einen Lastsensor beinhaltet, der an dem Automobil in solcher Weise angeordnet ist, daß er eine Eingangslast erfaßt, welche auf die Fahrzeugkarosserie durch den Stoßdämpfer aufgebracht wird und ein Eingangslastanzeigesignal erzeugt, welches für die erfaßte Eingangslast repräsentativ ist, wobei dieses Eingangslastanzeigesignal als Signal verwendet wird, welches die Amplitude der Dämpfungskraft anzeigt, welche durch den Stoßdämpfer erzeugt wird.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei diese Steuereinheit Speichereinrichtungen beinhaltet, um eine Vielzahl von Datentabellen zu speichern, wobei jede dieser Datentabellen eine Vielzahl von unterschiedlichen Werten eines Ausgangssignals für unterschiedliche Amplituden einer Dämpfungskraft, erzeugt durch den Stoßdämpfer, aufweist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei diese Einrichtung zum Bestimmen der Last auf das Betätigungselement verwendet wird, um aus dieser Vielzahl von Datentabellen zumindest einen Datenbereich auszuwählen, der einer Bereichsposition entspricht, in welcher der Stoßdämpfer betrieben werden soll, und eine Tabellensuchoperation auszuführen innerhalb dieses ausgewählten Datenbereiches, um die Größe eines Ausgangssignales zu bestimmen.