DE4119323A1

DE4119323A1 - Verfahren zur frequenzabhaengigen adaptiven regelung eines fahrwerks

Info

Publication number: DE4119323A1
Application number: DE4119323A
Authority: DE
Inventors: Zhen Dr Ing Huang
Original assignee: August Bilstein GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Bilstein GmbH
Priority date: 1991-06-12
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1992-12-17
Also published as: EP0518056B1; EP0518056A1; ES2066514T3; DE59201121D1; JP3190428B2; JPH05169959A; DE4119323C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur frequenzabhängigen adaptiven Regelung eines Fahrwerks von Kraftfahrzeugen mit regel baren Schwingungsdämpfern, welche steuerbare Ventile zum Ändern der Dämpfungscharakteristik in einer Mehrzahl von Abstufungen aufweisen.

Der Aufbau eines Fahrwerks läßt sich anhand eines Zweimassen schwingers erläutern, wobei die ungefederte Masse von Rad und Radaufhängung als Radmasse und die anteilige Aufbaumasse des Fahrzeuges als Aufbaumasse bezeichnet ist. Zwischen beiden befin det sich ein Dämpfer-Federsystem. Von einem solchen Radfederungs system werden zwei sich widersprechende Aufgaben gelöst. Durch die Fortbewegung eines Fahrzeuges auf einer im gewissen Grad un vermeidbar unebenen Straße kommt es über die Räder zu einer Schwingungsanregung. Die resultierenden Rad- und Aufbauschwingun gen beeinträchtigen den Fahrkomfort und auch die Sicherheit des Fahrzeuges.

Damit hat also das Feder-Dämpfersystem einmal die Aufgabe, das Rad so genau wie möglich an der Fahrbahn entlang zu führen, die Kraftübertragung vom Rad zum Untergrund auf möglichst hohem Ni veau zu halten, und andererseits die aus den Straßenunebenheiten resultierenden Aufbaubewegungen auszugleichen, um den Fahrkomfort für die Insassen zu steigern. Durch Einstellung der Dämpferkraft des Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit der Straßenanregung kön nen im hohen Maße die auftretenden Schwingungen absorbiert und die Fahrsicherheit gewährleistet werden.

Ein Verfahren zur Steuerung der Dämpfungskraft eines Schwingungs dämpfers ist aus der deutschen Patentschrift DE PS 37 05 508 be kannt. Das beschriebene Verfahren verwendet zur Regelung der Dämpfungskraft den Absolutwert der Aufbaubeschleunigung, wobei dieser mit zwei Grenzwerten zur Umschaltung auf eine härtere Dämpfungskennlinie in einer definierten Zeit verglichen wird. Nachteilig wirkt sich bei diesem Verfahren aus, daß es nur bei einem Schwingungsdämpfer mit einem Drei-Wege-Ventil zum Einsatz kommen kann und nicht im ausreichenden Maße die Abhängigkeit der einzustellenden Dämpfungskraft von den frequenten Straßenuneben heiten berücksichtigt. In der deutschen Patentanmeldung DE 41 04 398 wird ein Verfahren zum Regeln eines semiaktiven Fahrwerks beschrieben, bei dem zwischen einmaligen, lang- und kurzwelligen Straßenanregungen zur Einstellung der Dämpfungskraft unterschieden wird, wobei neben der Aufbaubeschleunigung des Fahrzeuges auch die Relativgeschwindigkeit zwischen Aufbau- und Achse gemessen werden muß und nur zwei Dämpfungskrafteinstellun gen möglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur fre quenzabhängigen adaptiven Regelung eines Fahrwerks zu schaffen, mit dem die Dämpfungskraft eines Schwingungsdämpfers in Abhängig keit der Fahrbedingungen des Kraftfahrzeuges und der frequenten Straßenunebenheiten in mehreren Stufen eingestellt werden kann und mit dem neben einer hohen Fahrsicherheit ein optimaler Kom fort erreicht wird.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur frequenzabhängigen adap tiven Regelung der Dämpfungskraft eines Schwingungsdämpfers wird in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Grunddämpfungs charakteristik eingestellt, wobei eine Fahrgeschwindigkeitserhö hung eine härtere Dämpfung und eine Senkung der Fahrgeschwindig keit eine weichere Grunddämpfungscharakteristik bewirkt. Die so eingestellte Grunddämpfungscharakteristik wird bei langwelligen Straßenunebenheiten auf eine härtere Kennung geschaltet. Bei einer kurzwelligen Straßenunebenheit bleibt die Grunddämpfungs charakteristik eingestellt.

Dieses Regelverfahren benötigt außer den am Fahrzeug schon vor handenen Sensoren für die Fahrgeschwindigkeit und die Hilfsregel größen nur einen Sensor für das Vorzeichen der Aufbaubeschleuni gung und kann bei Einsatz eines mehrstufigen Steuerventils die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers sehr feinstufig einstel len. Es ist jedoch auch für Schwingungsdämpfer mit Zwei- oder Drei-Wege-Ventilen einsetzbar.

Eine sehr kostengünstige Variante besteht darin, nur die Fahr zeugvorderachse mit Sensoren für die Aufbaubeschleunigung auszu rüsten und die entsprechenden Signale für die Hinterachse aus den Signalen der Vorderachse abzuleiten.

Die optimale Dämpfungskraft für eine notwendige Fahrsicherheit und im Kompromiß dazu für einen guten Fahrkomfort wird außer von der momentanen Fahrgeschwindigkeit und der momentanen frequenten Straßenanregung, auch von Größen wie Lenkwinkel, Bremsnicken und Querbeschleunigung beeinflußt, die als Hilfsgrößen in den Regel kreis eingehen können.

Das erfindungsgemäße Regelverfahren, daß aus einer Kombination von adaptiver und frequenzabhängiger Dämpfungskrafteinstellung besteht, weist insbesondere den Vorteil auf, daß es durch die Kombination von adaptiver und frequenzabhängiger Dämpfungskraft einstellung die Vorteile beider Verfahren zur Erreichung einer hohen Fahrsicherheit bei größtmöglichem Fahrkomfort nutzt.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläu tert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 die Ausführung eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeuges mit vier Stoßdämpfern,

Fig. 2 das Blockschaltbild der Fahrwerksregelung,

Fig. 3 den Signalverlauf der Dämpfungskraft in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit mit überlagertem frequenzabhängigen Teil der Dämpfungskraft,

Fig. 4 den Signalverlauf der Aufbaubeschleunigung und des fre quenzabhängigen Teils der Dämpfungskraft bei einer lang welligen periodischen Straßenanregung,

Fig. 5 den Signalverlauf der Aufbaubeschleunigung und des fre quenzabhängigen Teils der Dämpfungskraft bei einer kurz welligen periodischen Straßenanregung,

Fig. 6 den Signalverlauf der Aufbaubeschleunigung und des fre quenzabhängigen Teils der Dämpfungskraft bei langwelliger Erregung durch ein Einzelhindernis und

Fig. 7 den Signalverlauf der Aufbaubeschleunigung und des fre quenzabhängigen Teils der Dämpfungskraft bei kurzwelliger Erregung durch ein Einzelhindernis.

Fig. 1 zeigt die Ausführung eines Fahrwerks für ein Kraftfahrzeug mit vier Stoßdämpfern. Die hintere Achse wird über zwei Schwin gungsdämpfer 1 und zwei Wendelfedern 2 abgestützt, die vordere Radaufhängung weist sogenannte niveaugeregelte Federbeine 3 auf. Die Schwingungsdämpfer 1 und die Federbeine 3 dämpfen die Rela tivbewegungen der ungefederten Massen des Rades und der Radauf hängung und den gefederten anteiligen Aufbaumassen des Fahrzeu ges. Zum Verändern der Dämpfereigenschaften ist eine Regelein richtung 4 vorgesehen, die zum Beispiel einen Teil des Fahrzeug rechners darstellen kann. Die Regeleinrichtung 4 errechnet aus den Signalen der Beschleunigungssensoren 5 und der Fahrgeschwind igkeit des Fahrzeuges eine Stellgröße zur Veränderung der Dämp fungskraft, wobei für jeden Schwingungsdämpfer 1 und jedes Feder bein 3 ein Beschleunigungssensor 5 vorhanden ist.

Zur Erläuterung des Regelverfahrens wird das in Fig. 2 gezeigte Blockschaltbild des Einradmodells verwendet. Das lineare Zweimas sensystem besteht aus der gefederten anteiligen Aufbaumasse m_a und der ungefederten Radmasse m_R. Zwischen beiden Massen befindet sich ein Dämpfer-Feder-System, bei dem c_a die Federkonstante und d_a die Dämpfungskonstante darstellen. Die Federkonstante c_R und die Dämpfungskonstante d_R sind die Konstanten des radimanenten Dämpfer-Feder-Systems. Die Fahrgeschwindigkeit v_Fahr wird vom Tachometer des Fahrzeuges abgegriffen und dem Regler RG direkt zugeleitet. Dieser bildet über die Größe der Fahrgeschwindigkeit v_Fahr den Stellgrößenanteil für die momentane Grunddämpfungscha rakteristik.

Der an der Aufbaumasse m_a angeordnete Beschleunigungssensor 5 mißt die Aufbaubeschleunigung a_a, die an einen Filter 6 weiterge leitet wird. In diesem Filter werden aufkommende Störgrößen her ausgefiltert. Das gefilterte Signal geht als Eingangsgröße an den Regler RG. Der Regler errechnet gemäß dem erfindungsgemäßen Re gelalgorithmus eine Reglerausgangsgröße I_R zur Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens des Schwingungsdämpfers, indem dem Teil der Stellgröße für die Grunddämpfungskennlinie der Stellgrößenanteil der frequenzabhängigen Dämpfungskraft überlagert wird.

Die Reglerausgangsgröße I_R bildet zusammen mit dem Stellgrößenan teil I_H der Hilfsregelgrößen, wie Lenkwinkel oder Querbeschleuni gung, die Stellgröße I zur Beeinflussung der Dämpfungskraft F_D des Schwingungsdämpfers, wobei auch denkbar ist, die gemessenen Hilfsregelgrößen direkt als Eingangsgrößen dem Regler RG zuzufüh ren.

Diese Art von Regelung kann insbesondere für Schwingungsdämpfer mit einem regelbaren Mehrwegeventil als Bypaßventil zur Anwendung kommen.

Anhand des in Fig. 3 gezeigten Signalverlaufs der Dämpfungskraft soll der Regelalgorithmus näher erläutert werden.

Fährt zum Beispiel das Fahrzeug mit einer sehr geringen Geschwin digkeit v_Fahr, wird die Grunddämpfungskraft auf die Dämpfungs kennlinie F₁ - weich - eingestellt. Wird nun zusätzlich eine kurzwellige Straßenanregung sensiert, bleibt die Dämpfungs kraft F_D in der weichen Kennlinie. Bei einer langwelligen Straßenanregung erzeugt der Regler eine Stellgröße zur Einstellung einer härteren Dämpfungscharakteristik F₂.

Fährt das Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit, die eine Grund dämpfung F_D zwischen zwei möglichen Dämpfungskennlinien, zum Bei spiel zwischen den Dämpfungskennlinien F₂ und F₃ bedingt, wird der Regler eine Stellgröße in Abhängigkeit einer langwelligen Straßenanregung erzeugen, die die Dämpfungskraft zwei Stufen här ter einstellt, zum Beispiel auf F₄.

Einen ähnlichen Einfluß auf die Dämpfungskraft können die Hilfs regelgrößen, wie Querbeschleunigung, Bremsnicken oder Lenkwinkel ausüben.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen die Signalverläufe der Aufbaubeschleuni gung a_a und des frequenzabhängigen Teils der Dämpfungskraft F_D in Abhängigkeit unterschiedlicher Straßenanregungen.

Bei einer periodischen langwelligen Straßenanregung, wie sie Fig. 4 darstellt, liefert der Regler RG eine Stellgröße zur Um schaltung der über die Fahrgeschwindigkeit eingestellten Grund dämpfung auf eine härtere Dämpfungskennlinie. Der Regler erkennt eine langwellige Erregung, da sich das Vorzeichen der Aufbaube schleunigung a_a während einer definierten Zeit T_L nicht ändert.

Hat der Regler eine langwellige Erregung erkannt, wird in den nachfolgenden Berechnungen der Zeit T_L zur Ausschaltung von Fehlerkennungen durch auftretende Störgrößen eine Verzögerungs zeit ΔT zuaddiert, die in bestimmten Fällen auch negative Werte annehmen kann.

Erkennt der Regler RG eine kurzwellige Straßenanregung x_E (Fig. 5 und 7), daß heißt,das Vorzeichen der Aufbaubeschleunigung a_a än dert sich in der vordefinierten Zeit T_L, wird eine Stellgröße zum Umschalten der Dämpfungskraft F_D auf eine weichere Kennlinie er zeugt, wie in Fig. 5 dargestellt. Bei einer sehr geringen Fahrge schwindigkeit v_Fahr, die eine weiche Grunddämpfung bewirkt, ver ändert sich die Dämpfungskraft F_D nicht (Fig. 7).

Fig. 6 zeigt die Signalverläufe bei einem Einzelhindernis mit langwelliger Anregung x_E. Der Regler RG erkennt die langwellige Straßenanregung, da sich das Vorzeichen der Aufbaubeschleuni gung a_a in der vordefinierten Zeit T_L nicht ändert und schaltet von der durch die Fahrgeschwindigkeit eingestellten Dämpfungs kraftkennlinie auf eine härtere Kennlinie um. Die Schwingung der Aufbaubeschleunigung klingt nach der einmaligen Straßenanre gung x_E langsam ab, die Aufbaubeschleunigung ändert ihr Vorzei chen in der Zeit T_L und der Regler erzeugt eine Stellgröße I, die die Dämpfungskraft F_D des Schwingungsdämpfers auf die Grunddämp fungskennlinie einstellt.

Bezugszeichen

1 Schwingungsdämpfer
2 Wendelfeder
3 Federbein
4 Regeleinrichtung
5 Beschleunigungssensor
6 Filter
m_a Aufbaumasse
m_R Radmasse
c_a Federkonstante
d_a Dämpfungskonstante
c_R Federkonstante
d_R Dämpfungskonstante
v_Fahr Fahrgeschwindigkeit
RG Regler
I_R Reglerausgangsgröße
I_H Stellgrößenanteil der Hilfregelgrößen
I Stellgröße
F_D Dämpfungskraft
F₁-F₅ Dämpfungskennlinien
T Verzögerungszeit
T_L definierte Zeit
x_E Straßenanregung

Claims

1. Verfahren zur frequenzabhängigen adaptiven Regelung eines Fahrwerks mit regelbaren Schwingungsdämpfern, welche steuerba re Ventile zum Ändern der Dämpfungscharakteristik in einer Mehrzahl von Abstufungen aufweisen, bei dem die Fahrzeugge schwindigkeit und die Aufbaubeschleunigung gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Grunddämpfungscharakteristik in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) eingestellt wird, wobei eine Fahrgeschwindigkeitserhöhung eine härtere Grunddämpfungscharakteristik und eine Fahrgeschwindigkeits senkung eine weichere Grunddämpfungscharakteristik bewirkt, daß die Dämpfungscharakteristik auf eine härtere Kennung ge schaltet wird oder bei härtester Grunddämpfungscharakteristik in dieser bleibt, wenn das Vorzeichen der Aufbaubeschleuni gung (a_a) sich in einer eine langwellige Straßenanregung kenn zeichnenden Periodenzeit (T_L) nicht ändert und die Dämpfungs charakteristik in die Kennlinie der von der Fahrzeuggeschwin digkeit (V) eingestellten Grunddämpfung eingestellt wird oder bleibt, wenn sich das Vorzeichen der Aufbaubeschleunigung (a_a) in der Periodenzeit (T_L) ändert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Dämpfungscharakteristik auf eine härtere oder weichere Kennung in ein oder mehreren Stufen außerdem von Hilfsregelgrößen abhängt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbeschleunigung, der Lenkwinkel und/oder ein Signal für die Bremsbetätigung als Hilfsgrößen in den Regelkreis ein gehen.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß nach einer erstmaligen Erkennung einer langwelligen Straßenanregung der Periodenzeit (T_L) ein Verzögerungswert (ΔT) zuaddiert wird und die Erkennung der langen Welle mit der Periodenzeit (T_L+ΔT) erfolgt.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Periodenzeit (T_L) und/oder die Periodenzeit (T_L+ΔT) als Konstanten im Regler abgespeichert sind.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Fahrzeugvorderachse mit Sensoren für die Aufbaubeschleunigung und/oder die Querbeschleunigung ausgerüstet ist und die Signale für die Hinterachse aus den Signalen der Vorderachse abgeleitet werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eins der steuerbaren Ventile des Schwingungsdämpfers ein Drei-Wege-Ventil ist.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eins der steuerbaren Ventile des Schwingungsdämpfers ein Zwei-Wege-Ventile ist.