DE4117460C2

DE4117460C2 - Steuervorrichtung zum variablen Einstellen der Dämpfungskraft von Schwingungsdämpfern

Info

Publication number: DE4117460C2
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: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: GB2245951B; GB2245951A; DE4117460A1; GB9111455D0; JPH0414843U; JP2587627Y2; US5285876A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum variablen Ein stellen der Dämpfungskraft von Schwingungsdämpfern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Schwingungsdämpfer des vorerwähnten Typs wird in einem be kannten Fahrzeugaufhängesystem verwendet, das in der japani schen Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift JP 63-112914 U be schrieben ist. Der Schwingungsdämpfer beinhaltet ein äußeres Zylinderrohr, ein inneres Zylinderrohr, welches mit einem Dämp fungsfluid gefüllt ist, einen Kolben, der gleitend in dem inne ren Zylinderrohr geführt ist, um das Innere des inneren Zylin derrohres in eine erste Kammer und in eine zweite Kammer zu teilen, und eine Einrichtung zur Erzeugung eines variablen Strömungswiderstandes, um eine widerstandsbeaufschlagte Strö mung von Dämpfungsfluid zwischen der ersten und der zweiten Kammer während der Druck- und Zugstufe des Schwingungsdämpfers zu schaffen. Um den Strömungsquerschnitt des Strömungswider standskanals zu variieren, wird ein Drehventil betriebsmäßig mit einem Betätigungselement in Form eines Schrittmotors ver bunden, der durch die Steuerung einer Steuereinheit betätigt wird. Während der Druck- und Zugstufe des Schwingungsdämpfers gibt es eine Strömung von Dämpfungsfluid, welche durch den ver engten Strömungskanal fließt, der ein Moment auf das Drehventil in einer solchen Richtung bewirkt, daß der Öffnungsgrad des verengten Strömungskanals erhöht wird. Das Moment auf dem Dreh ventil wird dem Betätigungselement zugeführt und variiert mit einem Druck, der durch die Strömung des Dämpfungsfluides er zeugt wird, das durch den verengten Strömungskanal fließt.

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

Die DE 37 36 695 A1 zeigt einen hydraulischen Schwingungsdämp fer, bei welchem zur Einstellung der Dämpfungskraft ein Dreh ventil vorgesehen ist, welches durch ein elektromagnetisch ar beitendes Drehbetätigungsorgan in eine vorbestimmte Stellung gebracht wird.

Die nachveröffentlichte DE 38 43 137 A1 beschreibt eine Vor richtung zur Steuerung eines Schwingungsdämpfers, bei welcher ein Sensor vorgesehen ist, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Schwingungsdämpfers zu bestimmen. Auf einen Sensor zur Erfas sung der auf die Schwingungsdämpferaufhängung wirkenden Kräfte wird verzichtet. Die Vorrichtung erfaßt die Relativverschiebung des Dämpfers mittels eines Wegsensors und leitet daraus die Ge schwindigkeit ab. In Abhängigkeit der errechneten Geschwindig keit wird die Charakteristik des Dämpfers verändert.

Ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der nachveröffentlichten DE 40 39 839 A1 bekannt. Bei diesem Kraftfahrzeug ist ein Schwingungsdämpfer vorgesehen, welcher eine in mehreren Stufen variable Dämpfungskraft aufweist. Die Dämpfungskraft wird auf der Grundlage einer Anzahl von Daten sätzen ermittelt, die in einer Speichereinheit gespeichert sind, und die Dämpfungscharakteristik-Auswahlmuster enthalten, nach denen die Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers auf der Grundlage der Ausgangssignale eines Beschleunigungssen sors und eines Lastsensors ermittelt werden. Zur Einstellung der Dämpfungskraft wird ein Drehventil verwendet, welches durch einen Schrittmotor in eine Position gebracht wird, welche die gewünschte Dämpfungskraftcharakteristik bewirkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welchem eine Vorrichtung zum Steuern eines hydraulischen Schwingungsdämpfers verwirklicht ist, durch die ein Betätigungselement in einer solchen Weise gesteuert wird, daß eine Momentänderung, die durch eine Strö mung eines Dämpfungsfluids, das durch einen verengten Strö mungskanal während der Belastung und des Entlastens des Schwin gungsdämpfers fließt, ausgeglichen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des An spruchs 1 gelöst.

Eine zu bevorzugende Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.

Weitere Vorteile 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 Schwin gungsdämpfern in ihrer betriebsmäßigen Verbindung innerhalb eines typischen Kraftfahrzeuges;

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines dieser Schwin gungsdämpfer in betriebsmäßiger Verbindung mit einem Betäti gungselement, 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 Schwingungs- oder landläufig Stoßdämpfer 20 dargestellt. Die Stoßdämpfer 20 sind in betriebsmäßiger Verbin dung mit einer schematischen Darstellung eines konventionellen Automobils 22 gezeigt. Das Automobil 22 beinhaltet eine hintere Radaufhängung 24 mit einer sich quer erstreckenden Hinterachs einheit 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 er streckende Vorderachseinheit 34 aufweist, um die Vorderräder 36 betriebsmäßig zu unterstützen. Die Vorderachseneinheit 34 ist betriebsmäßig mit dem Automobil 2 durch ein zweites Paar von Stoßdämpfern 20 und durch die Schraubenfedern 38 verbunden. Die Stoßdämpfer 20 dienen dazu, die relative Bewegung des ungefe derten Bereiches (d. h. die Vorder- und Hinterradaufhängungen 32 und 24) und das gefederte Teil (d. h. die Kraftfahrzeugkarosse rie 39) des Automobils 22 zu dämpfen.

Die dargestellten Stoßdämpfer 20 sind aus der deutschen Offen legungsschrift DE 40 19 221 A1 sowie der zur gleichen Patentfa milie gehörenden britischen Patentschrift GB 2 234 038 bekannt.

Kurz gefaßt, beinhaltet der Stoßdämpfer 20 einen Kolben, der hin- und hergehend innerhalb einer Arbeitskammer angeordnet ist, die durch einen länglichen rohrförmigen Druckzylinder ge bildet ist. Der Zylinder ist mit der Fahrzeugkarosserie verbun den. Der Kolben ist mit der Fahrzeugachseneinrichtung verbun den, und zwar durch eine Kolbenstange, und teilt die Arbeits kammer in erste und zweite Bereiche, um das Dämpfungsfluid auf zunehmen. 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 Ge windeeingriff mit dem führenden Ende des Hülsenteils steht. Das Hülsenteil ist mit einem ersten Paar von diametral entgegenge setzten radialen Öffnungen ausgebildet, die strömungsmäßig an geordnet sind und die einen Teil eines ersten Einweg- Fluidströmungskanals 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 wei terhin mit einem zweiten Paar von diametral einander entgegen gesetzten 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 entgegengesetzten 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 gewindemäßig 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 variablen Strömungswiderstände fließt, belastet die Spule in einer solchen Richtung, daß sie den effektiven Strömungsquerschnitt des Strömungswiderstandes erhöht. Die pulen 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 Ausgangsschnittstelle (0/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 Datenbereichen 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. Steuervorrichtung zum variablen Einstellen der Dämp fungskraft von zwischen dem Fahrzeugaufbau (Kraftfahrzeugkarosserie 39) und den Rädern angeordneten hydraulischen Schwingungsdämpfern (20), von denen jeder aufweist:
einen durch Drehung auf eine Vielzahl von Positionen einstell baren Schrittmotor (40),
eine mit dem Schrittmotor (40) verbundene Einrichtung (48) zur variablen Veränderung der Dämpfungskraft, wobei die Einrichtung (48) dem durchströmenden Hydraulikfluid in Abhängigkeit der Positionen des Schrittmotors (40) unterschiedliche Widerstände entgegensetzt,
einen Lastsensor (44), welcher die Größe der durch den hy draulischen Schwingungsdämpfer (20) auf den Fahrzeugaufbau (Kraftfahrzeugkarosserie 39) übertragene Last erfaßt und ein entsprechendes Lastsignal erzeugt, sowie
einen Positionssensor, welcher die Position des Schrittmotors (40) erfaßt und ein entsprechendes Positionssignal erzeugt,
und mit einer Steuereinrichtung (46), welcher die Signale des Lastsensors (44) und des Positionssensors zugeführt werden und welche in Abhängigkeit der gewünschten Dämpfungskraft ein die Position des Schrittmotors festlegendes Steuersignal erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuereinrichtung (46) die Größe des dem Schrittmotor (40) zugeführten Steuersignals in Abhängigkeit des Lastsignals verändert, wodurch der Schrittmotor (40) die festgelegte Posi tion gegen ein sich änderndes Drehmoment beibehält, welches entsteht, wenn Hydraulikfluid durch die Einrichtung (48) zur variablen Änderung der Dämpfungskraft strömt.

2. Steuervorrichtung zum Einstellen der Dämpfungskraft nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Steuereinrichtung (46) Datentabellen gespeichert sind, wobei zumindest einer Datentabelle eine Position des Schrittmotors (40) entspricht und wobei jede Datentabelle Werte für die unterschiedlichen Größen der Last enthält, welche durch den hydraulischen Schwingungsdämpfer (20) auf den Fahrzeugauf bau (Kraftfahrzeugkarosserie 39) übertragen wird,
daß die Steuereinrichtung (46) zumindest eine der Datentabellen in Abhängigkeit der gewünschten Dämpfungskraft auswählt, um un ter Verwendung des Lastsignals eine Suchoperation in der aus gewählten Datentabelle durchzuführen und einen der Größe der Last entsprechenden Wert zu finden, und
daß die Steuereinrichtung (46) die Größe des dem Schrittmotor (40) zugeführten Steuersignals in Abhängigkeit des gefundenen Wertes verändert, wobei die veränderte Größe des Steuersignals dem gefundenen Wert entspricht.