DE4315917C2

DE4315917C2 - Einrichtung zum Schätzen der auf eine Fahrzeug-Radaufhängung einwirkenden Schwingungen

Info

Publication number: DE4315917C2
Application number: DE4315917A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kimura; Hideo Tobata; Kensuke Fukuyama; Yosuke Akatsu
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: DE4315917A1; JP2962046B2; JPH05319067A; US5410482A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schätzen der auf eine Fahrzeug-Radaufhängung einwirkenden Schwingungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Einrichtung ist für ein Aufhängungssteuersystem geeignet, das auf der Grundlage einer in Fahrtrichtung vor dem zu steuernden Rad erfaßten Fahrbahninformati on eine prädiktive 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, die mit einem Stoßdämpfungssystem eines Fahrzeugs, dessen Räder zu Drehungen entlang der Fahrbahn an getrieben werden, und mit einem Spindelmechanismus, der die Räder und die Karosserie unterstützt, kombiniert ist. Der Spindelmechanismus 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 Spindelmechanismus 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.

Aus der DE 41 32 276 A1 ist ein System zum Überwachen aktiver Aufhängungen für ein Fahrzeug bekannt. Dazu werden Be schleunigungssensoren für die Vertikal-, Längs- und Querbe schleunigung der Karosserie bereitgestellt. Weiterhin dient ein Aufhängungshubsensor für die Erfassung der Relativbewegung zwischen jedem Rad und der Karosserie. Die Ausgangssignale des Hubsensors und des Querbeschleunigungssensors werden miteinander kombiniert und erzeugen zusammen mit einem Signal für die Sollfahrzeughöhe ein Befehlssignal für die hydraulische Steuerventile der Aufhängung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung anzugeben, mit der die von einer Fahrbahn an die Radaufhängung eines Fahrzeugs übertragenen Schwingungen zuverlässig erfaßt werden können.

Diese Aufgabe wird von einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

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, und 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 ungefähr 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 Vertikal geschwindigkeit der Karosserie durch Integration des von der Karosserie vertikalbeschleunigungs-Erfassungseinrichtung erfaßten Vertikal beschleunigungswertes über die Zeit ein Tiefpaßfilter umfaßt, das eine Grenzfrequenz besitzt, die auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentlichen 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 Federoberseiten-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 hohen Niveau dadurch erhalten werden, daß die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters auf einen Wert gesetzt wird, der angenähert einem Sechstel der Federober seiten-Resonanzfrequenz ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungs formen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des gesamten Aufhängungssteuersys tems, 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 215 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 Z_GFL bis Z_GRR 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 prädiktive 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 i_FL bis i_RR), 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 P_MIN im Hinblick auf ein Rauschen bei minimalem Strom i_MIN vor und steigt proportional zum Strom i an, wenn der Strom i aus diesem Zustand ansteigt. Ferner liegt der maximale Steuerdruck P_MAX, der dem spezifischen Leitungsdruck der Hydraulikleistungsquelle 22 entspricht, bei maximalem Strom i_MAX vor. In Fig. 2 ist i_N ein neu traler oder mittlerer Befehlsstrom, während P_CN 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 H_FL bzw. H_FR ausgibt, der einer mittleren Spannung V_s 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 Z_GFL bis Z_GFR 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 S_FL und S_FR und auf der Grundlage der von den vorderrad seitigen Beschleunigungssensoren 28FL und 28FR der vier Vertikalbe schleunigungssensoren 28FL bis 28RR ausgegebenen Karosserieverti kalbeschleunigungen Z_GFL und Z_GFR Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ 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 Z_GFL bis Z_GRR zu berechnen, indem sie die von den Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL bis 28RR eingege benen Vertikalbeschleunigungen Z_GFL bis Z_GRR 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 X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewe gungen und die von den Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR ausge gebenen Federoberseiten-Geschwindigkeiten Z_VFL bis Z_VRR 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 P_FL bis P_RR versorgt, die von der Mikroprozessoreinheit 44 über D/A-Umsetzer 45FL bis 45RR ausgegeben werden, und dienen dazu, die gelieferten Werte in Treiberströme i_FL bis i_RR umzuwandeln, die an die Druck steuerventile 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 S_FL und S_FR von den Hubsensoren 27FL und 27FR, um Hubgeschwindigkeiten S_VFL und S_VFR zu berechnen, Integrationsschal tungen 41c und 41d zum Integrieren der Karosserievertikalbeschleuni gungen Z_GFL und Z_GFR von den Vertikalbeschleunigungssensoren 28FL und 28FR, um Differentialwerte X_FL′ und X_FR′ der Federoberseiten-Be wegungen zu berechnen, und Addierer 41e und 41f zum Addieren der von den Differentiationsschaltungen 41a und 41b ausgegebenen Hubge schwindigkeiten S_VFL bzw. S_VFR einerseits zu den Differentialwerten X_FL′ bzw. X_FR′ der Federoberseiten-Bewegungen, die von den Integra tionsschaltungen 41c bzw. 41d ausgegeben werden, andererseits. Die Addierer 41e und 41f geben Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen der Vorderräder aus, die der eine veränderliche Form besitzenden Fahrbahn genau folgen.

Die von den Hubsensoren 27FL und 27FR ausgegebenen Hubwege S_FL S_FR, die jeweils eine relative Bewegung zwischen der Federunterseite und der Federoberseite angeben, werden durch Subtraktion der Feder oberseiten-Bewegungen X_FL und X_FR der Karosserie von den Federun terseiten-Bewegungen X_OFL und X_OFR der Vorderräder 11FL und 11FR erhalten, wie durch die folgenden Beziehungen (1) und (2) angegeben ist:

S_FL = X_OFL - X_FL (1)

S_FR = X_OFR - X_FR (2)

Da die Hubgeschwindigkeiten S_VFL und S_VFR, die durch Differenzieren der Hubwege S_FL und S_FR mittels der Differentiationsschaltungen 41a und 41b erhalten werden, die Werte ergeben, die durch Subtrahieren der Differentialwerte X_FL′ und X_FR′ der Federoberseiten-Bewegungen von den Differentialwerten X_OFL′ und X_OFR′ der Federunterseiten-Bewe gungen erhalten werden, können durch Addieren dieser Hubgeschwin digkeiten S_VFL und S_VFR zu den durch Integration der Vertikalbe schleunigungen Z_GFL und Z_GFR erhaltenen Differentialwerten X_FL′ und X_FR′ der Federoberseiten-Bewegungen die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ ausschließlich der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die der tat sächlichen Fahrbahn folgen, erhalten werden, da hierbei die Differen tialwerte X_FL′ und X_FR′ kompensiert sind.

Zusätzlich zu einer idealen Differentiationsschaltung kann jede der Dif ferentiationsschaltungen 41a und 41b ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz f_HC enthalten, wobei die Grenzfrequenz f_HC nahezu auf den doppelten Wert der Federunterseiten-Resonanzfrequenz, beispielsweise 20 Hz, gesetzt ist. Der Grund, weshalb die Grenzfrequenz f_HC des Hochpaßfilters auf 20 Hz gesetzt wird, ist der folgende. Es ist für eine prädiktive 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 f_LC 0,2 Hz betragen hat und deren Grenzfrequenz f_HC 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 der Federoberseiten-Resonanzfrequenz (ungefähr 1,2 Hz) bis zur Federunterseiten-Resonanzfrequenz (ungefähr 10 Hz) abgesenkt werden kann, um das Schwingungsisola tionsvermögen der Aufhängung zu verbessern. Wenn jedoch die Grenz frequenz f_HC 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 f_HC auf 20 Hz zu setzen, die im wesentlichen der doppelten Federunterseiten-Resonanzfrequenz ist. Die Grenzfrequenz f_HC des Hochpaßfilters wird festgelegt durch Setzen der Zeitkonstante T₁ einer Übertragungsfunktion (T₁s/((T₁s+1)), derart, daß T₁ = /(2 π·f_HC).

Auf ähnliche Weise kann zusätzlich zu einer idealen Integrationsschal tung beispielsweise jede der Integrationsschaltungen 41c und 41d ein Tiefpaßfilter enthalten, dessen Grenzfrequenz f_LC angenähert auf ein Sechstel der Federoberseiten-Resonanzfrequenz, beispielsweise 0,2 Hz, gesetzt ist. Der Grund dafür, daß die Grenzfrequenz f_LC des Tief paßfilters auf 0,2 Hz gesetzt wird, ist der folgende. Für eine prädiktive Steuerung des Hinterrads mittels der Steuereinrichtung 30 ist eine Simulationsprüfung ausgeführt worden, wobei Differentiationsschaltungen 41a und 41b mit Hochpaßfiltern verwendet worden sind, deren Grenzfrequenz f_LC 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 f_LC die Schätz genauigkeit der Eingangsdaten von der Fahrbahn zunimmt, da sich in einem Frequenzbereich unterhalb der Federoberseiten-Resonanzfrequenz 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 f_LC ab, wie aus Fig. 10 ersichtlich 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 f_LC über mäßig abzusenken. Wenn andererseits die Grenzfrequenz f_LC angehoben wird, tritt ein Resonanzphänomen auf, das, wie in Fig. 10 gezeigt ist, einen zunehmenden Schätzfehler zur Folge hat. Anhand der Er gebnisse der oben beschriebenen 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 f_LC des Tiefpaß filters wird festgelegt durch Setzen der Zeitkonstante T₂ einer Übertra gungsfunktion (1/T₂s+1)), derart, daß T₂ = 1/(2π·f_LC).

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, deren Grenzfrequenz f_HC 20 Hz ist, sowie die Integrationsschaltungen 41c und 41d verwendet, von denen jede ein Tiefpaßfilter enthält, deren Grenzfrequenz f_LC 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 P_FL bis P_RR 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 X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungs bewegungen und die Karosserie-Vertikalgeschwindigkeiten Z_VFL bis Z_VRR in Intervallen einer vorgegebenen Abtastzeit T_s (z. B. 20 ms) ein, speichert die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfol gungsbewegungen zusammen mit einer Verzögerungszeit τ_R 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 τ_R, indem während der Verschiebung die Abtastzeit T_s nacheinander subtrahiert wird, und berechnet auf der Grundlage der Karosserievertikalgeschwindigkeitswerte Z_VFL bis Z_VRR, die von den Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR ausgegeben werden, eine Steuer kraft für eine aktive Steuerung mit einer spezifischen Dämpfungs funktion ("skyhook"-Dämpfungsfunktion). Die Verarbeitungseinrich tung 44c berechnet ferner auf der Grundlage der Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen in dem Zeitpunkt, in dem die Verzögerungszeit τ_R Null ist, Steuerkräfte U_RL und U_RR 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 Steuer kräfte U_RL und U_RR 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 X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die in Intervallen einer spezifischen Abtastzeit T_s zusammen mit der Verzöge rungszeit τ_R 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 T_s (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 V_s ist. Wenn V(n) < V_s ist, endet der Zeitgeberunterbrechungsprozeß unverändert und kehrt zu einem bestimmten Hauptprogramm zurück; wenn dagegen V(n) V_s ist, geht die Verarbeitung weiter zu einem Schritt S3.

Im Schritt S3 liest die Verarbeitungseinrichtung 44c die Differential werte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen aus der Schwingungseingangs-Schätzschaltung 41 und die Karosserie-Vertikal geschwindigkeiten Z_VFL und Z_VFR von den Integrationsschaltungen 42FL und 42FR aus, anschließend verarbeitet sie in einem Schritt S4 auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitswertes V die folgende Gleichung (3), um eine Verzögerungszeit τ_R 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 τ_s 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 T_s, die dadurch erhalten wird, daß der letzte Fahrzeuggeschwindigkeitswert V(n-1), der ein Abtastzeitintervall T_s 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 X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfol gungsbewegungen, die im Schritt S3 gelesen worden sind, und die Ver zögerungszeit τ_R, die im Schritt S4 berechnet worden ist, an der ersten Stelle des im Speicher 44d gebildeten Schieberegisterbereichs, wobei andere Differentialwerte X_OFL′ und X_ORF′ anderer Fahrbahnverfolgungs bewegungen und andere Verzögerungszeiten τ_R, die vorher gespeichert worden sind, der Reihe nach einzeln verschoben werden. Bei der Ver schiebung der Verzögerungszeit τ_R wird ein Wert, der durch Subtrak tion der Abtastzeit T_s und des im Schritt S5 berechneten Verzögerungs zeit-Kompensationswertes Δτ von den jeweils an der zu verschiebenden Stelle gespeicherten Verzögerungszeit τ_R erhalten wird, als neu aktua lisierte Verzögerungszeit τ_R gespeichert.

Im Schritt S7 liest die Verarbeitungseinrichtung 44c die Differential werte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die im Schieberegisterbereich an erster Stelle gespeichert worden sind, d. h. die Verzögerungszeit τ_R, 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 U_PRL und U_PRR der prädikativen Steuerung für die Drucksteuerventile 20RL und 20RR der Hinterräder und entfernt die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der ersten Fahrbahnverfolgungsbewegungen und die entsprechende Verzögerungszeit τ_R aus dem Schieberegisterbereich.

wobei C_p ein Dämpfungskraft-Steuerfaktor, K_p ein Federkraft-Steuer faktor und ω₁ ein konstanter Wert ist, der durch Multiplikation einer Grenzfrequenz f_c für die Steuerung mit 2π erhalten wird. Die Werte C_p und K_p werden in bezug auf die Dämpfungskonstante C und die Feder konstante K einer tatsächlichen Radaufhängung so gesetzt, daß C_p C und K_p K gilt, während ω₁ so gesetzt wird, daß gilt: Θ₁ 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) X_OFL′ = SX_OFL ist, ergibt die Gleichung (7), wenn die Gleichung (4) in die Gleichung (7) eingesetzt wird, unter der An nahme, daß ω₁ = 0, C_p = C und K_p = 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-x_OFL) = 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 U_FL bis U_RR gemäß den folgenden Gleichungen (10) bis (13):

U_FL = U_N - K_B · V_FL (10)

U_FR = U_N - K_B · V_FR (11)

U_RL = U_N - K_B · V_RL + U_PRL (12)

U_RR = U_N - K_B · V_RR + U_PRR (13)

wobei U_N die Steuerkraft ist, die notwendig ist, um die Fahrzeughöhe als Sollhöhe aufrechtzuerhalten, und wobei K_B ein Rückprall-Steuerfak tor ist.

Dann geht die Verarbeitungseinrichtung 44c weiter zu einem Schritt S9, in dem sie die Steuerkraft-Werte U_FL bis U_RR, 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 V_s 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 S_FL und S_FR an den Vorderrädern nahezu Null, da das Fahrzeug seine Sollhöhe auf der Fahrbahn beibehält, ferner sind die Beschleunigungen Z_GFL bis Z_GFR, 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 S_VFL und S_VFR der Hubbewegungen, die von den Differentiations schaltungen 41a und 41b der Schwingungseingang-Schätzschaltung 41 ausgegeben werden, und die Differentialwerte X_FL′ und X_FR′ der Fede roberseitenbewegungen, die von den Integrationsschaltungen 41c und 41d ausgegeben werden, angenähert Null. Daher sind auch die Diffe rentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die von den Addierern 41e und 41f ausgegeben werden, ebenfalls angenä hert Null. Die Vertikalbeschleunigungswerte Z_GFL bis Z_GRR sind ange nähert Null, so daß die Federoberseitengeschwindigkeiten Z_VFL bis Z_VRR, die von den Integrationsschaltungen 42FL bis 42RR ausgegeben werden, ebenfalls Null sind.

Die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewe gungen und die Federoberseitengeschwindigkeiten Z_VFL bis Z_VRR 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 X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfol gungsbewegungen, die im Schritt S6 in dem in Fig. 6 gezeigten und von der Mikroprozessoreinheit 44 in Intervallen einer spezifischen Ab tastzeit T_s ausgeführten Prozeß der Reihe nach gespeichert werden, auf einem Null-Pegel gehalten werden, werden auch die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen, die im Schritt S4 nach Verstreichen der Verzögerungszeit τ_R berechnet werden, ebenfalls auf Null gehalten, so daß auch die Kräfte U_PRL und U_PRR für die prä diktive Steuerung, die im Schritt S7 berechnet werden, Null sind. Die Federoberseiten-Geschwindigkeiten Z_VFL bis Z_VRR sind ebenfalls Null, die Gesamtsteuerkräfte U_FL bis U_RR, die im Schritt S8 berechnet wer den, nehmen Werte an, die lediglich der mittleren Drucksteuerkraft U_N 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 i_FL bis i_RR um, die den Druckbefehlswerten P_FL bis P_RR ent sprechen, und schicken diese Ströme i_FL bis i_RR 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 P_CNF bzw. P_CNR 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 S_FL und S_FR 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 Z_GFL und Z_GFR des linken und des rechten Vorder rades in positiver Richtung ansteigen.

Die Hubwege S_FL und S_FR und die Vertikalbeschleunigungswerte Z_GFL und Z_GFR werden in die Schwingungseingangs-Schätzschaltung 41 ein gegeben, so daß diese an die Mikroprozessoreinheit 44 die Differenti alwerte X_OFL′ und X_OFR′ 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 τ_R, 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 τ_R und die Differentialwerte X_OFR′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewegungen im Schieberegisterbereich an erster Stelle. Hierbei verschiebt das Schieberegister nacheinander der Reihe nach andere Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der anderen Fahrbahn verfolgungsbewegungen, die bis zuletzt den Wert Null besaßen, und speichert als neu aktualisierte Verzögerungszeit τ_R einen Wert, der durch Subtraktion der Abtastzeit T_s und des im Schritt S5 aus den ein zelnen Verzögerungszeiten τ_R berechneten Verzögerungszeit-Kompen sationswert Δτ erhalten wird.

In diesem Zeitpunkt sind die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der je weiligen Fahrbahnverfolgungsbewegungen bis zu dem zuletzt im Schiebregisterbereich gespeicherten Zeitpunkt Null. Daher werden die Kräfte U_PRL und U_PRR für die prädikative Steuerung der Hinterräder, die im Schritt S7 berechnet werden, auf Null gehalten, während die Steuerkräfte U_RL und U_RR für die Hinterräder auf Werten einer mittle ren Steuerkraft U_N gehalten werden. Die von den Vertikalbeschleuni gungssensoren 28FL und 28FR an den Vorderrädern 11FL und 11FR erfaßten Beschleunigungswerte Z_GFL und Z_GFR haben sich jedoch in positiver Richtung erhöht, so daß die Gesamtsteuerkräfte U_FL und U_FR 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 U_N gemessen werden. Dies hat eine Absenkung der Befehlsströme i_FL und i_FR, die von den Treiberschaltungen 46FL und 46FR ausgegeben werden, eine Absenkung des Steuerdrucks P_c, der von den Drucksteuerventilen 20FL und 20FR ausgegeben wird, derart, daß er niedriger als der mittlere Druck P_CNF 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 U_FL und U_FR 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 τ_R den Wert Null annimmt, d. h. in dem die Hinterräder 11RL und 11RR die Straßenschwelle pas sieren, die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungs bewegungen im Schritt S7 ausgelesen. Die Kräfte U_PRL und U_PRR 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 Z_VRL und Z_VRR erhalten werden. Wenn diese Feder oberseiten-Geschwindigkeitswerte Z_VRL und Z_VRR 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 U_PRL und U_PRR gemäß den Gleichungen (4) und (5) berechnet werden, in denen ω₁ = Null ist, nimmt ein stationärer Faktor (s = Null) der Steuerkräfte U_PRL und U_PRR für die Fahrbahnver folgungsbewegungen (Radbewegungen) X_OFL und X_OFR 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 X_OFL (= X_OFL) und X_OFR (= X_OFR) ihren geän derten Wert selbst dann beibehalten, wenn das Fahrzeug wieder auf ei ner ebenen Fahrbahn fährt, nehmen die Steuerkräfte U_PRL und U_PRR nicht den Wert Null an, so daß die Hubwege, die so bemessen sind, daß die Steuerkräfte U_PRL und U_PRR 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 U_PRL und U_PRR 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 X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbewe gungen analoge Schaltungen enthält; dies ist jedoch keine Einschrän kung hinsichtlich des Umfangs der vorliegenden Erfindung. Somit kön nen die Differentialwerte X_OFL und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbe wegungen durch die Ausführung einer Hochpaßfilter-Verarbeitung bzw. einer Tiefpaßfilterverarbeitung der Hubwege S_FL und S_FR und der Karosserie-Vertikalbeschleunigungen Z_GFL und Z_GFR mittels der Mikro prozessoreinheit 44 ausgeführt werden.

Die erläuterte Ausführungsform enthält die Mikroprozessoreinheit 44, die die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbe wegungen zusammen mit der Verzögerungszeit τ_R in einem Schiebere gisterbereich speichert, indem diese Werte nacheinander der Reihe nach verschoben werden, und die die Kräfte U_PRL und U_PRR für die prädikative Steuerung auf der Grundlage der Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ 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 U_PRL und U_PRR für die prädikative Steuerung durch vorheriges Ausführen ei ner Verarbeitung zu berechnen, die dem Schritt S7 entspricht und die auf die Differentialwerte X_OFL′ und X_OFR′ der Fahrbahnverfolgungsbe wegungen zugreift und diese Steuerkräfte U_PRL und U_PRR zusammen mit der Verzögerungszeit τ_R im Schieberegisterbereich speichert, indem sie diese Werte nacheinander der Reihe nach verschiebt, und die Ge samtsteuerkräfte U_RL und U_RR berechnet, indem sie die im voraus be rechneten Steuerkräfte U_PRL und U_PRR in dem Zeitpunkt, in dem die Verzögerungszeit τ_R 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 P_FL bis P_RR 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

1. Einrichtung zum Schätzen der von einer Fahrbahn an eine ge federte Radaufhängung eines Fahrzeugs übertragenen Schwingun gen, wobei das Fahrzeug mehrere Räder (11FL, 11FR, 11RL, 11RR) aufweist, die an der Fahrzeugkarosserie (10) über die Radauf hängung abgestützt sind, umfassend:
eine Einrichtung (27FL, 27FR) für die Erfassung des Hubs (S_FL, S_FR) der Radaufhängung;
eine Einrichtung (28FL, 28FR) für die Erfassung der Vertikalbe schleunigung (Z_GFL-Z_GRR) der Karosserie (10);
eine Einrichtung (41a, 41b) zum Differenzieren des Hubweges, um eine Hubgeschwindigkeit (S_VFL, S_VFR) zu berechnen;
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (41c, 41d) zum Integrieren der Vertikalbe schleunigung der Karosserie, um eine Vertikalgeschwindigkeit (X_FL′, X_FR′) der Karosserie (10) zu berechnen; und
eine Einrichtung (41e, 41f) zum Addieren der Hubgeschwindigkeit (S_VFL, S_VFR) und der Vertikalgeschwindigkeit (X_FL′, X_FR′) der Ka rosserie um einen Wert (X_OFL′, X_OFR′) zu erhalten, der unabhängig ist von der Bewegung der Karosserie und einen Schätzwert für die an die Radaufhängung übertragenen Schwingungen darstellt.

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 Resonanzfrequenz der Federunterseite der Radaufhängung ist.

3. Einrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationseinrichtung (41c, 41d) ein Tiefpaßfilter enthält, dessen Grenzfrequenz auf einen Wert gesetzt ist, der im wesentlichen ein Sechstel der Resonanzfrequenz der Feder oberseite der Radaufhängung ist.