DE4138831C2 - Verfahren und System zum Regeln einer aktiven Aufhängung eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Regeln der aktiven Aufhängung eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 3.

Eine bekannte aktive Aufhängung eines Fahrzeuges umfaßt Federbeine in die und aus denen unabhängig voneinander Fluid eingespeist und abgeführt wird, um eine Soll-Fahr­ zeughöhe durch Verlängern und Verkürzen der Federbeine abhängig von vertikalen Relativverlagerungen zwischen den Rädern und der Fahrzeugkarosserie an den Stellen der entsprechenden Federbeine beizubehalten.

Die JP 2-95,911 A1 offenbart eine solche aktive Aufhängung, wobei ein Sensor zum Erfassen der Längsbeschleunigung und ein Sensor zum Erfassen der Querbeschleunigung am Fahrzeug vorgesehen ist. Bei dieser Fahrzeugaufhängung werden Nick- und Wank- bzw. Rollbewegungen des Fahrzeuges entsprechend den erfaßten Längs- und Quer­ beschleunigungen beim Beschleunigen Verzögern und Kurven­ fahren des Fahrzeuges abgeschätzt. Aufgrund der Abschätzung wird ein Einspeisen und Abführen von Fluidmengen in die und aus den entsprechenden Federbeinen durchgeführt, um Nicken und Rollen des Fahrzeuges zu unterdrücken.

Die für die Ansprüche 1 bzw. 3 gattungsbildende Druckschrift EP 0 114 757 B1 offenbart ein Regelsystem, bei welchem die Lage des Fahrzeugs während des Beschleunigens, Bremsens und Kurvenfahrens in Antwort auf den Ausgang von Beschleunigungs­ sensoren in der Nähe des Schwerpunkts der Fahrzeugs geregelt wird. Dabei wird die Länge der Federbeine so geregelt, daß die Differenz zwischen dem aktuellen Ist-Wert und einem auf der Grundlage des Ausgangs der Sensoren berechneten Soll-Wert verschwindet. Darüberhinaus offenbart EP 0 114 757 B1 aller­ dings keine Kriterien, nach denen der Soll-Wert festgelegt werden soll.

In dieser EP 0 114 757 B1 wird der Fahrzeugkörper durch hydraulische Betätigungsmittel in einer vorgegebenen Stellung gehalten. Diese Druckschrift sieht das Erzeugen von Kraftsignalen vor, welche Kräfte darstellen, die zum Beispiel der Nickbewegung entsprechen. Diese Kraftsignale werden verarbeitet, um Steuersignale für Servoventile zu erhalten.

Die US 3 711 114 beschreibt ein Vorgehen, bei dem das beim Bremsen an der Vorderachse auftretende - in seiner Größe verzöge­ rungsabhängige - Einfedern durch ein gleichzeitiges Absenken des Fahrzeugs an der Hinterachse so aufgefangen wird, daß ein Nicken offensichtlich unterbunden wird. Die Lehre dieser Druck­ schrift zielt jedoch lediglich auf ein Absenken an der Hinter­ achse als Unterfahrschutz gegenüber nachfolgenden Fahrzeugen bei einem Unfall.

Die oben beschriebene aktive Fahrzeugaufhängung gemäß der EP 0 114 757 B1 hat eine Rückführ-Regelvorrichtung zum Regeln der Federbeine, so daß eine Soll-Fahrzeughöhe abhängig von den relativen vertikalen Verlagerungen zwischen den entsprechenden Rädern und der Fahrzeugkarosserie beibehalten wird. Die aktive Aufhängung hat darüberhinaus zusätzlich zu der Rückführ-Regelvorrichtung eine Steuervorrichtung zum Beibehalten des abgeschätzen Fahrzeugrollens- und -nickens, abhängig von den bei Fahrzeugbeschleunigung, -Verzögerung und -Kurvenfahren erfaßten Längs- und Querbe­ schleunigungen. Durch Kombinieren der Steuervorrichtung mit der Rückführ-Regelvorrichtung wird das Verhalten des Fahrzeuges bei einem gewünschten Verhalten ohne Ver­ zögerung beibehalten.

Die oben beschriebene bekannte Fahrzeugaufhängung hat jedoch den Nachteil, daß im Falle abrupten Bremsens dem Fahrer ein unnatürliches Gefühl eines von vorn Gedrückt­ werdens vermittelt wird, weil der Vorderteil des Fahr­ zeuges selbst bei abruptem Abbremsen nicht abgesenkt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den genannten Nachteil zu eliminieren und ein Verfahren und ein System zum Regeln der aktiven Aufhängung eines Fahrzeuges anzugeben, welches dem Fahrer ein komfortables Gefühl beim Bremsen vermittelt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen gemäß der Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein System zum Regeln einer aktiven Aufhängung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 3.

Gemäß der Erfindung wird die Fahrzeugkarosserie um so mehr abgesenkt, je größer der Absolutwert der Verzögerung während des Bremens des Fahrzeuges wird, so daß der Fahrer sich nicht von vorn unter Druck gesetzt fehlt. Ins­ besondere bei größerer Bremsverzögerung wird die Fahrzeug­ karosserie stärker abgesenkt, so daß der Schwerpunkt des Fahrzeuges nach unten verlagert wird. Infolgedessen wird die Längslastverlagerung vermindert und die Veränderung der Aufstands-Reaktionskraft an den Rädern wird kleiner als beim Stand der Technik. Daher wird die maximal zulässige Verzögerung beim Brensen erhöht und in der Folge eine Verbesserung der Bremsleistung erreicht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kraftfahr­ zeuges mit dem Lay-Out eines Systems zum Regeln einer aktiven Aufhängung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Strukturbild des hydraulischen Systems für Federbeine, das bei der Erfindung einge­ setzt werden;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Systems nach der Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Längsbeschleunigung der zu verändernden Soll-Fahrzeughöhe darstellt;

Fig. 5 ein Diagramm, welches eine abgewandelte Beziehung zwischen der Längsbeschleunigung und der zu verändernden Soll-Fahrzeughöhe darstellt;

Fig. 6 eine schematische Rückansicht eines Fahrzeuges zur Erläuterung von Auswirkungen der mittels eines Quer-G-Sensors erfaßten Querbe­ schleunigung und

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Regelvorrichtung für eine aktive Fahrzeugaufhängung mit einem die Querbeschleunigung berechnenden System.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein aktives Aufhängungs-System, bei dem die Erfindung angewendet ist. In Fig. 2 bezeichnen Bezugszahlen 1a und 1b Federbeine der linken und rechten Vorderräder eines Kraftfahrzeuges, und Bezugszeichen 1c und 1d Federbeine der linken und rechten Hinterräder. Jedes Federbein 1a, 1b, 1c und 1d hat eine pneumatische Kammer D und einen hydraulischen Zylinder E.

Die Kammer D hat eine Ölkammer A und eine Luftkammer B, die durch eine Membran C getrennt sind. Die Ölkammer A der Kammer D und eine Ölkammer F des hydraulischen Zylinders E kommunizieren durch eine Öffnung G. Gemäß Fig. 1 ist ein Ende des hydraulischen Zylinders E (d. h. der Boden des Zylinders) mit einem Aufhängungsarmteil 30 am Fahrzeugrad W angekoppelt, und das andere Ende (die Kolbenstange) des hydraulischen Zylinders B ist mit einem Bauteil 31 am Fahrzeugchassis verbunden. Entsprechend der Last auf den Zylinder E strömt Öl in die Ölkammer F ein und aus der Ölkammer A über die Öffnung G aus, um eine angemessene Dämpfungskraft und gleichzeitig eine Feder­ wirkung durch die volumetrische Nachgiebigkeit der in der Luftkammer B eingeschlossenen Luft zu erzeugen. Das oben beschriebene System stellt ein bekanntes hydro­ pneumatisches Federsystem dar.

Es sind Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d vorgesehen, die Öl aus und in die Ölkammer F des hydraulischen Zylinders E einspeisen und abführen. Die Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d werden unabhängig voneinander mittels eines Ventil­ antriebssignales von einem Regler 3 betätigt. In Fig. 1 sind die Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d getrennt von­ einander in zwei Gruppen für die vorderen und hinteren Federbeine installiert.

Eine Ölpumpe 5, die von einem Motor 6 angetrieben ist, speist Öl aus einem Ölreservoir 4 in das System. Ferner wird vom Motor 6 eine Ölpumpe 5′ für die Servolenkung angetrieben.

Das von der Ölpumpe 5 geförderte Öl passiert ein Rück­ schlagventil 7 und wird in einem Hochdruck-Speicher 8 gespeichert. Gemäß Fig. 1 ist der Speicher 8 in zwei Abschnitte für die vorderen und hinteren Federbeine unter­ teilt. Wenn einige der Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d auf Einlaß geschaltet werden, wird Öl über die zur Einlaß­ seite geschalteten Steuerventile, d. h. zur Ölkammer F der Federbeine 1a, 1b, 1c und 1d gespeist. Wenn einige der Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d auf Auslaß geschaltet sind, wird Öl aus der Ölkammer F der Federbeine 1a, 1b, 1c und 1d abgeführt und das Öl läuft durch einen Ölkühler 9, um in das Ölreservoir 4 zurückzuströmen.

Fig. 2 zeigt ein Entlastungsventil 10 und ein Lade-/Entladeventil 11. Das Ventil 11 wird gemäß Fig. 2 in einen "unbelasteten" Zustand geschaltet, wenn von einem Regler 3 erzeugte Signale in Antwort auf Signale eines Drucksensors 81 angeben, daß der Hochdruck-Speicher 8 einen vorbestimmten Druck erreicht hat. Wenn das Ventil 11 in die "unbelastete" Stellung geschaltet ist, strömt von der Ölpumpe 5 abgegebenes Öl zum Ölkühler 9 und darauf in das Ölreservoir 4 zurück.

Die Federbeine 1a, 1b, 1c und 1d sind mit Hubsensoren 13 gemäß den Fig. 1 und 2 versehen. Die Sensoren 13 erfassen eine vertikale Relativverlagerung an jedem Federbein zwischen dem Rad und der Fahrzeugkarosserie und geben die erfaßte Information der relativen Verlagerung für jedes Federbein 1a, 1b, 1c und 1d in den Regler 3 ein.

Um das Verhalten des Fahrzeuges zu erfassen, sind ein vertikaler G-Sensor 12 zum Erfassen der Vertikalbe­ schleunigung des Fahrzeuges (vertikales G), ein Quer-G-Sensor 15 zum Erfassen der Fahrzeug-Querbeschleunigung (seitliches G) und ein Längs-G-Sensor 14 zum Erfassen der Fahrzeuglängsbeschleunigung (Längs-G) vorgesehen. Beispielsweise leitet der Quer-G-Sensor 15 die Querbe­ schleunigung von Signalen eines Fahrzeuggeschwindigkeits­ sensors und eines Lenkwinkelsensors ab. Alternativ wird die Querbeschleunigung aus dem gemessenen Lenkmoment und der Lenkhilfskraft berechnet oder dgl. Fig. 1 zeigt die Stellen, an denen die G-Sensoren 12, 14 und 15 installiert sind. Signale der Sensoren 12, 13, 14 und 15 werden in den Regler 3 eingegeben. Auf diese Signale hin ermittelt der Regler 3 die Menge an einzuspeisendem und abzu­ gebendem Öl für jedes Federbein und sendet entsprechende Ventil-Antriebssignale an die entsprechenden Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d, wie unten anhand der Fig. 3 beschrieben ist.

In Fig. 3 bedeutet der durch eine strichpunktierte Linie FB umschlossene Kasten ein Regelsystem für eines von vier Federbeinen 1a, 1b, 1c und 1d, z. B. für das Federbein 1a des linken Vorderrades. Wenngleich in Fig. 3 nicht ge­ zeigt, sind vier gleichartige Anordnungen eines solchen Regelsystems zum unabhängigen Regeln der entsprechenden Federbeine 1a, 1b, 1c und 1d vorgesehen.

In jedem Federbein werden die Vertikalbeschleunigung und die relative Vertikalverlagerung (Hub) jeweils durch die Sensoren 12 und 13 ermittelt. Das Vertikalbeschleunigungs-Signal vom vertikalen G-Sensor 12 wird über ein Tief­ pass-Filter LPF geleitet, um seine Hochfrequenz-Komponente zu vermindern. Das Signal wird dann über eine Totbereichs-Schaltung I₁ geführt, um ein Signal einer Größenordnung nahe Null zu beseitigen. Das resultierende Signal wird dann in einer Verstärkungsschaltung G₁ einer Multiplikation unterzogen. So wird eine Steuerbefehlsgröße Q₁ erhalten, die an die Eigenschaften des entsprechenden Steuerventils 2a, 2b, 2c oder 2d angepaßt ist.

Das Vertikalverlagerungs- bzw. das Hubsignal aus dem Sensor 13 wird in eine Differenzierschaltung Dc und eine Totbereichsschaltung I₃ eingegeben. Das durch die Differenzierschaltung Dc geleitete Signal wird in ein Vertikalverlagerungs- bzw. Hubgeschwindigkeitssignal umgewandelt. Das Hubgeschwindigkeitssignal durchläuft eine Totbereichs-Schaltung I₂, welches daraus ein Signal­ teil innerhalb eines Bereiches in der Nähe von Null ent­ fernt. Das resultierende Signal wird dann durch eine Verstärkungsschaltung G₂ geführt und so zu einer Steuerbe­ fehlsgröße Q₂ gemachte die an die entsprechende Ventil­ charakteristik angepaßt ist.

Durch Setzen eines Fahrzeughöheneinstellschalters 16 wird ein Sollfahrzeug-Höhensignal aus einer Fahrzeug-Sollhöhen-Erzeugerschaltung H gebildet. Das Fahrzeugsollhöhensignal wird von dem Hubsignal abgezogen und in die Totbereichs-Schaltung I₃ eingegeben, so daß ein Ist-Relativverlagerungssignal erhalten wird. Das Ist-Relativverlagerungssignal wird durch die Totbereichs-Schaltung I₃ hindurchgeführt, wo ein Signalanteil innerhalb eines Bereiches in der Nähe Null entfernt wird. Das resultierende Signal wird über eine Verstärkerschaltung G₃ geführt, um so eine an die entsprechende Ventil­ charakteristik angepaßte Steuerbefehlsgröße Q₃ zu schaffen.

Die Steuerbefehlsgröße (Q₁, Q₂ und Q₃), welche an die Charakteristika der entsprechenden Steuerventile angepaßt ist, ist wie folgt beschaffen. Wenn das Steuerventil ein Durchflußventil ist, stellt die Steuerbefehlsgröße die Länge der Öffnungszeit oder den Öffnungsgrad des Ventils dar, die notwendig sind, um eine erforderliche Menge an Öl einzuspeisen oder abzuführen. Die Länge der Ventil­ öffnungszeit oder der Ventilöffnungsgrad werden abhängig von der Ventilöffnungs-Schließ-Charakteristik bestimmt.

Die drei Steuerbefehlsgrößen Q₁, Q₂ und Q₃ werden wie gezeigt addiert. Die resultierende Summe der Größen wird durch eine Steuergrößen-Korrekturschaltung R geleitet und in eine korrigierte Steuergröße Q umgewandelt, die ent­ sprechend den Umweltbedingungen wie Temperatur und Druck­ verlust aufgrund der Leitungslänge korrigiert ist. Die korrigierte Größe Q wird durch eine Ventiltreiber-Signalerzeuger-Schaltung W geführt, welche ein Steuerventil-Öffnungs-/Schließsignal erzeugt. Somit wird das Steuer­ ventil 2a zur Ölspeiseseite oder zur Ölabführseite ge­ schaltet. Als Ergebnis schafft die Steuergröße ein Ein­ speisen oder Abführen von Öl in das oder aus dem Federbein 1a.

Bei dem oben beschriebenen Steuervorgang wird beim Erfassen einer vertikalen Beschleunigung Öl im Federbein 1a entsprechend der Aufwärtsbeschleunigung abgeführt. Bei Abwärtsbeschleunigung wird Öl in das Federbein 1a einge­ speist. Es wird eine weiche und stark dämpfende Feder­ charakteristik mittels des Steuervorgangs bezüglich von unten wirkenden Kräften geschaffen, wie sie durch von der Fahrbahn ausgeübte Stöße oder Belastungen aufgebracht werden. Bezüglich von oben her wirkenden Kräften (d. h. von Kräften der Fahrzeugkarosserie) wird offensichtlich ein hartes Federverhalten erzeugt, um die Fahrzeughöhe auf der Sollfahrzeughöhe aufgrund der Regelung abhängig von der vertikalen Hubgeschwindigkeit und dem vertikalen Hub zu halten, indem das Einspeisen und das Abführen von Öl kontrolliert werden.

Das Regelsystem reagiert nicht auf Schwingungen im Hoch­ frequenzbereich im Resonanzgebiet der Masse unterhalb der Federbeine, weil das Vertikalbeschleunigungssignal durch den Tiefpassfilter LPF geführt wird, sondern reagiert auf Schwingungen im niederfrequenten Bereich im Resonanzgebiet der Masse oberhalb der Federbeine. Demgemäß vermeidet das Regelsystem ein Springen oder Zurückprallen, um das Fahr­ verhalten zu verbessern und so nötigen Energieaufwand für das Regelsystem zu vermeiden.

Der Fahrzeughöhen-Einstellschalter 16 ist ein Umschalter zum Umschalten von normaler Fahrzeughöhe auf größere Fahr­ zeughöhe. Wenn die normale Fahrzeughöhe gewählt ist, erzeugt das Fahrzeughöhensignal ein kleines Fahrzeugsoll­ höhensignal. Wenn der Fahrzeughöheneinstellschalter 16 in die Stellung für grobe Fahrzeughöhe umgeschaltet ist, erzeugt die Sollfahrzeughöhensignalerzeugerschaltung H ein grobes Sollfahrzeughöhensignal.

Das auf das vertikale Hubsignal vom Sensor 13 reagierende Regelsystem bewirkt ein Halten der Fahrzeughöhe auf der Sollfahrzeughöhe. Wenn daher die Sollfahrzeughöhe von der normalen Sollfahrzeughöhe auf die grobe Sollfahrzeughöhe umgeschaltet ist, wird die Regelbefehlsgröße Q₃ zum Ein­ speisen von Öl betätigt. Somit wird Öl in das Federbein 1a eingespeist, um dadurch die Fahrzeughöhe auf die grobe Sollfahrzeughöhe zu bringen. Wenn der Fahrzeughöhen-Ein­ stellschalter 16 in die Stellung "normale Fahrzeughöhe" umgeschaltet wird, wird die Steuergröße Q₃ zum Abführen von Öl erzeugt. Somit wird Öl aus dem Federbein 1a abge­ führt. Folglich wird die Fahrzeughöhe auf die normale Sollfahrzeughöhe abgesenkt. Die Fahrzeughöhenregelung kann in drei oder mehr Höhenstufen oder kontinuierlich, d. h. ohne schrittweises Vorgehen, durchgeführt werden. Das Abführen und Einspeisen von Öl wird gleichzeitig an allen Federbeinen durch die Umschaltoperation des Fahr­ zeughöheneinstellschalters 16 durchgeführt.

Zusätzlich zur Regelung im normalen Fahrzustand ist eine Regelung auch erforderlich, wenn plötzlich eine Beschleunigung in Längsrichtung oder in seitlicher Richtung des Fahrzeuges zur Zeit plötzlichen Bremsens, abrupten Beschleunigens oder plötzlicher Kurvenfahrt auftritt. In derartigen Fällen ist eine prompte und zwangsläufige Regelung des Fahrzeugverhaltens ohne Ver­ zögerung verlangt. Aus diesem Grund ist ein offenes Steuersystem FF (ohne Rückführung) basierend auf der Erfassung von Signalen des Längs-G-Sensors 14 und des Quer-G-Sensors 15 vorgesehen.

Im einzelnen wird gemäß Fig. 3 das Längsbeschleunigungs-Signal durch den Längs-G-Sensor 14 erfaßt und mittels einer Hysterese-Schaltung 17 und einer Totbereichs-Schaltung 18 gewandelt. Durch die Hysterese- und die Totbereichs-Schaltungen 17 und 18 wird das Längsbe­ schleunigungs-Signal so gewandelt, daß eine Regelung erzielt ist, welche nicht auf G-Schwankungen in Längs­ richtung normaler Größenordnung während normalen Fahrens reagiert, sondern nur auf große Nickbewegungen der Fahr­ zeugkarosserie bei Vollbeschleunigung oder beim Bremsen über mittleres Bremsen hinaus. Das gewandelte Signal wird dann in eine Schaltung 19 zum Berechnen einer Längslast­ verlagerungsgröße sowie in eine Schaltung 28 zum Verändern der Soll-Fahrzeughöhe eingespeist.

Die Rechenschaltung 19 berechnet die Längsverlagerungs­ größe in Längsrichtung abhängig von dem gespeisten Signal aufgrund vorher eingespeicherter Daten des Fahrzeugtyps und aufgrund einer Information der derzeitigen Schwer­ punkthöhe des Fahrzeuges oberhalb dem Grund, welche von dem Fahrzeughöhen-Einstellschalter 16 bestimmt wird.

Die berechnete Größe wird dann in eine Rechenschaltung 20 zum Berechnen der Aufhängungs-Reaktionskraft eingegeben. Die Rechenschaltung 20 berechnet die Veränderung der Aufhängungs-Reaktionskraft, welche aufgrund der Lastver­ lagerungsgröße in jeder Stellung der Aufhängung entstehen kann, wobei die an den Reifen wirkenden Vortriebs- und Bremskräfte sowie andere Informationen wie die Bauart der Federbeine und die Antriebsart (Frontantrieb, Hinterrad­ antrieb, Vierradantrieb und dgl.) berücksichtigt werden.

Ähnlich wie im Falle des Längs-G-Sensors 14 wird die Quer­ beschleunigung mittels des Quer-G-Sensors 15 ebenfalls über eine Hysterese-Schaltung 21 und eine Totbereichs-Schaltung 22 geführt. Somit vermeidet die Regelung ein Reagieren auf winzige Quer-G-Schwankungen, die im normalen Fahrbetrieb auftreten. Auf diese Weise wird nur ein Signal oberhalb eines vorbestimmten Wertes in eine Schaltung 23 zum Berechnen des Rollmoments eingegeben.

Die Änderungsschaltung 28 hat die Funktion, die Sollfahr­ zeughöhe abhängig von dem darin eingegebenen Signal in einer in Fig. 4 eingegebenen Weise zu ändern. Da der Absolutwert des eingegebenen Signals der Längsbe­ schleunigung ansteigt, wird das Ausgangssignal der Schaltung 28 so verändert, daß die Fahrzeugsollhöhe ab­ nimmt. Die Vorwärtsbeschleunigung wird durch ein Plus­ zeichen (+) und die Verzögerung durch ein Minuszeichen (-) ausgedrückt. Die Sollfahrzeughöhe wird im Falle der Fig. 4 linear herabgesetzt. Das Ausgangssignal aus der Schaltung 28 stellt ein Sollfahrzeug-Höhenänderungs-Signal dar, das dazu benutzt wird, das relative Ist-Verlagerungs­ signal ausgehend von dem Signal des Hubsensors 13 und demjenigen der Sollfahrzeughöhen-Erzeugerschaltung H zu korrigieren, bevor das relative Verlagerungssignal zur Totbereichsschaltung I₃ gespeist wird. Das Sollfahrzeug- Höhenänderungs-Signal wird vom Ist-Relativverlagerungssignal abgezogen. Die Korrektur des Signales wird für alle vier Räder ausgeführt.

Die Rechenschaltung 23 berechnet das Rollmoment, und zwar auf der Grundlage der vorher gespeicherten Fahrzeug­ spezifikation und der Information über die Schwerpunkthöhe der Fahrzeugkarosserie, welche mittels des Fahrzeughöhen­ einstellschalters 16 bestimmt wurde, sowie auf der Basis des eingegebenen Querbeschleunigungs-Signals. Das Rechen­ ergebnis wird zu einer Schaltung 24 übertragen, in der eine Querlast-Verschiebungsgröße berechnet wird.

Die Rechenschaltung 24 ist dazu wirksam, das berechnete Rollmoment auf die Vorderräder und die Hinterräder aufzu­ teilen, und berechnet die seitliche Querverlagerungsgröße zwischen den linken und rechten Vorder- und Hinterrädern ausgehend von einem Längsverteilungsverhältnis des Roll­ moments, das von einer Schaltung 29 zum Setzen des Längs­ verteilungsverhältnisses bestimmt wurde.

Das Ergebnis wird aus der Rechenschaltung 24 zu einer Schaltung 25 zum Berechnen der Veränderung der Auf­ hängungs-Reaktionskraft gespeist. In der Rechenschaltung 25 wird die gesamte, auf die Räder wirkende Seitenkraft entsprechend der erzeugten Quer-G auf die Vorder- und Hinterräder basierend auf dem Giermoment-Gleichgewicht bezüglich der Schwerpunkt-Mittellage des Fahrzeugs und dem Abstand zwischen den Vorder- und Hinterachsen aufge­ teilt. Dann werden unter Berücksichtigung der Querlastver­ schiebungsgröße zwischen den Vorder- und Hinterrädern, die mittels der Rechenschaltung 24 berechnet wurde, der Seitenkräfte auf die Vorder- und Hinterräder, der Fahr­ zeughöhe und der Bauweise der Federbeine die Veränderung der Aufhängungs-Reaktionskraft getrennt für jedes der Vorder- und Hinter-Federbeine berechnet.

Die Veränderung der Federbein-Reaktionskräfte, die in den Schaltungen 20 und 25 berechnet wurden, werden in einer Schaltung 26 zum Berechnen der Regelgröße summiert. Die gesamte Veränderung der Aufhängungs-Reaktionskraft wird für jedes Federbein bestimmt. Ferner ist die Regelgröße des Einspeisens und Abführens von Öl an die gesamte Veränderung der Federbein-Reaktionskraft angepaßt, um den Innendruck in jedem Federbein aufrechtzuerhalten. Die sich ergebende Regelgröße wird in eine Regelbefehlsgröße Q₄ gewandelt, welche zur Ventil-Spezifikation oder -Charakteristik paßt, und zwar in einer Schaltung 27 zum Wandeln der Regelgröße. Die gewandelte Regelbefehlsgröße Q₄ wird zu den Regelbefehlsgrößen Q₁, Q₂, Q₃ aufaddiert. Die sich ergebende Regelgröße wird in eine Schaltung R zum Korrigieren der Regelgröße eingegeben.

Wenn eine Längsbeschleunigung oder eine Querbeschleunigung auf ein Fahrzeug ausgeübt wird, wird basierend auf der Beschleunigung eine Lastverlagerung in Längsrichtung oder in Querrichtung erzeugt. Als Ergebnis ändert sich das Fahrzeugverhalten bezüglich Nickens, wie in Form eines Tauchens der Fahrzeugnase, und es ändert sich das Fahr­ zeugverhalten bezüglich Rollens. Daher herrscht eine Tendenz beim Regeln des Fahrzeugverhaltens in Richtung zu einem Zeitverzug, wenn eine übliche Rückführregelung eingesetzt wird, bei der das Fahrzeugverhalten so geregelt wird, daß ein normales Verhalten in Abhängigkeit von Signalen eines Federbein-Hubsensors entsteht, welcher die Federbein-Hubänderungen aufgrund von Längs- und Querbe­ schleunigungen erfaßt. Insbesondere bei der plötzlichen Ausübung einer verhältnismäßig groben Längs- oder Querbe­ schleunigung innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer auf das Fahrzeug kann ein Zeitverzug bei der Regelung nicht vermieden werden, so daß das Fahrzeug sich zunächst bezüg­ lich seines Verhaltens verändert und erst danach wieder das normale Verhalten annimmt.

Der Zeitverzug der Verhaltensregelung kann bemerkenswert klein bei gleichzeitiger genauer Fahrzeugverhaltens­ regelung gemacht werden, wenn eine Steuervorrichtung zusätzlich zu der Rückführregelvorrichtung eingesetzt wird. Eine solche Steuerung umfaßt das Erfassen der Längs- und Querbeschleunigung, das Berechnen einer Lastver­ lagerungsgröße basierend auf den gemessenen Beschleunigungen, Berechnen der für jedes Federbein zu erzeugenden Federbein-Reaktionsveränderung unter Berück­ sichtigung der Bremskraft, der Antriebskraft und der Seitenkraft, welche an den Rädern je nach Bauart der Federbeine und der Antriebsart wirksam sind, und das Regeln des Einspeisens und Abführens von Öl in jedes und aus jedem Federbein in Abhängigkeit von der berechneten Federbein-Reaktionsveränderung an jedem Federbein.

Wenn jedoch eine merkliche Verringerung des Zeitverzuges bei der Regelung durch Hinzufügen einer Steuerung während der Beschleunigung und Verzögerung des Fahrzeuges ange­ strebt wird, taucht das Fahrzeug nur geringfügig bei Verzögerung oder Beschleunigung, so daß der Fahrer ein unnatürliches Gefühl des Von-Vorne-Gedrücktwerdens empfindet.

Um ein solches unnatürliches Gefühl zu vermeiden sieht die Erfindung eine Steuerung gemäß Fig. 4 vor, wobei die Sollfahrzeughöhe gemäß dem Absolutwert oder Betrag der Längsbeschleunigung verändert wird, die von dem Längs-G-Sensor 14 bei Fahrzeugbeschleunigung und -Verzögerung gemessen wird, um die gesamte Karosserie abzusenken. Mittels solch einer Steuerung wird die Karosserie um so mehr abgesenkt, je größer der Absolutwert der Be­ schleunigung wird, während die Karosserie im wesentlichen horizontal gehalten wird, je größer die Längs­ beschleunigung ist, desto größer ist das Maß der Absenkung der Karosserie, während bei einer kleineren Längs­ beschleunigung auch das Maß der Absenkung der Karosserie kleiner wird. Aufgrund solcher Veränderungen des Maßes der Absenkung der Karosserie abhängig von der Längsbe­ schleunigung wird das unnatürliche Gefühl des Von-Vorne-Gedrücktwerdens eliminiert.

Ferner wird durch Verringern der Fahrzeughöhe einer Längs­ beschleunigung die Höhe der Schwerpunktlage des Fahrzeuges oberhalb dem Grund mit zunehmendem Absolutwert der Längs­ beschleunigung kleiner, so daß die Längs-Lastverlagerungs­ größe verringert wird, mit der Folge, daß sich auch die Größe der Verlagerung der Bodenkontaktlast der Räder im Vergleich zu einer herkömmlichen Regelung vermindert. Als Ergebnis wird ein Durchrutschen der Räder bei Be­ schleunigung und Verzögerung auch auf Straßen mit geringem Reibkoeffizient vermindert, wodurch das Beschleunigungs- und Bremsvermögen des Fahrzeuges verbessert und die zulässige Maximalbeschleunigung/-Verzögerung erhöht werden.

Bei dem aktiven Aufhängungssystem, bei dem Rückführ­ regelung und Steuerung miteinander kombiniert sind, um Fahrverhaltensänderungen wie Tauchen des Vorderteils des Fahrzeuges ohne Zeitverzug beim Beschleunigen und Bremsen zu unterdrücken, erfährt der Fahrer ein Fahrgefühl des von Von-Vorne-Gedrückt-Werdens im wesentlichen beim abrupten Bremsen. Ferner tritt die Schwierigkeit des Rad-Durchrutschens im wesentlichen beim Bremsen auf. Aufgrund dieser Tatsachen kann das Absenken der Karosserie auch ausschließlich von einer Verzögerung beim Bremsen abhängig gemacht werden.

Fig. 5 zeigt eine modifizierte Betriebsweise der Veränderung der Sollfahrzeughöhe mittels der Sollfahrzeughöhen-Änderungsschaltung 28 abhängig von einem Signal aus dem Längs-G-Sensor 14. Bei der gezeigten Betriebsweise wird die Fahrzeughöhe dann vermindert, wenn der Betrag der Beschleunigung mit dem Vorzeichen (-) (Verzögerung) zunimmt, während die Soll-Fahrzeughöhe dann nicht zunimmt, wenn der Betrag der Beschleunigung ein positives Vorzeichen (+) aufweist. In diesem Fall sind die Schaltung 19 zum Berechnen der Längslastverlagerungsgröße und die Schaltung 20 zum Berechnen der Aufhängungsreaktionskraft­ veränderung so ausgelegt, daß die in diesen Schaltungen durchgeführten Berechnungen die Veränderung der Soll-Fahrzeughöhe gemäß der Betriebsweise nach Fig. 5 berück­ sichtigen. Gemäß der modifizierten Betriebsweise wird die Karosserie während des Bremsens mit zunehmender Ver­ zögerung stärker abgesenkt.

Die mittels des Quer-G-Sensors 15 erfaßte Querbe­ schleunigung wird vorzugsweise einer unten beschriebenen Berechnung unterzogen.

Fig. 6 zeigt eine Hinteransicht eines Fahrzeuges mit einem Quer-G-Sensor 15. Das Fahrzeug ist in einem Zustand dargestellt, in dem es um seine Rollachse RC nach links gekippt ist. In Fig. 6 sind verschiedene Polaritäten und Maße wie folgt definiert. Die Richtung der Querbe­ schleunigung nach links ist als positiv angenommen. Der Rollwinkel Φ ist im Uhrzeigerdrehsinn positiv angenommen. Der vertikale Abstand zwischen der Rollachse RC und der Anbringungsstelle des Quer-G-Sensors 15 ist als Lh be­ zeichnet. Die vertikale Spannweite Lh ist als positiv angesetzt, wenn die Anbringungsstelle des Quer-G-Sensors 15 oberhalb der Rollachse RC liegt, und als negativ, wenn der Sensor 15 unterhalb der Rollachse RC liegt.

Die Links-Schwenklage (Rollwinkel -Φ) des Fahrzeuges gemäß Fig. 6 sei durch Fahren des Fahrzeuges in einer Rechtskurve erzeugt angenommen. Dann ist der Ausgang des Quer-G-Sensors 15, d. h. die Größe Yg der mittels des Quer-G-Sensors 15 gemessenen Querbeschleunigung nach außen (nach links) bezüglich des Fahr-Kurvenkreises ge­ richtet und ist +Yg. Die gemessene Größe Yg der Quer­ beschleunigung hat momentan eine Größe einschließlich eines Sinusanteils (GsinΦ) der Erdbeschleunigung G, welche aus der Rollbewegung des Fahrzeuges resultiert, und einen Rollschwingungsanteil (das Produkt aus Rollwinkelbe­ schleunigung und Lh).

Dann wird grundsätzlich der Ausgang Yg des Quer-G-Sensors 15 einer Berechnung gemäß Gleichung (2) unten unterworfen, um einen Wert Yg′ anzunehmen, der exakt einen durch die folgende Gleichung (1) beschriebenen Wert darstellt. Der Wert Yg′ ist zur Verhaltenssteuerung des Fahrzeuges während Kurvenfahrt geeignet.

worin die Rollwinkelbeschleunigung bedeutet.

In der oben angegebenen Gleichung steht der Ausdruck

zum Zwecke der Beschreibung der horizontalen Komponente des Sinus-Anteils des Quer-G-Sensorausgangs und der Erd­ beschleunigung. Da jedoch Φ klein ist, kann dieser Aus­ druck als

geschrieben werden. Dann kann die Gleichung (1) durch die folgende Gleichung (2) approximiert werden:

Yg′ Yg + GsinΦ + Lh · (2)

Bei einer Berechnung gemäß Gleichung (2) bei dem anhand von Fig. 6 beschriebenen Beispiel sind die mittels des Quer-G-Sensors 15 erfaßte Querbeschleunigungsgröße Yg positiv und der Rollwinkel Φ negativ, so daß die Roll­ winkelbeschleunigung auch negativ ist. Deshalb ist die Querbeschleunigungsgröße Yg′ eine Größe, die aus dem Abziehen des Sinus-Anteils (GsinΦ) der Erdbeschleunigung G und des Rollschwingungsanteils Lh · an der Einbaustelle des Quer-G-Sensors 15 von der gemessenen Querbe­ schleunigung Yg gewonnen wird.

Im Falle eines Fahrzustandes mit Rechtsrollen aufgrund Durchfahrens eines Linkskurve wird im Gegensatz zu dem in Fig. 6 dargestellten Fahrzustand die vom Quer-G-Sensor 15 erfaßte Querbeschleunigung nach rechts gerichtet und ist deshalb negativ. Der Rollwinkel Φ ist positiv, und die Rollwinkelbeschleunigung ist folglich auch positiv. Wenn daher die Größe Yg′ mittels der oben angegebenen Gleichung (2) berechnet wird, wird ebenfalls ein Wert erhalten, der durch Abziehen des Sinusanteils GsinΦ der Erdbe­ schleunigung G und des Rollschwingungsanteils Lh · an der Einbaustelle des G-Sensors von der erfaßten Quer­ beschleunigung -Yg ähnlich wie oben beschrieben entsteht.

Wenn die Querbeschleunigungsgröße Yg′, die wie oben be­ schrieben berechnet wurde, als Querbeschleunigungssignal für die Steuerung verwendet wird, wird eine Steuerung aufgrund geringfügiger Querbeschleunigungen, die durch andere Ursachen als Kurvenfahren verursacht sind, als überflüssig nicht durchgeführt. Hierdurch werden un­ natürliche Veränderungen des Fahrverhaltens, welche den Fahrkomfort stören würden, vermieden.

Fig. 7 zeigt ein aktives Aufhängungsregelsystem, bei welchem die oben beschriebene Art der Berechnung durchge­ führt wird. Der Hauptteil des Regelsystems gemäß Fig. 7 stimmt mit demjenigen nach Fig. 3 überein, so daß gemeinsame Merkmale mit Fig. 3 nicht nochmals beschrieben sind.

Bei dem Regelsystem nach Fig. 7 wird der Rollwinkel Φ des Fahrzeuges aus dem Messignal des Aufhängungshubsensors 13 ermittelt, und die Rollwinkelbeschleunigung wird aus dem Meßsignal des vertikalen G-Sensors 12 ermittelt.

Im einzelnen wird der Rollwinkel Φ als eine durch Dividieren der Differenz zwischen den linken und rechten Federbeinhüben durch eine Abstandsgröße tr erhalten. Die Rollwinkelbeschleunigung wird als eine Größe ausgedrückt, die durch Dividieren der Differenz zwischen den linken und rechten Vertikalbeschleunigungswerten des Fahrzeuges durch die Spannweite Lw in Querrichtung der Anbaustellen der linken und rechten vertikalen G-Sensoren 12 erhalten. In Gleichung (2) ist der Rollwinkel Φ klein. Daher kann für sinΦ Φ eingesetzt werden und Gleichung (2) kann zu Gleichung (3) wie folgt umgeschrieben werden:

worin DL der Federbeinhub auf der linken Seite, DR der Federbeinhub auf der rechten Seite, L die Vertikalbeschleunigung der Karosserie auf der linken Seite und R die Vertikalbeschleunigung der Fahrzeug­ karosserie auf der rechten Seite darstellen.

Die Differenz (DL-DR) bedeutet die Hubdifferenz zwischen den linken und rechten Vorderrad-Federbeinen oder die­ jenige der Hinterrad-Federbeine. Sie kann auch den Mittel­ wert der Links-Rechts-Hubdifferenz an den Vorder- und Hinterrädern darstellen. Die Differenz (L-R) stellt die Vertikalbeschleunigungsdifferenz an den Vorder- oder Hinterrädern dar. Sie kann auch den Mittelwert der Vertikalbeschleunigung an den Vorder- und Hinterrädern darstellen.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel der Bildung eines Querbe­ schleunigungs-Signales Yg′ für eine geeignete Steuerung mittels des folgenden Verfahrens. Der Sinusanteil der Erdbeschleunigung aufgrund von Rollen wird durch Dividieren der Vorderrad-Federbein-Hubdifferenz (DL-DR) durch den Vorderradabstand (Ftr) in der Einheit 40 dividiert, und der resultierende Quotient wird in einer Einheit 41 mit der Erdbeschleunigung G multipliziert. Die Vertikalbeschleunigungsdifferenz zwischen den linken und rechten Vorderrädern und die Vertikalbeschleunigungs­ differenz zwischen den linken und rechten Hinterrädern werden jeweils in einer Einheit 42a durch die Spannweite Lwf in Querrichtung der Anbaustellen der vorderen linken und rechten G-Sensoren 12 und in einer Einheit 42b durch die Spannweite Lwr in Querrichtung der Anbaustellen der unteren linken und rechten Vertikal-G-Sensoren 12 dividiert. Die resultierenden beiden Quotienten werden addiert und die Summe wird in einer Einheit 42 durch 2 dividiert, um einen Mittelwert zu erhalten. Der Mittelwert wird mit dem vertikalen Abstand Lh in einer Einheit 44 multipliziert, um den Rollschwingungsanteil zu berechnen. Schließlich wird der Sinusanteil der Erdbeschleunigung und der Rollschwingungsanteil, die durch die oben be­ schriebenen Berechnungen ermittelt wurden, von dem gemessenen Querbeschleunigungswert Yg aus dem Quer-G-Sensor 15 abgezogen, um so ein für die Steuerung geeignetes Querbeschleunigungssignal Yg′ zu bilden.

In dem System nach Fig. 7 sind vier Vertikal-G-Sensoren 12 vorne und hinten jeweils links und rechts vorgesehen. Jedoch ist die Erfindung auch bei einer aktiven Aufhängung anwendbar, bei der nur drei Vertikal-G-Sensoren vorgesehen sind, z. B. vorne rechts und hinten links und rechts, wobei die Vertikalbeschleunigung vorne links durch Berechnung aus den erfaßten Signalen der drei eingesetzten Sensoren ermittelt wird. In diesem Fall wird die Differenz zwischen den Vertikalbeschleunigungen an den linken und rechten hinteren Anbaustellen durch die Spannweite Lwr dividiert, und der Quotient wird mit Lh multipliziert, um so den Rollschwingungsanteil zu bestimmen. Im Falle eines aktiven Aufhängungssystems, das keine Vertikal­ beschleunigungssensoren hat, wird die Rollwinkelbe­ schleunigung durch zweimaliges Differenzieren des Roll­ winkels Φ gebildet, der über die Meßwerte der Federbein-Hubsensoren bestimmt wird.

Die Einzelheiten der Regelbetriebsweisen des Regelsystems nach Fig. 7 sind hier nicht beschrieben, weil sie gleich wie anhand der Fig. 3 beschrieben sind.

Das Verfahren der Berechnung kann auch bei jedem anderen Regelsystem eingesetzt werden, das Querbeschleunigungs­ signale an einem Fahrzeug benötigt.

Das Regelsystem für die aktive Aufhängung gemäß Fig. 7, welches die Querbeschleunigung wie oben beschrieben ermittelt, führt keine zusätzlichen Steuer- oder Regel­ vorgänge basierend auf den erfaßten Querbeschleunigungen aus den Quer-G-Sensoren aus, die durch andere Ursachen als Kurvenfahren erzeugt wurden. Somit finden keine un­ natürlichen Veränderungen des Fahrverhaltens statt, und der Fahrkomfort wird nicht verringert. Bei der gezeigten aktiven Aufhängung werden ferner Größen wie der Rollwinkel und die Rollwinkelbeschleunigung, die bei der Berechnung gebraucht werden, aus den Meßsignalen der Federbein-Hub­ sensoren und der vertikalen Beschleunigungssensoren herge­ leitet, die schon im Fahrzeug installiert sind. Daher sind besondere Sensoren zum Messen des Rollwinkels und der Rollwinkelbeschleunigung unnötig.

Die Erfindung wurde in Anwendung bei einer aktiven Auf­ hängung mit hydro-pneumatischen Federbeinen beschreiben. Es ist jedoch auch möglich, die Erfindung bei einer aktiven Aufhängung mit pneumatischen Federbeinen anzu­ wenden, in denen Luft oder andere Gase in die Federbeine oder aus diesen eingespeist oder abgeführt werden und unterstützende Dämpfer vorgesehen sind.

Claims (3)

1. Verfahren zum Regeln einer aktiven Fahrzeugauf­ hängung eines Fahrzeuges, bei dem die vertikalen Relativverlagerungen zwischen der Fahrzeug­ karosserie und entsprechenden Rädern des Fahr­ zeuges erfaßt werden, das Einspeisen und Abführen von Fluid in und aus entsprechenden Fluid-Feder­ beinen (1a, 1b, 1c, 1d) für die entsprechenden Räder geregelt wird, um die Federbeine unabhängig von­ einander zu verlängern und zu verkürzen und so die Fahrzeugaufhängung auf einer Soll-Fahrzeughöhe zu halten, bei dem ferner die auf das Fahrzeug wirkende Längsbeschleunigung erfaßt wird und das Einspeisen und Abführen des Fluids so geregelt wird, daß ein Nicken des Fahrzeuges beim Beschleunigen und Verzögern auf einer vorbe­ stimmten Größe gehalten wird,
gekennzeichnet durch:
Reduzieren der Soll-Fahrzeughöhe mit dem Ansteigen Absolutwertes der erfaßten Längsbeschleunigung (), wenn eine Längsverzögerung () erfaßt wird, und
Absenken der Fahrzeugkarosserie, wobei das Nicken des Fahrzeuges auf der vorbestimmten Größe ge­ halten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Soll-Fahrzeug­ höhe mit der Zunahme des genannten Absolutwertes linear vermindert wird.

3. System zum Regeln der aktiven Fahrzeugaufhängung eines Fahrzeugs mit Fluid-Federbeinen (1a, 1b, 1c, 1d) für die zugehörigen Räder, einer Vor­ richtung zum Einspeisen und Abführen von Fluid in und aus entsprechenden Federbeinen, um diese unabhängig voneinander zu verlängern und zu ver­ kürzen, Hubsensoren (13) an den entsprechenden Rädern zum Erfassen der vertikalen Relativ­ verlagerungen zwischen der Fahrzeugkarosserie und den entsprechenden Rädern, einer Rückführregel­ vorrichtung, welche auf die von den Hubsensoren (13) erfaßten Relativverlagerungen reagiert, um die Vorrichtungen zum Einspeisen und Abführen unabhängig so zu regeln, daß die Federbeine (1a, 1b, 1c, 1d) auf einer Soll-Fahrzeughöhe gehalten werden, einem Längs-G-Sensor (14) zum Erfassen der auf das Fahrzeug ausgeübten Längs­ beschleunigung und einer auf die erfaßte Längsbe­ schleunigung reagierenden Steuervorrichtung zum unabhängigen Regeln der Vorrichtungen zum Ein­ speisen und Abführen, um das Nicken des Fahrzeuges bei Beschleunigung und Verzögerung auf einer vorbestimmten Größe zu halten, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Einstellvorrichtung (28) vorgesehen ist, welche auf die erfaßte Längsbeschleunigung zum Ändern der Soll-Fahrzeughöhe reagiert, und
daß die Einstellvorrichtung (28) ein Ausgangs­ signal zu der Rückführregelvorrichtung abgibt, um die Soll-Fahrzeughöhe bei Ansteigen der Absolut­ größe (des Betrages) der Längsbeschleunigung () zu vermindern, und somit die Fahrzeugkarosserie abzusenken, während das Nicken des Fahrzeuges auf der vorbestimmten Größe gehalten wird, wobei die Einstellvorrichtung (28) ausschließlich auf eine Längsverzögerung reagiert.