DE4331514C2

DE4331514C2 - System zum Steuern bzw. Regeln der Dämpfungscharakteristik von Fahrzeugstoßdämpfern

Info

Publication number: DE4331514C2
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: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: GB9319211D0; US5440488A; DE4331514A1; GB2270659B; GB2270659A; JPH0692122A; JP3080274B2

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern der Dämpfungscharakteristik an Stoßdämpfern eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der JP 61-163011 A ist ein Beispiel für ein früher vorgeschlagenes System zum semiaktiven Steuern der Dämpfungscharakteristik der Stoßdämpfer eines Fahrzeugs beschrieben.

In der genannten Veröffentlichung wird sowohl die vertikale Geschwindigkeit der gefederten Masse (Fahrzeugkörper) als auch die Relativgeschwindigkeit zwischen der gefederten Masse (Fahrzeugkörper) und der ungefederten Masse (Rad) erfaßt. Wenn beide Geschwindigkeiten das selbe Vorzeichen aufweisen, wird die Dämpfung des Stoßdämpfers auf hart eingestellt. Wenn jedoch die beiden Geschwindigkeiten unter schiedliche Vorzeichen haben, wird die Dämpfung des Stoßdämpfers auf weich eingestellt. Diese Einstellvorgänge vollziehen die als "Sky Hook"-Theorie bezeichnete semiaktive Steuerung der Dämpfungs charakteristik unabhängig voneinander für die Stoßdämpfer der einzelnen Räder.

Damit kann eine den Fahrzeugkörper zu Schwingungen anregende Energie verringert und andererseits die Dämpfung der Energie von vorhandenen Schwingungen gesteigert werden. Dementsprechend können auf den Fahrzeugkörper einwirkende Schwingungen unterdrückt und ein wesentlich verbesserter Fahrkomfort erreicht werden. Zusätzlich können Phänomene wie Anfahr-Hocken und/oder Brems-Nicken unterdrückt und die Lenkstabilität verbessert werden.

Wenn jedoch bei dem in der genannten JP 61-163011 A offenbarten Aufhän gungssteuersystem ein Steuerungsverstärkungsfaktor so fest gelegt wird, daß die Übertragung der Schwingungsenergie von der Straßenoberfläche auf den Fahrzeugkörper (gefe derte Masse) unterdrückt wird, während die Charakteristik zum Steuern der Schwingungsdämpfung erhalten bleibt, erfolgt beim Einwirken einer Trägheitskraft auf die gefederte Masse aus einem Lenkvorgang des Fahrzeugs ein Wanken bzw. Rollen der gefederten Masse. Weiterhin wird die Wirkung der Dämpfung durch die zusätzlich wirkende Träg heitskraft unzureichend, so daß ein ausreichender schwin gungsdämpfender Effekt auf die gefederte Masse nicht erzielt werden kann.

Die DE 42 36 805 A1, bei der es sich um eine nicht vorveröffentlichte, prioritätsältere Anmeldung derselben Anmelderin handelt, beschreibt eine Einrichtung zur Steuerung des Dämpfungskoeffizienten eines Schwingungsdämpfers. Der Dämpfungskoeffizient jedes einzelnen Dämpfers wird dabei aufgrund eines Steuersignals eingestellt, dessen Ableitung aus der Ausfederungsgeschwindigkeit eines Fahrzeugkörperteils neben dem entsprechenden Schwingungsdämpfer und/oder der Einfederungsgeschwindigkeit des Fahrzeugkörpers und/oder der Nickgeschwindigkeit des Fahrzeugkörpers erfolgt. Die verschiedenen Werte für das Fahrzeugverhalten werden dabei aus Signalen abgeleitet, welche von den einzelnen Schwingungsdämpfern zugeordneten Beschleunigungssensoren gewonnen werden. Besondere Vorkehrungen für die Kurvenfahrt sind nicht getroffen.

Aus der DE 41 35 525 A1 ist eine ähnliche Anordnung bekannt, wobei zur Erfassung einer Fahrtrichtungsänderung eine Querbeschleunigung eingeht.

Die EP 0 235 695 A1 zeigt bereits ein Dämpfungssteuerungssystem, bei dem neben zahlreichen anderen Faktoren auch der Lenkwinkel und dessen Änderungsrate von entsprechenden Sensoren erfaßt werden. Die Verarbeitung erfolgt dabei nach einem aufwendigen komplexen Ablauf in einem Rechner, wobei nicht nur der Lenkwinkel und die Vertikalbeschleunigung in die Steuerungswerte eingehen, sondern zusätzlich die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Gaspedalstellung und ggfs. die Bremsverzögerung. Diese Anordnung ist von der Software wie von der Hardware her sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit sicher arbeitet und bei auftretenden Fahrtrichtungsänderungen eine angemessene Änderung des Dämpfungsverhaltens erzeugt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

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

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

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Systems zum Steuern der Dämpfungskoeffizienten für die jeweiligen Stoßdämpfer,

Fig. 3 einen Querschnitt eines der Stoßdämpfer, der in der erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Anwendung kommt,

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

Fig. 5 eine charakteristische Kurvenschar der Dämpfungswirkung in der Zugstufe und der Druckstufe des Kolbens jedes Stoßdämpfers, der in der Ausführungsform gemäß Fig. 2 bis 4 zur Anwendung kommt,

Fig. 6 eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft in Abhängigkeit von der Verstellung eines Schritt motors zur Dämpfungssteuerung im Stoßdämpfer,

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

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

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

Fig. 10 eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft, wenn die Dämpfungscharakteristik in der Zugstufe des Stoßdämpfers auf hart eingestellt ist,

Fig. 11 eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft, wenn die Dämpfungscharakteristiken sowohl in der Zugstufe als auch in der Druckstufe auf weich einge stellt sind,

Fig. 12 eine charakteristische Kurve der Dämpfungskraft, wenn die Dämpfungscharakteristik in der Druckstufe des Stoßdämpfers auf hart eingestellt ist,

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

Fig. 14 ein Blockschaltdiagramm einer wesentlichen Schaltung des Dämpfungskoeffizient- Steuersystems,

Fig. 15 ein Blockschaltdiagramm einer anderen wesentlichen Schaltung des Dämpfungskoeffizient- Steuersystems,

Fig. 16 ein Diagramm der Grenzbedingung zum Umschalten des Dämpfungskraftsteuersystems,

Fig. 17(A), 17(B), 17(C) und 17(D) einen Zeitablaufplan der Betriebsabläufe ohne Einfluß des Lenkzustands,

Fig. 18(A) und 18(B) einen Zeitablaufplan zum Erläutern der Abläufe unter Einfluß des Lenkzustands,

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

Fig. 20 Veränderungen der Dämpfer-Kennlinie mit dem erfindungsgemäßen Dämpfungskraftsteuersystem.

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

In Fig. 1 sind vier Stoßdämpfer (Aufhängungseinheiten) SA₁, SA₂, SA₃ und SA₄ 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 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 untere 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 bzw. Zugstufe als auch die Druckseite bzw. Druckstufe 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, ein Lenkwinkel Θ und eine Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔΘ, die durch Verarbeiten eines Signals von dem Lenkwinkelsensor 2 erhalten wird. Es ist anzumerken, daß der Lenkwinkel Θ 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 ΔΘ in der Weise erlangt wird, daß gemäß Fig. 15 eine Änderungsrate im Lenkwinkel, der 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 (Θ · ΔΘ) 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 (ΔΘ + b_f · Θ);
V_FL = α_f (v₂ + β_fv₂ · v_p - γ_fv₂ · v_R) - a_f (ΔΘ + b_fΘ);
V_RR = α_r (v₃ - β_rv₃ · v_p + γ₁v₃ · v_R) + a_r (ΔΘ + b_rΘ); und
V_RL = α_r (v₄ - β_rv₄ · v_p - γ_rv₄ · v_R) - a_r (ΔΘ + b_rΘ).

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, ΔΘ bezeichnet die Lenkwinkelgeschwindigkeit und Θ bezeichnet den Lenkwinkel.

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 in der Zugstufe 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 in der Druckstufe 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 Θ und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔΘ 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) (|Θ · ΔΘ| < 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 Θ und der Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔΘ 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 ΔΘ und dem Lenkwinkel Θ geregelt.

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

Fig. 18(A) zeigt den Zeitablaufplan des Lenkwinkels Θ (ausgezogene Linie) und die Lenkwinkelgeschwindigkeit ΔΘ (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 Θ und die Lenkwinkelge schwindigkeit ΔΘ 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 des Lenkwinkels, 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 von Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs, mit

a) mehreren Stoßdämpfern (SA), von denen jeder zwischen die gefederte und eine ungefederte Masse des Fahrzeugs eingesetzt ist;
b) einer ersten Einrichtung (3, 70) zum Abändern der Dämpfungskraftcharakteristik in der Zug- und/oder Druckstufe jedes Stoßdämpfers in Abhängigkeit von einem Steuersignal (Vi);
c) einer zweiten Einrichtung (1) zum Erfassen der vertikalen Geschwindigkeiten (vi) an der gefederten Masse des Fahrzeugs;
d) einer dritten Einrichtung (2) zum Erfassen eines Lenkwinkels (Θ) und einer Lenkwinkelgeschwindigkeit (ΔΘ) eines Fahrzeuglenksystems; und
e) einer Steuereinheit (4b) zum Aufnehmen eines ersten Signals, das den Lenkwinkel(Θ) anzeigt, und eines zweiten Signals, das die Lenkwinkelgeschwindigkeit (ΔΘ) anzeigt, von der dritten Einrichtung (2), sowie eines dritten Signals, das die von der zweiten Einrichtung (1) erfaßten Vertikalgeschwindigkeiten (vi) der gefederten Masse anzeigt, und zum Erzeugen von unter Verwendung der Werte der ersten, zweiten und dritten Signals abgeleiteten Steuersignalen (Vi), welche an die erste Einrichtung übertragen werden, so daß die Dämp fungskraftcharakteristik jedes Stoßdämpfers (SAi) entsprechend dem zugeordneten Steuersignal (Vi) gesteuert wird,
f) wobei jeder Stoßdämpfer (SA) in drei Steuerarten einstellbar ist:
- a) eine variabel harte Zugstufe in Verbindung mit einer Druckstufe von vorbestimmter niedriger Dämpfung (HS);
- b) eine variabel harte Druckstufe in Verbindung mit einer Zugstufe von vorbestimmter niedriger Dämpfung (SH); und
- c) einer weichen Charakteristik (SS), bei der die Dämpfung sowohl der Zugstufe als auch der Druckstufe auf die vorbestimmte niedrige Dämpfung festgelegt ist,
g) wobei ferner dann, wenn ein Wert des Steuersignals (Vi) für einen Stoßdämpfer (SAi) einen positiven Wert aufweist und einen vorbestimmten Schwellenwert (δ) übersteigt, die Steuereinheit (4) das Steuersignal an die erste Einrichtung so abgibt, daß der Stoßdämpfer (SAi) in die Einstellung der harten Zugstufendämpfung (HS) gesteuert wird; jedoch dann, wenn der Wert des Steuersignals zwischen positiven und negativen Schwellenwerten (±δ) liegt, der zugehörige Stoßdämpfer (SAi) auf die weiche Dämpfung (SS) gesteuert wird; während dann, wenn der Wert des Steuersignals (Vi) unter dem negativen Schwellenwert (-δ) liegt, der zugehörige Stoßdämpfer (SAi) auf die harte Druckstufendämpfung (SH) gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
h) dann, wenn der Lenkzustand die Bedingung |Θ · ΔΘ| < K nicht erfüllt, das Steuersignal (Vi) für den entsprechenden Stoßdämpfer (SAi) auf der Grundlage des dritten Signals (vi) von der zweiten Einrichtung (1) abgeleitet wird, und wenn die Bedingung erfüllt ist, das Steuersignal (Vi) unter Verwendung mindestens des ersten und zweiten Signals (Θ, ΔΘ) von der dritten Einrichtung (2) erzeugt wird.

2. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SAi) eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, 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 (ΔΘ + b_f · Θ);
V_FL = α_f (v₂ + β_fv₂ · v_p - γ_fv₂ · v_R) - a_f (ΔΘ + b_fΘ);
V_RR = α_r (v₃ - β_rv₃ · v_p + γ₁v₃ · v_R) + a_r (ΔΘ + b_rΘ); und
V_RL = α_r (v₄ - β_rv₄ · v_p - γ_rv₄ · v_R) - a_r (ΔΘ + b_rΘ),worin bedeutet:
V_FR das Steuersignal V für das rechte Vorderrad,
V_FL das Steuersignal V für das linke Vorderrad,
V_RR das Steuersignal V für das rechte Hinterrad,
V_RL das Steuersignal V für das linke Hinterrad,
v₁ die Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am rechten Vorderrad,
v₂ die Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am linken Vorderrad,
v₃ die Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am rechten Hinterrad,
v₄ die Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse am rechten Hinterrad,
v_p die Nickgeschwindigkeit,
v_R die Rollgeschwindigkeit,
ΔΘ die Lenkwinkelgeschwindigkeit,
Θ die Lenkwinkelverstellung,
wobei die Nickgeschwindigkeit v_p und die Rollgeschwindigkeit v_R aus folgenden Gleichungen abgeleitet werden:v_p = (v₁ + v₂ - v₃ - v₄)/2
v_R = (v₁ + v₃ - v₂ - v₄)/2.

3. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SAi) eines Fahrzeugs nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Lenkzustands-Bedingung nicht erfüllt ist, α_f = α_f, α_r = α_r und a_f = a_r = 0 sind, und wenn die Lenkzustands-Bedingung erfüllt ist, α_f = α_r = 0, a_f = a_f und a_r = a_r sind.

4. System zum Steuern der Dämpfungskraftcharakteristik an den einzelnen Stoßdämpfern (SA) eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (1) einen Vertikal-G-Sensor für jeden Stoßdämpfer (SAi) an dem Fahrzeugkörper aufweist, um die Vertikalgeschwindigkeit der gefederten Masse zu bestimmen.