DE4316177B4

DE4316177B4 - Verfahren zur Einstellung eines stufenlos veränderbaren Schwingungsdämpfers

Info

Publication number: DE4316177B4
Application number: DE19934316177
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Kutsche; Udo Dipl.-Ing. Borschert (FH)
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2013-05-15
Also published as: DE4316177A1

Abstract

Verfahren zur Einstellung eines stufenlos veränderbaren Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit von Dämpfbedarfbestimmungsgrößen wie Querbeschleunigung (ay), Querruck (day), Längskraft (al), Längsruck (dal), Aufbaubeschleunigung (zav; zah) und Radbeschleunigung (zr), wobei die Momentanwerte der Dämpfbedarfbestimmungsgrößen ermittelt werden aus denen die Momentanwerte der Dämpfbeiträge bestimmt und in einer Addiereinheit zum Gesamtdämpfbedarfswert verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus jeweils einer Dämpfbeitragskennlinie (1a-1f), deren Eingangswerte den Momentanwerten der Dämpfbedarfbestimmungsgrößen entsprechen, die Dämpfbeiträge (Fay, Fday, Fal, Fdal, Fzav, Fzah) ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines stufenlos veränderbaren Schwingungsdämpfers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 41 36 224 A1 ist ein Verfahren zur Einstellung eines Schwingungsdämpfers mit einer gestuften Dämpfkraftkennlinie bekannt. Bei. diesem Verfahren werden Momentanwerte der Dämpfbedarfbestimmungsgrößen wie Querbeschleunigung, Querruck, Längskraft, Längskraftänderung sowie der Aufbau- und Radbeschleunigung über eine Sensorik ermittelt, normiert und einer Rechnereinheit zugeführt, die über eine Potenzfunktion eine Berechnung und Gewichtung der einzelnen Dämpfbedarfbestimmungsgrößen zu einem Dämpfbeitrag vornimmt. Diese Berechnung über eine Potenzfunktion beinhaltet im wesentlichen zwei gravierende Nachteile. Zum einen ist der Zeitaufwand für die Berechnung trotz der absolut betrachtet kurzen Zeit noch zu groß. Der andere Schwachpunkt dieser Ausbildung bezogen auf einen Schwingungsdämpfer mit stufenlos verstellbarer Dämpfkraft besteht darin, dass der Dämpfbeitrag Unstetigkeiten aufweist (siehe Figur 9 der DE 41 362 A1 , die sich aus der Koordinatenverschiebung der Potenzfunktion ergeben. Für einen stufenlos verstellbaren Dämpfer stellen diese Unstetigkeiten einen Verlust an Regelgüte dar, insbesondere wenn niedrige Bewertungsexponenten Ki angesetzt werden. Grundsätz lich ermöglicht die Elektronik nur die Verwendung ganzzahliger Exponenten, so dass die Anpassungsmöglichkeiten der Dämpfbeiträge begrenzt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik ein Verfahren zu realisieren, das bei minimaler Berechnungszeit eine verbesserte Regelgüte bei Anwendung eines stufenlos veränderbaren Schwingungsdämpfers erreicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Jede Dämpfbeitragskennlinie ermöglicht die direkte, das heißt ohne Zwischenschaltung einer Berechnung, Zuordnung eines Dämpfbeitrages zu einem Momentanwert einer Dämpfbedarfbestimmungsgröße. Dadurch kann ein beträchtlicher zeitlicher Vorteil erreicht werden, der die Verstellzeit eines stufenlos veränderbaren Schwingungsdämpfers drastisch reduziert. Des weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Dämpfbeitragskennlinie einen ersten progressiven Kennlinienbereich aufweist, der in einen im wesentlichen linearen Verlauf übergeht, dem sich wiederum ein progressiver Graph anschließt. Der Dämpfbeitragskennlinienverlauf wurde der Krafthubkennlinie eines für die Dämpfkraftverstellung verwendeten Aktuators angepasst. Dabei wurde berücksichtigt, dass der Dämpfbeitrag als ein Maß zur Strombestimmung des Aktuators herangezogen wird. Für einen relativ kleinen Momentanwert einer Dämpfbedarfbestimmungsgröße wird ein relativ großer Dämpfbeitragswert zugeordnet, um der Krafthubkennlinie des Aktuators dahingehend gerecht zu werden, der im ersten und im letzten Hubbereich einen überproportionalen Strom bezogen auf den Hubweg benötigt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind mehrer Dämpfbeitragskennlinien zu einem Dämpfbeitragskennlinienfeld zusammen gefasst, die über einen Wählschalter zur Dämpfkraftgrundeinstellung aktivierbar sind.

Zur Vermeidung von einer unerwünscht häufigen Verstellung selbst bei geringsten Anregungsunterschieden und zur Stabilisierung des Gesamtverfahrens der Dämpfkraftverstellung ist vorgesehen, dass der Dämpfbeitragskennlinie ein Komparator nachgeschaltet ist, der den Dämpfbeitrag mit einem Schwellwert, beispielsweise dem letzten ermittelten Dämpfbeitrag, vergleicht und bei Überschreiten des Schwellwertes den Dämpfbeitrag unverändert an die Addiereinheit weiterleitet und bei Unterschreiten des Schwellwertes einem Zeitverzögerungsglied zuführt. Dadurch wird die Fahrsicherheit dem Fahrkomfort übergeordnet, da das Verstellen der Dämpfkraft in Richtung "hart" unverzögert aber das Verändern in Richtung "weich" von der Abklingfunktion des Zeitverzögerungsgliedes beeinflusst wird, so dass erst eine bestimmte Strecke oder Zeit ablaufen muss. Dazu leitet das Zeitverzögerungsglied den letzten Maximalwert innerhalb der Abklingphase des letzten Meßzyklusses an die Addiereinheit weiter. Dabei ist der Gradient der Zeitverzögerungsfunktion des Zeitverzögerungsgliedes für die Querbeschleunigung und/oder den Querruck kleiner als für die anderen Dämpfbedarfbestimmungsgrößen. Mit dieser vorteilhaften Maßnahme erhalten die für die Fahrsicherheit besonders relevanten Momentangrößen einen größeren Anteil an der Dämpfbedarfsgröße.

Zur Verfeinerung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Schwellwerte für die Aufbaubeschleunigung des dem Zeitverzögerungsglied vorgeschalteten Komparators achsbezogen sind. Die unterschiedlichen Aufbaubeschleunigungen, die sich aus der in der Regel differierenden Achslastverteilung ergeben, können dadurch vorteilhafterweise berücksichtigt werden. Zur Steigerung der Verfahrensablaufgeschwindigkeit ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit beliebiger Dämpfbedarfbestimmungsgrößen eine Kopplung der Gesamtdämpfbeträge der Vorder- und der Hinterachse über einen Koppelungsfaktor erfolgt. Überfährt die Vorderachse ein Hindernis, so wird gleichzeitig für die Hinterachse ein Dämpfbetrag ermittelt. Übersteigt der Dämpfbetrag der Vorderachse den Dämpfbetrag der Hinterachse, so wird für die Hinterachse ein Dämpfbetrag angesetzt, der dem der Vorderachse multipliziert mit dem Koppelungsfaktor entspricht. Für die Aktuatorverstellung bleibt dadurch relativ gesehen mehr Zeit.

Vorteilhafterweise werden die Dämpfbedarfbestimmungsgrößen der Aufbau- und Radbeschleunigung in Abhängigkeit ihrer Wirkrichtung mit einem Bewertungsfaktor versehen. Damit erfolgt jeweils eine für die Zug- und Druckrichtung abhängige Dämpfbetragsbestimmung, wodurch man für die Druckstufe eine weichere und für die Zugstufe eine härtere Dämpfkrafteinstellung ermöglichen kann.

Es schließt sich die unveränderte Figurenbeschreibung an.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Über eine geeignete Sensorik wird aus dem Lenkradwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit die Fahrzeugquergeschleunigung a_y ermittelt und anschließend normiert (a_y / a_y _norm × 100). Ebenso wird aus dem Lenkradwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Zwischenschalteung eines Differenziergliedes der normierte Querruck d_ay / d_ay norm × 100 berechnet.
Zur Berechnung der Längskräfte, die auf das Fahrzeug einwirken, dienen ein Drehzahlsensor und ein Drosselwinkelsensor, die aus dem Motorkennfeld und einer Gangerkennungseinrichtung, die Fahrzeuglängskräfte F_z berechnen, aus der sich ebenso wie aus dem Bremsdruck übertragnene Bremskräfte F_b die Fahrzeuglängsbeschleunigung a_l bzw. die normierte Fahrzeuglängsbeschleunigung a_l / a_b _norm × 100 ausdividieren läßt. Aus der Fahrzeuglängsbeschleunigung wird noch unter Einbeziehung eines weiteren Differenziergliedes der normierte Längsruck d_al / d_al _norm × 100 gewonnen. Selbstverständlich können alle Beschleunigungssignale auch direkt über Beschleunigungssensoren erfaßt werden.
Die Radbeschleunigung in Verbindung mit Aufbaubeschleunigungssensoren der Vorder- und Hinterachse sorgen für ein normiertes Aufbaubeschleunigungssignal z_av / z_av _norm × 100 bzw. z_ah / z_ah _norm × 100, wobei die Radbeschleunigung als ein Maß für die Fahrbahnerkennung einfließt. Die normierten Signale stellen Momentanwerte der Dämpfbedarfbestimmungsgrößen dar und gehen in jeweils eine Dämpfbeitragskennlinie li ein, aus der direkt der Dämpfbeitrag F_ay, F_day, F_al, F_dal, F_zav, und F_zah einer Dämpfbedarfbestimmungsgröße entnommen wird. Jeder Dämpfbeitrag, im folgenden F_i genannt, wird in Komporatoren 3i mit einem zugehörigen Schwellwert F_i _schwell verglichen, wobei es sich anbietet, als Schwellwert den Wert F_i des letzten Meßzyklusses anzusezten. Überschreitet der Dämpfbeitrag F_i den zugehörigen Schwellwert F_i _schwell, wird er als Dämpfbeitrag an eine Addiereinheit 5a/5b weitergeleitet. Unterschreitet der Dämpfbeitrag F_i seinen zugehörigen Schwellwert, wird er einem Verzögerungsglied 7i zugeführt, das in Abhängigkeit einer Abklingfunktion einen Dämpfbeitrag festlegt. Dabei entspricht der von dem Zeitverzögerungsglied 7i weitergeleitete Dämpfbeitrag F_i dem Maximum der momentanen Dämpfbedarfbestimmungsgröße innerhalb des letzten Meßzyklus. Zur besonderen Berücksichtigung der für die Fahrsicherheit bedeutenden Querbeschleunigung- bzw. Querruck-Momentanwerte besitzt die Abklingfunktion mindestens einer der Zeitverzögerungsglieder 7a, 7b einen kleineren Gradienten als die anderen Zeitverzögerungsglieder 7c-7f, so daß der Dämpfbeitrag relativ gesehen größer ist als der der anderen Dämpfbeiträge. Die ermittelten Dämpfbeiträge F_ay, F_day, F_al, F_dal, F_zav werden zu ei nem Gesamtdämpfbedarf F_v ist zusammengefaßt. An Stelle der Aufbaubeschleunigung der Vorderachse F_zav geht selbstverständlich bei der Addiereinheit 5b für die Hinterachse die Aufbaubeschleunigung der Hinterachse ein. Der Gesamtdämpfbetrag F_ist _v bzw. F_ist _h wird für die Vorder- und Hinterachse des Fahrzeuges getrennt berechnet.
Der Gesamtdämpfbetrag F_i _ist einer jeden Achse wird mit einem Faktor z multipliziert, der sich aus dem Aufbaubeschleunigungssignal ableiten läßt. Dieses wird über eine Vorzeichenabfrage v_z mit einem positiven z-Faktor für die Zugstufe und einem negativen z-Faktor für die Druckstufe versehen, wobei der Betrag des Faktores z noch richtungsabhängig ausgeführt sein kann. Für die Vorderachse ergibt sich ein Dämpfbetrag F_dv aus F_i _i _st _v multipliziert mit z, wobei der Dämpfbetrag F_dv als ein Maß für die Bestromung des Aktuators herangezogen wird.
Der Dämpfbetrag F_ist _h wird ebenfalls mit einem Faktor z versehen, der sich aus der Aufbaubeschleunigung im Bereich der Hinterachse ergibt. In einem Zwischenschritt 9 erfolgt eine Abfrage, ob der Dämpfbetrag F_dv größer als der Dämpfbetrag F_dh war. Bejahendenfalls wird der Dämpfbetrag F_dh der Hinterachse aus dem Produkt des Dämpfbetrages F_dv der Vorderachse mit einem Koppelungsfaktor k berechnet. Durch diese Maßnahme wird unter anderem erreicht, daß das Fahrzeug straßenparallel einfedert, also eine Horizontierung erfolgt. Darüberhinaus erzielt man eine Art Vorbereitung der Hinterachse auf das Ereignis, das die Vorderachse bereits passiert hat.
Ist der Dämpfbetrag F_dH der Hinterachse kleiner als der der Vorderachse, wird als endgültiger Dämpfbetrag der Hinterachse gleich der Dämpfbetrag der Vorderachse F_dv multipliziert mit dem Koppelungsfaktor k für die Aktuatoren genutzt. Die Berechnung der Dämpfbeträge F_dv und F_dh erfolgt stets zeitgleich, so daß die Zeit, die sich aus dem Produkt aus Fahrgeschwindigkeit multipliziert mit dem Achsabstand ergibt, eingespart werden kann. Im umgekehrten Fall, wenn der Dämpfbetrag F_dh größer ist als der Dämpfbetrag der Vorderachse F_dv, bestimmt der Dämpfbetrag F_dh die Aktuatoreneinstellung der Hinterachsdämpfung.
Insgesamt legt der Dämpfbetrag der Vorderachse F_dv die Aktuatoreneinstellung direkt oder indirekt auch der Hinterachse fest. Von dieser Grundeinstellung wird dann abgewichen, wenn der Dämpfbetrag der Hinterachse größer ist als der der Vorderachse. Diese Grundregel macht insbesondere dann Sinn, wenn man sich überlegt, daß in der Regel die Hinterachse die gleichen Hinternisse bzw. Anregungen widerfährt wie die Vorderachse.
Das gesamte Verfahren läßt sich über einen Wählschalter 11 in seiner Grundeinstellung ändern, indem aus einem Dämpfkennlinienfeld, z. B. 1a, eine beliebige Dämpfkennlinie ausgewählt wird.

Claims

Verfahren zur Einstellung eines stufenlos veränderbaren Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit von Dämpfbedarfbestimmungsgrößen wie Querbeschleunigung (ay), Querruck (day), Längskraft (al), Längsruck (dal), Aufbaubeschleunigung (zav; zah) und Radbeschleunigung (zr), wobei die Momentanwerte der Dämpfbedarfbestimmungsgrößen ermittelt werden aus denen die Momentanwerte der Dämpfbeiträge bestimmt und in einer Addiereinheit zum Gesamtdämpfbedarfswert verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus jeweils einer Dämpfbeitragskennlinie (1a-1f), deren Eingangswerte den Momentanwerten der Dämpfbedarfbestimmungsgrößen entsprechen, die Dämpfbeiträge (Fay, Fday, Fal, Fdal, Fzav, Fzah) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfbeitragskennlinie (1a–1f) einen ersten progressiven Kennlinienbereich aufweist, der in einen im wesentlichen linearen Verlauf übergeht, dem sich wiederum ein progressiver Graph anschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrerer Dämpfbeitragskennlinien zum einem Dämpfbeitragskennlinienfeld zusammengefasst sind, die über einen Wählschalter (11) zur Dämpfkraftgrundeinstellung aktivierbar sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfbeitragskennlinie (1a–1f) ein Komparator (3a –3f) nachgeschaltet ist, der den Dämpfbeitrag mit einem Schwellwert vergleicht und bei Überschreiten des Schwellwertes die Größe unverändert an die Addiereinheit (5a, 5b) weiterleitet und bei Unterschreiten des Schwellwertes einem Zeitverzögerungsglied (7a–7f) zuführt, das in Abhängigkeit einer Abklingfunktion einen Dämpfbeitrag festlegt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitverzögerungsglied (7a–7f) den letzten Maximalwert innerhalb der Abklingphase des letzten Meßzyklusses an die Addiereinheit (5a, 5b) weiterleitet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient der Zeitverzögerungsfunktion des Zeitverzögerungsgliedes (7a; 7b) für die Querbeschleunigung (ay) und den Querruck (day) kleiner ist als für die anderen Dämpfbedarfbestimmungsgrößen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerte für die Aufbaubeschleunigung (zav; zah) des dem Zeitverzögerungsglied (7e; 7f) vorgeschalteten Komparators (3e; 3f) achsbezogen sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit beliebiger Dämpfbedarfbestimmungsgrößen eine Koppelung der Gesamtdämpfbeträge Fdv und Fdh über einen Koppelungsfaktor k für die Hinterachse und die Vorderachse erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfbedarfbestimmungsgrößen der Aufbau- und der Radbeschleunigung (zav; zah; zr)in Abhängigkeit ihrer Wirkrichtung mit einem Bewertungsfaktor z versehen werden.