DE4126078A1

DE4126078A1 - Einrichtung zur querbeschleunigungsabhaengigen beeinflussung einer fahrzeugkomponente

Info

Publication number: DE4126078A1
Application number: DE4126078A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Phys Dr Wolf
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1993-02-11
Also published as: FR2680139B1; FR2680139A1; US5381335A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Beeinflussung einer querbeschleunigungsabhängig veränderlichen Fahr zeugkomponente, insbesondere eines Stoßdämpfers, in Abhängigkeit von einem die Querbeschleunigung repräsen tierenden und durch einen Rechner gewonnenen Beeinflus sungssignal, wobei der Rechner durch einen auf die Fahr zeuggeschwindigkeit ansprechenden Tachogenerator und einen auf den Lenkradeinschlag ansprechenden Lenkwinkelsensor gespeist ist.

Derartige Einrichtungen werden beispielsweise zur Regelung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs eingesetzt (verstell bare Stoßdämpfer eines aktiven Fahrwerks). Ein Teilaspekt einer derartigen Fahrwerksregelung ist es, Wankbewegungen des Fahrzeugs, d. h. Kippbewegungen des Fahrzeugs um seine Längsachse, beispielsweise infolge schneller Kurvenfahrt, entgegenzuwirken. Hierbei ermöglicht die Kenntnis des Wertes der am Fahrzeug durch Fliehkräfte hervorgerufenen Querbeschleunigung eine Erfassung des Wankens, noch bevor große Wankwinkel des Fahrzeugs aufgetreten sind, und somit einen vorhaltenden Wankausgleich innerhalb einer Regel strategie für das Fahrwerk.

Prinzipiell ist eine direkte Erfassung des Werts der Querbeschleunigung mittels eines Querbeschleunigungssen sors denkbar. Die Ermittlung des Werts der Querbeschleu nigung in einem Rechner aus dem Wert der von einem Tacho generator erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Wert des von einem Lenkwinkelsensor erfaßten Lenkwinkels hat jedoch den Vorteil, daß das Wanken des Fahrzeugs im allgemeinen noch früher erkannt werden kann.

Es ist eine gattungsgemäße Einrichtung bekannt, bei welcher der Rechner zur Ermittlung des Werts der Querbe schleunigung aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkwinkel gemäß der Ackermann-Beziehung ausgestattet ist. Die Ackermann-Beziehung beruht auf der Berechnung der Querbe schleunigung aus der bei Kreisfahrt auf das Fahrzeug einwirkenden Zentrifugalkraft, wobei der Radius der Kreisbahn aus dem Wert des Lenkwinkels berechnet wird. Bei der Herleitung der Ackermann-Beziehung wird vorausgesetzt, daß die Räder des Kraftfahrzeugs schlupffrei auf der Fahrbahn abrollen.

Die Ackermann-Beziehung lautet:

wobei in dieser Formel y die Größe des die Querbeschleu nigung repräsentierenden Beeinflussungssignals, β der Lenkwinkel, v die Fahrzeuggeschwindigkeit, i das Lenk übersetzungsverhältnis und L der Radstand des Kraftfahr zeugs sind.

Es ist jedoch bekannt, daß die Räder eines sich mit hoher Geschwindigkeit auf einer Kreisbahn bewegenden Fahrzeugs nicht mehr schlupffrei abrollen, sondern unter Schräg laufwinkeln bezüglich der Kreisbahn nach außen driften (siehe beispielsweise A. Zomotor, "Fahrwerktechnik: Fahrverhalten", Vogel, 1987 - Kapitel 4.2). Dies hat zur Folge, daß die über die Ackermann-Beziehung bestimmte Querbeschleunigung stark von der tatsächlich auftretenden Querbeschleunigung abweichen kann. Da zum Ausgleich der Drift ein größerer Lenkwinkeleinschlag notwendig ist und somit der Radius der tatsächlichen Kreisbahn größer ist als der dem Lenkwinkel entsprechende Bahnradius, sind die mittels der Ackermann-Beziehung berechneten Querbeschleunigungswerte bei großer Fahrzeuggeschwindig keit zu hoch. Dies führt in der Praxis dazu, daß die Fahrwerksregelung aufgrund unzuverlässiger Querbeschleu nigungsdaten dem Wanken des Fahrzeugs nicht mit der erforderlichen Präzision entgegenwirkt.

Ein weiterer Nachteil der Fahrwerksregelung unter Verwen dung eines aufgrund der Ackermann-Beziehung gewonnenen Werts der Querbeschleunigung ist es, daß sie wichtige fahrzeugspezifische Daten, wie beispielsweise die Fahr zeugmasse, Reifenkennfelder, Radaufhängungssteifigkeit oder dergl., nicht berücksichtigt. Gerade die vorstehend beschriebenen fahrzeugspezifischen Größen haben aber einen Einfluß auf den Wert des Schräglaufwinkels bei Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, wel che es ermöglicht, Wankbewegungen des Fahrzeugs auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten präzise entgegenzuwirken.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Rechner zur Gewinnung des Beeinflussungssignals nach der Formel

ausgestattet ist, wobei in dieser Formel y die Größe des die Querbeschleunigung repräsentierenden Beeinflussungs signals, β der Lenkwinkel, v die Fahrzeuggeschwindigkeit und i, k und L fahrzeugspezifische Konstanten sind. Da das Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit im Nenner dieser For mel in eine Summe eingeht, steigt die gemäß dieser Formel berechnete Querbeschleunigung y mit zunehmender Fahrzeug geschwindigkeit v langsamer an als die gemäß der Acker mann-Beziehung berechnete Querbeschleunigung. In den zweiten Summanden dieser Summe, die Konstante k, gehen fahrzeugspezifische Größen, wie beispielsweise Fahrzeug masse, Reifenkennfelder, Radaufhängungssteifigkeit oder dergl. ein, so daß die erfindungsgemäße Einrichtung durch geeignete Wahl der Konstanten k ohne weiteres an ver schiedene Fahrzeugtypen und Fahrzeugausrüstungen angepaßt werden kann. Die Konstante k kann hierbei entweder vom Hersteller des Fahrzeugs voreingestellt werden oder vom Fahrer des Fahrzeugs über einen Schalter verändert werden, bspw. unter Berücksichtigung des Beladezustands des Fahr zeugs.

Um bei raschen Lenkbewegungen ausreichend schnell auf die auftretende Querbeschleunigung reagieren zu können, wird vorgeschlagen, daß die Fahrzeugkomponente zusätzlich in Abhängigkeit von einem weiteren, den Querruck repräsen tierenden Beeinflussungssignal beeinflußt ist. Unter Querruck versteht man eine Größe, welche die Ableitung der Querbeschleunigung nach der Zeit wenigstens annähernd berücksichtigt.

Hierbei kann das weitere Beeinflussungssignal z in einem Rechner nach der Formel:

gewonnen werden, unter Verwendung eines Differenzierglieds zur Ermittlung der zeitlichen Ableitung des Lenkwinkels und unter Verwendung eines weiteren Differenzierglieds zur Ermittlung der zeitlichen Ableitung der Fahrzeuggeschwin digkeit. Hierdurch wird eine präzise Gewinnung des Quer rucks ermöglicht, da sowohl Änderungen des Lenkwinkels als auch Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit, beispiels weise infolge Bremsens in der Kurve, berücksichtigt werden. Die Gewinnung des Querrucks kann gleichzeitig zur Ermittlung der Querbeschleunigung erfolgen.

Alternativ kann das weitere Beeinflussungssignal z′ in einem Rechner nach der Formel:

unter Verwendung eines Differenzierglieds zur Ermittlung der zeitlichen Ableitung des Lenkwinkels gewonnen wird. Die einfachere Formel erlaubt eine schnellere Bestimmung von Querbeschleunigung und Querruck. Es hat sich gezeigt, daß auch dieses weitere Beeinflussungssignal z′ eine in vielen Fällen ausreichende vorausschauende Korrektur ermöglicht.

In einer weiteren Alternative ist vorgesehen, daß das weitere Beeinflussungssignal z′′ numerisch gewonnen wird in einem Differenzierglied, das die zeitliche Änderung des querbeschleunigungsabhängigen Beeinflussungssignals bestimmt. Dies ermöglicht eine noch schnellere Ermittlung des weiteren Beeinflussungssignals z′′. Querbeschleunigung und Querruck werden in diesem Fall zeitlich aufeinander folgend bestimmt.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ein richtung zur Einstellung unterschiedlicher Dämp fungsstufen eines Kraftfahrzeugstoßdämpfers;

Fig. 2 eine Prinzipskizze eines mit Tachogenerator und Lenkwinkelsensor ausgestatteten Fahrzeugs und

Fig. 3 bis 6 Blockschaltbilder der Ermittlungsein richtungen zur Ermittlung von Querbeschleunigung und Querruck.

In Fig. 1 ist eine im folgenden mit 10 bezeichnete Ein richtung zur Beeinflussung eines Kraftfahrzeugstoßdämpfers 12 in Form eines Blockschaltbilds dargestellt. Die Ein richtung umfaßt eine Ermittlungseinrichtung B₁ zur Er mittlung des Momentanwerts y der auf das Fahrzeug einwir kenden Querbeschleunigung und eine Einrichtung B₂ zur Ermittlung des Momentanwerts z, z′ bzw. z′′ des Querrucks. Die Ermittlungseinrichtungen B₁ und B₂ sind zur Erfassung von Wankbewegungen des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Weiter umfaßt die Einrichtung 10 eine Einrichtung B₃ zur Ermitt lung des Momentanwerts b₃ der auf das Fahrzeug einwirken den Längskraft, eine Einrichtung B₄ zur Ermittlung des Momentanwerts b₄ der Längskraftänderung, eine Einrichtung B₅ zur Ermittlung des Momentanwerts b₅ der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus und eine Einrichtung B₆ zur Ermittlung des Momentanwerts b₆ der vertikalen Be schleunigung der Räder. Die Einrichtungen B₃ bis B₆ dienen zur Erfassung von Nick- und Hubbewegungen des Kraftfahr zeugs.

Die Momentanwerte y, z, z′ bzw. z′′ und b₃ bis b₆ werden über Aufbereitungseinrichtungen A₁ bis A₆ für die Momentanwerte an Rechnereinrichtungen R₁ bis R₆ übergeben, in denen Dämpfbedarfsbeiträge n₁ bis n₆ bestimmt werden. Die Dämpfbedarfsbeiträge n₁ bis n₆ werden in einer Ad diereinrichtung 14 zu einem Gesamtdämpfbedarfswert aufsummiert. Eine Bewertungseinrichtung 16 bestimmt, ob der Momentanwert des Gesamtdämpfbedarfs ein Umschalten des Stoßdämpfers 12 auf eine andere Dämpfungsstufe erfordert, in welchem Fall ein Schaltbefehl an ein Stellglied 18 gegeben wird.

Das Stellglied 18 wirkt auf zwei elektromagnetisch betä tigbare Ventile 20a und 20b ein, die in zwei parallel zueinander verlaufenden Teilstrecken 22a und 22b eines Bypass 24 vorgesehen sind. Der Bypass 24 verbindet einen oberen Arbeitsraum 26 und einen unteren Arbeitsraum 28 des Stoßdämpfers 12 miteinander, die von einem Kolben 32 des Stoßdämpfers 12 getrennt werden. Der obere Arbeitsraum 26 und der untere Arbeitsraum 28 stehen über eine in dem Kolben 32 des Stoßdämpfers 12 vorgesehene Drosselstrecke 34 miteinander in Verbindung. Weiter sind in den Teil strecken 22a und 22b Drosselstrecken 30a und 30b angeord net. Durch gezieltes Öffnen der Ventile 20a, 20b können die Drosselstrecken 30a, 30b des Bypass 24 gezielt der Drosselstrecke 34 im Kolben 32 parallel geschaltet werden, um so die Dämpfungscharakteristik des Stoßdämpfers 12 zu verändern.

Im folgenden werden die zur Erfassung von Wankbewegungen des Fahrzeugs vorgesehenen Ermittlungseinrichtungen B₁ für den Momentanwert y der Querbeschleunigung und B₂ für den Momentanwert z, z′ bzw. z′′ des Querrucks näher beschrieben werden.

In Fig. 2 sind die zur Erläuterung der vorstehend ge nannten Ermittlungseinrichtungen B₁ und B₂ notwendigen Teile eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt. Im Bereich einer Vorderachse 37 angebrachte Vorderräder 36 des Kraftfahrzeugs können durch Drehen eines Lenkrads 40 gelenkt werden. Infolge eines Lenkübersetzungsverhältnis ses i resultiert aus einem Einschlagswinkel β des Lenkrads 40 ein Einschlagswinkel Φ der Vorderräder 36 (Φ = β/i). Zur Erfassung des Lenkeinschlagwinkels β dient ein an einer Lenksäule 40a des Lenkrads 40 angeordneter Lenkwin kelsensor S₁. Weiter ist im Bereich einer Hinterachse 39 mit Hinterrädern 38 des Kraftfahrzeugs ein Fahrzeugge schwindigkeitssensor S₂, beispielsweise ein Tachogenera tor, zur Erfassung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Mit L ist der Radstand des Fahrzeugs, d. h. der Abstand von Vorderachse 37 und Hinterachse 39 bezeichnet.

In Fig. 3 ist in Form eines Blockschaltbilds die Ermitt lungseinrichtung B₁ für den Momentanwert der Querbe schleunigung y dargestellt. Die von den Sensoren S₁ und S₂ erfaßten Momentanwerte des Lenkwinkels β bzw. der Fahr zeuggeschwindigkeit v werden einem Rechner 42 zugeführt. Eine Zusatzeinrichtung W führt dem Rechner 42 die fahrzeugspezifischen Größen Lenkübersetzungsverhältnis i, Radstand L und einen Wert k zu, der Größen wie Fahrzeug masse, Reifenkennfelder, Radaufhängungssteifigkeit und dergl. berücksichtigt. Der Rechner 42 berechnet aus den Werten der vorstehend genannten Größen die Querbeschleu nigung y gemäß der Formel:

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann somit durch geeig nete Wahl der Konstanten k ohne weiteres an verschiedene Fahrzeugtypen und Fahrzeugausrüstungen angepaßt werden. Die Konstante k kann hierbei entweder vom Hersteller des Fahrzeugs voreingestellt werden oder vom Fahrer des Fahrzeugs über einen Schalter 41 (siehe Fig. 2), bspw. gemäß dem Beladezustand des Fahrzeugs, von Hand gewählt werden.

In Fig. 4 ist in Form eines Blockschaltbilds eine erste Ausführungsform der Ermittlungseinrichtung B₂ für den Momentanwert des Querrucks z dargestellt. Bei Kenntnis des Momentanwerts des Querrucks z ist es möglich, schnell auf rasche Lenkbewegungen zu reagieren. Bei der Ausführungs form gemäß Fig. 4 werden die vom Lenkwinkelsensor S₁ und vom Geschwindigkeits-Sensor S₂ erfaßten Werte des Lenk winkels β bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit v einem Rechner 43 zugeführt. Darüber hinaus wird der Wert des Lenkwinkels β einem Differenzierglied 45 zugeführt, das die zeitliche Ableitung (dβ/dt) des Lenkwinkels β bestimmt und diese an den Rechner 43 weiterleitet. Analog wird der Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit v einem Differenzierglied 47 zugeführt, das die zeitliche Ableitung (dv/dt) der Fahr zeuggeschwindigkeit v bestimmt und diese an den Rechner 43 weiterleitet. Darüber hinaus werden dem Rechner 43 die fahrzeugspezifischen Größen i, k und L von der Zusatzein richtung W zugeführt. Der Rechner 43 berechnet aus den Werten der vorstehend genannten Großen den Momentanwert des Querrucks z gemäß der Formel:

Die Verwendung dieser Formel zur Bestimmung des Querrucks z hat den Vorteil, daß der Querruck nicht nur rasche Änderungen des Lenkwinkels, sondern auch rasche Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit, beispielsweise infolge Bremsens in der Kurve, berücksichtigt.

Eine zweite Ausführungsform einer Ermittlungseinrichtung B₂′ für den Momentanwert des Querrucks z′ ist in Fig. 5 dargestellt. Bei dieser Ermittlungseinrichtung B₂′ wird der vom Lenkwinkelsensor S₁ erfaßte Wert des Lenkwinkels β einem Differenzierglied 46 zugeführt, das die zeitliche Ableitung des Lenkwinkels bestimmt und diese einem Rechner 48 zuführt. Der vom Geschwindigkeitssensor S₂ bestimmte Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit v wird dem Rechner 48 auf direktem Wege zugeführt. Darüber hinaus werden dem Rechner 48 die fahrzeugspezifischen Größen i, k und L von der Zusatzeinrichtung W zugeführt. Der Rechner 48 berechnet aus den Werten der vorstehend genannten Größen den Momen tanwert des Querrucks z′ gemäß der Formel:

Dies erlaubt eine gleichzeitige und somit schnellere Bestimmung von Querbeschleunigung und Querruck.

In Fig. 6 ist in Form eines Blockschaltbilds eine dritte Ausführungsform der Ermittlungseinrichtung B₂′′ für den Momentanwert des Querrucks z′′ dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden die von der Ermittlungseinrichtung B₁ für den Momentanwert der Querbeschleunigung y be stimmten Werte einem Differenzierglied 44 zugeführt, welches den Querruck z′′ numerisch aus der zeitlichen Änderung der Querbeschleunigung y bestimmt.

Es wurde eine Einrichtung zur Beeinflussung einer quer beschleunigungsabhängig veränderlichen Fahrzeugkomponente, insbesondere eines Stoßdämpfers, in Abhängigkeit von einem die Querbeschleunigung repräsentierenden und durch einen Rechner gewonnenen Beeinflussungssignals vorgeschlagen. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der Rechner durch einen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechenden Tachogenerator und einen auf den Lenkwinkeleinschlag ansprechenden Lenkwinkelsensor gespeist. Der Rechner ist zur Gewinnung des Beeinflussungssignals unter Berücksich tigung von fahrzeugspezifischen Größen, wie Fahrzeugmasse, Radaufhängungssteifigkeit und dergl., ausgebildet.

Claims

1. Einrichtung (10) zur Beeinflussung einer quer beschleunigungsabhängig veränderlichen Fahrzeugkom ponente, insbesondere eines Stoßdämpfers (12), in Abhängigkeit von einem die Querbeschleunigung reprä sentierenden und durch einen Rechner (42) gewonnenen Beeinflussungssignals (y), wobei der Rechner (42) durch einen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit anspre chenden Tachogenerator (S₂) und einen auf den Lenk winkeleinschlag ansprechenden Lenkwinkelsensor (S₁) gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (42) zur Gewinnung des Beeinflus sungssignals (y) nach der Formel: ausgestattet ist, wobei in dieser Formel y die Größe des die Querbeschleunigung repräsentierenden Beein flussungssignals, β der Lenkwinkel, v die Fahrzeug geschwindigkeit und i, k und L fahrzeugspezifische Konstanten sind.

2. Einrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Fahrzeugkomponente (12) zusätzlich in Abhängigkeit von einem weiteren, den Querruck repräsentierenden Beeinflussungssignal (z , z′ , z′′) beeinflußt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Beeinflussungssignal (z) in einem Rechner (43) nach der Formel: gewonnen wird, unter Verwendung eines Differenzier glieds (45) zur Ermittlung der zeitlichen Ableitung (dβ/dt) des Lenkwinkels (β) und unter Verwendung eines weiteren Differenzierglieds (47) zur Ermittlung der zeitlichen Ableitung (dv/dt) der Fahrzeugge schwindigkeit (v).

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Beeinflussungssignal (z′) in einem Rechner (48) nach der Formel: gewonnen wird, unter Verwendung eines Differenzier glieds (46) zur Ermittlung der zeitlichen Ableitung (dβ/dt) des Lenkwinkels (β).

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Beeinflussungssignal (z′′) numerisch gewonnen wird in einem Differenzierglied (44), das die zeitliche Änderung des querbeschleunigungsab hängigen Beeinflussungssignals (y) bildet.