DE4315917A1 - Einrichtung zum Schätzen der auf eine Fahrzeug-Radaufhängung einwirkenden Schwingungen - Google Patents

Einrichtung zum Schätzen der auf eine Fahrzeug-Radaufhängung einwirkenden Schwingungen

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schätzen der auf eine Fahrzeug-Radaufhängung einwirkenden Schwingungen und insbesondere eine Einrichtung zum Schätzen der von einer Fahrbahn an eine Fahrzeug-Radaufhängung übertragenen Schwingungen, die für ein Aufhängungssteuersystem geeignet ist, das auf der Grundlage einer in Fahrtrichtung vor dem zu steuernden Rad erfaßten Fahrbahninformati­ on eine prädikative Steuerung eines zwischen dem zu steuernden Rad und der Fahrzeugkarosserie angeordneten Betätigungselementes aus­ führen kann.
Eine Einrichtung zum Schätzen der auf eine Fahrzeug-Radaufhängung einwirkenden Schwingungen ist beispielsweise aus der JP 61-166715-A bekannt, in der an einem Aufhängungsträger eines Vorderrades ein Be­ schleunigungssensor angeordnet ist, der die durch eine Bewegung des Vorderrades in einer Richtung senkrecht zur Fahrbahn erzeugte Verti­ kalbeschleunigung erfaßt und die Aufhängungscharakteristik eines Hinterrades des Fahrzeugs auf der Grundlage des Wertes der Vertikal­ beschleunigung ändert. Da der Beschleunigungssensor für die Erfas­ sung der Vertikalbeschleunigung am Aufhängungsträger angebracht ist, ist es jedoch schwierig, mit der Einrichtung eine zufriedenstellende Wirkung zu erzielen, weil der Sensor eine unzureichende Lebensdauer und eine unzureichende Wetterbeständigkeit besitzt. Ferner ist es schwierig, ausschließlich die Vertikalbeschleunigung des Rades genau zu erfassen, weil die Fahrzeugkarosserie ebenfalls eine vertikale Bewe­ gung ausführt, die an die Radaufhängung übertragen wird.
Ein weiterer Typ einer Einrichtung zum Schätzen der auf eine Fahr­ zeug-Radaufhängung einwirkenden Schwingungen ist beispielsweise aus der JP 61-135811-A bekannt, der mit einem Stoßdämpfungssystem eines Fahrzeugs, dessen Räder zu Drehungen entlang der Fahrbahn an­ getrieben werden, und mit einem Wellenmechanismus, der die Räder und die Karosserie unterstützt, kombiniert ist. Der Wellenmechanismus wird entsprechend der Unebenheit der Fahrbahn in vorgegebenen In­ tervallen betätigt. Die Einrichtung enthält einen Detektor mit einem in Fahrtrichtung vor dem Vorderrad angeordneten Ultraschallwandler, der die Unebenheit der Fahrbahn erfaßt, eine Steuereinrichtung, die ent­ sprechend dem Signal vom Detektor und einem Fahrgeschwindigkeits­ signal die Expansion oder die Kontraktion des Wellenmechanismus be­ fiehlt, sowie einen Ventilantriebsmechanismus, der ein elektromagneti­ sches Ventil erregt, um den Wellenmechanismus gemäß dem Befehl entweder mit Hydrauliköl zu beaufschlagen oder vom Hydrauliköl zu entlasten. Da jedoch der Ultraschallwandler als kontaktloser Sensor für die Erfassung der Unebenheit der Fahrbahn verwendet wird, wird die Messung durch Schnee, Lehm und dergleichen möglicherweise fehler­ haft sein. Ferner ist es schwierig, ausschließlich die Daten bezüglich der Unebenheit der Fahrbahn aus den Meßdaten auszusondern, die auf­ grund der Anordnung des Sensors an der Karosserie außerdem Daten bezüglich der Schwingungen der Karosserie enthalten.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die obenerwähnten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zu schaffen, die die von einer Fahrbahn an die Radaufhängung eines Fahrzeugs übertragenen Schwingungen richtig erfassen und schätzen kann, ohne durch die Schwingungen der Karosserie beeinflußt zu wer­ den.
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der gattungsgemäßen Art er­ findungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung geschaffen, die die auf eine Aufhängung einwirkenden Schwingungen schätzt, wobei die Aufhän­ gung einem Fahrzeug zugehört, dessen Räder an der Karosserie mittels dieser Aufhängung unterstützt sind.
Erfindungsgemäß dient eine Huberfassungseinrichtung dazu, den Hub­ weg der Aufhängung zu erfassen, während eine Differentiationseinrich­ tung dazu dient, die Hubgeschwindigkeit durch Differenzieren des von der Huberfassungseinrichtung erfaßten Hubweges nach der Zeit zu be­ rechnen. Eine Karosserievertikalbeschleunigung-Erfassungseinrichtung dient dazu, die Vertikalbeschleunigung der Karosserie zu erfassen, während eine Integrationseinrichtung dazu dient, durch Integration der von der Karosserievertikalbeschleunigung-Erfassungseinrichtung erfaß­ ten Vertikalbeschleunigung über die Zeit die Vertikalgeschwindigkeit der Karosserie zu berechnen. Eine Addiereinrichtung dient dazu- einen anhand des Schwingungseingangs geschätzten Wert zu berechnen, in­ dem die von der Differentiationseinrichtung bzw. von der Integrations­ einrichtung berechneten Werte addiert werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung dient dazu, den Hubweg der Auf­ hängung als Wert zu erfassen, der durch Subtraktion der Vertikalbewe­ gung des Rades von der Vertikalbewegung der Karosserie erhalten wird, ferner dient die erfindungsgemäße Einrichtung dazu, die Verti­ kalbeschleunigung der Karosserie mittels der Karosserievertikalbe­ schleunigung-Erfassungseinrichtung zu erfassen. Die Hubgeschwindig­ keit wird durch Differenzieren des Hubweges mittels der Differentiati­ onseinrichtung erhalten und zu einer Vertikalgeschwindigkeit der Ka­ rosserie addiert, welche durch Integration der Vertikalbeschleunigung der Karosserie über die Zeit erhalten wird. Daher ist es mit der erfin­ dungsgemäßen Einrichtung möglich, einen Schätzwert bezüglich des Schwingungseingangs zu schaffen, der ausschließlich die Vertikalge­ schwindigkeit des Rades angibt, indem die Vertikalgeschwindigkeit der Karosserie, die in der Hubgeschwindigkeit enthalten ist, kompensiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung umfaßt die Differentiationseinrichtung für die Berechnung der Hubgeschwindigkeit durch Differenzieren des von der Huberfassungs­ einrichtung erfaßten Hubweges nach der Zeit ein Hochpaßfilter mit ei­ ner Grenzfrequenz, die auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentlichen doppelt so groß wie die Federunterseiten-Resonanzfrequenz ist, um in einem weiten Frequenzbereich eine hohe Genauigkeit des geschätzten Wertes bezüglich des Schwingungseingangs aufrechtzuerhalten.
Die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters hat in einem Frequenzbereich oberhalb der Federoberseiten-Resonanzfrequenz Einfluß auf die Ab­ senkung der Schwingungsübertragungsrate des von einer Fahrbahn an die Federoberseite übertragenen Schwingungseingangs. Je höher die Grenzfrequenz ist, desto höher ist die Genauigkeit des geschätzten Schwingungseingangs. Wenn jedoch die Grenzfrequenz höher als unge­ fahr doppelt so groß wie die Federunterseiten-Resonanzfrequenz ist (ungefähr 10 Hz), wird die Schätzung wahrscheinlich durch Rauschen beeinflußt, während die Wirkung der Verbesserung der Schwingungs­ charakteristik gesättigt ist. Daher wird die Schätzgenauigkeit des Schwingungseingangs auf einem hohen Niveau gehalten, wenn die Grenzfrequenz angenähert doppelt so groß wie die Federunterseiten- Resonanzfrequenz gesetzt ist.
Eine hohe Genauigkeit des geschätzten Wertes bezüglich des Schwin­ gungseingangs in einem weiten Frequenzbereich kann auch in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhalten werden, in der die Integrationseinrichtung für die Berechnung der Vertikalge­ schwindigkeit der Karosserie durch Integration des von der Karosserie­ vertikalbeschleunigung-Erfassungseinrichtung erfaßten Vertikalbe­ schleunigungswertes über die Zeit ein Tiefpaßfilter umfaßt, das eine Grenzfrequenz besitzt, die auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentli­ chen gleich einem Sechstel der Federoberseiten-Resonanzfrequenz ist.
Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters hat in einem Frequenzbereich unterhalb der Federoberseiten-Resonanzfrequenz Einfluß auf die Ab­ senkung der Schwingungsübertragungsrate des von der Fahrbahn an die Federoberseite übertragenen Schwingungseingangs. Je niedriger die Grenzfrequenz ist, desto höher ist die Schätzgenauigkeit des Schwin­ gungseingangs, obwohl der Verstärkungsfaktor der Schwingungsüber­ tragungsrate des Eingangs von der Fahrbahn zur Federoberseite bei­ spielsweise in einem Frequenzbereich von 0,2 Hz bis 0,7 Hz abnimmt Da ein Aufhängungssystem für ein Fahrzeug der Fahrbahn in einem Bereich von Frequenzen folgen soll, die gleich oder kleiner als die Fe­ deroberseiten-Resonanzfrequenz sind, ist es nicht wünschenswert, die Grenzfrequenz übermäßig abzusenken. Wenn dagegen die Grenzfre­ quenz in die Nähe der Federoberseiten-Resonanzfrequenz gebracht wird, tritt ein Resonanzphänomen auf, während ein Schätzfehler be­ züglich des Schwingungseingangs ansteigt. Daher kann ein ausreichen­ des Vermögen zum Folgen der Fahrbahn unter Beibehaltung der Schätzgenauigkeit des Schwingungseingangs auf einem hohem Niveau dadurch erhalten werden, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters auf einen Wert gesetzt wird, der angenähert einem Sechstei der Federober­ seiten-Resonanzfrequenz ist.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung beziehen, angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungs­ formen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung des gesamten Aufhängungssteuersy­ stems, das eine Einrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
Fig. 2 ein Kennliniendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Befehlsstrom und dem Steuerdruck des Drucksteu­ erventils erläutert;
Fig. 3 ein Kennliniendiagramm, das die Ausgangscharakteristik des Hubsensors zeigt;
Fig. 4 ein Kennliniendiagramm, das die Ausgangscharakteristik des Vertikalbeschleunigungssensors zeigt;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Steuereinrich­ tung;
Fig. 6 ein Flußdiagramm von beispielhaften Verarbeitungsab­ läufen in der Mikroprozessoreinheit;
Fig. 7A, B Diagramme, die die Verstärkungsfaktor-Frequenz-Cha­ rakteristik bzw. die Phasen-Frequenz-Charakteristik zei­ gen, um die Schätzgenauigkeit des Schwingungseingangs von der Fahrbahn zu erläutern, wenn die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters geändert wird;
Fig. 8 ein Kennliniendiagramm, das die Schwingungsübertra­ gungsrate des Schwingungseingangs von der Fahrbahn an eine Federoberseite zeigt, wenn die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters geändert wird;
Fig. 9A, B Diagramme, die die Verstärkungsfaktor-Frequenz-Cha­ rakteristik bzw. die Phasen-Frequenz-Charakteristik zei­ gen, um die Schätzgenauigkeit des Schwingungseingangs von der Fahrbahn zu erläutern, wenn die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters geändert;
Fig. 10 ein Kennliniendiagramm, das die Schwingungsübertra­ gungsrate des Schwingungseingangs von der Fahrbahn an die Federoberseite zeigt, wenn die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters geändert wird;
Fig. 11 ein Kennliniendiagramm, das die Schwingung der Fe­ deroberseite gegenüber dem Schwingungseingang von einer Fahrbahn zeigt, wenn die Grenzfrequenz des Hochpaßfilters auf 20 Hz gesetzt ist und die Grenzfre­ quenz des Tiefpaßfilters auf 0,2 Hz gesetzt ist;
Fig. 12A, B Diagramme, die die Verstärkungsfaktor-Frequenz-Cha­ rakteristik bzw. die Phasen-Frequenz-Charakteristik zei­ gen, um die Schätzgenauigkeit des Schwingungseingangs von einer Fahrbahn zu erläutern; und
Fig. 13 eine erläuternde Darstellung eines Modells, das ein Rad und einen Freiheitsgrad enthält.
Fig. 1 ist ein Diagramm des gesamten Aufhängungssteuersystems, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, die auf ein Radaufhängungssystem vom aktiven Typ für Kraftfahrzeuge angewen­ det ist, um anhand einer Information bezüglich einer vorausliegenden Fahrbahn eine prädikative Steuerung auszuführen. Das Fahrzeug, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, kann karosserieseitige Elemente 10, ein linkes Vorderrad 11FL, ein rechtes Vorderrad 11FR, ein linkes Hinterrad 11RL und ein rechtes Hinterrad 11RR so­ wie das aktive Aufhängungssystem 12 umfassen.
Wie insbesondere in Fig. 1 gezeigt, kann das aktive Aufhängungssy­ stem 12 Hydraulikzylinder 18FL bis 18RR, Drucksteuerventile 20FL bis 20RR, die in Fig. 1 mit "PC-Ventil" bezeichnet sind, eine Hydrau­ likleistungsquelle, Akkumulatoren 24F und 24R, einen Fahrzeugge­ schwindigkeitssensor 26, Hubsensoren 27FL und 27FR, Vertikalbe­ schleunigungssensoren 28FL bis 28RR und eine Steuereinrichtung 30 enthalten, die im folgenden im einzelnen erläutert werden.
Die Hydraulikzylinder 18FL bis 18RR dienen als Betätigungselemente, die jeweils zwischen einem karosserieseitigen Element 10 und einem radseitigen Element 14 der Räder 11FL bis 11RR angeordnet sind. Die Drucksteuerventile 20FL bis 20RR dienen dazu, den Arbeitsdruck der Hydraulikzylinder 18FL bis 18RR einzeln einzustellen. Die Hydraulik­ leistungsquelle 22 versorgt die Drucksteuerventile 20FL bis 20RR über eine Versorgungsrohrleitung 21S mit Arbeitsöl, das mit einem be­ stimmten Druckpegel beaufschlagt ist, wobei das Öl von den Druck­ steuerventilen 20FL bis 20RR über eine Rücklaufleitung 21R zurückge­ führt wird. Die Akkumulatoren 24F und 24R dienen dazu, die Drücke aufrechtzuerhalten, die in der Versorgungsleitung 21S zwischen der Hydraulikleistungsquelle 22 und den Drucksteuerventilen 20FL bis 20RR eingestellt worden sind. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 26 dient dazu, die Fahrzeuggeschwindigkeit zu erfassen und ein der erfaß­ ten Geschwindigkeit entsprechendes Impulssignal auszugeben. Die Hubsensoren 27FL und 27FR dienen dazu, die Relativbewegung zwi­ schen den Vorderrädern 11FL bzw. 11FR und der Karosserie zu erfas­ sen und sind parallel zu den vorderradseitigen Hydraulikzylindern 18FL und 18FR geschaltet. Die Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL bis 28RR sind in Fig. 5 mit "VA-Sensor" bezeichnet und dienen dazu, die Vertikalbeschleunigung der Karosserie an Stellen, die jeweils einem der Räder 11FL bis 11FR entsprechen, einzeln zu erfassen. Schließlich dient die Steuereinrichtung 30 dazu, die Drucksteuerventile 20FL bis 20RR auf der Grundlage der von den Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL bis 28RR erfaßten Vertikalbeschleunigungswerte ZGFL bis ZGRR aktiv zu steuern und dabei aufgrund der Bewegung der Vorderräder auf der Grundlage der von den Sensoren 26, 27FL, 27FR und 28FL bis 28FR erfaßten Werte eine prädikative Steuerung der Ausgangsdrücke der Drucksteuerventile 20RL und 20RR auszuführen.
Jeder der Hydraulikzylinder 18FL bis 18RR besitzt ein Zylinderrohr 18a, in dem eine Druckkammer L gebildet ist. Im Zylinderrohr 18a ist ein Kolben 18c angeordnet, der in axialer Richtung eine Durchgangs­ bohrung besitzt. Der Kolben unterteilt den Innenraum des Zylinder­ rohrs 18a, so daß entsprechend der Differenz zwischen der oberen Druckaufnahmefläche und der unteren Druckaufnahmefläche des Kol­ bens 18c ein Schub erzeugt wird. Das untere Ende des Zylinderrohrs 18a ist an einem radseitigen Element 14 angebracht, während das obere Ende der Kolbenstange 18b an einem karosserieseitigen Element 10 angebracht ist. Jede Druckkammer L ist über eine Hydraulikleitung 38 mit einem Auslaßkanal des entsprechenden Drucksteuerventils 20FL bis 20RR verbunden. Jede Druckkammer L der Hydraulikzylinder 18FL bis 18RR ist über eine Drosselklappe 32 mit einem Akkumulator 34 verbunden, um die Schwingungen einer Federunterseite zu absorbie­ ren. Zwischen die Federoberseite und die Federunterseite eines jeden der Hydraulikzylinder 18FL bis 18RR ist eine Schraubenfeder 36 mit einer verhältnismäßig kleinen Federkonstante eingesetzt, die die stati­ sche Last der Karosserie trägt.
Jedes der Drucksteuerventile 20FL bis 20RR umfaßt ein bekanntes, proportionales, elektromagnetisches Dreiwege-Druckreduzierventil, das beispielsweise aus der JP 64-74111-A bekannt ist, auf deren Inhalt in der vorliegenden Anmeldung Bezug genommen wird. Wie im Stand der Technik bekannt ist, besitzt ein solches Druckreduzierventil ein zylin­ drisches Ventilgehäuse, das ein Schiebeventil enthält, das im Gehäuse frei verschiebbar ist, wobei ein Proportional-Solenoid daran angebracht ist. Durch Einstellen der Größe eines Befehlsstroms i (Befehlswert), der an eine Erregerspule des Proportional-Solenoids geschickt werden soll, kann jedes der Drucksteuerventile 20FL bis 20RR die Bewegung eines Ventiltellers im Ventilgehäuse und somit die Position des Schie­ bers steuern, wodurch die Strömung des Arbeitsöls zwischen der Hy­ draulikleistungsquelle 22 und den Hydraulikzylindern 18FL bis 18RR über den Beschickungskanal und den Auslaßkanal oder über den Aus­ laßkanal und einen Rücklaufkanal gesteuert wird.
Die Beziehung zwischen dem Befehlsstrom i (d. h. jeweils einem der Ströme iFL bis iRR), der in die Erregerspule eingegeben wird, und dem vom Auslaßkanal des Drucksteuerventils 20FL (bis 20RR) gelieferten Steuerdruck P ist in Fig. 2 gezeigt. Wie in Fig. 2 gezeigt, liegt der mi­ nimale Steuerdruck PMIN im Hinblick auf ein Rauschen bei minimalem Strom iMIN vor und steigt proportional zum Strom i an, wenn der Strom i aus diesem Zustand ansteigt. Ferner liegt der maximale Steuerdruck PMAX, der dem spezifischen Leitungsdruck der Hydraulikleistungsquelle 22 entspricht, bei maximalem Strom iMAX vor. In Fig. 2 ist iN ein neu­ traler oder mittlerer Befehlsstrom, während PCN ein mittlerer Steuer­ druck ist.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist jeder der Hubsensoren 27FL und 27FR so be­ schaffen, daß er einen Hubweg-Wert HFL bzw. HFR ausgibt, der einer mittleren Spannung Vs mit dem Wert Null entspricht, wenn die Fahr­ zeughöhe gleich einer vorgegebenen Sollhöhe ist, während er einer positiven Spannung entspricht, die ihrerseits der Differenz zwischen der tatsächlichen Fahrzeughöhe und der Sollhöhe entspricht, falls die tatsächliche Höhe größer als die Sollhöhe ist, und einer negativen Spannung entspricht, die ihrerseits der Differenz zwischen der tatsäch­ lichen Höhe des Fahrzeugs und der Sollhöhe entspricht, wenn die tat­ sächliche Höhe geringer als die Sollhöhe ist.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist jeder der Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL bis 28RR so beschaffen, daß er einen Vertikalbeschleunigungs­ wert ZGFL bis ZGFR ausgibt, der einer Null-Spannung entspricht, wenn die Vertikalbeschleunigung Null ist, während er einer positiven Span­ nung entspricht, die ihrerseits einer erfaßten Aufwärtsbeschleunigung entspricht, und einer negativen Spannung entspricht, die ihrerseits einer erfaßten Abwärtsbeschleunigung entspricht.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kann die Steuereinrichtung 30 eine Schwin­ gungseingangs-Schätzschaltung 41, Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR, A/D-Umsetzer 43a bis 43f, eine Mikroprozessoreinheit 44 und Treiberschaltungen 46FL bis 46RR enthalten, die im folgenden im ein­ zelnen erläutert werden.
Die Schwingungseingangs-Schätzschaltung 41 dient dazu, auf der Grundlage der von den Hubsensoren 27FL und 27FR ausgegebenen Hubwege SFL und SFR und auf der Grundlage der von den vorderrad­ seitigen Beschleunigungssensoren 28FL und 28FR der vier Vertikalbe­ schleunigungssensoren 28FL bis 28RR ausgegebenen Karosserieverti­ kalbeschleunigungen ZGFL und ZGFR Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen der Vorderräder, die der eine veränderliche Form besitzenden Fahrbahn genau folgen, auszugeben. Die Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR dienen dazu, die Feder­ oberseiten-Geschwindigkeiten ZVFL bis ZVRR zu berechnen, indem sie die von den Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL bis 28RR eingege­ benen Vertikalbeschleunigungen ZGFL bis ZGRR über die Zeit integrie­ ren. Die Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR sind beispielsweise aus Bandpaßfiltern aufgebaut. Die A/D-Umsetzer 43a bis 43f dienen dazu, die von der Schwingungseingangs-Schätzschaltung 41 ausgegebe­ nen Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewe­ gungen und die von den Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR ausge­ gebenen Federoberseiten-Geschwindigkeiten ZVFL bis ZVRR in digitale Werte umzuwandeln. Die Mikroprozessoreinheit 44 wird mit den die Fahrzeuggeschwindigkeit V betreffenden Daten, die vom Fahrzeugge­ schwindigkeitssensor 26 erfaßt werden, und mit den von den A/D-Um­ setzern 43a bis 43f ausgegebenen digitalen Werten versorgt. Die Trei­ berschaltungen 46FL bis 46RR werden mit Druckbefehlswerten PFL bis PRR versorgt, die von der Mikroprozessoreinheit 44 über D/A-Umsetzer 45FL bis 45RR ausgegeben werden, und dienen dazu, die gelieferten Werte in Treiberströme iFL bis iRR umzuwandeln, die an die Drucksteu­ erventile 20FL bis 20RR geliefert werden. Die Treiberschaltungen 46FL bis 46RR sind beispielsweise aus Konstantspannungsschaltungen vom schwebenden Typ aufgebaut.
Wie in Fig. 5 gezeigt, enthält die Schwingungseingangs-Schätzschal­ tung 41 Differentiationsschaltungen 41a und 41b zum Differenzieren der Hubwege SFL und SFR von den Hubsensoren 27FL und 27FR, um Hubgeschwindigkeiten SVFL und SVFR zu berechnen, Integrationsschal­ tungen 41c und 41d zum Integrieren der Karosserievertikalbeschleuni­ gungen ZGFL und ZGFR von den Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL und 28FR, um Differentialwerte XFL′ und XFR′ der Federoberseiten-Be­ wegungen zu berechnen, und Addierer 41e und 41f zum Addieren der von den Differentiationsschaltungen 41a und 41b ausgegebenen Hubge­ schwindigkeiten SVFL bzw. SVFR einerseits zu den Differentialwerten XFL′ bzw. XFR′ der Federoberseiten-Bewegungen, die von den Integrati­ onsschaltungen 41c bzw. 41d ausgegeben werden, andererseits. Die Addierer 41e und 41f geben Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen der Vorderräder aus, die der eine veränderliche Form besitzenden Fahrbahn genau folgen.
Die von den Hubsensoren 27FL und 27FR ausgegebenen Hubwege SFL SFR, die jeweils eine relative Bewegung zwischen der Federunterseite und der Federoberseite angeben, werden durch Subtraktion der Feder­ oberseiten-Bewegungen XFL und XFR der Karosserie von den Federun­ terseiten-Bewegungen XOFL und XOFR der Vorderräder 11FL und 11FR halten, wie durch die folgenden Beziehungen (1) und (2) angegeben ist:
SFL = XOFL - XFL (1)
SFR = XOFR - XFR (2)
Da die Hubgeschwindigkeiten SVFL und SVFR, die durch Differenzieren der Hubwege SFL und SFR mittels der Differentiationsschaltungen 41a und 41b erhalten werden, die Werte ergeben, die durch Subtrahieren der Differentialwerte XFL′ und XFR′ der Federoberseiten-Bewegungen von den Differentialwerten XOFL und XOFR′ der Federunterseiten-Bewe­ gungen erhalten werden, können durch Addieren dieser Hubgeschwin­ digkeiten SVFL und SVFR zu den durch Integration der Vertikalbe­ schleunigungen ZGFL und ZGFR erhaltenen Differentialwerten XFL′ und XFR′ der Federoberseiten-Bewegungen die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ ausschließlich der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die der tat­ sächlichen Fahrbahn folgen, erhalten werden, da hierbei die Differen­ tialwerte XFL′ und XFR′ kompensiert sind.
Zusätzlich zu einer idealen Differentiationsschaltung kann jede der Dif­ ferentiationsschaltungen 41a und 41b ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz fHC enthalten, wobei die Grenzfrequenz fHC nahezu auf den doppelten Wert der Federunterseiten-Resonanzfrequenz, beispiels­ weise 20 Hz gesetzt ist. Der Grund, weshalb die Grenzfrequenz fHC des Hochpaßfilters auf 20 Hz gesetzt wird, ist der folgende. Es ist für eine prädikative Steuerung für ein Hinterrad mittels der Steuereinrichtung 30 eine Simulationsprüfung ausgeführt worden, wobei Integrationsschal­ tungen 41c und 41d mit Tiefpaßfiltern verwendet wurden, deren Grenz­ frequenz fLC 0,2 Hz betragen hat und deren Grenzfrequenz fHC auf 5 Hz, 10 Hz, 20 Hz, 40 Hz bzw. 60 Hz gesetzt worden ist. Das Ergebnis dieser Simulationsprüfung ist in den Fig. 7A und 7B gezeigt, die Dia­ gramme sind, die die Verstärkungsfaktor-Frequenz-Charakteristik bzw. die Phasen-Frequenz-Charakteristik darstellen, um die Schätzgenauig­ keit der Eingangsdaten von der Fahrbahn zu erläutern. Es ist ersicht­ lich, daß bei zunehmender Grenzfrequenz die Schätzgenauigkeit der Eingangsdaten von der Fahrbahn ansteigt, da sich sowohl der Verstär­ kungsfaktor wie auch die Phase der durchgezogenen Linie der tatsäch­ lichen Bewegung der Federunterseite annähern, wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt ist. Andererseits geht aus Fig. 8, die die Schwingungsüber­ tragungsrate des Schwingungseingangs von der Fahrbahn an die Feder­ oberseite auf seiten der Hinterräder darstellt, hervor, daß bei einer Er­ höhung der Grenzfrequenz fHC die Schwingungsübertragungsrate in ei­ nen Frequenzbereich von der Federoberseiten-Resonanzfrequenz (ungefähr 1,2 Hz) bis zur Federunterseiten-Resonanzfrequenz (ungefähr 10 Hz) abgesenkt werden kann, um das Schwingungsisolati­ onsvermögen der Aufhängung zu verbessern. Wenn jedoch die Grenz­ frequenz fHC 20 Hz übersteigt, erreicht die Wirkung der Verbesserung der Schätzgenauigkeit der Eingangsdaten von der Fahrbahn und die Wirkung der Verbesserung des Schwingungsisolationsvermögens einen gesättigten Zustand, wobei die Schätzung der Eingangsdaten zu einer Störung durch ein Rauschen neigt. Um daher die Eingangsdaten von der Fahrbahn mit hoher Genauigkeit zu schätzen, ist es wünschenswert, die Grenzfrequenz fHC auf 20 Hz zu setzen, die im wesentlichen der doppelten Federunterseiten-Resonanzfrequenz ist. Die Grenzfrequenz fHC des Hochpaßfilters wird festgelegt durch Setzen der Zeitkonstante T1 einer Übertragungsfunktion (T1s/( (T1s + 1)), derart, daß T1 =/(2 π·fHC).
Auf ähnliche Weise kann zusätzlich zu einer idealen Integrationsschal­ tung beispielsweise jede der Integrationsschaltungen 41c und 41d ein Tiefpaßfilter enthalten, dessen Grenzfrequenz fLC angenähert auf ein Sechstel der Federoberseiten-Resonanzfrequenz, beispielsweise auf 0,2 Hz, gesetzt ist. Der Grund dafür, daß die Grenzfrequenz fLC des Tief­ paßfilters auf 0,2 Hz gesetzt wird, ist der folgende. Für eine prädiktive Steuerung des Hinterrades mittels der Steuereinrichtung 30 ist eine Si­ mulationsprüfung ausgeführt worden, wobei Differentiationsschaltun­ gen 41a und 41b mit Hochpaßfiltern verwendet worden sind, deren Grenzfrequenz fLC auf 0,05 Hz, 0,1 Hz, 0,2 Hz, 0,5 Hz bzw. 1,0 Hz gesetzt worden ist. Das Ergebnis dieser Simulationsprüfung ist in den Fig. 9A und 9B gezeigt, die die Verstärkungsfaktor-Frequenz-Charak­ teristik bzw. die Phasen-Frequenz-Charakteristik darstellen, um die Schätzgenauigkeit der Eingangsdaten von der Fahrbahn zu erläutern. Es ist ersichtlich, daß bei abnehmender Grenzfrequenz fLC die Schätz­ genauigkeit der Eingangsdaten von der Fahrbahn zunimmt, da sich in einem Frequenzbereich unterhalb der Federoberseiten-Resonanzfre­ quenz sowohl der Verstärkungsfaktor wie auch die Phase der in den Fig. 9A bzw. 9B gezeigten durchgezogenen Linien der tatsächlichen Bewegung der Federunterseite annähern. In einem Bereich niedriger Frequenzen zwischen 0,2 Hz bis 0,7 Hz nimmt jedoch der Verstär­ kungsfaktor bei absinkender Grenzfrequenz fLC ab, wie aus Fig. 10 er­ sichtlich ist, die die Schwingungsübertragungsrate des Eingangs von der Fahrbahn zur Federoberseite der Hinterräder zeigt. Da das Auf­ hängungssystem der eine veränderliche Form besitzenden Fahrbahn folgen soll, ist es nicht wünschenswert, die Grenzfrequenz fLC über­ mäßig abzusenken. Wenn andererseits die Grenzfrequenz fLC angeho­ ben wird, tritt ein Resonanzphänomen auf, das, wie in Fig. 10 gezeigt ist, einen zunehmenden Schätzfehler zur Folge hat. Anhand der Er­ gebnisse der obenbeschriebenen Simulationsprüfungen ist es daher für die Erzielung einer genauen Schätzung des Schwingungseingangs von der Fahrbahn wünschenswert, die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters an­ genähert auf ein Sechstel der Federoberseiten-Resonanzfrequenz, bei­ spielsweise auf 0,2 Hz zu setzen. Die Grenzfrequenz fLC des Tiefpaß­ filters wird festgelegt durch Setzen der Zeitkonstante T2 einer Übertra­ gungsfunktion (1/T2s + 1)), derart, daß T2 = 1/(2π·fLC).
In Fig. 11 wird eine durch eine Strichpunktlinie dargestellte prädiktive Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung, die die Differentiations­ schaltungen 41a und 41b, von denen jede ein Hochpaßfilter enthält, de­ ren Grenzfrequenz fHC 20 Hz ist, sowie die Integrationsschaltungen 41c und 41d verwendet, von denen jede ein Tiefpaßfilter enthält, deren Grenzfrequenz fLC 0,2 Hz ist, mit einer herkömmlichen prädiktiven Steuerung, die in Fig. 11 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, verglichen. Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Steuerung den Vorteil besitzt, daß sie den Verstärkungsfaktor der federoberseiti­ gen Schwingungscharakteristik in einem weiten Frequenzbereich auf einem niedrigen Pegel hält, so daß ein gutes Schwingungsisolations­ vermögen geschaffen wird, und daß eine verbesserte Ansprechcharak­ teristik verwirklicht wird, wie durch die durchgezogenen Linien in den Fig. 12A und 12B gezeigt ist, die angenähert gleich der durch die Strichpunktlinie dargestellten Ansprechcharakteristik eines Schwin­ gungseingangs von einer Fahrbahn bei Verwendung einer idealen Dif­ ferentiationsschaltung und einer idealen Integrationsschaltung ist. Da­ her ist es mit der erfindungsgemäßen prädiktiven Steuerung möglich, den Schwingungseingang von einer Fahrbahn mit hoher Genauigkeit zu schätzen.
Die Mikroprozessoreinheit 44 umfaßt wenigstens eine Eingangsschnitt­ stellenschaltung 44a, eine Ausgangsschnittstellenschaltung 44b, eine Verarbeitungseinrichtung 44c und einen Speicher 44d. In die Eingangs­ schnittstellenschaltung 44a werden ein Fahrzeuggeschwindigkeitswert V und Ausgangsdaten von den A/D-Umsetzern 43a bis 43f eingegeben, während von der Ausgangsschnittstellenschaltung 44d an die D/A-Um­ setzer 45FL bis 45RR Druckbefehlswerte PFL bis PRR für die jeweiligen Drucksteuerventile 20FL bis 20RR ausgegeben werden. Die Verarbei­ tungseinrichtung 44c, deren Verarbeitungsprozedur im folgenden mit Bezug auf Fig. 6 erläutert wird, liest den Fahrzeuggeschwindigkeits­ wert V, die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungs­ bewegungen und die Karosserie-Vertikalgeschwindigkeiten ZVFL bis ZVRR in Intervallen einer vorgegebenen Abtastzeit Ts (z. B. 20 ms) ein, speichert die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfol­ gungsbewegungen zusammen mit einer Verzögerungszeit τR zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern, die anhand des Fahrzeugge­ schwindigkeitswertes V berechnet wird, in einem Speicherbereich, der einem im Speicher 44b gebildeten spezifisch geordneten Schieberegister entspricht, in dem sie der Reihe nach verschoben werden, speichert die Verzögerungszeit τR, indem während der Verschiebung die Abtastzeit Ts nacheinander subtrahiert wird, und berechnet auf der Grundlage der Karosserievertikalgeschwindigkeitswerte ZVFL bis ZVRR, die von den Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR ausgegeben werden, eine Steu­ erkraft für eine aktive Steuerung mit einer spezifischen Dämpfungs­ funktion ("skyhook"-Dämpfungsfunktion). Die Verarbeitungseinrich­ tung 44c berechnet ferner auf der Grundlage der Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen in dem Zeitpunkt, in dem die Verzögerungszeit τR Null ist, Steuerkräfte URL und URR für eine prädiktive Steuerung, die in den Hydraulikzylindern 18RL und 18RR der Betätigungselemente der Hinterräder vorgenommen wird, und gibt die sich ergebenden Kraftwerte, die durch Addition der Steu­ erkräfte URL und URR mit den Steuerkräften für eine aktive Steuerung erhalten werden, an die D/A-Umsetzer 45FL bis 45RR als Druckbe­ fehlswerte für die jeweiligen Drucksteuerventile 20FL bis 20RR aus.
Im Speicher 44d wird im voraus ein Programm gespeichert, das für die Verarbeitungseinrichtung 44c erforderlich ist, damit diese die Verarbei­ tungsoperation ausführt; der Speicher 44d erzeugt einen Schieberegi­ sterbereich zum Speichern einer spezifischen Anzahl von Differential­ werten XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die in Intervallen einer spezifischen Abtastzeit Ts zusammen mit der Verzöge­ rungszeit τR gelesen werden, indem sie der Reihe nach nacheinander verschoben werden, und speichert die erforderlichen Operationsergeb­ nisse der Verarbeitungseinrichtung 44c in dieser Reihenfolge.
Nun werden mit Bezug auf das Flußdiagramm von Fig. 6 die Funktion und die Operation der Ausführungsform der Erfindung erläutert; das Flußdiagramm von Fig. 6 zeigt eine Verarbeitungsprozedur, die in der Verarbeitungseinrichtung 44c in der Mikroprozessoreinheit 44 ausge­ führt wird.
Die in Fig. 6 gezeigte Verarbeitung wird als Unterbrechungsprozeß in Intervallen einer vorgegebenen Abtastzeit Ts (z. B. 20 ms) ausgeführt. Zunächst liest die Verarbeitungseinrichtung 44c in einem Schritt S1 den Fahrzeuggeschwindigkeitswert V(n), der vom vorhandenen Fahrzeug­ geschwindigkeitssensor 26 erfaßt wird, anschließend bestimmt sie in einem Schritt S2, ob der Fahrzeuggeschwindigkeitswert V(n) gleich oder größer als ein vorgegebener Geschwindigkeitswert Vs ist. Wenn V(n) < Vs ist, endet der Zeitgeberunterbrechungsprozeß unverändert und kehrt zu einem bestimmten Hauptprogramm zurück; wenn dagegen V(n) Vs ist, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S3.
Im Schritt S3 liest die Verarbeitungseinrichtung 44c die Differential­ werte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen aus der Schwingungseingangs-Schätzschaltung 41 und die Karosserie-Vertikal­ geschwindigkeiten ZVFL und ZVFR von den Integrationsschaltungen 42FL und 42FR aus, anschließend verarbeitet sie in einem Schritt S4 auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitwertes V die folgende Gleichung (3), um eine Verzögerungszeit τR zu berechnen, bis die Hinterräder 11RL und 11RR den Ort der Fahrbahn erreichen, den die Vorderräder 11FL und 11FR passiert haben.
wobei L der Radstand des Fahrzeugs und τs eine Verzögerungszeit des Steuersystems ist, die erhalten wird, wenn eine Ansprechverzögerungs­ zeit t1, eine Rechenverlustzeit t2 der Steuereinrichtung und eine Pha­ senverzögerungszeit t3 des Filters addiert werden.
Anschließend berechnet die Verarbeitungseinrichtung 44c in einem Schritt S5 eine Inkrementgeschwindigkeit ΔV pro Einheitszeit Ts, die dadurch erhalten wird, daß der letzte Fahrzeuggeschwindigkeitswert V(n-1), der ein Abtastzeitintervall Ts vor dem momentanen Zeitpunkt erfaßt worden ist, vom momentanen Fahrzeuggeschwindigkeitswert V(n) subtrahiert wird, ferner berechnet sie einen Verzögerungszeit- Kompensationswert Δτ, indem sie den Radstand L durch die Inkre­ mentgeschwindigkeit ΔV dividiert.
Anschließend speichert die Verarbeitungseinrichtung 44c in einem Schritt S6 die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfol­ gungsbewegungen, die im Schritt S3 gelesen worden sind, und die Ver­ zögerungszeit τR, die im Schritt S4 berechnet worden ist, an der ersten Stelle des im Speicher 44d gebildeten Schieberegisterbereichs, wobei andere Differentialwerte XOFL′ und XORF′ anderer Fahrbahnverfolgungs­ bewegungen und andere Verzögerungszeiten τR, die vorher gespeichert worden sind, der Reihe nach einzeln verschoben werden. Bei der Ver­ schiebung der Verzögerungszeit τR wird ein Wert, der durch Subtrak­ tion der Abtastzeit Ts und des im Schritt S5 berechneten Verzögerungs­ zeit-Kompensationswertes Δτ von den jeweils an der zu verschiebenden Stelle gespeicherten Verzögerungszeit τR erhalten wird, als neu aktua­ lisierte Verzögerungszeit τR gespeichert.
Im Schritt S7 liest die Verarbeitungseinrichtung 44c die Differential­ werte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die im Schieberegisterbereich an erster Stelle gespeichert worden sind, d. h. die Verzögerungszeit τR, die den Wert Null besitzt, aus. Dann berech­ net die Verarbeitungseinrichtung 44c unter Verwendung dieser Werte die folgenden Gleichungen (4) und (5), berechnet die Kräfte UPRL und UPRR der prädikativen Steuerung für die Drucksteuerventile 20RL und 20RR der Hinterräder und entfernt die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der ersten Fahrbahnverfolgungsbewegungen und die entsprechende Verzögerungszeit τR aus dem Schieberegisterbereich.
wobei Cp ein Dämpfungskraft-Steuerfaktor, Kp ein Federkraft-Steuer­ faktor und ω1 ein konstanter Wert ist, der durch Multiplikation einer Grenzfrequenz fc für die Steuerung mit 2π erhalten wird. Die Werte Cp und Kp werden in bezug auf die Dämpfungskonstante C und die Feder­ konstante K einer tatsächlichen Radaufhängung so gesetzt, daß Cp C und Kp K gilt, während ω1 so gesetzt wird, daß gilt: ω1 0.
Der Grund, weshalb die Kräfte für die prädikative Steuerung anhand der Gleichungen (4) und (5) berechnet werden, ist der folgende. In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird eine aktive Steue­ rung ähnlich wie in einer herkömmlichen aktiven Aufhängung nicht in einem Bereich der Federunterseiten-Resonanzfrequenz ausgeführt, fer­ ner muß die Schwingung hauptsächlich in einem Bereich der Feder­ oberseiten-Resonanzfrequenz von 5 Hz oder weniger unterdrückt wer­ den. Dann kann ein Bewegungsmodell mit einem Rad auf einer Fahr­ bahn, das in Fig. 13 gezeigt ist und versehen ist mit einem Federele­ ment K, einem Dämpfungselement C sowie einem Steuerelement U, die sämtlich zueinander parallel geschaltet sind, und ferner mit einer Fe­ deroberseiten-Masse M, die über diesen Elementen angeordnet ist, als Modell mit einem Freiheitsgrad angesehen werden, in dem eine äußere Kraft F auf die Federoberseiten-Masse M wirkt. In Fig. 13 bezeichnet X0 die Fahrbahnverfolgungsbewegung, während X die Federobersei­ tenbewegung bezeichnet.
Die Bewegungsgleichung für dieses Modell mit einem Rad und einem Freiheitsgrad lautet folgendermaßen:
MX₀′′ = C · (X₀′-X′) + K · (X₀-X) - F + U (6)
Die Auflösung von Gleichung (6) für die Federoberseitenbewegung X ergibt die folgende Gleichung (7):
Da in Gleichung (4) XOFL′ = SXOFL ist, ergibt die Gleichung (7), wenn die Gleichung (4) in die Gleichung (7) eingesetzt wird, unter der An­ nahme, daß ω1 = 0, Cp = C und Kp = K, die folgende Gleichung:
Da in der Gleichung (8) die Schätzung der Fahrbahnverfolgungsbewe­ gung mittels der Schwingungseingangs-Schätzschaltung 41 eine ausrei­ chend hohe Genauigkeit besitzt, d. h. (X0-XOFL) = 0, ergibt Gleichung (8) die folgende Gleichung:
Somit wird die Schwingung von der Fahrbahn nur wenig an die Karos­ serie übertragen, so daß ein hoher Fahrkomfort erzielt wird.
Anschließend berechnet die Verarbeitungseinrichtung 44c in einem Schritt S8 die Gesamtsteuerkräfte UFL bis URR gemäß den folgenden Gleichungen (10) bis (13):
UFL = UN - KB·VFL (10)
UFR = UN - KB·VFR (11)
URL = UN - KB·VRL + UPRL (12)
URR = UN - KB·VRR + UPRR (13)
wobei UN die Steuerkraft ist, die notwendig ist, um die Fahrzeughöhe als Sollhöhe aufrechtzuerhalten, und wobei KB ein Rückprall-Steuerfak­ tor ist.
Dann geht die Verarbeitungseinrichtung 44c weiter zu einem Schritt S9, in dem sie die Steuerkraft-Werte UFL bis URR, die im Schritt S8 be­ rechnet worden sind, in D/A-Umsetzer 45FL bis 45RR als Druckbe­ fehlswerte eingibt, woraufhin der Zeitgeberunterbrechungsprozeß be­ endet ist und zu einem spezifischen Hauptprogramm zurückkehrt.
Nun wird angenommen, daß ein Fahrzeug mit konstanter Geschwindig­ keit, die größer als eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit Vs ist, auf einer ebenen und guten Straße geradeaus fährt, wobei die Fahr­ zeughöhe als Sollhöhe beibehalten wird. In diesem Zustand sind die von den Hubsensoren 27FL und 27FR erfaßten Bewegungen SFL und SFR an den Vorderrädern nahezu Null, da das Fahrzeug seine Sollhöhe auf der Fahrbahn beibehält, ferner sind die Beschleunigungen ZGFL bis ZGFR, die von den Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL bis 28RR er­ faßt werden, angenähert Null, da Schwingungen der karosserieseitigen Elemente 10 nahezu nicht erzeugt werden. Somit sind die Differential­ werte SVFL und SVFR der Hubbewegungen, die von den Differentiations­ schaltungen 41a und 41b der Schwingungseingang-Schätzschaltunng 41 ausgegeben werden, und die Differentialwerte XFL′ und XFR′ der Fede­ roberseitenbewegungen, die von den Integrationsschaltungen 41c und 41d ausgegeben werden, angenähert Null. Daher sind auch die Diffe­ rentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die von den Addierern 41e und 41f ausgegeben werden, ebenfalls angenä­ hert Null. Die Vertikalbeschleunigungswerte ZGFL bis ZGRR sind ange­ nähert Null, so daß die Federoberseitengeschwindigkeiten ZVFL bis ZVRR, die von den Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR ausgegeben werden, ebenfalls Null sind.
Die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewe­ gungen und die Federoberseitengeschwindigkeiten ZVFL bis ZVRR wer­ den zusammen mit dem Fahrzeuggeschwindigkeitswert V in den Mi­ kroprozessor 44 eingegeben.
Da in einem Zustand, in dem das Fahrzeug auf einer ebenen und guten Straße fährt, die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfol­ gungsbewegungen, die im Schritt S6 in dem in Fig. 6 gezeigten und von der Mikroprozessoreinheit 44 in Intervallen einer spezifischen Ab­ tastzeit Ts ausgeführten Prozeß der Reihe nach gespeichert werden, auf einem Null-Pegel gehalten werden, werden auch die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die im Schritt S4 nach Verstreichen der Verzögerungszeit τR berechnet werden, ebenfalls auf Null gehalten, so daß auch die Kräfte UPRL und UPRR für die prä­ diktive Steuerung, die im Schritt S7 berechnet werden, Null sind. Die Federoberseiten-Geschwindigkeiten bis ZVRR sind ebenfalls Null, die Gesamtsteuerkräfte UFL bis URR, die im Schritt S8 berechnet wer­ den, nehmen Werte an, die lediglich der mittleren Drucksteuerkraft UN entsprechen, mit der die Fahrzeughöhe auf der Sollhöhe gehalten wird; diese Werte werden über die Ausgangsschnittstellenschaltung 44b und über die D/A-Umsetzer 45FL bis 45RR an die Treiberschaltungen 46FL bis 46RR ausgegeben.
Die Treiberschaltungen 46FL bis 46RR wandeln diese Werte in Be­ fehlsströme iFL bis iRR um, die den Druckbefehlswerten PFL bis PRR ent­ sprechen, und schicken diese Ströme iFL bis iRR an die Drucksteuer­ ventile 20FL bis 20RR. Im Ergebnis werden von den Drucksteuerventi­ len 20FL bis 20RR in die Hydraulikzylinder 18FL und 18FR der Vor­ derräder und in die Hydraulikzylinder 18RL und 18RR der Hinterräder die mittleren Drücke PCNF bzw. PCNR eingegeben, die zum Halten der Fahrzeughöhe auf der Sollhöhe erforderlich ist. Somit erzeugt jeder dieser Hydraulikzylinder 18FL bis 18RR einen Schub, derart, daß ein Hub zwischen dem karosserieseitigen Element 10 und dem radseitigen Element 14 so bemessen wird, daß die Höhe des Fahrzeug auf der Sollhöhe gehalten wird.
Wenn sich der Fahrzustand des Fahrzeugs vom Zustand einer Gerade­ ausfahrt auf einer guten Straße in einen Zustand ändert, in dem das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit sogenannten Straßenwellen mit unter­ schiedlichen Höhen fährt, so daß das linke Vorderrad 11FL und das rechte 11FR gleichzeitig plötzlich wie bei einer Stufe nach oben bewegt werden, werden die Vorderräder 11FL und 11FR beim Befahren der Straßenwellen nach oben gestoßen. Dieser Stoß erhöht die von den Hubsensoren 27FL und 27FR erfaßten Hubwege SFL und SFR direkt von Null auf beliebige positive Werte. Gleichzeitig wird in den karosserie­ seitigen Elementen 10 eine Aufwärtsbeschleunigung erzeugt, wobei die von den Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL und 28FR erfaßten Be­ schleunigungswerte ZGFL und ZGFR des linken und des rechten Vorder­ rades in positiver Richtung ansteigen.
Die Hubwege SFL und SFR und die Vertikalbeschleunigungswerte ZGFL und ZGFR werden in die Schwingungseingangs-Schätzschaltung 41 ein­ gegeben, so daß diese an die Mikroprozessoreinheit 44 die Differenti­ alwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen in genau­ er Übereinstimmung mit der Fahrbahn ausgibt, wobei diese Werte, wie oben beschrieben worden ist, von der Vertikalbewegung des karosse­ rieseitigen Elements 10 nicht beeinflußt werden.
Dann berechnet die Mikroprozessoreinheit 44 gemäß der Gleichung (3) im Schritt S4 eine Verzögerungszeit τR, nach der die Hinterräder 11RL und 11RR denjenigen Ort der Fahrbahn erreicht haben werden, den die Vorderräder 11FL und 11FR momentan passieren, und speichert diese Verzögerungszeit τR und die Differentialwerte XOFR′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen im Schieberegisterbereich an erster Stelle. Hierbei verschiebt das Schieberegister nacheinander der Reihe nach andere Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der anderen Fahrbahn­ verfolgungsbewegungen, die bis zuletzt den Wert Null besaßen, und speichert als neu aktualisierte Verzögerungszeit τR einen Wert, der durch Subtraktion der Abtastzeit Ts und des im Schritt S5 aus den ein­ zelnen Verzögerungszeiten τR berechneten Verzögerungszeit-Kompen­ sationswert Δτ erhalten wird.
In diesem Zeitpunkt sind die Differentialwerte und XOFR′ der je­ weiligen Fahrbahnverfolgungsbewegungen bis zu dem zuletzt im Schieberegisterbereich gespeicherten Zeitpunkt Null. Daher werden die Kräfte UPRL und UPRR für die prädikative Steuerung der Hinterräder, die im Schritt S7 berechnet werden, auf Null gehalten, während die Steuerkräfte URL und URR für die Hinterräder auf Werten einer mittle­ ren Steuerkraft UN gehalten werden. Die von den Vertikalbeschleuni­ gungssensoren 28FL und 28FR an den Vorderrädern 11FL und 11FR erfaßten Beschleunigungswerte ZGFL und ZGFR haben sich jedoch in positiver Richtung erhöht, so daß die Gesamtsteuerkräfte UFL und UFR der Vorderräder, die im Schritt S8 berechnet werden, gemäß der Hub­ geschwindigkeit der Karosserie, die durch das Fahren über die Straßen­ schwelle verursacht wird, kleiner als die mittlere Kraft UN gemessen werden. Dies hat eine Absenkung der Befehlsströme iFL und iFR, die von den Treiberschaltungen 46FL und 46FR ausgegeben werden, eine Absenkung des Steuerdrucks Pc, der von den Drucksteuerventilen 20FL und 20FR ausgegeben wird, derart, daß er niedriger als der mittlere Druck PCNF ist, eine Absenkung des Schubs eines jeden der Hydraulik­ zylinder 18FL und 18FR und eine Verkürzung der Hübe der Vorderrä­ der zur Folge. Daher kann die Schwingung des karosserieseitigen Ele­ ments 10, die durch das Fahren der Vorderräder 11FL und 11FR über eine Straßenschwelle verursacht würde, unterdrückt werden, indem ei­ ne spezifische ("skyhook"-)Dämpfungsfunktion geschaffen wird.
Wenn danach die Vorderräder 11FL und 11FR die Straßenschwelle auf der Fahrbahn passiert haben, kehren die jeweiligen Steuerkräfte für die Vorderräder 11FL und 11FR zu den Steuerkräften UFL und UFR zu­ rück, um die Fahrzeughöhe auf der Sollhöhe zu halten. Was die Hinter­ räder 11RL und 11RR betrifft, so werden in dem Zeitpunkt, in dem die im Schritt S4 berechnete Verzögerungszeit τR den Wert Null annimmt, d. h. in dem die Hinterräder 11RL und 11RR die Straßenschwelle pas­ sieren, die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungs­ bewegungen im Schritt S7 ausgelesen. Die Kräfte UPRL und UPRR für die prädikative Steuerung der Hinterräder werden gemäß den Glei­ chungen (4) und (5) auf der Grundlage dieser Differentialwerte berech­ net, so daß die durch eine unebene Fahrbahnfläche verursachte Schwingung nur in geringem Maß an die Karosserie übertragen wird, wie aus Gleichung (9) hervorgeht. Im Ergebnis kann eine komfortable Fahrweise erzielt werden. Wenn die Hinterräder 11RL und 11RR über eine Straßenwelle fahren und somit eine Aufwärtsbeschleunigung des karosserieseitigen Elements 10 an den Hinterrädern erzeugt wird, wer­ den diese Beschleunigungswerte von den Vertikalbeschleunigungssen­ soren 28RL und 28RR erfaßt und mittels der Integrationsschaltungen 42RL und 42RR über die Zeit integriert, so daß Federoberseitenge­ schwindigkeiten ZVRL und ZVRR erhalten werden. Wenn diese Feder­ oberseiten-Geschwindigkeitswerte ZVRL und ZVRR in die Mikroprozes­ soreinheit 44 eingegeben werden, wird im Schritt S8 eine spezifische Dämpfungsfunktion ("skyhook"-Dämpfungsfunktion) ausgeführt, um die aktive Steuerungskraft für die Unterdrückung der Anhebung des ka­ rossersieseitigen Elements 10 und die Drucksteuerventile 20RL und 20RR zu steuern. Im Ergebnis werden die an die Hydraulikzylinder 18RL und 18RR angelegten Hydraulikdrücke so gesteuert, daß die Schwingung der Karosserie im wesentlichen unterdrückt wird.
Wenn die Steuerkräfte UPRL und UPRR gemäß den Gleichungen (4) und (5) berechnet werden, in denen ω1 = Null ist, nimmt ein stationärer Faktor (s = Null) der Steuerkräfte UPRL und UPRR für die Fahrbahnver­ folgungsbewegungen (Radbewegungen) XOFL und XOFR den Wert K an. Folglich besteht bei einer vorübergehenden Einsenkung oder einer vor­ übergehenden Erhebung kein Problem. Bei der Fahrt auf einer Fahr­ bahn mit den obenerwähnten Straßenschwellen, bei der die Fahrbahn­ verfolgungsbewegungen XOFL (= XOFL) und XOFR (=XOFR) ihren geän­ derten Wert selbst dann beibehalten, wenn das Fahrzeug wieder auf ei­ ner ebenen Fahrbahn fährt, nehmen die Steuerkräfte UPRL und UPRR nicht den Wert Null an, so daß die Hubwege, die so bemessen sind, daß die Steuerkräfte UPRL und UPRR mit den Federkräften der Aufhän­ gungsfedern, die eine Federkonstante K besitzen, ausgeglichen werden, unverändert bleiben; deshalb wird ein Zustand aufrechterhalten, indem die Fahrzeughöhe nicht zu ihrer ursprünglichen Höhe zurückkehrt. Wenn nämlich der Anfangswert der Fahrzeughöhe durch h gegeben ist, wird ein Zustand aufrechterhalten, in dem (X0-x0) - h = U/K ≠ 0 ist. Damit die Fahrzeughöhe zu ihrer ursprünglichen Höhe zurückkehren kann, wenn das Fahrzeug wieder auf einer ebenen Straße fährt, nach­ dem es auf einer Fahrbahn mit Straßenwellen gefahren ist, muß in den Gleichungen (4) und (5) ω1 < 0 spezifiziert werden, so daß der statio­ näre Faktor der Steuerkräfte UPRL und UPRR für den Vertikalgeschwin­ digkeit-Schätzwert x0 den Wert Null annimmt.
Wenn eines der Vorderräder 11FL und 11FR (beispielsweise nur das linke Vorderrad 11FL) über eine vorübergehende Erhebung gefahren ist, wird die prädikative Steuerung nur für den Hydraulikzylinder 18RL auf seiten der linken Räder ausgeführt, während in bezug auf den Hy­ draulikzylinder 18RR der rechten Räder, die nicht über eine Erhebung gefahren sind, eine Steuerung zur Aufrechterhaltung eines mittleren Drucks ausgeführt wird.
Wenn das Vorderrad 11FL oder 11FR in eine vorübergehende Einsen­ kung gefahren ist, kann eine Schwingung der Karosserie unterdrückt werden, indem eine Steuerung ausgeführt wird, die zu der obenbe­ schriebenen Steuerung entgegengesetzt ist. Selbst wenn das Fahrzeug auf einer Fahrbahn fährt, die nicht nur eine vorübergehende, sondern eine ständige Unebenheit aufweist, kann eine prädikative Steuerung für das Hinterrad aufgrund der Bewegung des Vorderrades ausgeführt werden.
Die gezeigte Ausführungsform ermöglicht es, daß die Hubsensoren 27FL und 27FR und die Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL und 28FR, die in der Nähe der Vorderräder 11FL und 11FR angeordnet sind, zur Erfassung der Information bezüglich der vorausliegenden Fahrbahn verwendet werden können. Diese Sensoren können her­ kömmliche Sensoren sein, die in einem nun in Gebrauch befindlichen aktiven Aufhängungssystem angebracht sind, so daß die vorliegende Ausführungsform den Vorteil besitzt, daß die Entwicklung eines neuen Sensors oder die Anbringung zusätzlicher Sensoren nicht erforderlich ist.
Aus der obigen Beschreibung ist deutlich geworden, daß mit der vor­ liegenden Erfindung eine verbesserte Einrichtung zum Schätzen der auf eine Fahrzeug-Radaufhängung einwirkenden Schwingungen geschaffen wird, weil mit dieser Einrichtung der Schwingungseingang von der Fahrbahn mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann, ohne einen Sensor wie etwa einen kontaktlosen Abstandssensor, einen Radbe­ schleunigungssensor oder dergleichen zu verwenden, die hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer nachteilig sind, und ohne daß die Schätzung durch Schwingungen der Karosserie beeinflußt wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den weiteren Vorteil, daß sie die Genauigkeit der Schätzung des Schwingungseingangs von der Fahrbahn in einem weiten Bereich von hohen Frequenzen zu niedrigen Frequen­ zen in hohem Maß aufrechterhalten kann, ohne durch Rauschen oder durch das Auftreten von Resonanzphänomenen und dergleichen beein­ flußt zu werden.
Die Erfindung ist nunmehr anhand einer besonderen Ausführungsform, die in den Zeichnungen dargestellt ist, beispielhaft beschrieben worden; selbstverständlich sind verschiedene Abwandlungen möglich, ohne daß der Umfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
Beispielsweise ist in der erläuterten Ausführungsform die Schwin­ gungseingang-Schätzschaltung 41 vorgesehen, die für die Berechnung der Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewe­ gungen analoge Schaltungen enthält; dies ist jedoch keine Einschrän­ kung hinsichtlich des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Somit kön­ nen die Differentialwerte XOFL und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbe­ wegungen durch die Ausführung einer Hochpaßfilter-Verarbeitung bzw. einer Tiefpaßfilterverarbeitung der Hubwege SFL und SFR und der Karosserie-Vertikalbeschleunigungen ZGFL und ZGFR mittels der Mikro­ prozessoreinheit 44 ausgeführt werden.
Die erläuterte Ausführungsform enthält die Mikroprozessoreinheit 44, die die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbe­ wegungen zusammen mit der Verzögerungszeit τR in einem Schiebere­ gisterbereich speichert, indem diese Werte nacheinander der Reihe nach verschoben werden, und die die Kräfte UPRL und UPRR für die prädikative Steuerung auf der Grundlage der Differentialwerte′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen in dem Zeitpunkt be­ rechnet, in dem die Verzögerungszeit den Wert Null erreicht hat, ob­ wohl dies keine Einschränkung hinsichtlich des Umfangs der vorlie­ genden Erfindung darstellt. Somit ist es auch möglich, die Kräfte UPRL und UPRR für die prädikative Steuerung durch vorheriges Ausführen ei­ ner Verarbeitung zu berechnen, die dem Schritt S7 entspricht und die auf die Differentialwerte XOFL′ und XOFR′ der Fahrbahnverfolgungsbe­ wegungen zugreift und diese Steuerkräfte UPRL und UPRR zusammen mit der Verzögerungszeit τR im Schieberegisterbereich speichert, indem sie diese Werte nacheinander der Reihe nach verschiebt, und die Ge­ samtsteuerkräfte URL und URR berechnet, indem sie die im voraus be­ rechneten Steuerkräfte UPRL und UPRR in dem Zeitpunkt, in dem die Verzögerungszeit τR den Wert Null erreicht hat, verwendet.
Ferner wird mit der erläuterten Ausführungsform eine aktive Steuerung eines Aufhängungssystems nur auf der Grundlage der Vertikalbe­ schleunigung ausgeführt, obwohl dies keine Einschränkung des Um­ fangs der vorliegenden Erfindung darstellt. Daher ist möglich, die Steuersignale für die Unterdrückung einer Rollbewegung, einer Nei­ gungsbewegung und einer Stoßbewegung auf der Grundlage der von Querbeschleunigungssensoren, Längsbeschleunigungssensoren und dergleichen erfaßten Beschleunigungen zu berechnen, um so eine Ge­ samtsteuerung auszuführen, indem diese Steuersignale zu den Druckbe­ fehlswerten zu PFL bis PRR addiert oder von diesen subtrahiert werden.
In der erläuterten Ausführungsform werden die Drucksteuerventile 20FL und 20RR als Steuerventile verwendet, obwohl innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung auch andere Servoventile vom Strömungssteuerungstyp oder dergleichen verwendet werden können.
In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird eine Steuer­ einrichtung 30 verwendet, die die Mikroprozessoreinheit 44 enthält; es kann jedoch auch eine Steuereinrichtung verwendet werden, die aus ei­ ner Kombination von elektrischen Schaltungen wie etwa Schieberegi­ stern, Rechenschaltungen und dergleichen aufgebaut ist.
Die erläuterte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet als Arbeitsfluid Arbeitsöl, obwohl innerhalb des Umfangs der Erfin­ dung jedes Arbeitsfluid verwendet werden kann, vorausgesetzt, daß das Fluid einen geringen Kompressionsgrad besitzt.
Darüber hinaus ist die erläuterte Ausführungsform für den Fall be­ schrieben worden, in dem als Betätigungselement ein aktives Aufhän­ gungssystem verwendet wird. Es kann jedoch jedes beliebige Betäti­ gungselement verwendet werden, vorausgesetzt, daß es aus einer Auf­ hängung wie etwa einem Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft und dergleichen, dessen Dämpfungs- und Federcharakteristiken verän­ derlich sind, aufgebaut ist.

Claims (4)

1. Einrichtung zum Schätzen der von einer Fahrbahn an eine Radaufhängung eines Fahrzeugs übertragenen Schwingungen, wobei das Fahrzeug mehrere Räder (11FL, 11FR, 11RL, 11RR) aufweist, die an der Fahrzeugkarosserie (10) über die Radaufhängung unterstützt sind,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (27FL, 27FR) für die Erfassung eines Hubs der Radaufhängung;
eine Einrichtung (28FL, 28FR) für die Erfassung der Verti­ kalbeschleunigung der Karosserie (10);
eine Einrichtung (41a, 41b) zum Differenzieren des von der Huberfassungseinrichtung (27FL, 27FR) erfaßten Hubweges, um eine Hubgeschwindigkeit zu berechnen;
eine Einrichtung (41c, 41d) zum Integrieren einer von der Karosserievertikalbeschleunigung-Erfasssungseinrichtung (28FL, 28FR) erfaßten Vertikalbeschleunigung, um eine Vertikalgeschwindig­ keit der Karosserie (10) zu berechnen; und
eine Einrichtung (41e, 41f) zum Addieren der berechneten Werte von der Differentiationseinrichtung (41a, 41b) bzw. von der In­ tegrationseinrichtung (41c, 41d), um einen Schwingungseingang- Schätzwert (XOFL′, XOFR′) zu berechnen.
2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentiationseinrichtung (41a, 41b) ein Hochpaßfilter enthält, dessen Grenzfrequenz auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentlichen doppelt so groß wie die Federunterseiten-Resonanzfrequenz ist.
3. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung (41c, 41d) ein Tiefpaßfilter enthält, dessen Grenzfrequenz auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentlichen ein Sechstel der Federoberseiten-Resonanzfrequenz ist.
4. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Differentiationseinrichtung (41a, 41b) ein Hochpaßfilter enthält, dessen Grenzfrequenz auf einen Wert gesetzt ist, der im we­ sentlichen gleich der doppelten Federunterseiten-Resonanzfrequenz ist; und
die Integrationseinrichtung (41c, 41d) ein Tiefpaßfilter ent­ hält, dessen Grenzfrequenz auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentli­ chen gleich ein Sechstel der Federoberseiten-Resonanzfrequenz ist.
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