DE4331514A1

DE4331514A1 - System zum Steuern bzw. Regeln der Dämpfungskraftcharakteristik von Fahrzeugstoßdämpfern

Info

Publication number: DE4331514A1
Application number: DE4331514A
Authority: DE
Inventors: Fumiyuki Yamaoka; Mitsuo Sasaki
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JPH0692122A; JP3080274B2; GB2270659B; US5440488A; GB9319211D0; DE4331514C2; GB2270659A

Description

Die Erfindung betrifft eine System zum Steuern bzw. Regeln der Dämpfungskraftcharakteristik der jeweiligen Stoßdämpfer eines Fahrzeugs, von denen jeder Stoßdämpfer (auch als Dämpfer bezeichnet, nachfolgend jedoch als Stoßdämpfer ange geben) zwischen eine ungefederte Masse und eine gefederte Masse des Fahrzeugs eingesetzt ist, um eine optimale Dämp fungskraft zu erzielen. Der Stoßdämpfer ist mit Einstell mitteln versehen, um seinen Dämpfungskoeffizient in mehreren Stufen entsprechend einem Steuersignal zu ändern.

Die Erstveröffentlichung der japanischen Patentanmeldung Nr. Showa 61-1 63 011 ist ein Beispiel für ein früher vorgeschla genes System zum Steuern der Dämpfungscharakteristik für ein Fahrzeug.

In der genannten Erstveröffentlichung der japanischen Patentanmeldung wird eine Relativgeschwindigkeit zwischen der gefederten Masse (Fahrzeugkörper) und der ungefederten Masse (Laufrad) erfaßt. Wenn beide Geschwindigkeiten das selbe Vorzeichen aufweisen, wird die Charakteristik der Dämpfungskraft eines Stoßdämpfers in die harte Charakte ristik eingestellt. Wenn die beiden Geschwindigkeiten unter schiedliche Vorzeichen haben, wird die Charakteristik der Dämpfungskraft eines Stoßdämpfers in die weiche Charakte ristik eingestellt. Diese Einstellvorgänge beruhen auf der als "Sky Hook"-Theorie bezeichneten Steuerung der Dämpfungs kraftcharakteristik und erfolgen unabhängig voneinander für vier Laufräder.

Damit kann eine auf den Fahrzeugkörper zu übertragende auf tretende Energie verringert und andererseits eine Energie zur Schwingungsdämpfung gesteigert werden. Dementsprechend können auf den Fahrzeugkörper einwirkende Schwingungen unterdrückt und ein wesentlich verbesserter Fahrzeugkomfort erreicht werden. Zusätzlich können Phänomene wie Weichwerden (squat) und/oder Tauchen (dive) unterdrückt und die Lenksta bilität verbessert werden.

Wenn jedoch bei dem in der oben genannten Erstveröffentli chung der japanischen Patentanmeldung offenbarten Aufhän gungssteuersystem ein Steuerungsverstärkungsfaktor fest gelegt wird, so daß die Übertragung der Schwingungsenergie von einer Straßenoberfläche auf den Fahrzeugkörper (gefe derte Masse) unterdrückt wird, während die Charakteristik zum Steuern der Schwingungsdämpfung erhalten bleibt, erfolgt wegen des Einwirkens einer Trägheitskraft auf die gefederte Masse bei einem Lenkvorgang des Fahrzeugs ein Rollen der gefederten Masse, weiterhin wird Steuerkraft durch die Träg heitskraft unzureichend, so daß ein ausreichender schwin gungsdämpfender Effekt auf die gefederte Masse nicht erzielt werden kann.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ver bessertes System zum Steuern der Dämpfungscharakteristik von jeweiligen Stoßdämpfern zu schaffen, welches ein Dämpfen der Schwingungen an der gefederten Masse sicherstellen kann und dabei die Schwingungsübertragung auf die gefederte Masse unterdrückt, und welches eine ausreichende Steuerkraft auf den bzw. die Stoßdämpfer erzeugt, wenn eine Trägheitskraft auftritt, die eine Rollbewegung auf das Fahrzeug erzeugt.

Die vorgenannte Aufgabe wird durch ein System zum Steuern der Dämpfungskräfte für jeweilige Stoßdämpfer eines Fahr zeugs gelöst, umfassend: a) mehrere Stoßdämpfer, die zwischen die gefederte und die ungefederte Masse des Fahr zeugs eingesetzt sind; b) eine erste Einrichtung zum Ab ändern der Dämpfungskraftcharakteristik auf wenigstens einer Seite des Kolbenhubes jedes Stoßdämpfers auf ein Steuer signal hin; c) eine zweite Einrichtung zum Erfassen des Verhaltens der gefederten Massen des Fahrzeugs; d) eine dritte Einrichtung zum Erfassen einer Lenkwinkeländerung und der Lenkwinkelgeschwindigkeit eines Fahrzeuglenksystems; und e) eine vierte Einrichtung zum Aufnehmen eines ersten Sig nals, das die Lenkwinkeländerung anzeigt, und eines zweiten Signals, das die Lenkwinkelgeschwindigkeit anzeigt, von der dritten Einrichtung, sowie eines dritten Signales, das das von der zweiten Einrichtung erfaßte Verhalten der gefederten Massen anzeigt, und zum Erzeugen des unter Verwendung der Werte der ersten, zweiten und dritten Signale abgeleiteten Steuersignals, welches an die erste Einrichtung übertragen wird, so daß die Dämpfungskraftcharakteristik jedes Stoß dämpfers entsprechend dem Steuersignal gesteuert wird.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs, bei dem ein erfindungsgemäßes System zum Steuern der Dämpfungscharakteristiken der jeweiligen Stoßdämpfer anwendbar ist.

Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Systems zum Steuern der Dämpfungskoeffizienten für die jeweiligen Stoßdämpfer.

Fig. 3 ist ein Querschnitt eines der Stoßdämpfer, der in der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Anwendung kommt.

Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Kolbens und der ihn umgebenden Teile jedes Stoßdämpfers.

Fig. 5 ist eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft auf der Zugstufenseite und der Druckstufenseite des Kolbens jedes Stoßdämpfers, der in der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 2 bis 4 zur Anwendung kommt.

Fig. 6 ist eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft in Abhängigkeit von der Verstellrichtung eines Schritt motors, der mit jedem der in Fig. 2 bis 5 gezeigten, bei der bevorzugten Ausführungsform eingesetzten Stoßdämpfer verbunden ist.

Fig. 7(A) bis 7(C) sind Querschnitte entlang der Linie K-K in Fig. 4.

Fig. 8(A) bis 8(C) sind Querschnitte entlang den Linien L-L und M-M in Fig. 4.

Fig. 9(A) bis 9(C) sind Querschnitte entlang der Linie N-N in Fig. 4.

Fig. 10 ist eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft, wenn die Dämpfungscharakteristik auf der Zugstufenseite jedes in Fig. 4 gezeigten Stoßdämpfers auf hart eingestellt ist.

Fig. 11 ist eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft, wenn die Dämpfungscharakteristiken sowohl auf der Zugstufen seite als auch auf der Druckstufenseite auf weich einge stellt sind.

Fig. 12 ist eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft, wenn die Dämpfungscharakteristik auf der Zugstufenseite jedes in Fig. 4 gezeigten Stoßdämpfers auf hart eingestellt ist.

Fig. 13 ist ein Ablaufplan, der von der in Fig. 2 gezeigten Steuereinheit ausgeführt wird.

Fig. 14 ist ein Blockschaltdiagramm einer wesentlichen Schaltung des in Fig. 2 gezeigten Dämpfungskoeffizient- Steuersystems.

Fig. 15 ist ein Blockschaltdiagramm einer wesentlichen Schaltung des in Fig. 2 gezeigten Dämpfungskoeffizient- Steuersystems.

Fig. 16 ist eine Zeichnung zum Bestimmen, ob der Lenkzustand in dem in Fig. 2 gezeigten Dämpfungskraftsteuersystem be steht oder nicht.

Fig. 17(A), 17(B), 17(C) und 17(D) bilden einen integrierten Zeitablaufplan der Betriebsabläufe, wenn der Lenkzustand in dem in Fig. 2 gezeigten Dämpfungskraftsteuersystem nicht besteht.

Fig. 18(A) und 18(B) bilden einen integrierten Zeitablaufplan zum Erläutern der Abläufe, wenn der Lenkzustand besteht.

Fig. 19 zeigt charakteristische Kurven von Schaltlinien, wenn die Steuerung während des Steuervorgangs ausgeführt wird.

Fig. 20 ist eine Charakteristik der Dämpfungskraft in Form einer Lissajous′schen Figur für den Zustand, in dem die Steuerung während des Steuervorgangs bei der bevorzugten Ausführungsform des Dämpfungskraftsteuersystems durchgeführt wird.

Nachfolgend wird zum besseren Verständnis der Erfindung auf die Zeichnung Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt die Ausbildung eines Systems zum Steuern der Dämpfungskräfte für jeweilige Stoßdämpfer in einer bevor zugten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Vier Stoßdämpfer (Aufhängungseinheiten) SA₁, SA₂, SA₃ und SA₄ sind jeweils zwischen Teilen eines Fahrzeugkörpers und entsprechenden Laufrädern eingesetzt. Es wird angemerkt, daß im folgenden SA als allgemeine Bezeichnung für einen belie bigen Stoßdämpfer verwendet wird.

An einem Teil des Fahrzeugkörpers in der Nähe jedes Stoß dämpfers SA ist ein Beschleunigungssensor 1 (auch als G-Sen sor bezeichnet) eingebaut, der zum Erfassen einer Vertikal beschleunigung dient. Ein Lenksensor 2 ist an dem Lenksystem des Fahrzeug angeordnet, um den Lenkwinkel zu erfassen, mit dem der Fahrer das Lenkrad betätigt.

An einer Stelle des Fahrzeugkörpers in der Nähe des Fahrer sitzes ist eine Steuereinheit 4 angebracht, die ein Aus gangssignal von jedem G-Sensor 1 und dem Lenkwinkelsensor 2 empfängt und ein Antriebssteuersignal an einen Schrittmotor (auch als Pulsmotor bezeichnet) 3 ausgibt, der mit jedem Stoßdämpfer SA verbunden ist.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltdiagramm des in Fig. 1 gezeigten Dämpfungskraftsteuersystems.

Die Steuereinheit 4 umfaßt, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine Schnittstellenschaltung 4a, eine CPU 4b und eine Treiber schaltung 4c. Die Schnittstellenschaltung empfängt die von den jeweiligen G-Sensoren 1 und dem Lenkwinkelsensor 2 stammenden Signale.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt jedes der Stoßdämpfer SA. Der Stoßdämpfer SA umfaßt einen Zylinder 30, einen Kolben 31, der zwei Kammern, nämlich eine obere Kammer A und eine untere Kammer B ausbildet, eine äußere Umhüllung 33, die eine Reservekammer 32 an einem Außenumfang des Zylinders 30 bildet, eine Basis 34 zum Bilden der unteren Kammer B und der Reservekammer 32, ein Führungsteil 35, das als Führung für eine Gleitbewegung einer an den Kolbenkörper 31 angelenkten Kolbenstange 7 dient, eine zwischen der äußeren Umhüllung 33 und dem Fahrzeugkörper eingesetzte Tragfeder 36 und einen Gummipuffer 37.

In Fig. 3 dringt eine Steuerstange 70 durch die Kolbenstange 7 und wird durch den Schrittmotor 3 gedreht (rotiert).

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines wesent lichen Teils des Kolbens 31.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind in dem Kolben 31 zwei Durchgangsöffnungen 31a, 31b ausgebildet. Ferner sind ein Zugseitendämpfungsventil 12 sowie ein Druckseitendämpfungs ventil 20 sind vorgesehen, welche die entsprechenden Durch gangsöffnungen 31a, 31b öffnen und schließen. Eine Anschlag begrenzung 41, die spiralförmig an einem Ende der Kolben stange 7 angreift, ist in spiralförmigem Eingriff mit einem Bolzen 38, der den Kolben 31 durchsetzt. An dem Bolzen 38 ist eine Verbindungsöffnung 39 zum Bilden von Strömungs verbindungen ausgebildet, um ein Arbeitsfluid zwischen der oberen Kammer A und der unteren Kammer B zu führen (zweiter Zugseitenstömungsweg E, dritter Zugseitenströmungsweg F, Bypass-Strömungsweg G und zweiter Druckseitenströmungsweg J, wie später noch beschrieben wird). Ein Einsteller 40, der zum Ändern eines Strömungswegquerschnittes dient, ist drehbar innerhalb der Verbindungsöffnung 39 eingesetzt. Am äußeren Umfang des Bolzens 38 sind ein Zugseitenrückschlag ventil 17 und ein Druckseitenrückschlagventil 22 angebracht, die den Strömungsdurchgang an dem mit der Verbindungsöffnung 39 gebildeten Strömungsweg entsprechend der Fließrichtung des Arbeitsfluids ermöglichen und unterbrechen.

Es ist anzumerken, daß die Steuerstange 70 mit dem Ein steller 40 verbunden ist. Der Bolzen 38 ist mit einem ersten Durchlaß 21, einem zweiten Durchlaß 13, einem dritten Durch laß 18, einem vierten Durchlaß 14 und einem fünften Durchlaß 16, in der Reihenfolge von oben, versehen.

Andererseits weist der Einsteller 40 einen zentralen hohlen Teil 19 sowie eine erste seitliche Öffnung 24 und eine zweite seitliche Öffnung 25 auf. Eine Längsnut 23 ist in dem Außenumfang des Einstellers 40 eingeformt.

Die Strömungswege, durch welche das Arbeitsfluid zwischen der oberen Kammer A und der unteren Kammer B beim Zughub des Kolbens 31 übertragen werden kann, umfassen: a) einen ersten Zugseitenströmungsweg D, der das Arbeitsfluid durch die Durchgangsöffnung 31b und die Innenseite des geöffneten Zug seitendämpfungsventils 12 in die unteren Kammer B führt; b) einen zweiten Zugseitenströmungsweg E, der durch den zweiten Durchlaß 13, die Längsnut 23 und den vierten Durchlaß 14 verläuft und der durch einen äußeren Umfang des geöffneten Zugseitendämpfungsventils 12 verläuft; c) den dritten Druck seitenströmungsweg F, der durch den zweiten Durchlaß 13, die Längsnut 23, den fünften Durchlaß 16 und das geöffnete Zug seitenrückschlagventil 17 verläuft und bis in die untere Kammer B reicht; und d) den Bypass-Strömungsweg G, der durch den dritten Durchlaß 18, die zweite seitliche Öffnung 25 und den hohlen Teil 19 verläuft.

Andererseits umfassen die Strömungswege, durch welche das Arbeitsfluid zwischen der oberen Kammer A und der unteren Kammer B beim Druckhub des Kolbens 31 übertragen werden kann: a) den ersten Druckseitenströmungsweg H, der durch die Durchgangsöffnung 31a und das geöffnete Ventil des Druck seitendämpfungsventils 20 verläuft; b) den zweiten Druck seitenströmungsweg J, der durch den hohlen Teil 19, die erste seitliche Öffnung 24 und das geöffnete Ventil des Druckseitenrückschlagventils 22 zu der oberen Kammer A verläuft; und c) den Bypass-Strömungsweg G, der durch den hohlen Teil 19, die zweite seitliche Öffnung 25 und den dritten Durchlaß 18 zu der oberen Kammer A verläuft.

Das besagt, daß der Stoßdämpfer SA eine derartige Dämpfungs kraftcharakteristik aufweist, daß die Charakteristik der Dämpfungskraft sowohl beim Zughub als auch beim Druckhub als Reaktion auf eine Drehbewegung des Einstellers 40 von einer niedrigen Dämpfungskraft (weich) in eine hohe Dämpfungskraft (hart) abgewandelt werden kann.

Bei dieser Ausführung ist die Dämpfungskraftcharakteristik so ausgebildet, daß sie, wie in Fig. 5 gezeigt, in mehreren Stufen abgewandelt werden kann. Eine Charakteristik, wie in Fig. 5 dargestellt, wird auch als Dämpfungskoeffizient bezeichnet.

Wenn gemäß Fig. 6 der Einsteller 40 aus einer Einstellung, in der sowohl die Zugseite als auch die Druckseite niedrige Dämpfungskräfte aufweisen (nachfolgend als weiche Charakte ristik SS bezeichnet), im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, dann kann nur die Dämpfungskraft auf der Zugseite in mehre ren Stufen geändert werden und die Druckstufenseite ist auf dem niedrigen Dämpfungskoeffizientenwert festgelegt (nach folgend als harte Zugstufencharakteristik HS bezeichnet).

Wenn andererseits der Einsteller 40 in Uhrzeigerrichtung gedreht wird, dann weist nur die Druckstufenseite die mehr stufigen Dämpfungskoeffizienten auf, und die Zugstufenseite ist auf dem niedrigen Dämpfungskoeffizient festgelegt (nach folgend als harte Druckstufencharakteristik SH bezeichnet).

Für die Einstellungen, in denen der Einsteller 40 in die Drehstellungen (1), (2) und (3) von Fig. 6 gebracht ist, ist der Querschnitt des Kolbens in der Linie K-K jeweils in den Fig. 7(A), 7(B) und 7(C) gezeigt, in den Linien L-L und M-M in den Fig. 8(A) bis 8(C) und in der Linie N-N in Fig. 9(A) bis 9(C).

Fig. 10, 11 und 12 zeigen Charakteristiken der Dämpfungs kräfte in den jeweiligen Stellungen (1), (2) und (3).

Fig. 13 zeigt einen Ablaufplan, der von der Steuereinheit 4 ausgeführt wird, um den Antrieb des Schrittmotors 3 zu steuern. Es ist festzuhalten, daß die in Fig. 13 gezeigte Programmroutine für jeden Stoßdämpfer unabhängig ausgeführt wird.

Gemäß Fig. 13 liest die CPU 4b in einem Schritt 101 die Geschwindigkeit v, die durch Verarbeiten eines Signals von jedem G-Sensor 1 erlangt wird, eine Lenkwinkelverstellung R und eine Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔR, die durch Verarbeiten eines Signals von dem Lenkwinkelsensor 2 erhalten wird. Es ist anzumerken, daß die Lenkwinkelverstellung (Lenkwinkel) R in der Weise erlangt wird, daß gemäß Fig. 14 das von dem Lenkwinkelsensor 2 erhaltene Signal durch einen Tiefpaß filter (LPF) geleitet wird, der eine Grenzfrequenz von 5 Hz aufweist, um Geräusche mit hohen Frequenzkomponenten zu eli minieren. Ferner ist anzumerken, daß die Lenkwinkelgeschwin digkeit ΔR in der Weise erlangt wird, daß gemäß Fig. 15 eine Änderungsrate in der Lenkwinkelverstellung, die entsprechend einer Änderung der Pulszahl pro Zeiteinheit des Lenkwinkel sensors 2 erlangt wird, durch einen Tiefpaßfilter (LPF) mit einer Grenzfrequenz von 1 Hz geleitet wird.

In einem Schritt 102 bestimmt die CPU 4b, ob die Lenkung eingeschlagen ist und demzufolge ein definierter Lenkzustand besteht.

Das bedeutet, daß die CPU im Schritt 102 bestimmt, ob ein absoluter Wert von (R·ΔR) größer als ein vorbestimmter Wert K ist. Bei JA im Schritt 102 geht die Routine zu einem Schritt 103, und bei NEIN im Schritt 102 geht die Routine zu einem Schritt 110. Fig. 16 zeigt in einer Zeichnung eine erste Region, in welcher der Lenkzustand besteht (EIN), und eine zweite Region, in der der Lenkzustand nicht besteht (AUS).

In einem Schritt 103 veranlaßt die CPU 4b, daß ein Merk zeichen F auf 1 gesetzt wird.

In einem Schritt 104 berechnet die CPU 4b ein Steuersignal V für jeden Stoßdämpfer SA. Wenn der Lenkzustand besteht (EIN), werden die Koeffizienten in einer Steuergleichung wie folgt eingesetzt: α_f = α_r = 0, a_f = a_f, und a_r = a_r

(Steuergleichung)

V_FR = α_f (v₁ + β_fv₁ · v_p + γ_fV₁ + γ_fV₁ · v_R) + a_f (ΔR + b_f · R);
V_FL = α_f (v₂ + β_fv₂ · v_p - γ_fv₂ · v_R) - a_f (ΔR + b_fR);
V_RR = α_r (v₃ - β_rv₃ · v_p + γ₁v₃ · v_R) + a_r (ΔR + b_rR); und
V_RL = α_r (v₄ - β_rv₄ · v_p - γ_rv₄ · v_R) - a_r (ΔR + b_rR)

In der vorstehenden Steuergleichung bezeichnet V_FR ein rechtes Vorderrad, V_FL ein linkes Vorderrad, V_RR ein rechtes Hinterrad und V_RL eine linkes Hinterrad. Diese Symbole können jedoch einfach durch das Steuersignal V ersetzt werden, wenn es hier nicht anders angegeben ist.

Ferner bezeichnet v₁ eine Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am rechten Vorderrad, v₂ eine Vertikalge schwindigkeit der gefederten Masse am linken Vorderrad, v₃ eine Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am rechten Hinterrad und v₄ eine Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am linken Hinterrad. v_p bezeichnet eine Stampf- bzw. Nickrate (pitch rate), v_R bezeichnet eine Rollrate, ΔR bezeichnet die Lenkwinkelgeschwindigkeit und R bezeichnet die Lenkwinkelverstellung.

Außerdem wird die Stampfrate v_p nach einer durchschnitt lichen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Vorder- und den Hinterrädern errechnet, und die Rollrate v_R bezeichnet eine Durchschnittsgeschwindigkeit zwischen den rechten und den linken Rädern. Diese Raten können unter Anwendung der folgenden Gleichungen abgeleitet werden.

v_p = (v₁ + v₂-v₃-v₄)/2
v_R = (v₁ + v₃-v₂-v₄)/2.

Unter nochmaliger Bezugnahme auf Fig. 13 bestimmt die CPU 4b in einem Schritt 105, ob ein absoluter Wert des erhaltenen Steuersignals V größer als ein vorbestimmter Schwellenwert δ ist.

Bei JA in dem Schritt 105 geht die Routine zu einem Schritt 106. Bei NEIN in dem Schritt 105 geht die Routine zu einem Schritt 107.

In dem Schritt 106 bestimmt die CPU 4b, ob das Steuersignal V einen positiven Wert anzeigt. Bei JA in dem Schritt 106 geht die Routine zu einem Schritt 108. Bei NEIN in dem Schritt 106 geht die Routine zu einem Schritt 109.

In dem Schritt 107 beaufschlagt die CPU 4b die Treiberschal tung zur Ausgabe eines Betriebssignals an den Schrittmotor 3 zur Steuerung des Stoßdämpfers SA zum Einstellen der weichen Charakteristik SS.

Im Schritt 108 beaufschlagt die CPU 4b die Treiberschaltung zur Ausgabe eines Betriebssignals an den Schrittmotor 3 zur Steuerung des Stoßdämpfers in die harte Zugstufencharakte ristik HS. Es ist festzuhalten, daß der Dämpfungskoeffizient auf der Zugstufenseite zu diesem Zeitpunkt des Schrittes 108 in ein Verhältnis zur Größe des Steuersignals V gebracht wird.

Im Schritt 109 beaufschlagt die CPU 4b die Treiberschaltung 4c zur Ausgabe eines Betriebssignals an den Schrittmotor 3 zur Steuerung des Stoßdämpfers SA zum Einstellen der harten Druckstufencharakteristik SH. Es ist festzuhalten, daß der Dämpfungskoeffizient auf der Druckstufenseite zu diesem Zeitpunkt des Schrittes 109 in ein Verhältnis zur Größe des Steuersignals V gebracht wird.

In dem Schritt 110 bestimmt die CPU 4b, ob das Merkzeichen F = 1 ist. Bei JA im Schritt 110 geht die Routine zu einem Schritt 111. Bei NEIN im Schritt 110 geht die Routine zu einem Schritt 114.

Im Schritt 111 startet die CPU 4b einen Zeitgeber zum Messen einer Zeit t.

In einem Schritt 112 bestimmt die CPU 4b, ob die gemessene Zeit eine vorbestimmte Zeitdauer T₀ erreicht. Bei JA im Schritt 112 geht die Routine zu einem Schritt 113. Bei NEIN im Schritt 112 geht die Routine zu dem Schritt 104.

In dem Schritt 113 setzt die CPU 4b das Merkzeichen F = 0.

In dem Schritt 114 erzeugt die CPU 4b das Steuersignal V, wenn der Lenkzustand nicht besteht (AUS). In diesem Fall werden die Koeffizienten in der obenstehenden Gleichung so gesetzt, daß α_f = α_f, α_r = α_r und a_f = a_r = 0.

Als nächstes wird nachfolgend ein Betrieb der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform erläutert.

a) Wenn der Lenkzustand nicht besteht (AUS):

Wenn das Fahrzeug nahezu auf einer geraden Straße oder in einem gleichbleibenden Kurvenradius (gleichförmiger Dreh status) fährt, ist ein Produkt zwischen dem Lenkwinkel R und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔR verhältnismäßig klein, so daß der in dem Schritt 102 definierte Lenkzustand nicht besteht.

In diesem Fall wird in dem Schritt 114 das Steuersignal so berechnet, daß die Koeffizienten in der Steuergleichung auf α_f = α_f, α_r = α_r und a_f = a_r = 0 gesetzt werden. In diesem Fall beträgt ein auf den Lenkwinkel bezogener Korrekturwert 0, so daß der Dämpfungskoeffizient des Stoßdämpfers SA auf der Basis der Vertikalgeschwindigkeit v der gefederten Masse, der Stampfrate v_p und der Rollrate v_R gesteuert wird.

Ein derartiger Betriebszustand für den Fall des nicht beste henden Lenkzustandes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf den in den Fig. 17(A) bis 17(B) dargestellten Zeitablaufplan beschrieben.

Fig. 17(A) zeigt einen Zeitablaufplan des Steuersignals V (das hauptsächlich der Vertikalgeschwindigkeit v der gefederten Masse entspricht).

Fig. 17(B) zeigt einen Zeitablaufplan der Dämpfungskraft F und der Relativgeschwindigkeit zwischen den Geschwindig keiten der gefederten und der ungefederten Masse.

Fig. 17(C) zeigt einen Zeitablaufplan der Steuerrichtung des Stoßdämpfers SA.

Fig. 17(D) zeigt einen Zeitablaufplan des an den Schritt motor 3 ausgegebenen Betriebssignals (Dämpfungskoeffizient).

Wenn, wie in den Fig. 17(A) bis 17(D) gezeigt, der absolute Wert des Steuersignals V den vorbestimmten Schwellenwert δ nicht überschreitet, wird die Dämpfungskraftcharakteristik in die weiche Charakteristik geregelt. Wenn sein absoluter Wert den Schwellenwert δ überschreitet, ist die Dämpfungs kraftcharakteristik derart, daß die harte Zugstufencharakte ristik HS eingestellt ist, wenn das Steuersignal ein posi tives Vorzeichen aufweist. Wenn dagegen das Steuersignal V ein negatives Vorzeichen aufweist, ist die Dämpfungskraft charakteristik in der harten Druckstufencharakteristik SH. Außerdem wird der Dämpfungskoeffizient entsprechend der Größe des Steuersignals V geregelt.

Wie vorstehend beschrieben, wird bei dieser Ausführungsform die Dämpfungskraftcharakteristik auf der Grundlage des Vor zeichens des Steuersignals V gewechselt. Wenn jedoch, wie in Fig. 17(A) bis 17(D) gezeigt, das Vorzeichen des Steuersig nals (angenähert entsprechend der Vertikalgeschwindigkeit v der gefederten Masse) mit der Relativgeschwindigkeit über einstimmt, d. h. daß die in dem Stoßdämpfer erzeugte Dämp fungskraft in die Richtung weist, in welcher die Schwingung erfolgt, wird die Richtung, in der der Kolbenhub erfolgt, in den hohen Dämpfungskoeffizient geregelt. Wenn auf der anderen Seite die Vorzeichen des Steuersignals V und der Relativgeschwindigkeit nicht miteinander übereinstimmen, d. h. wenn die Dämpfungskraft in der Richtung der aufgebrach ten Schwingung wirkt, wird die Richtung, in der der Kolben hub erfolgt, in den niedrigen Dämpfungskoeffizient geregelt (das heißt unter Verwendung der "Sky Hook"-Theorie), um den Einfluß der Straßenoberfläche zu unterdrücken und einen hohen Fahrzeugkomfort zu erlangen.

Wie sich unter nochmaliger Bezugnahme auf die Fig. 17(A) bis 17(D) aus dem Fall ergibt, in dem die erste Steuerungsrich tung für den Stoßdämpfer SA von der weichen Druckstufencha rakteristik in die harte Zugstufencharakteristik gewechselt wird, ist es nicht notwendig, die Dämpfungskraftcharakte ristik beim Umschalten der Steuerungsrichtung des Stoßdämp fers SA von der weichen Druckstufe auf die harte Zugstufe zu ändern, wenn die Steuerung zum Einstellen der Druckstufe auf weich erfolgt, vorausgesetzt, daß die harte Zugstufencharak teristik bereits dahin geändert ist.

Auf diese Weise kann die betriebsabhängige Charakteristik und die Haltbarkeit verbessert werden.

b) Wenn der Lenkzustand besteht (EIN) (|R·ΔR| < K, worin K eine Konstante bedeutet):

Wenn das Fahrzeug versucht, von seiner Fahrspur in eine andere Fahrspur zu wechseln, oder wenn das Fahrzeug eine Slalombewegung ausführt, wird der Wert des Produkts aus dem Lenkwinkel R und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔR größer, so daß der in dem Schritt 102 definierte Lenk zustand besteht (EIN).

In diesem Fall werden, wie in dem Schritt 104 erfolgt, die Koeffizienten in der Steuergleichung α_f = α_r = 0, a_f = a_f und a_r = a_r, und die Steuergleichung wird zum Ermitteln des Steuersignals V ausgerechnet.

In diesem Fall ist ein auf die Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse bezogener Term gleich 0 und der Dämpfungs koeffizient des Stoßdämpfers SA wird auf der Grundlage der Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔR und der Lenkwinkelverstellung R geregelt.

Fig. 18(A) und 18(B) zeigen integrale Zeitablaufpläne, wenn der oben beschriebene Lenkzustand besteht.

Fig. 18(A) zeigt den Zeitablaufplan der Lenkwinkelverstel lung R (ausgezogene Linie) und die Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔR (strichpunktierte Linie).

Fig. 18(B) zeigt den Zeitablaufplan des Steuersignals V, wenn der Lenkzustand besteht (ausgezogene Linie), und V′, wenn der Lenkzustand nicht besteht (sogenannte Sky Hook- Steuerung).

Im einzelnen ist die Frequenz der Rollrichtung, die erzeugt wird, wenn das Fahrzeug von seiner Fahrspur in eine andere Fahrspur gewechselt ist oder wenn das Fahrzeug eine Slalom bewegung ausführt, in dem Frequenzband wesentlich niedriger als die Frequenzen etwa der Resonanz der gefederten Masse und der Rollresonanz; der Lenkwinkel R und die Lenkwinkelge schwindigkeit ΔR sind proportional zu einem Rollwinkel und einer Rollrate.

Wenn somit die Dämpfungskraftsteuerung gemäß Fig. 19 während der Lenkerbetätigung entsprechend einer Steuerschaltlinie ausgeführt wird, ist die Steuerung derart, daß sie im Ver hältnis zu dem Rollwinkel und der Rollrate geregelt wird, so daß der Rollwinkel verringert werden kann.

Fig. 20 zeigt eine Lissajous′sche Figur der Dämpfungskraft für den Fall, daß bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Dämpfungskraftsteuerung während des Lenk vorgangs erfolgt.

Wie aus Fig. 20 ersichtlich, kann eine Federkonstante jeder Aufhängungseinheit verstärkt werden, und die verstärkte Federkonstante erlaubt es, den Rollwinkel zu reduzieren. In Fig. 20 bezeichnet eine unterbrochene Linie den Fall, in dem das Steuersignal nur zu der Lenkwinkelgeschwindigkeit pro portional ist. Im Fall der unterbrochenen Linie von Fig. 20 bleibt die Federkonstante unverändert.

In der bevorzugten Ausführungsform wird jede Aufhängungs einheit zum Aufweisen der harten Zugstufencharakteristik HS, der harten Druckstufencharakteristik SH und der weichen Charakteristik SS gesteuert.

Es können jedoch auch solche Aufhängungseinheiten verwendet werden, die die Dämpfungskraftcharakteristiken sowohl in der Zugstufe als auch in der Druckstufe von weich nach hart und umgekehrt ändern. In diesem anderen Fall muß die Relativge schwindigkeit erfaßt werden, wenn die Schwingungsunter drückung gesteuert wird.

Die Steuergleichung ist nicht auf die oben angegebene Gleichung beschränkt. Die Stampfrate und/oder Rollrate in den auf die Vertikalgeschwindigkeit v der gefederten Masse bezogenen Termen können weggelassen werden.

Wenn in dieser Ausführungsform der Lenkzustand besteht (EIN), werden die auf die Vertikalgeschwindigkeit der gefe derten Masse bezogenen Termen auf Null gesetzt, um das Steuersignal V abzuleiten. Es ist jedoch nicht immer not wendig, die Dämpfungskraft mit solchen auf Null gesetzten Termen zu steuern.

Da, wie vorstehend beschrieben, bei einem erfindungsgemäßen Dämpfungssystem für Fahrzeuge das Steuersignal auf der Grundlage der Lenkwinkelverstellung, der Lenkwinkelgeschwin digkeit und des von der Einrichtung zum Erfassen des Ver haltens der gefederten Masse, wie etwa dem G-Sensor, abge leiteten Signals ermittelt wird, und da das ermittelte Steuersignal zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik jedes Stoßdämpfers SA verwendet wird, wird die Dämpfungs kraftcharakteristik für jede Aufhängungseinheit so ge steuert, daß sie die Schwingungsdämpfungskraft in der Roll richtung auf der Grundlage des Lenkwinkels und der Lenkwin kelgeschwindigkeit erzeugt, die angenähert in derselben Phase wie der Rollwinkel und die Rollrate liegen, so daß derart auf die gesteuerte Dämpfungskraft eingewirkt wird, daß die Federkonstante jeder Aufhängungseinheit erhöht wird und der Rollwinkel verringert werden kann.

Ferner ist in dem Fall, daß jeder Stoßdämpfer SA so kon struiert ist, daß er eine hohe Dämpfungskraftcharakteristik auf einer der Hubseiten aufweist, die andere Hubseite auf eine vorbestimmte niedrige Dämpfungskraftcharakteristik festgelegt. Wenn in diesem Fall eine Einstellung, in der eine der Hubseiten, in der die in Richtung der Schwingungs unterdrückung ausgeübte Dämpfungskraft die hohe Dämpfungs kraftcharakteristik aufweist, in eine Einstellung umgesetzt wird, in der die erzeugte Dämpfungskraft in der Beaufschla gungsrichtung der Schwingungen auf den Fahrzeugkörper ausge übt wird, befindet sich die andere Hubseite in der niedrigen Dämpfungskraftcharakteristik ohne eine Änderung der Dämp fungskraftcharakteristik, so daß die Auftreffkraft der Schwingungen gemindert wird. Auf diese Weise ermöglicht eine einfache Steuerung die wirkungsvolle Einstellung der Charak teristik und eine gute Haltbarkeit jeder Aufhängungseinheit (Stoßdämpfer SA).

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik von Stoßdämpfern, von denen jeder zwischen eine gefederte und eine ungefederte Masse eingesetzt ist, wobei ein Steuersignal zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an einer Seite oder beiden Seiten jedes Stoßdämpfers von einer Steuereinheit auf der Grundlage eines Signals abgeleitet wird, das das Verhalten der gefederten Masse angibt, eines Signals, das die Lenk winkelverstellung des Fahrzeuglenksystems angibt, und eines Signals, das die Lenkwinkelgeschwindigkeit des Fahrzeuglenk systems angibt. Ferner weist eine Steuergleichung zum Er mitteln des Steuersignalwertes mehrere Koeffizienten auf, die in Abhängigkeit davon, ob ein vorbestimmter Lenkzustand besteht, auf Null gesetzt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und darge stellte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich.

Claims

1. System zum Steuern der Dämpfungskraftchrakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs, umfassend

a) mehrere Stoßdämpfer (SA), von denen jeder zwischen die gefederte und die ungefederte Masse des Fahrzeugs eingesetzt ist;
b) eine erste Einrichtung (4c) zum Abändern der Dämpfungs kraftcharakteristik auf wenigstens einer Seite des Kolben hubes jedes Stoßdämpfers in Abhängigkeit von einem Steuer signal (V) hin;
c) eine zweite Einrichtung (1) zum Erfassen des Verhaltens der gefederten Masse des Fahrzeugs;
d) eine dritte Einrichtung (2) zum Erfassen einer Lenkwin kelverstellung (R) und der Lenkwinkelgeschwindigkeit (ΔR) eines Fahrzeuglenksystems; und
e) eine vierte Einrichtung (4b) zum Aufnehmen eines ersten Signals, das die Lenkwinkelverstellung (R) anzeigt, und eines zweiten Signals, das die Lenkwinkelgeschwindigkeit (ΔR) anzeigt, von der dritten Einrichtung (2), sowie eines dritten Signals, das das von der zweiten Einrichtung (1) erfaßte Verhalten der gefederten Massen anzeigt, und zum Erzeugen des unter Verwendung der Werte der ersten, zweiten und dritten Signale abgeleiteten Steuersignals (V), welches an die erste Einrichtung übertragen wird, so daß die Dämp fungskraftcharakteristik jedes Stoßdämpfers (SA) entspre chend dem Steuersignal (V) gesteuert wird.

2. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs nach An spruch 1, bei dem jeder Stoßdämpfer (SA), auf den Kolben bezogen, eine Zugstufenseite und eine Druckstufenseite auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stoßdämpfer in drei Steuerarten antreibbar ist: eine harte Zugseitencharakte ristik (HS), so daß die Dämpfungskraftcharakteristik an der Zugseite variabel ist und an der Druckseite auf eine vorbe stimmte niedrige Dämpfungskraftcharakteristik festgelegt ist; eine harte Druckseitencharakteristik (SH), so daß die Dämpfungskraftcharakteristik an der Druckseite variabel ist und an der Zugseite auf eine vorbestimmte niedrige Dämp fungskraftcharakteristik festgelegt ist; und eine weiche Charakteristik (SS), so daß die Dämpfungskraftcharakte ristiken sowohl auf der Zugseite als auch auf der Druckseite auf die vorbestimmten niedrigen Dämpfungskraftcharakte ristiken festgelegt sind.

3. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs nach An spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn ein Wert des Steuersignals (V) einen positiven Wert aufweist und einen vorbestimmten Schwellenwert (δ) übersteigt, die vierte Einrichtung (4b) das Steuersignal an die erste Einrichtung abgibt, so daß der zugehörige Stoßdämpfer (SA) in die Ein stellung der harten Zugseitencharakteristik (HS) gesteuert wird, wenn der Wert des Steuersignals innerhalb eines posi tiven und negativen Schwellenwertes (± δ) liegt, die vierte Einrichtung das Steuersignal an die erste Einrichtung ab gibt, so daß der zugehörige Stoßdämpfer (SA) in die Ein stellung der weichen Charakteristik (SS) gesteuert wird, und wenn der Wert des Steuersignals (V) unter dem negativen Wert des vorbestimmten Schwellenwertes (-δ) liegt, die vierte Einrichtung das Steuersignal an die erste Einrichtung ab gibt, so daß der zugehörige Stoßdämpfer (SA) in die Ein stellung der harten Druckseitencharakteristik (SH) gesteuert wird.

4. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung (4b) das Steuersignal so erzeugt, daß dann, wenn ein vorbestimmter Lenkzustand nicht besteht (AUS), das Steuersignal (V) auf der Grundlage des dritten Signals von der zweiten Einrichtung abgeleitet wird, und wenn ein vorbestimmter Lenkzustand besteht (EIN), das Steuersignal unter Verwendung mindestens der ersten und zweiten Signale von der dritten Einrichtung erzeugt wird.

5. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für jeden Stoßdämpfer durch Anwendung der folgenden Gleichungen abgeleitet wird: V_FR = α_f (v₁ + β_fv₁ · v_p + γ_fV₁ + γ_fv₁ · v_R) + a_f (ΔR + b_f · R);
V_FL = α_f (v₂ + β_fv₂ · v_p - γ_fv₂ · v_R) - a_f (ΔR + b_fR);
V_RR = α_r (v₃ - β_rv₃ · v_p + γ₁v₃ · v_R) + a_r (ΔR + b_rR); und
V_RL = α_r (v₄ - β_rv₄ · v_p - γ_rv₄ · v_R) - a_r (ΔR + b_rR)worin V_FR ein rechtes Vorderrad bezeichnet, V_FL ein linkes Vorderrad bezeichnet, V_RR ein rechtes Hinterrad bezeichnet und V_RL ein linkes Hinterrad bezeichnet, wobei diese Symbole jedoch einfach durch das Steuersignal V ersetzt werden können, sofern es hier nicht anders angegeben ist, worin ferner v₁ eine Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am rechten Vorderrad bezeichnet, v₂ eine Vertikalgeschwin digkeit der gefederten Masse am linken Vorderrad bezeichnet, v₃ eine Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am rechten Hinterrad bezeichnet, v₄ eine Vertikalgeschwindig keit der gefederten Masse am rechten Hinterrad bezeichnet, v_p eine Stampf- bzw. Nickrate (pitch rate) bezeichnet, v_R eine Rollrate bezeichnet, ΔR die Lenkwinkelgeschwindigkeit bezeichnet und R die Lenkwinkelverstellung bezeichnet, und wobei ferner die Stampfrate v_p nach einer durchschnittlichen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Vorder- und den Hinterrädern berechnet wird und die Rollrate v_R eine durch schnittliche Geschwindigkeit zwischen den rechten und den linken Rädern bezeichnet, wobei diese Raten unter Anwendung der folgenden Gleichungen abgeleitet werden können:v_p = (v₁ + v₂-v₃-v₄)/2
v_R = (v₁ + v₃-v₂-v₄)/2.

6. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn der vorbestimmte Lenkzustand nicht besteht (AUS), α_f = α_f, α_r = α_r und a_f = a_r = 0 sind, und wenn der vorbestimmte Lenkzustand besteht (EIN), α_f = α_r = 0, a_f = a_f und a_r = a_r sind.

7. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (1) einen Vertikal-G-Sensor für jeden Stoßdämpfer an dem Fahrzeugkörper aufweist, um die Vertikal geschwindigkeit der gefederten Masse zu erfassen.

8. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Lenkzustand wie folgt ist: |R·ΔR| < K, worin K eine Konstante bezeichnet.