DE4221722A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Fahrzeugaufbaubeschleunigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vor­ richtung zur Ermittlung einer Fahrzeugaufbau­ beschleunigung.

Bei Fahrzeugen werden zunehmend Regelsysteme eingesetzt, die Einfluß auf wesentliche Betriebsparameter des Fahrzeugs nehmen, wie z. B. auf das Bremsverhalten (Antiblockiersysteme), auf das Antriebsverhalten (Antischlupfsysteme) sowie auf die Fahrwerksabstimmung (adaptive, semiaktive oder aktive Fahrwerksregelsysteme). Bei derartigen Regelsystemen werden als Eingangsgrößen Informationen über den momentanen Bewegungszustand des Fahrzeugs benötigt, insbesondere Informationen über den momentanen Ort, die momentane Geschwindigkeit sowie die momentane Beschleunigung von Fahrzeugkomponenten. Von diesen Informationen ist die über die Karosserie­ beschleunigung von besonderer Bedeutung. Systembedingt sind die Regelsysteme häufig relativ träge, insbesondere aufgrund der großen Karosseriemasse, so daß die die Tendenz der Änderung des Bewegungszustands der Karosserie angebende Fahrzeugaufbaubeschleunigung ein Eingangswert ist, der dem jeweiligen Regelsystem eine frühzeitige Antwort auf Zustandsänderungen des Systems erlaubt.

Die genannten Eingangsgrößen (Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung) können mit Hilfe verschiedener Sensoren gewonnen werden. Die DE 37 40 792 A1 beispielsweise zeigt einen Ultraschallsensor, der den Abstand der Karosserie vom Untergrund abgibt. Die DE 38 18 188 C2 setzt sowohl einen Weggeber 2 ein, der den momentanen Abstand zwischen Karosserie und Fahrzeugrad angibt, wie auch einen Sensor 1 für die Radbeschleunigung und einen Sensor 3 für die Aufbau- oder Karosseriebeschleunigung. Diese gemessenen Größen werden einem aktiven Federungssystem als Eingangswerte zugeführt. Die EP 0 249 209 B1 befaßt sich mit einem aktiven Fahrwerkregelungssystem unter Verwendung von Sensoren für die Fahrzeugaufbaubeschleunigung. Aus diesem Sensorsignal wird ein Regelsignal abgeleitet, indem eine gewichtete Summe aus diesem Signal sowie einem zeitlichen Integrationswert dieses Signals gebildet wird (Fig. 5). Man erhält so ohne Einsatz eines eigenen Geschwindigkeitssensors ein zusammengesetztes Regelsignal, welches sowohl von der gemessenen Aufbaubeschleunigung als auch von der berechneten Aufbaugeschwindigkeit abhängt. Die EP 0 431 597 A1 beschreibt eine aktive Fahrwerks­ steuerung unter Verwendung von Beschleunigungssensoren 15 für die vertikale Aufbaubeschleunigung. Ferner sind Wegsensoren 14 vorgesehen, die den relativen Abstand zwischen den Rädern des Fahrwerks und der Karosserie messen. Schließlich sind auch noch Drucksensoren 13 vorgesehen, die den momentanen Druck innerhalb von Gas­ federn messen, über denen sich die Karosserie am jeweili­ gen Rad abstützt. Die Gasfedern sind mit Flüssigkeit gefüllt, die aufgrund eines Gasblasen-Druckspeichers ständig unter Druck steht. Die Signale der vier Druck­ sensoren werden unter Bildung von Summen und Differenz­ werten miteinander kombiniert, um Informationen über Drehbewegungen der Fahrzeugkarosserie zu erhalten.

Herkömmliche Beschleunigungssensoren arbeiten zumeist nach dem Trägheitsprinzip, d. h. es werden die von einer im Sensor beweglich gelagerten Testmasse auf das Sensor­ gehäuse ausgeübten Kräfte gemessen, beispielsweise mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen. Der mechanische und auch elektrische Bauaufwand für derartige Beschleunigungs­ sensoren ist relativ hoch, was bei dem Großserienprodukt Kraftfahrzeug mit jeweils mindestens vier Beschleunigungs­ sensoren durchaus ins Gewicht fällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer Fahrzeugaufbaubeschleunigung anzugeben, welches mit geringem zusätzlichem Bauaufwand auskommt.

Diese Aufgabe wird beim Fahrzeug mit hydraulischen oder hydropneumatischen Komponenten zur Kraftübertragung zwischen Fahrwerk und Fahrzeugkarosserie dadurch gelöst, daß man den in der jeweiligen Komponente momentan anliegenden Fluiddruck mißt und daß man aus dem gemessenen Fluiddruck einen Fahrzeugbeschleunigungswert ableitet.

Dem liegt der Gedanke zugrunde, daß der gemessene Fluiddruck unmittelbar die zwischen dem jeweiligen Fahrwerkrad und dem Befestigungspunkt der Komponente an der Fahrzeugkarosserie herrschende Kraft widergibt. Diese Kraft versucht die beiden Massen Karosserie und Fahrwerk auseinanderzubewegen. Im Falle zweier frei beweglicher Massen ergibt sich dann für die resultierende Beschleunigung, beispielsweise der Karosseriemasse, ein vom Massenverhältnis abhängiger Wert. Die Fahrwerkmasse ist jedoch nicht frei beweglich, sondern stützt sich mehr oder weniger stark abgefedert am Untergrund ab, so daß der Einfluß der Fahrwerkmasse sich dementsprechend verringert (im Extremfall der starren Abstützung des Fahrwerks am Untergrund ist die Fahrwerkbeschleunigung lediglich von der Masse der Karosserie abhängig). Für den konkreten Fall läßt sich rechnerisch oder aufgrund von Versuchen die Abhängigkeit der Aufbaubeschleunigung von der angreifenden Kraft und damit vom gemessenen Fluiddruck ermitteln. Diese Abhängigkeit läßt sich in den meisten Fällen mit befriedigender Genauigkeit durch einen konstanten Multiplikationsfaktor angeben. Der Fluiddruck kann mit den handelsüblichen, kostengünstig erhältlichen und zuverlässig arbeitenden Fluiddrucksensoren gemessen werden. Im Falle von aktiven Fahrwerkregelungssystemen, die von vorneherein Drucksensoren einsetzen, können diese Drucksensoren auch unverändert für die erfindungsgemäße Ermittlung eines Fahrzeugbeschleunigungswerts eingesetzt werden, so daß sich überhaupt kein zusätzlicher Bauaufwand ergibt. Aus den ermittelten Fahrzeugbeschleunigungswerten lassen durch entsprechende Summen und Differenzbildungen auch Beschleunigungswerte für eine Drehbewegung der Karosserie um die Längsachse bzw. um die Querachse ermitteln.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß man die zur Richtung der Kraftübertragung der jeweiligen Komponente parallele Parallel-Komponente der Fahrzeug­ aufbaubeschleunigung dadurch ermittelt, daß man vom gemessenen Fluiddruckwert einen konstanten Mitteldruckwert abzieht zur Bildung eines dynamischen Druckwerts, und daß man den dynamischen Druckwert mit einem vorgegebenen, von der Fahrwerkskonstruktion abhängigen Faktor multipliziert zur Bildung der Parallel-Komponente. Im allgemeinen verlaufen die hydraulischen oder hydropneumatischen Komponenten (insbesondere Gasdruckfedern) im wesentlichen in vertikaler Richtung, so daß dementsprechend der ermittelte Beschleunigungswert unmittelbar die Vertikal­ beschleunigungskomponente der Fahrzeugaufbaubeschleunigung angibt. Dieser Wert ist vor allem für Fahrwerkregelsysteme von ausschlaggebender Bedeutung. Im Falle von Komponenten, insbesondere Gasdruckfedern, die auch zumindest einen Teil des Karosseriegewichts aufnehmen, ist vom gemessenen Fluiddruckwert der konstante Mitteldruckwert abzuziehen. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist der Multiplikations­ faktor insgesamt von der Fahrwerkkonstruktion abhängig, also von den beteiligten Massen sowie von der Art der gegenseitigen Abstützung sowie der Abstützung gegenüber dem Untergrund. Die ermittelte Beschleunigungskomponente gibt dann an, mit welcher Beschleunigung sich die Karosserie aus ihrer konstanten mittleren Höhenlage nach oben bzw. nach unten bewegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich bei einfach­ wirkenden Kolbenstangen-Zylindereinheiten einsetzen, wie auch bei doppeltwirkenden Kolbenstangen-Zylindereinheiten, bei denen der Kolben zwei geschlossene Zylinderinnenräume voneinander trennt. Die Ausschubkraft ist dann proportio­ nal zur Differenz der Kolbenflächen auf beiden Kolben­ seiten, sofern der Druck in beiden Zylinderinnenräumen der gleiche ist. Bei Fahrzeugen werden häufig sogenannte Dämpferbeine eingesetzt, d. h. unter Gasdruck stehende, flüssigkeitsgefüllte Kolbenstangen-Zylindereinheiten mit Kolben am inneren Kolbenstangenende, der zwei Zylinder­ innenräume voneinander trennt. Ein eine ggf. regelbare Drosselstelle aufweisender Verbindungskanal verbindet beide Zylinderinnenräume, so daß sich eine von der Geschwindigkeit der Kolbenbewegung abhängige Dämpfungs­ kraft ergibt. In diesem Falle können sich momentan unter­ schiedliche Drücke in beiden Zylinderinnenräumen ein­ stellen. Um bei einer derartigen hydropneumatischen Komponente entsprechend der Erfindung die Vertikal­ komponente der Fahrzeugaufbaubeschleunigung ermitteln zu können, wird vorgeschlagen, daß man den in beiden Zylinder­ innenräumen jeweils momentan anliegenden Einzelfluiddruck mißt, und daß man die entsprechend den jeweils wirksamen Kolbenflächen gewichtete Differenz der Einzelfluiddrücke als momentanen Fluiddruck der Komponente verwendet. Dieser momentane Fluiddruck gibt exakt die momentane Ausschub­ kraft der Komponente an, so daß sich nach Multiplikation mit den vorgegebenen Multiplikationsfaktor wiederum unmittelbar der gewünschte Beschleunigungswert ergibt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durch­ führung des vorstehend beschriebenen Verfahrens mit wenigstens einem Fluiddrucksensor zur Messung des Fluid­ drucks in einer hydraulischen oder hydropneumatischen Komponente zur Kraftübertragung zwischen Fahrwerk und Karosserie, einem Subtraktionsglied zur Ermittlung eines dynamischen Druckwerts durch Abziehen eines konstanten Mitteldruckwerts vom gemessenen Fluiddruckwert, und einem Multiplikationsglied zur Ermittlung einer zu der Richtung der Kraftübertragung des jeweiligen Körpers parallelen Parallel-Komponente der Fahrzeugaufbaubeschleunigung durch Multiplikation des dynamischen Druckwerts mit einem vorgegebenen Faktor.

Bei einem Fahrzeug mit einem Wegsensor zur Ermittlung des jeweiligen Abstands zwischen einem Fahrwerksteil und der Karosserie wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß man aus dem jeweils gemessenen momentanen Abstandswert durch zeitliche Differentiation einen momentanen Geschwindigkeitswert ableitet, und daß man einen Aufbaubeschleunigungswert durch Bildung einer gewichteten Summe des momentanen Abstandswerts und des momentanen Geschwindigkeitswerts mit vorgegebenen Gewichten ermittelt. Dem liegt die Überlegung zugrunde, daß der Bewegungsparameter-Abstand zwischen Fahrwerkteil und Karosserie besonders einfach mittels entsprechender handelsüblicher Wegsensoren gemessen werden kann, und daß die Aufbaubeschleunigung vom gemessenen Abstand in bestimmter Weise abhängig ist. Eine zweimalige zeitliche Differenzierung des gemessenen Wegabstands führt zwar nicht unmittelbar zur gewünschten Vertikalbeschleunigung des Aufbaus (in bezug auf ein erdfestes, ruhendes Bezugsystem), sondern lediglich zur Relativbeschleunigung zwischen Fahrwerk und Aufbau. Man kann jedoch die Aufbau­ beschleunigung als gewichtete Summe des Relativabstands sowie der Relativgeschwindigkeit angeben. Letztere kann durch zeitliche Differentiation des gemessenen Abstandes in einfacher Weise und mit einer erforderlichen Genauigkeit ermittelt werden. Das Summengewicht der Relativgeschwindigkeit ist abhängig von der wirksamen Federkonstante der zwischen Karosserie und Fahrwerk wirkenden Federung und das Summengewicht des Relativwegs von der entsprechenden Dämpfungskonstante.

Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Vorrichtung zur Durchführung des eben genannten Verfahrens mit einem Wegsensor zur Ermittlung des Abstands zwischen einem Fahrwerksteil und der Karosserie, einem zeitlichen Differenzierglied für den gemessenen momentanen Abstands­ wert zur Bildung eines momentanen Geschwindigkeitswerts und einem Summierglied zur Bildung einer gewichteten Summe des momentanen Abstandswerts und des momentanen Geschwindigkeitswerts. Diese Vorrichtung ist bei einfachem Aufbau kostengünstig erhältlich, da der Wegsensor im Vergleich beispielsweise zu einem Beschleunigungssensor wesentlich einfacher aufgebaut und damit kostengünstiger erhältlich ist. Das Differenzierglied sowie das Summierglied kann in die elektronische Steuerung, insbesondere aktive Fahrwerkregelung, integriert sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen erläutert. Die

Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte, schemaartige Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit Vorrichtung zur Aufbaubeschleunigung zur Ermittlung durch Fluiddruckmessung;

Fig. 2 zeigt ein Zweimassensystem;

Fig. 3 zeigt schematisch die Ermittlung der Aufbaubeschleunigung entsprechend Fig. 1 bei Einsatz eines Gasdruckstoßdämpfers;

Fig. 4 zeigt den Zeitverlauf eines Fluiddruckwerts;

Fig. 5 zeigt das Aufbauschema einer weiteren Vorrichtung zur Ermittlung einer Fahrzeug­ aufbaubeschleunigung anhand eines gemessenen Abstandswerts;

Fig. 6 zeigt den Zeitverlauf der anhand der Vorrichtung gemäß Fig. 5 ermittelten Aufbaubeschleunigung im Vergleich zur tatsächlichen Aufbaubeschleuni­ gung.

Bei Fahrzeugen, insbesondere bei Straßenfahrzeugen, wie Personenkraftwagen, werden zunehmend Regelsysteme angewandt, die der Erhöhung der Fahrsicherheit, aber auch in vielen Fällen der Erhöhung des Fahrkomforts dienen. Antiblockiersysteme und Antischlupfsysteme sind bereits weit verbreitet. Daneben werden auch zunehmend Regelsysteme eingesetzt, die in die Fahrwerksabstimmung regelnd eingreifen. Man unterscheidet hier zwischen adaptiven, semiaktiven und aktiven Systemen. Es wird in diesem Zusammenhang verwiesen auf den zugrundeliegenden Artikel von Karnopp Crosby, Herwood "Vibration control using semi-active force generators" ASME-Journal of Engineering for Industry, Transactions of the ASME-no 96, 1974, Seiten 619-626.

Für Qualität der jeweiligen Regelung ist die möglichst genaue Kenntnis über den derzeitigen Bewegungszustand des Fahrzeugs von großer Bedeutung, insbesondere die Kenntnis des momentanen Relativabstands von Aufbau und Fahrwerk und der momentanen Relativgeschwindigkeit zwischen beiden Teilen sowie die Kenntnis der momentanen Aufbaubeschleuni­ gung, hervorgerufen beispielsweise durch Kurvenfahrt sowie Brems- und Beschleunigungsvorgänge, die am Fahrzeug angreifen. Bei dem Großserienprodukt Kraftfahrzeug ist möglichst einfacher Aufbau der Regelsysteme samt Sensoren von großer Bedeutung. Auch ist vom Gesichtspunkt der Zuverlässigkeit aus ein Aufbau mit möglichst wenig Bau­ komponenten, insbesondere Sensoren erwünscht, da mit der Anzahl der Baukomponenten auch das Risiko eines Defekts innerhalb des Systems ansteigt.

Fig. 1 zeigt grob schematisch eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 10, dessen Aufbau oder Karosserie mit 11 bezeichnet ist und dessen Fahrwerk durch einen vorderen Radträger 12a sowie einen hinteren Radträger 12b rein schematisch dargestellt ist, welches sich über ein übliches Federungs-Schwingungsdämpfungs-System an der Karosserie 11 abstützt - symbolisiert durch eine Feder 14 sowie ein Dämpfungsglied in Form einer Kolbenstangen- Zylindereinheit 16. Diese Kolbenstangen-Zylindereinheit 16 kann, wie der Einfachheit halber dargestellt, der Bauart eines einfachwirkenden Kolbens entsprechen, oder wie in Fig. 3 angedeutet, der Bauart eines doppeltwirkenden Kolbens. Das in dem durch den Kolben sowie den Zylinder begrenzten Innenraum 18 befindliche Fluid, im allgemeinen Flüssigkeit, kann unter Gasdruck stehen, wie dies ebenfalls in Fig. 3 angedeutet ist, so daß die Kolbenstangen-Zylindereinheit in diesem Falle einen Teil des Fahrzeuggewichts aufnimmt. Im Falle der Anwendung der nachfolgend noch näher zu beschreibenden Vorrichtung zur Ermittlung der Fahrzeugaufbaubeschleunigung in Verbindung mit einem Fahrwerkregelungssystem kann die Kolbenstangen-Zylindereinheit 16 jeweils mit einer allgemein mit C bezeichneten Fahrwerk-Regeleinrichtung verkoppelt sein. Hierbei kommt bei einer einfacheren Ausführung die Regelung der Dämpfung der Kolbenstangen-Zylindereinheit in Frage, wie diese nachfolgend noch anhand von Fig. 3 erläutert werden wird. Der Innenraum kann jedoch auch mit einer externen Druckquelle (symbolisiert durch eine Pumpe 17 innerhalb der Regeleinrichtung C) verbunden sein, die den jeweiligen Innendruck innerhalb der Kolbenstangen-Zylindereinheit 16 vorgibt und somit aktiv die zwischen Fahrwerk und Karosserie wirkenden Kräfte beeinflußt. Im Extremfall wirkt die Kolbenstangen-Zylindereinheit als reiner Weggeber, der den momentanen Abstand zwischen Karosserie 11 und jeweiligem Radträger 12a bzw. 12b festlegt. Bei andersartigen Regelsystemen kann die Kolbenstangen- Zylindereinheit 16 jedoch auch eine von der jeweiligen Regeleinrichtung unabhängige Komponente, insbesondere Gasdruckstoßdämpfer sein (die in Fig. 1 eingezeichneten Fluidverbindungsleitungen 20 würden in diesem Falle entfallen).

Erfindungsgemäß ist an den Innenraum 18 der Kolbenstangen-Zylindereinheit 16 unmittelbar oder über eine in Fig. 1 angedeutete Fluidverbindungsleitung 22 ein Drucksensor 24 als Teil einer Vorrichtung 26 zur Ermittlung der vertikalen Fahrzeugaufbaubeschleunigung angeschlossen. Das vom Drucksensor 24 abgegebene, den momentanen Fluiddruck in der Kolbenstangen-Zylindereinheit 16 angebende Sensorsignal wird über eine elektrische Verbindungsleitung 28 einem Subtraktionsglied 30 zugeführt, welches von dem den gemessenen Fluiddruckwert Pa angebenden Sensorsignal einen konstanten Mitteldruck­ wert P₀ abzieht. Diese Differenz ergibt einen dynamischen Druckwert P. Das entsprechende Ausgangssignal des Subtraktionsglieds 30 wird dann über eine Leitung 32 einem Multiplikationsglied 34 zugeführt, der das dem dynamischen Druck P entsprechende Signal mit einem vorgebenen Faktor c multipliziert. Dieses Produkt entspricht der gewünschten vertikalen Aufbaubeschleunigung 2. Das sich ergebende Signal wird von der Vorrichtung 26 über eine Leitung 36 der jeweils eingesetzten Regeleinrichtung c zugeführt. In Fig. 1 ist die eben beschriebene Vorrichtung 26 lediglich am vorderen Radträger 12a im einzelnen dargestellt. Eine entsprechende Vorrichtung 26 zur Erfassung der Vertikal­ beschleunigung im Bereich des hinteren Radträgers 12 ist der Einfachheit halber lediglich teilweise dargestellt. Für den Fall von Einzelradaufhängungen sind dement­ sprechend insgesamt vier derartige Vorrichtungen 26 im Bereich der vier Räder anzuordnen. Aus den gemessenen Vertikalbeschleunigungen kann durch entsprechende Differenzen- und Summenbildung die Beschleunigung der Drehbewegung des Fahrzeugs um die Längsachse sowie um die Querachse ermittelt werden.

Die der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 26 zugrundeliegenden Überlegungen sollen nachfolgend anhand von Fig. 2 kurz erläutert werden. Der in der jeweiligen Kolbenstangen-Zylindereinheit 16 anliegende Innendruck P, multipliziert mit der jeweils wirksamen Kolbenfläche (Kolbenquerschnitt q) ergibt unmittelbar die Kraft F, die über die Kolbenstangen-Zylindereinheit 16 vom Radträger 12 auf die Karosserie 11 und umgekehrt ausgeübt wird. Diese Kraft ist jedoch nur dann mit der die Karosserie beschleunigenden Kraft identisch, wenn sich die Kolbenstangen-Zylindereinheit 16 unmittelbar am Untergrund U abstützen würde. Ein etwas realistisches Modell ist in Fig. 2 angegeben. Hier ist mit m2 die anteilige Karosseriemasse angegeben und mit m1 die Masse des entsprechenden Fahrwerkteils (Radträger 12 zuzüglich Rad 13 und sonstige, am Radträger 12 angebrachte Bauelemente). Die zwischen beiden Massen wirkende Kraft F ist durch eine Spiralfeder symbolisiert. Aufgrund dieser Kraft wird die Masse m2 von der Masse m1 wegbewegt mit einer durch den Pfeil 2 angegebenen Beschleunigung. Dementsprechend wird, in der entgegengesetzten Richtung, die Masse m1 mit der Beschleunigung 1 wegbewegt. Für die Beschleunigung 2 läßt sich folgende Beziehung ableiten:

Angewandt auf die Anordnung gemäß Fig. 2 ergibt sich für die Vertikalbeschleunigung 2 der Karosserie 11, daß diese proportional zur gemessenen Kraft, nämlich zum Produkt P·q ist, wobei der Proportionalitätsfaktor C folgenden Wert annimmt:

Da die Fahrwerksmasse m1 entgegen Fig. 2 nicht frei beweglich ist, sondern sich über das einfedernde Rad 13 (symbolisiert durch eine Druckfeder 15) am Untergrund U abstützt, muß die Konstante C noch dementsprechend modifiziert werden aufgrund entsprechender Rechnungen oder Fahrversuche.

Wie vorstehend erwähnt, kann die Kolbenstangen-Zylinder­ einheit 16 auch von einem herkömmlichen Gasdruck-Stoß­ dämpfer gebildet sein, wie dieser, mit 50 bezeichnet, in Fig. 3 grob vereinfacht dargestellt ist. Ein an einem Kolbenstangenende einer Kolbenstange 52 innerhalb eines geschlossenen Zylinders 54 angebrachter Kolben 56 teilt den Zylinderinnenraum in einen in Fig. 1 oberen Zylinder­ innenraum 58 sowie einen unteren Zylinderinnenraum 60 ein. Die Kolbenstange 52 ist am in Fig. 3 oberen Ende des Zylinders 54 abdichtend aus diesem herausgeführt. Druck­ fluid, insbesondere Druckflüssigkeit 62, innerhalb des Zylinders 54 steht unter Druck aufgrund einer Druckblase mit komprimiertem Gas 64. Diese Druckblase ist in der dargestellten Schemazeichnung am oberen Ende des Zylinders 54 vorgesehen und vom flüssigkeitsgefüllten oberen Zylinder­ innenraum 58 über einen ringartigen Trennkolben 66 abge­ trennt. Der Trennkolben 66 ist innerhalb des Zylinders 54 in Richtung der Zylinderachse beweglich angeordnet und sowohl gegenüber der Zylinderinnenumfangsfläche als auch gegenüber der Außenumfangsfläche der Kolbenstange 52 abgedichtet. Die Druckblase kann auch an anderer Stelle angeordnet sein, insbesondere im Ringraum eines doppel­ wandig ausgebildeten Zylinders oder von der Kolbenstangen- Zylindereinheit 50 getrennt an einem anderen Orte vorgesehen sein mit Fluidverbindung zu den beiden Innenräumen 58, 60 (s. auch beispielsweise EP 0 431 597 A1).

Die beiden Zylinderinnenräume 58, 60 sind entweder über einen entsprechenden Durchgang 68 des Kolbens 56 oder über eine in Fig. 3 strichliert angedeutete äußere Leitung 70 miteinander verbunden. Die Kolbenstange 52 wird dann mit einer Kraft F ausgeschoben, die gleich dem Produkt des Innendrucks P und der Differenz der die Zylinderinnenräume 60 und 58 begrenzenden Stirnflächen A1 bzw. A2 des Kolbens 56 ist. Zur Dämpfung der Kolbenausfahr- und Einfahrbe­ wegung ist jedoch im Durchgang 68 bzw. in der externen Leitung 70 jeweils eine Drosselstelle D vorgesehen, die den Durchfluß, von der Durchflußgeschwindigkeit abhängig, bremst. Im Falle einer Fahrwerksregelung kann auch ein regelbares Drosselventil 72 innerhalb der Verbindungs­ leitung 70 eingesetzt werden, welches über eine abge­ brochen dargestellte Leitung 74 mit der Regeleinrichtung c verbunden ist.

Aufgrund der konstanten oder geregelten Drosselstelle D ergibt zumindest bei größeren Einfahr- und Ausfahrgeschwindig­ keiten der Kolbenstange 52 momentan ein unterschiedlicher Druck in beiden Zylinderinnenräumen 58 und 60. Um die momentane Schubkraft F auch in diesem Falle ausreichend exakt messen zu können, werden die Fluiddrucke in beide Zylinderinnenräume 58 und 60 jeweils für sich erfaßt. Dies ist in Fig. 3 durch zwei Drucksensoren 76 und 78 ange­ deutet, die den Druck P1 im unteren Zylinderinnenraum 60 bzw. den Druck P2 im oberen Zylinderinnenraum 58 messen. Die jeweiligen Sensorsignale werden über Leitungen 80, 82 einem Differenzglied 84 zugeführt, welches den die Ausschubkraft F repräsentierenden momentanen Fluiddruck Pa gemäß der folgenden Beziehung ermittelt:

wobei mit A1 die untere Stirnfläche des Kolbens 56 bezeichnet ist und mit A2 die obere kreisringförmige Kolbenstirnfläche. Das Differenzglied 84 ist über eine der Leitung 28 in Fig. 1 entsprechende Leitung 85 mit dem Subtraktionsglied 30 als Teil der ansonsten unveränderten und daher in Fig. 3 nicht weiter dargestellten Vorrichtung 26 verbunden.

In Fig. 4 ist ein möglicher Zeitverlauf des gemäß Fig. 1 unmittelbar gemessenen oder gemäß Fig. 3 aus den gemessenen Einzeldrücken P1 und P2 abgeleiteten Drucks Pa als Kurve 86 dargestellt. Während des Fahrzeugstillstands bis zum Zeitpunkt t₀ ergibt sich ein konstanter Druckwert P₀, der zum anteiligen Fahrzeuggewicht m2 · Erdbeschleuni­ gung proportional ist, ggf. reduziert um die von der Feder 14 aufgebrachte Federkraft. Ab dem Zeitpunkt t₀ befindet sich das Fahrzeug in Bewegung (Richtungspfeil A in Fig. 1) mit der Folge, daß sich Druckschwankungen entsprechend der Unebenheit des Untergrunds ergeben, aber auch aufgrund von Zentrifugalkräften und Nickkräften bei Kurvenfahrt bzw. Abbrems- und Beschleunigungsvorgängen. Da die konstante Gewichtskraft für die Regelung nicht von Interesse ist, wird vom gemessenen Druckwert Pa der konstante Druckwert P₀ abgezogen, was gleichbedeutend mit der Verschiebung der Abszisse in Fig. 1 nach oben um den Wert P₀ ist. Je nach dem, ob der aktuelle Druckwert P = Pa - P₀ größer oder kleiner als P₀ ist, werden vom Fahrwerk auf die Karosserie vertikal nach oben, oder vertikal nach unten gerichtete Kräfte ausgeübt mit resultierender Beschleunigung 2, die jeweils proportional zur Größe der Abweichung P sind. Der dabei von der Feder 14 und ggf. von der Gasdruckfeder jeweils übernommene Gewichtsanteil kann als konstant angenommen werden, da diese Bauteile aufgrund hoher Federvorspannung in einem weitgehend horizontal verlaufenden Bereich der Federcharakteristik arbeiten.

Die vorstehend anhand der Fig. 1 bis 4 erläuterte Vorrichtung zur Ermittlung der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus erfordert nur geringen Bauaufwand, nämlich einen Drucksensor samt zugehöriger Auswerteschaltung. Bei Regelsystemen, insbesondere Fahrwerkregelsystemen, bei denen bereits derartige Drucksensoren zur Überwachung der Fahrwerkregelung eingesetzt sind, können diese unverändert für die Aufbaubeschleunigungsmessung herangezogen werden, so daß überhaupt keine weiteren Sensoren montiert zu werden brauchen.

Gemäß der nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungs­ form der Erfindung wird ebenfalls kein herkömmlicher Massenträgheitssensor zur Ermittlung der Aufbaubeschleuni­ gung eingesetzt. In diesem Falle wird das Ausgangssignal von einem Wegsensor 110 abgegeben, der den momentanen Abstand zrel zwischen dem jeweiligen Fahrwerksteil und der Karosserie mißt. Derartige Wegsensoren haben einfachen kostengünstigen Aufbau und sind zuverlässig im Betrieb. Es bietet sich hierbei die Anbringung des Wegsensors 110 im Bereich des Aufbaudämpfers (Dämpferbein bzw. Gasdruck- Stoßdämpfer) an, wie dieser in Fig. 5 stark vereinfacht dargestellt und mit 112 bezeichnet ist. Der Wegsensor 110 ist beispielsweise an der Karosserie befestigt und greift an das mit dem Fahrwerkteil verbundene Element des Dämpfers an (in Fig. 5 das Zylinderrohr), was durch eine entsprechende Abtastrolle 114 symbolisiert ist. Es können übliche Meßprinzipien eingesetzt werden, wie z. B. der Einsatz eines elektrischen Schleifkontakts.

Die allgemein mit 116 bezeichnete Vorrichtung zur Messung der vertikalen Aufbaubeschleunigung 2 umfaßt weiterhin ein Differenzierglied 118, welches aus dem den Abstand zrel angebenden Ausgangssignal des Wegsensors 110 durch zeitliche Differenzierung ein die Geschwindigkeit rel der Relativbewegung zwischen Aufbau und Fahrwerksteil an­ gebendes Signal ableitet. Dieses Signal sowie zusätzlich das Signal des Wegsensors 110 wird einem Summierglied 120 zugeführt zur Bildung einer gewichteten Summe aus dem momentanen Abstandswert zrel und dem momentanen Geschwindig­ keitswert rel. Über eine abgebrochen dargestellte Ausgangs­ leitung 122 wird das Ausgangssignal des Summierglieds 120 als Ausgangssignal der Vorrichtung 116 einer nicht darge­ stellten Regeleinrichtung insbesondere zur Fahrwerk­ regelung zugeführt.

Der dieser Art der Ermittlung der Aufbaubeschleunigung zugrundeliegende Gedanke beruht darin, daß sich zwar die vertikale Aufbaubeschleunigung 2 nicht direkt aus der Messung von zrel durch zweimalige zeitliche Differentiation ableiten läßt, da ja zrel als Differenz der Ortskoordinate z2 des Aufbaus und der Ortskoordinate z1 des Fahrwerkteils mit der Masse m1 von z2 verschieden ist. Es läßt sich doch nachweisen, daß folgende Beziehung für die Aufbaubeschleunigung 2 gilt:

2 = (- k2 · zrel - c2 · zrel)/m2,

wobei k2 die Dämpfungskonstante des Aufbaudämpfers 112 und c2 die Federkonstante einer zwischen den Massen m2 und m1 wirkenden Aufbaufeder 124 bezeichnet und mit rel die erste Ableitung von zrel nach der Zeit angegeben ist.

Diese Beziehung ist unabhängig vom momentanen Abstand h der Masse m1 vom Untergrund U und auch unabhängig von der durch eine Reifenfeder 126 symbolisierten Federwirkung des nicht dargestellten Reifens mit Federkonstante c1. In diesem Modell ergeben sich also für die Konstanten im Addierglied 120 folgende Werte:

C1 = - k2 : m2,

C2 = - c2 : m2.

Dieses Modell geht von konstanter Aufbaudämpfung aus und vernachlässigt die Dämpfung der Reifenfederungsbewegung. Dennoch hat sich eine überraschend gute Übereinstimmung der tatsächlich auftretenden Vertikalbeschleunigungswerte (unterbrochene Linie 130 in Fig. 3) mit den erfindungs­ gemäß ermittelten Werten (durchgezogene Kurve 132) gezeigt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Ermittlung einer Fahrzeugaufbau­ beschleunigung eines Fahrzeugs mit hydraulischen oder hydropneumatischen Komponenten (16; 50) zur Kraftübertragung zwischen Fahrwerk und Fahrzeugkarosserie, dadurch gekennzeichnet, daß man den in der jeweiligen Komponente (16; 50) momentan anliegenden Fluiddruck (Pa) mißt, und daß man aus dem gemessenen Fluiddruck (Pa) einen Fahrzeugbeschleunigungs­ wert (2) ableitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die zur Richtung der Kraftübertragung der jeweiligen Komponente parallele Parallel-Komponente der Fahrzeugaufbaubeschleunigung dadurch ermittelt, daß man vom gemessenen Fluiddruckwert (Pa) einen konstanten Mitteldruckwert (Po) abzieht zur Bildung eines dynamischen Druckwerts (P), und daß man den dynamischen Druckwert (P) mit einem vorgegebenen, von der Fahrwerkskonstruktion abhängigen Faktor (C) multipliziert zur Bildung der Parallel-Komponente (2).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Komponente (50) der Kolbenstange-Zylinderbauart, mit einem eine ggf. regelbare Drosselstelle (D) aufweisenden Verbindungskanal (68; 70) zwischen den beiden vom Kolben (56) voneinander getrennten Zylinderinnenräumen (58, 60), den in beiden Zylinderinnenräumen (58, 60) jeweils momentan anliegenden Einzelfluiddruck (P1, P2) mißt, und daß man die entsprechend den jeweils wirksamen Kolbenflächen (A1, A2) gewichtete Differenz der Einzelfluiddrücke (P1, P2) als momentanen Fluiddruck (Pa) der Komponente verwendet.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit

• - wenigstens einem Fluiddrucksensor (24; 76, 78) zur Messung des Fluiddrucks (Pa) in einer hydraulischen oder hydropneumatischen Komponente (18; 50) zur Kraftübertragung zwischen Fahrwerk (12) und Karosserie (11),
• - einem Subtraktionsglied (30) zur Ermittlung eines dynamischen Druckwerts (D) durch Abziehen eines konstanten Mitteldruckwerts (Po) vom gemessenen Fluiddruckwert (Pa), und
• - einem Multiplikationsglied (34) zur Ermittlung einer zu der Richtung der Kraftübertragung des jeweiligen Körpers parallelen Parallel-Komponente (2) der Fahrzeugaufbaubeschleunigung durch Multiplikation des dynamischen Druckwerts (P) mit einem vorgegebenen Faktor (C).

5. Verfahren zur Ermittlung einer Fahrzeugaufbaubeschleunigung eines Fahrzeugs mit einem Wegsensor (110) zur Ermittlung des jeweiligen Abstands (zrel) zwischen einem Fahrwerksteil und der Karosserie, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem jeweils gemessenen momentanen Abstandswert (zrel) durch zeitliche Differentiation einen momentanen Geschwindigkeitswert (rel) ableitet, und daß man einen Aufbaubeschleunigungs­ wert (2) durch Bildung einer gewichteten Summe des momentanen Abstandswerts (zrel) und des momentanen Geschwindigkeitswerts (rel) mit vorgegebenen Gewichten (C1, C2) ermittelt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, mit

• -einem Wegsensor (110) zur Ermittlung des Abstands (zrel) zwischen einem Fahrwerksteil und der Karosserie,
• - einem zeitlichen Differenzierglied (118) für den gemessenen momentanen Abstandswert (zrel) zur Bildung eines momentanen Geschwindigkeitswerts (rel) und
• - einem Summierglied zur Bildung einer gewichteten Summe des momentanen Abstandswerts (zrel) und des momentanen Geschwindigkeitswerts (rel).