DE4302884A1

DE4302884A1 - Einrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Dämpfungskraftregelung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE4302884A1
Application number: DE19934302884
Authority: DE
Inventors: Stephan Dipl Ing Dr Irmscher
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1993-02-02
Filing date: 1993-02-02
Publication date: 1994-08-04

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Dämpfungskraftregelung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, bestehend aus einem, eine Anzahl von Rädern aufweisenden Fahrwerk und einer entsprechenden Anzahl von hydraulischen Schwingungsdämpfern.

Es sind bereits Verfahren zur rechnergestützten Steuerung von Schwingungsdämpfern bekannt (z. B. DE-OS 40 07 177), bestehend aus einem verstellbaren Dämpfungsventil, aus am Fahrzeug und/oder Schwingungsdämpfer angebrachten Sensoren, die charakteristische Signale elektrisch abgeben, aus einer Auswerteschaltung (Rechner), die die Sensorsignale empfängt und daraus abgestimmte Stellsignale für die verstellbaren Dämpfungsventile erzeugt. Ausgehend von einer sensierten Kolbengeschwindigkeit und einer vorgegebenen Soll-Kraft des Fahrzeuges wird ein Verstellquerschnitt eines Dämpfungsventiles durch einen Rechner errechnet, welcher im Schwingungsdämpfer eine Kraft erzielt, wobei die Kraft erneut dem Rechner zur Korrektur zugeführt wird.

Darüber hinaus ist eine Vorrichtung zur rechnergestützten, fahrbahnabhängigen Steuerung von Schwingungsdämpfern bekannt (z. B. DE-PS 38 10 638), bei der die Steuerung der dynamischen Einstellung der Dämpfungskraft dient, wobei dem Fahrzeugaufbau über die Radachse möglichst wenig Energie zugeführt wird. Die Dämpfungskraft soll dann sehr klein sein, wenn sich Aufbau und Achse in die gleiche Richtung bewegen und wenn der Betrag der Geschwindigkeit der Radachse größer ist, als der Betrag der Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus. Es handelt sich hierbei um ein Sky-Hook-Prinzip, bei dem mit festen Dämpfungen in Form eines Maximal- und eines Minimalwertes gearbeitet wird.

Weiterhin sind aktive Federungssysteme (z. B. DE-OS 34 08 292) bekannt, bei denen an einem Fahrzeug Sensoren angeordnet sind, die Signale erzeugen, welche die Abstände der einzelnen Räder gegenüber dem Aufbau wiedergeben. Aus diesen Abständen errechnet ein Rechner einen Zustandsvektor, dessen Komponenten insbesondere eine gemittelte Höhenlage, einen gemittelten Nickwinkel sowie einen gemittelten Wankwinkel des Fahrzeugaufbaues relativ zum Untergrund wiedergeben.

Es sind desweiteren Radaufhängungen für Landfahrzeuge bekannt (z. B. DE-OS 24 41 172), bei denen Radträger an einer Fahrzeugkarosserie beweglich gelagert sind, wobei Schwingungsdämpfer über eine Steuervorrichtung gesteuert werden. Zur Steuerung der Schwingungsdämpfer wird eine Differenzwegmessung benutzt, um eine Soll-Beschleunigung herzuleiten, die dann über eine Verstärkung oder eine Minderung der Dämpfung realisiert werden soll, so daß die ursprüngliche Wegdifferenz zu Null gemacht wird. Differenzwege (Kolbenwege) auf eine neutrale Position zu stabilisieren, ist bei der Störintensität, dem sich ein Fahrwerk ausgesetzt sieht, schwierig durchzuführen.

Es sind desweiteren Methoden zur Fahrwerksregelung bekannt (z. B. EP-OS 02 39 831), bei denen die Aufbaubeschleunigung, der Kolbenweg oder die Kolbengeschwindigkeit und der Differenzdruck zwischen oberer und unterer Arbeitskammer des Schwingungsdämpfers gemessen werden. Die Steuerung der Schwingungsdämpfer ist derart angelegt, daß der Übergangsvorgang des Aufbaus von einer Anfangslage in eine Endlage in Folge eines Sprunges nach einer bestimmten Kurvenform erfolgt. Diese Regelung orientiert sich an der Form der Übergangsfunktion, wobei eine einzige Zustandsgröße zu Grunde gelegt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Dämpfungskraftregelung in einem Fahrzeug zu schaffen, daß ohne Zuführung von Hilfstellenergie die Dämpfung im Schwingunsdämpfer derart einstellbar ist, daß die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus als Maß für den Komfort so niedrig wie möglich gehalten und gleichzeitig die Straßenhaftung so groß wie nötig beibehalten wird, dabei wird der Konflikt zwischen Komfort und Fahrsicherheit möglichst optimal gelöst.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei einer Einrichtung mindestens ein Schwingungsdämpfer mit einem Proportionalventil, je einem Beschleunigungssensor in Vertikalrichtung für die ungefederten und die gefederten Massen und einer Auswerteelektronik versehen ist, wobei die Meßwerte der Sensoren zeitzyklisch der Auswerteelektronik zugeführt werden.

Mit der Einrichtung läßt sich erfindungsgemäß ein Verfahren durchführen, bei dem die analogen Signale der Beschleunigungssensoren zur Erzeugung eines Geschwindigkeitssignals digitalisiert und integriert werden, anschließend wird eine Summe der gewichteten Geschwindigkeitssignale zur Bildung der Soll-Kraft erzeugt, gleichzeitig wird parallel zur Bildung der Soll-Kraft die Differenz von Aufbau- und Radgeschwindigkeit bestimmt, wobei die Soll-Kraft und die Differenzgeschwindigkeit Koordinaten in einem Dämpfungs-Kennfeld bestimmen, die entsprechend des Kennfeldes einen Soll-Strom zur Beaufschlagung des Proportionalventiles festlegen.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß die Dämpfung der Schwingungsdämpfer optimal auf unterschiedliche Straßenbeschaffenheiten angepaßt werden kann. Dabei wird der Komfort des Fahrzeuges verbessert und die Fahrsicherheit nicht verschlechtert.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß neben der Soll-Kraft und/oder der Differenzgeschwindigkeit ein absoluter Betrag der Rad- und Aufbaugeschwindigkeit addiert und anschließend verschliffen wird, der einer Elektronik zur Bildung eines Stell- stromes für das Proportionalventil zugeführt wird. Dabei läßt sich mit Vorteil bei geringer Systemgeschwindigkeit der Stell-Strom für das Proportionalventil vergrößern, so daß ein stoßfreier Übergang in eine weiche (geringe) Dämpfungkraft erzielt werden kann.

Bei dieser Ausführung ist von Vorteil, daß über eine zeitlich gemittelte Größe die Information erhalten wird, ob die Geschwindigkeit des Kolbens des Schwingungsdämpfers so groß ist, daß eine Dämpfungsmodulation durch den Regler erfolgen kann. Wenn die Bewegung des Fahrzeugaufbaues fast abgeklungen sind, kann eine gemittelte Bewegungsinformation benutzt werden, eine Ventilumschaltung zu erzwingen. Dabei darf die Umschaltung des Ventiles nicht so erfolgen, daß das Ventil plötzlich geöffnet wird, weil das Komfort verschlechternd durch die Insassen bemerkt würde. Darüber hinaus wären Geräusche durch plötzliche Energiefreisetzung aus dem Reifen zu erwarten. Eine einzelne Schaltwelle müßte groß genug eingestellt werden, daß sie zum einen unterschritten werden kann, also technisch wirksam wird. Zum anderen darf sie nicht so groß sein, daß die eigentliche Reglerfunktion anhaltend gestört wird. Vorteilhaft ist demzufolge, daß eine Möglichkeit der sanften Umschaltung geschaffen wird, indem keine Schaltschwellen eingeführt werden, sondern das Ventil allmählich mit abklingenden Rad- und Aufbaugeschwindigkeiten wieder zu öffnen, wenn die Systembewegungen in den Bereich der Geschwindigkeiten eintreten, die durch die Insassen physiologisch bedingt nicht mehr wahrgenommen werden können. Die Systembewegung wird anhand der gemittelten Summe der Absolutbeträge der Rad- und der Aufbaugeschwindigkeit beurteilt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß neben der Soll-Kraft und/oder der Differenzgeschwindigkeit ein absoluter Betrag der Rad- und Aufbaugeschwindigkeit addiert, verschliffen und anschließend durch die Definition von Zugehörigkeitsfunktion für diese Größe und die Größe Soll-Strom, deren fuzzy-logischen Verknüpfung und anschließender Defuzzifizierung ein Stell- Strom gebildet wird, der einer Elektronik zugeführt wird. Dabei ist von Vorteil, daß die Kennzeichnung der Systemgeschwindigkeit mit den Attributen "groß" und "klein" innerhalb gewisser Grenzen willkürlich ist und gelingt am besten, wenn dafür eine graduelle Abstufung im Sinne von Zugehörigkeitsfunktionen der Fuzzy-Logic benutzt wird. Gleiches gilt für die Größe Soll- Ventilstrom. Die Verknüpfung der so definierten Fuzzy- Variablen erfolgt mit Fuzzy-Operatoren zu einer Fuzzy- Menge aller möglichen Werte des Stell-Ventilstroms, aus der über Defuzzifizierungsregeln ein "scharfer" Stell- Ventilstrom gewonnen wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen , daß bei großer Systemgeschwindigkeit der Stell-Strom des Proportionalventiles gleich dem Soll-Strom ist.

Eine weitere wesentliche Ausführungsform sieht vor, daß die Kennlinien des Stell-Stromes nach ihrer fuzzylogischen Ermittlung, durch einen linearen Verlauf in der Elektronik approximiert werden. Vorteilhaft ist hierbei, daß eine schnelle Signalverarbeitung gewährleistet ist, da durch die Vereinfachung des linearen Verlaufes der Kennlinien wenig Rechenoperationen im Rechner durchgeführt zu werden brauchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Modell eines Zweimassenschwingers

Fig. 2 ein Schaltbild für ein Verfahren zur kontinuierlichen Dämpfungskraftverstellung.

Aus der Fig. 1 ist das Prinzip eines Zweimassenschwingers zu entnehmen, wobei die Masse des Aufbaues m_a einem Aufbauweg x_a unterworfen ist. Zwischen der Masse des Aufbaues m_a und der Radmasse m_r befindet sich die Federkonstante der linear angenommenen Aufbaufeder c_a und die linear angesetzte passive Restdämpfung d_a bei weichester Dämpfereinstellung. Die Radmasse m_r legt einen Radweg x_r zurück, der abhängig von der Straßenbeschaffung und der Federkonstanten der linear angenommenen Reifenfeder c_r ist. Der Weg x_s im ortsfesten, unabhängigen Koordinatensystem ergibt sich in vertikaler Richtung durch Straßenunebenheiten.

Unter Zugrundelegung eines derartigen Modells wird eine Einrichtung und ein Verfahren zur kontinuierlichen Dämpfkraftregelung in einem Fahrzeug in der Fig. 2 beschrieben. Jeweils ein Beschleunigungssensor des Aufbaues und des Rades geben analoge Signale an einen Antialias Filter ab, so daß die Signale tiefpaßgefiltert anschließend in einem A/D-Wandler von einem analogen Signal in ein digitales Signal umgewandelt werden. Im weiteren Verlauf des Verfahrens werden diese digitalen Signale in ihrer Bandbreite begrenzt und zu Geschwindigkeitssignalen integriert. Die Geschwindigkeitssignale _a des Aufbaues und _r des Rades werden über eine gewichtete Summierung zu einer Soll-Kraft umgewandelt und einem Rechner zugeführt. Parallel hierzu wird über eine Differenzbildung die Radgeschwindigkeit von der Aufbaugeschwindigkeit subtrahiert und ebenfalls dem Rechner zugeführt, der über ein Dämpfungskennfeld unter Zuhilfenahme der Koordinaten einen Strom für das Dämpfungsventil festlegt. Die konkreten Zahlenwerte für den Stell-Strom i_stell ergeben sich im weiteren Rechner durch Defuzzyfizierung aus der Fuzzy-Menge der möglichen Stelleingriffe.

Parallel zu den Geschwindigkeitssignalen die zur Soll- Kraft und zur Differenzgeschwindigkeit führen, wird ein absoluter Betrag der Rad- und Aufbaugeschwindigkeit addiert, anschließend verschliffen und ebenfalls der Elektronik zur Bildung des Stell-Stromes zugeführt. Die Systembewegung v_sum läßt sich anhand dieser gemittelten Summe der Absolutbeträge der Rad- und Aufbaugeschwindigkeit beurteilen. Die Differenz beider Geschwindigkeiten kann zur Beurteilung nicht genutzt werden, da die Differenz bei gleicher Rad- und Aufbaugeschwindigkeit gleich Null werden könnte, was fälschlicherweise ein in Ruhe befindliches System signalisieren würde. Die Addition der Beträge beider Geschwindigkeiten bedeutet logisch gesehen eine "Und-Verknüpfung" woraus folgt, daß sowohl die Rad- als auch die Aufbaugeschwindigkeit abgeklungen sein muß, bevor eine kleine Systembewegung detektiert werden kann. Damit aber die Umschaltung nicht in dem Moment erfolgt, in dem Rad- und Aufbaugeschwindigkeit zufällig gleich Null sind (z. B. wenn Rad- und Aufbau gleichzeitig einen der Todpunkte ihrer Schwingbewegung erreichen), muß über mehrere Tastpunkte gemittelt werden, wobei anschließend eine Tiefpaßfilterung vorgenommen wird.

Claims

1. Einrichtung zur kontinuierlichen Dämpfungskraftregelung in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, bestehend aus einem, eine Anzahl von Rädern aufweisenden Fahrwerk und einer entsprechenden Anzahl von hydraulischen Schwingungsdämpfern, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein Schwingungsdämpfer mit einem Proportionalventil, je einem Beschleunigungssensor in Vertikalrichtung für die ungefederten und die gefederten Massen und einer Auswerteelektronik versehen ist, wobei die Meßwerte der Sensoren zeitzyklisch der Auswerteelektronik zugeführt werden.

2. Verfahren zur kontinuierlichen Dämpfungskraftregelung in einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet,
daß die analogen Signale der Beschleunigungssensoren zur Erzeugung eines Geschwindigkeitssignals digitalisiert und integriert werden, anschließend wird eine Summe der gewichteten Geschwindigkeitssignale zur Bildung der Soll-Kraft erzeugt, gleichzeitig wird parallel zur Bildung der Soll-Kraft die Differenz von Aufbau- und Radgeschwindigkeit bestimmt, wobei die Soll-Kraft und die Differenzgeschwindigkeit Koordinaten in einem Dämpfungs-Kennfeld bestimmen, die entsprechend des Kennfeldes einen Soll-Strom zur Beaufschlagung des Proportionalventiles festlegen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß neben der Soll-Kraft und/oder der Differenzgeschwindigkeit ein absoluter Betrag der Rad- und Aufbaugeschwindigkeit addiert und anschließend verschliffen wird, der einer Elektronik zur Bildung eines Stell-Stromes für das Proportionalventil zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß neben der Soll-Kraft und/oder der Differenzgeschwindigkeit ein absoluter Betrag der Rad- und Aufbaugeschwindigkeit addiert, verschliffen und anschließend durch die Definition von Zugehörigkeitsfunktionen für diese Größe und die Größe Soll- Strom, deren fuzzy-logischen Verknüpfung und anschließender Defuzzifizierung ein Stell-Strom gebildet wird, der einer Elektronik zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß bei geringer Systemgeschwindigkeit der Stell- Strom für das Proportionalventil größer wird, so daß ein stoßfreier Übergang in eine weiche (geringe) Dämpfungskraft erzielt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei großer Systemgeschwindigkeit der Stell- Strom des Proportionalventiles gleich dem Soll- Strom ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kennlinie des Stell-Stromes nach ihrer Ermittlung, durch einen linearen Verlauf in der Elektronik approximiert werden.