DE60038153T2

DE60038153T2 - Fahzeugaufhängungen

Info

Publication number: DE60038153T2
Application number: DE60038153T
Authority: DE
Inventors: William Sutton Coldfield BURDOCK; Steven Kings Heath Williams
Original assignee: Land Rover UK Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: EP1101637B1; DE60038153D1; US6688612B1; EP1101637A2; EP1101637A3; US7040632B2; GB9927295D0; US20040150173A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf aktive und halbaktive Fahrzeugaufhängungen und insbesondere auf derartige Aufhängungen für Geländefahrzeuge.
Fahrzeugaufhängungen sind auf verschiedene Arten gekennzeichnet, einschließlich der Rollsteifigkeit, der Einzelachsenauslenkung und der Querauslenkung. Es gibt zwei Aspekte einer Aufhängung, die bestimmen, wie leicht sich die Räder gelenkig bewegen können. Ein Aspekt ist die Dämpfungskonstante der Dämpfer und der andere Aspekt ist die Federkonstante der Federn in der Aufhängung. Der Ausdruck Steifigkeit bezieht sich auf die Federkonstante. Deswegen wird die Auslenkungssteifigkeit der Vorderachse eines Fahrzeugs als eine Kraft (die als ein Moment oder eine geradlinige Kraft ausgedrückt wird) pro Einheit der Auslenkungsverlagerung der Vorderräder ausgedrückt (ausgedrückt als eine Auslenkungsverlagerung in Winkelrichtung oder eine geradlinige Differenz der Hubhöhe). Die Steifigkeit der Querauslenkung ist definiert als eine Kraft pro Einheit der Verlagerung der Querauslenkung, ausgedrückt z. B. als eine geradlinige Differenz der durchschnittlichen Hubhöhe zwischen zwei Paaren von diagonal gegenüberliegenden Rädern.
Wenn ein Fahrzeug durch unwegsames Gelänge fährt, ist es erwünscht, einen hohen Grad der Auslenkung der Räder zu ermöglichen, d. h. eine vertikale Bewegung der Räder an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs in entgegengesetzten Richtungen. Es ist insbesondere ein hoher Grad der Auslenkung in Querrichtung erwünscht, d. h. eine Auslenkung der Vorderräder in eine Richtung und eine Auslenkung der Hinterräder in der entgegengesetzten Richtung. Das ermöglicht, dass das Fahrzeug die Traktion auf einem stark unebenen Boden aufrechterhält. Das kann jedoch mit der Notwendigkeit einer festen Rollsteuerung bei schneller Fahrt auf einer Fahrbahn in Konflikt stehen, da ein Rollen als eine Auslenkung der Vorder- und Hinterachsen in derselben Richtung betrachtet werden kann.
Dieser Konflikt entsteht z. B. in untereinander verbundenen Fluidaufhängungen, wie etwa untereinander verbundenen Luftaufhängungen, wobei der Grad der Verbindung zwischen Luftfedern an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs ausgewählt werden kann, um den Grad des Widerstands gegen eine Auslenkung zu steuern.
Aus dem Patent US 5.765.115 ist z. B. bekannt, ein Luftaufhängungssystem zu schaffen, bei dem die Luftfedern der beiden Hinterräder durch ein Rohr miteinander verbunden sind, das durch ein Torventil geschlossen und geöffnet werden kann, und die Luftfedern der beiden Vorderräder in ähnlicher Weise miteinander verbunden sind. Ein Schließen der Ventile vergrößert die Rollsteifigkeit des Fahrzeugs, und wenn sie geöffnet werden, vergrößert sich die Leichtigkeit der Auslenkung.
Derselbe Konflikt entsteht bei der Verwendung von Drehstabstabilisatoren, die steif sein müssen, um einen guten Rollkontakt auf der Fahrbahn zu schaffen, jedoch viel weniger steif sein müssen, um eine ausreichende Auslenkung im Gelände zuzulassen.
Diesem Problem widmete sich z. B. der Typ des Systems, der im Patent US 4.796.911 offenbart wurde, das ein Fahrzeug mit einem geteilten Drehstabstabilisator offenbart, bei dem zwischen den beiden Hälften eine hydraulische Entkopplungsvorrichtung vorhanden ist. Ein Sensor für unebene Fahrbahn erfasst, wenn das Fahrzeug über eine unebene Fahrbahn fährt und in Reaktion darauf werden die beiden Hälften des Drehstabstabilisators voneinander entkoppelt, um die Einfachheit der Auslenkung zu verbessern. Auf glatten Fahrbahnen werden die beiden Hälften wieder miteinander gekoppelt, um die Rollsteifigkeit zu verbessern.
Ein ähnlicher Konflikt entsteht bei Dämpfern, die gewöhnlich erforderlich sind, um einen relativ hohen Grad der Dämpfung bei Gebrauch auf der Fahrbahn zu schaffen, jedoch einen verminderten Grad der Dämpfung während des Gebrauchs im Gelände zu schaffen, um die Leichtigkeit der Auslenkung zu verbessern. Es ist außerdem bekannt, diesem Problem zu begegnen, indem umschaltbare Dämpfer verwendet werden, die eine Dämpfungskonstante haben, die verändert werden kann, um den momentanen Fahrbedingungen zu entsprechen.
Das Patent US 5.144.559 offenbart ein Aufhängungssteuersystem.
Während sich diese Systeme dem Problem widmen, besteht ständig eine Notwendigkeit für eine bessere Steuerung derartiger Systeme.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeugaufhängungssystem, das Aufhängungsmittel zum Verbinden von Rädern mit gegenüberliegenden Seiten einer Fahrzeugkarosserie, wobei die Aufhängungsmittel einstellbar sind, um den Grad des Widerstands, den sie gegen eine Auslenkung der Räder bereitstellen, einzustellen, Messmittel, die eingerichtet sind, um die Hubhöhe der Räder zu messen, und Steuermittel enthält, wobei die Steuermittel eingerichtet sind, um eine Auslenkung der Räder relativ zur Karosserie durch Vergleichen ihrer Hubhöhen zu messen, um den Pegel der Auslenkungsbewegung der Räder zu überwachen und den Widerstand zu verringern, wenn die Auslenkungsbewegung einen vorbestimmten Pegel erreicht.
Die gemessene Auslenkung kann eine Einzelachsen-Auslenkung sein, das ist die Differenz der Hubhöhe zwischen den beiden Vorderrädern bzw. die Differenz der Hubhöhe zwischen den hinteren beiden Rädern für ein typisches Allradfahrzeug. Die gemessene Auslenkung kann alternativ eine Querauslenkung sein, das ist die Differenz zwischen der Auslenkung der Vorderräder und der Auslenkung der Hinterräder.
Die Messmittel sind vorzugsweise so eingerichtet, dass sie die Hubhöhe jedes Rads eines Paars von Rädern an gegenüberliegenden Seiten der Karosserie messen und die Auslenkung dieses Paars von Rädern durch Vergleichen ihrer Hubhöhen messen.
Die Messmittel sind vorzugsweise so eingerichtet, dass sie die Querauslenkung zwischen zwei Paaren von Rädern messen, wobei sich jedes Paar an gegenüberliegenden Seiten der Karosserie befindet, und die Steuermittel sind so eingerichtet, dass sie den Widerstand verringern, wenn hohe Pegel der Querauslenkung erfasst werden.
Die Steuermittel sind vorzugsweise so eingerichtet, dass sie ein dynamisches Maß des Pegels der Auslenkung berechnen und den Widerstand verringern, wenn das dynamische Maß einen vorbestimmten Pegel erreicht.
Das dynamische Maß ist vorzugsweise so eingerichtet, dass es sich während Perioden großer Auslenkungen vergrößert und während Perioden geringer Auslenkungen verringert. Das dynamische Maß kann z. B. einen geschwindigkeitsabhängigen Versatz enthalten, der so beschaffen ist, dass er bewirkt, dass es bei höheren Geschwindigkeiten kleiner wird.
Die Aufhängungsmittel können mehrere Formen besitzen. Sie können z. B. fluidgefüllte Aufhängungseinheiten enthalten, wie etwa Luftaufhängungseinheiten, die den Rädern durch die Steuermittel zugeordnet sind, die so eingerichtet sind, dass sie den Widerstand verringern, indem sie den Grad der Verbindungen zwischen Einheiten an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs vergrößern, oder sie können einen geteilten Drehstabstabilisator enthalten, wobei die Steuermittel so eingerichtet sind, dass sie die beiden Hälften des Drehstabstabilisators wenigstens teilweise entkoppeln, um den Widerstand zu verringern.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Fahrzeugaufhängungssystem mit Aufhängungsmitteln zum Verbinden von Rädern mit gegenüberliegenden Seiten einer Fahrzeugkarosserie, wobei die Aufhängungsmittel einstellbar sind, um den Grad des Widerstands, den sie gegen eine Auslenkung der Räder aufbringen, einzustellen, Seitenneigungs erfassungsmitteln, die eingerichtet sind, um zu erfassen, wenn das Fahrzeug eine Seitenneigung aufweist, und Steuermitteln, wobei die Steuermittel so eingerichtet sind, dass sie in Reaktion auf die Erfassung einer Seitenneigung den Pegel des Widerstands vergrößern.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Fahrzeugaufhängungssystem mit Aufhängungsmitteln zum Verbinden von Rädern mit gegenüberliegenden Seiten einer Fahrzeugkarosserie, wobei die Aufhängungsmittel einstellbar sind, um den Grad des Widerstands, die sie gegen eine Auslenkung der Räder bereitstellen, einzustellen, Messmitteln, die eingerichtet sind, um eine Auslenkung der Räder relativ zur Karosserie zu messen, und Steuermitteln, die abgeschaltet und eingeschaltet werden können, wobei die Steuermittel eingerichtet sind, um: eine momentane Verlagerung der Räder zu messen, beim Abschalten die momentane Verlagerung der Räder und den momentanen Pegel des Widerstands zu speichern und beim Einschalten dann, wenn der momentane Pegel des Widerstands beim Abschalten der niedrige Pegel war, die momentane Verlagerung mit der gespeicherten Verlagerung zu vergleichen, und dann, wenn sie im Wesentlichen gleich sind, den Widerstand auf den niedrigen Pegel zurückzuführen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in der:
1 eine diagrammartige Darstellung des Fahrzeugs ist, das ein Aufhängungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung enthält; und
2 eine diagrammartige Darstellung des Fahrzeugs ist, das ein Aufhängungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung enthält.
Das Fahrzeug hat zwei Vorderräder 10, 12 und zwei Hinterräder 14, 16, wobei das vordere Paar an einem vorderen Achsenträger 18 angebracht ist und das hintere Paar an einem hinteren Achsenträger 20 angebracht ist. Die Achsen 18, 20 sind mit der Fahrzeugkarosserie 22 durch ein Luftaufhängungssystem verbunden, das vier Luftfedern 24, 25, 26, 27 enthält, die sich jeweils an den Enden der Achsen 18, 20 befinden. Jede Luftfeder steuert deshalb die Hubhöhe an einem entsprechenden der Räder 10, 12, 14, 16, d. h. die Höhe der Karosserie relativ zu den Rädern. Die Luftfedern stehen jeweils in einer pneumatischen Verbindung mit einem Ventilblock 28, der die Strömung von Luft von einem Kompressor 30 zu den Federn und von den Federn in die Atmosphäre steuert. Der Ventilblock 28 und der Kompressor 30 werden durch eine Steuereinheit 32 gesteuert. Eine pneumatische Verbindung 34 ist außerdem zwischen den vorderen beiden Luftfedern 24, 25 vorgesehen sowie eine weitere pneumatische Verbindung 36 zwischen den hinteren beiden Luftfedern 26, 27. Jede Verbindung 34, 36 kann durch ein entsprechendes Querverbindungsventil 38, 40 geöffnet und geschlossen werden.
Die Steuereinheit 32 ist mit den Hubhöhensensoren 42, 43, 44, 45, die jeweils einem entsprechenden Rad der Räder 10, 12, 14, 16 zugeordnet sind, und mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 46 verbunden, der einen oder mehrere Radgeschwindigkeitssensoren von einem Antiblockier-Bremssystem umfasst. Die Hubhöhensensoren 42, 43, 44, 45 messen die Hubhöhe der Räder, indem sie die relative Position zwischen einem Teil des Aufhängungssystems, wie etwa die Enden der Achsen 18, 20, und der Karosserie 22 messen.
Unter normalen Fahrbedingungen auf einer Fahrbahn werden die Querverbindungsventile 38, 40 geschlossen gehalten und die Steuereinheit 32 steuert die Strömung von Luft in die Luftfedern 24, 25, 26, 27 und aus diesen heraus an den beiden Seiten des Fahrzeugs, um das Rollen des Fahrzeugs zu steuern. Wenn sie jedoch erfasst, wie im Folgenden beschrieben wird, dass das Fahrzeug über unebenes Gelände fährt, wo ein geringer Widerstand gegen eine Auslenkung erforderlich ist, um die Traktion aufrechtzuerhalten, und die Lastverteilung zwischen den Rädern 10, 12, 14, 16 optimiert werden muss, öffnet sie die Querverbindungsventile. Dies vermindert die Auslenkungssteifigkeit der vorderen und der hinteren Achse und vermindert somit die Querauslenkungssteifigkeit der Aufhängung.
Ein unebenes Gelände erzeugt im Allgemeinen hohe Pegel der Querauslenkungsbewegungen der Räder bei verhältnismäßig geringen Frequenzen. Deswegen muss das System diese hohen Pegel der Bewegung entweder bei der Querauslenkung oder bei einer Einzelachsenauslenkung überwachen.
Ein erstes Verfahren der Überwachung und der Erfassung von Bedingungen, bei denen die Querverbindungsventile 38, 40 geöffnet werden sollten, wird nun beschrieben. Dieses Verfahren basiert auf der Tatsache, dass für ein fahrendes Fahrzeug dann, wenn die durchschnittliche Auslenkungsverlagerung groß ist, dieses bedeutet, dass ein hoher Pegel einer Auslenkungsbewegung auftritt. Dies gilt insbesondere für Querauslenkungen, da die Querauslenkungsverlagerung in einem fahrenden Fahrzeug nicht konstant bleiben kann. Das gilt außerdem im Allgemeinen für Einzelachsenauslenkungen, da es unwahrscheinlich ist, hohe Pegel des Rollens für lange Zeitperioden aufrechtzuerhalten, mit der Ausnahme einer Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit oder wenn das Fahrzeug eine Seitenneigung aufweist. Verfahren zum Handhaben dieser Umstände werden im Folgenden beschrieben.
Zunächst verwendet die Steuereinheit die Signale von den Hubhöhensensoren 42, 43, 44, 45, um einen momentanen Pegel der Auslenkung der Vorderräder und jenen der Hinterräder zu berechnen. Um die momentane Auslenkungsverlagerung A_f der Vorderräder zu berechnen, subtrahiert die Steuereinheit die Hubhöhe des linken Vorderrads H_fl von jener des rechten Vorderrads H_fr unter Verwendung der Gleichung: Af = Hfr – Hfl
In ähnlicher Weise wird die momentane Auslenkungsverlagerung der Hinterräder berechnet, indem die Hubhöhe an dem linken Hinterrad H_rl von jener des rechten Hinterrads H_rr unter Verwendung der folgenden Gleichung subtrahiert wird: Ar = Hrr – Hrl
Jedes Auslenkungsmaß A_f und A_r besitzt eine Größe, die null ist, wenn sich die beiden Räder in derselben Hubhöhe befinden, und ein Vorzeichen, das in Abhängigkeit davon, ob die Auslenkung nach links oder rechts erfolgt, positiv oder negativ sein kann. Deswegen kann in jedem Moment der momentane Pegel der Querauslenkungsverlagerung A_cross bestimmt werden, indem die hintere Auslenkungsverlagerung Ar von der vorderen Auslenkungsverlagerung Ar unter Verwendung der folgenden Gleichung subtrahiert wird: Across = Af – Ar.
Da dieser Wert positiv oder negativ sein kann und null ist, wenn die Hubhöhen aller Räder gleich sind oder das Fahrzeug eine reine Rollbewegung oder eine reine Nickbewegung ausführt, wird der Betrag dieses Werts verwendet und unter Verwendung eines Tiefpassfilters gefiltert. Dadurch werden die Teile des Signals ausgeschnitten, die infolge von hochfrequenten Auslenkungsbewegungen oder Schwingungen von geringfügigen Unebenheiten auf der Fahrbahnoberfläche vorhanden sind, und ein Signal A_cross,LPF erzeugt, das die Querauslenkung angibt, die durch größere Unebenheiten in der Oberfläche, auf der gefahren wird, erzeugt wird. Die Frequenzen, die von Interesse sind, sind jene in der Größenordnung der Eigenfrequenz der Fahrzeugkarosserie und darunter. Diese Eigenfrequenz kann die Eigenfrequenz von Schwingungen der Karosserie bei Aufprall-, Nick- oder Rollbewegungen relativ zu den Rädern sein, da alle diese Frequenzen im Allgemeinen ähnlich sind. Das Tiefpassfilter schneidet deswegen Frequenzen oberhalb eines Grenzwerts aus, der im Allgemeinen im Bereich von 2 bis 3 Hz liegt. Der Pegel der Querauslenkungsbewegung wird dann gemessen, indem ein dynamisches Maß oder ein dynamischer Durchschnitt der Auslenkungsverlagerung in Form eines Integrals Z_cross von (A_cross,LPF – X)k erzeugt wird, d. h.
wobei X ein geschwindigkeitsabhängiger Versatz ist, der sich mit der Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößert, und k ein Skalierungsfaktor ist. Es wird anerkannt, dass bei höheren Geschwindigkeiten bei niedrigen Pegeln der Querauslenkung der Wert des Integrals Z_cross mit der Zeit kleiner wird, jedoch bei geringeren Geschwindigkeiten mit höheren Pegeln der Auslenkung steigt Z_cross mit der Zeit an. Wenn dieses Integral Z_cross größer als ein vorgegebener Schwellenwert Z_cross,limit ist, gibt dies an, dass das Fahrzeug auf einer unebenen Fahrbahnoberfläche fährt. Die Steuereinheit prüft deswegen, ob der Betrag der Querauslenkungsverlagerung A_cross kleiner als ein vorgegebener Wert A_cross,limit ist. Wenn das der Fall ist oder wenn er andernfalls auf diesen Wert fällt, während das Integral Z_cross immer noch groß ist, was eine unebene Fahrbahn anzeigt, werden die Querverbindungsventile geöffnet, damit die Räder leichter eine Auslenkung ausführen können. Wenn dieses Integral Z_cross unter den Schwellenwert Z_cross,limit abfällt, zeigt dies an, dass das Fahrzeug nicht mehr auf einer unebenen Fahrbahnoberfläche fährt. Die Steuereinheit prüft, ob der Betrag der Querauslenkungsverlagerung A_cross kleiner als der vorgegebene Schwellenwert A_cross,limit ist. Wenn das der Fall ist oder wenn er andernfalls auf diesen Schwellenwert fällt, während das Integral Z_cross immer noch klein ist, was eine glatte Fahrbahn anzeigt, werden die Querverbindungsventile wieder geschlossen, um die Aufhängung in Bezug auf Rollbewegungen steifer zu machen. Die Ventile werden nur bei niedrigen Pegeln der Querauslenkungsverlagerung geöffnet und geschlossen, um einen gleichmäßigen Übergang vom geschlossenen in den geöffneten Zustand und zurück zu gewährleisten. Wenn dies beim Übergang vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand nicht erfolgen würde, könnten plötzliche Änderungen des Verhaltens und der Hubhöhe des Fahrzeugs auftreten, da die Luft plötzlich zwischen den Luftfedern strömen kann. Wenn dies beim Übergang vom geöffneten Zustand zum geschlossenen Zustand nicht erfolgen würde, könnte die Verteilung der Luft zwischen den beiden Seiten des Fahrzeugs vorübergehend in einem ungleichen Zustand gehalten werden. Der Wert von A_cross,limit kann so gewählt werden, dass er für das bestimmte Fahrzeug und den Grad der geforderten Verfeinerung geeignet ist, er beträgt jedoch in dieser besonderen Ausführungsform 20 mm.
Es wird anerkannt, dass das System abgestimmt werden kann durch Ändern der Rate, bei der sich der Versatz X mit der Geschwindigkeit ändert, und durch Ändern der Größe des Skalierungsfaktors k. Der Versatz X ist z. B. im Allgemeinen bei niedrigen Geschwindigkeiten gering, so dass sich das Integral Z_cross rasch entwickeln kann, was eine frühe Entdeckung einer Auslenkung zur Folge hat. Es kann dann bewirkt werden, dass es bei höheren Geschwindigkeiten sehr rasch ansteigt, so dass die Querverbindungsventile oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeit stets geschlossen sind. Die ausgewählte Geschwindigkeit hängt von dem speziellen Fahrzeug und den geforderten Handhabungscharakteristiken ab, könnte jedoch z. B. 40 km/h betragen. Bei einem kleinen Versatz verläuft das Abklingen des Integrals Z_cross langsam, was hilfreich sein kann, um das Umschalten der Ventile in die geschlossene Position zu verhindern, wenn das Fahrzeug lediglich auf einem kurzen Stück einer glatten Fahrbahn fährt.
Wenn das Fahrzeug anhält und das System abgeschaltet wird, wird der Zustand der Querverbindungsventile 38, 40 geprüft und in der Steuereinheit in einem nicht flüchtigen Speicher 32a gespeichert. Die Hubhöhen aller Räder werden außerdem gespeichert wie auch der aktuelle Wert des Integrals Z_cross der Querauslenkungsverlagerung. Wenn das System erneut eingeschaltet wird, wird dann, wenn die Ventile beim Abschalten geöffnet waren, angenommen, dass sich das Fahrzeug noch auf unebenem Boden befindet und die Ventile deswegen beim Einschalten wieder geöffnet werden müssen. Auf diese Weise kann das System so weitermachen, als ob es nicht abgeschaltet worden wäre. Bevor sie jedoch geöffnet werden, werden die aktuellen Hubhöhen mit jenen verglichen, die im Speicher gespeichert sind. Wenn sie gleich sind, werden die Querverbindungsventile 38, 40 sofort geöffnet. Wenn sich die Hubhöhen jedoch geändert haben, kann sich der Luftdruck in den Luftfedern geändert haben und die sofortige Öffnung der Ventile könnte eine unerwünschte Bewegung der Aufhängung bewirken, wenn sich der Druck in den Luftfedern ausgleicht. Deswegen wird der momentane Pegel der Querauslenkungsverlagerung geprüft und die Ventile 38, 40 werden nur dann geöffnet, wenn er unter dem Schwellenwert A_cross,limit liegt. Wenn er über diesem Schwellenwert liegt, wird die Öffnung der Ventile verzögert, bis er das nächste Mal unter diesen Schwellenwert abfällt, wobei an diesem Punkt die Ventile geöffnet werden.
Wie oben erwähnt wurde, muss das System außerdem Situationen bewältigen, bei denen das Fahrzeug mit einer Seitenneigung fährt. Bei der ersten Ausführungsform, die ein Maß der Querauslenkung verwendet, um den Grad des Widerstands gegen eine Auslenkung zu steuern, stört eine Seitenneigung die Erfassung eines unebenen Geländes nicht. Wenn das Fahrzeug jedoch mit einer Seitenneigung fährt, ermöglicht eine Öffnung der Querverbindungsventile 38, 40 und die dadurch bewirkte Verringerung der Rollsteifigkeit des Fahrzeugs, dass die Fahrzeugkarosserie 22 in Richtung der vom Berg abgewandten Seite des Fahrzeugs rollt. Dies kann die Seitenstabilität des Fahrzeugs verringern. Deswegen ist die Steuereinheit 32 so eingerichtet, dass sie ein Maß der Seitenneigung bereitstellt, und wenn dieses Maß einen bestimmten Schwellenwert oder Grenzwert übersteigt, was bedeutet, dass das Fahrzeug eine Seitenneigung mit wenigstens einer bestimmten Steilheit oder einem bestimmten Winkel aufweist, eines der Querverbindungsventile 38, 40 oder beide unabhängig von den gemessenen Pegeln der Auslenkungsbewegung schließt, um dadurch die Rollsteifigkeit zu verbessern. Der Grad der Seitenneigung, bei dem es erwünscht ist, die Querverbindungsventile dauerhaft zu schließen und die Rollsteifigkeit zu verbessern, hängt von dem speziellen Fahrzeug ab, entspricht jedoch in dieser speziellen Ausführungsform einer Seitenbeschleunigung von 0,2 g.
Das Verfahren der Erfassung einer Seitenneigung ist bei dieser Erfindung nicht wesentlich und wird nicht genau beschrieben. Ein bevorzugtes Verfahren wird jedoch in unserer Patentanmeldung WO 99/64262 offenbart, deren gesamter Inhalt hier durch Literaturhinweis eingefügt ist. Es ist wesentlich, dass dieses Verfahren das Messen der Seitenbeschleunigung des Fahrzeug, das Berechnen einer maximalen Seitenbeschleunigung, die als Ergebnis einer Kurvenfahrt erwartet wird, anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines Schätzwerts des minimalen Wendekreisdurchmessers und das Vergleichen der gemessenen Seitenbeschleunigung mit der erwarteten Beschleunigung bei einer Kurvenfahrt, um ein Maß des Grads der Seitenneigung zu schaffen, enthält. Andere Verfahren zum Erfassen und Messen einer Seitenneigung, die außerdem verwendet werden könnten, verwenden Messungen der Radgeschwindigkeit von allen Fahrzeugrädern, um ein Maß der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Gierrate zu erhalten. Diese ermöglichen dann eine Berechnung der Beschleunigung bei Kurvenfahrt, die mit einer gemessenen Seitenbeschleunigung verglichen werden kann, um die Seitenneigung zu bestimmen. Als eine weitere Modifikation dieses Verfahrens können die Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkwinkel verwendet werden, um die Beschleunigung bei Kurvenfahrt zu bestimmen.
Die Wahl, welches der Querverbindungsventile 38, 40 geschlossen werden sollte, hängt von dem speziellen Fahrzeug ab. Das gemeinsame Schließen beider Ventile ergibt sicherlich eine maximale Rollsteifigkeit, erhöht jedoch gleichfalls den Widerstand gegen eine Auslenkung bedeutend. Es könnte deswegen nützlich sein, eines der Querverbindungsventile 38, 40 zu schließen und das andere zumindest für Seitenneigungen bis zu einem bestimmten vorgegebenen Winkel offen zu halten, um dadurch einen Grad der Rollsteuerung zu schaffen, jedoch trotzdem einen annehmbaren Pegel der Querauslenkung zuzulassen, jedoch beide Ventile bei extremen Seitenneigungen, die größer als ein bestimmter Winkel sind, zu schließen.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung können die Querverbindungsventile 38, 40 lediglich auf der Grundlage des Pegels der Auslenkung der entsprechenden Achse 18, 20 jeweils unabhängig voneinander geöffnet und geschlossen werden. In diesem Fall werden die beiden Auslenkungsverlagerungen A_f und A_r wie oben gemessen und der Betrag hiervon wird verwendet und einer Tiefpassfilterung unterzogen. Ein dynamisches Integral Z_x wird dann in derselben Form wie jenes der oben beschriebenen Querauslenkung verwendet, d. h.
wobei X ein geschwindigkeitsabhängiger Versatz ist, der mit der Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird, und k ein Skalierungsfaktor ist, wobei x entweder f für die vordere Auslenkung oder r für die hintere Auslenkung ist. Das Querverbindungsventil 38, 40 für jede Achse wird dann lediglich auf der Grundlage des dynamischen Maßes Z_x der Auslenkungsverlagerung für diese Achse gesteuert, wobei das Ventil geöffnet wird, wenn das Maß über einen Schwellenwert ansteigt, und wieder geschlossen wird, wenn es unter diesen Wert abfällt.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass jede Achse so gesteuert werden kann, dass sie an die Bedingungen angepasst ist, unter denen sie arbeitet. Es bietet außerdem die Möglichkeit, dass die beiden Achsen unterschiedliche Versatzwerte oder Skalierungsfaktoren haben, was z. B. dann vorteilhaft sein kann, wenn die Belastung der Vorder- und Hinterachse sehr verschieden ist oder wenn die vordere und die hintere Aufhängung unterschiedlich sind.
Die Strategie der Seitenneigung, die in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde, kann auf diese Ausführungsform ebenfalls angewendet werden. Jedoch bei Seitenneigungen, bei denen erwünscht ist, dass ein Ventil offen und das andere geschlossen ist, muss das System in der Lage sein, auf die Tatsache zu reagieren, dass eines der Ventile offen sein kann, während das andere geschlossen ist. Sie könnte z. B. so eingerichtet sein, um einfach sicherzustellen, dass bei extremen Seitenneigungen wenigstens eines der Ventile geschlossen ist, und bei noch extremeren Seitenneigungen beide Ventile geschlossen sind.
In 2 besitzt ein Fahrzeug in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine unabhängige Aufhängung, die Aufhängungsarme 118a, 118b, 120a, 120b enthält, durch die die Vorderräder 110, 112 und die Hinterräder 114, 116 mit der Fahrzeugkarosserie 122 verbunden sind. Ein geteilter Drehstabstabilisator 136 ist zwischen den beiden Hinterrädern 114, 116 verbunden. Dieser Drehstabstabilisator hat zwei Hälften 136a, 136b mit einer Entkopplungsvorrichtung 140 zwischen ihnen, die z. B. die Form besitzen kann, die im Patent US 4 796 911 gezeigt ist. Diese ermöglicht, dass die beiden Hälften des Drehstabstabilisators miteinander verriegelt, so dass er wie ein herkömmlicher einteiliger Drehstabstabilisator wirkt, der der Auslenkung der Hinterräder entgegenwirkt, oder entkoppelt werden können, so dass er einer derartigen Auslenkung nicht wesentlich entgegenwirkt. Ein ähnlicher Drehstabstabilisator könnte außerdem zwischen den Vorderrädern 110, 112 verbunden sein. Eine elektronische Steuereinheit 132 steuert die Entkopplungsvorrichtung 140 anhand von Eingaben von Hubhöhensensoren 142, 143, 144, 145, die den vier Rädern zugeordnet sind, und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 146. Die Steuereinheit arbeitet in der gleichen Weise wie jene von 1, wobei sie ein dynamisches Maß der Querauslenkung der Vorderräder und Hinterräder oder der Auslenkung jeder Achse unabhängig voneinander führt und dann die beiden Hälften des Drehstabstabilisators (oder der Drehstabstabilisatoren) miteinander verriegelt, wenn das Auslenkungsintegral Z unter einem Schwellenwert ist, und die beiden Hälften entkoppelt, wenn es über dem Schwellenwert ist.
Es wird außerdem anerkannt, dass es weitere Formen der Aufhängung gibt, bei denen der Widerstand gegen eine Einzelachsenauslenkung oder eine Querauslenkung z. B. durch zwischengeschaltete hydraulische Systeme verändert werden kann, bei denen diese Erfindung gleichfalls angewendet werden kann.

Claims

Fahrzeugaufhängungssystem mit Aufhängungsmitteln (18, 20, 24) zum Verbinden von Rädern (10, 12, 14, 16) mit gegenüberliegenden Seiten einer Fahrzeugkarosserie (22), wobei die Aufhängungsmittel einstellbar sind, um den Grad des Widerstands einzustellen, den sie gegen eine Auslenkung der Räder aufbringen, Messmitteln (42, 43, 44, 45, 32), die eingerichtet sind, um die Hubhöhen der Räder zu messen, und Steuermitteln (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel eingerichtet sind, um eine Auslenkung der Räder relativ zur Karosserie zu messen, indem ihre Hubhöhen verglichen werden, um den Pegel der Auslenkungsbewegung der Räder (10, 12, 14, 16) zu überwachen und den Widerstand zu verringern, wenn die Auslenkungsbewegung einen vorbestimmten Pegel erreicht.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel (42, 43, 44, 45, 32) eingerichtet sind, um die Hubhöhe jedes Rads von einem Paar von Rädern (10, 12, 14, 16) an gegenüberliegenden Seiten der Karosserie zu messen und die Auslenkungsbewegung des Paars von Rädern durch Vergleichen ihrer Hubhöhen zu messen.
System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel (42, 43, 44, 45) eingerichtet sind, um eine Querauslenkungsbewegung zwischen zwei Paaren von Rädern (10, 12, 14, 16) zu messen, wobei sich jedes Paar an gegenüberliegenden Seiten der Karosserie befindet, und die Steuermittel eingerichtet sind, um den Widerstand zu verringern, wenn die Querauslenkungsbewegung einen vorbestimmten Pegel erreicht.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmittel (42, 43, 44, 45) eingerichtet sind, um die Hubhöhen jedes der beiden Paare von Rädern (10, 12, 14, 16) zu messen und den Pegel der Querauslenkungsbewegung aus den gemessenen Hubhöhen zu bestimmen.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (32) eingerichtet sind, um ein dynamisches Maß (Z_cross Z_x) des Pegels der Auslenkungsbewegung zu berechnen und den Widerstand zu verringern, wenn das dynamische Maß einen vorbestimmten Pegel (Z_cross,limit) erreicht.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dynamische Maß (Z_cross Z_x) so eingerichtet ist, dass es während Perioden einer großen Auslenkungsbewegung größer wird und während Perioden einer geringen Auslenkungsbewegung kleiner wird.
System nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das dynamische Maß (Z_cross Z_x) einen geschwindigkeitsabhängigen Versatz (X) enthält, der eingerichtet ist, um seine Verringerung zu bewirken, wenn das Fahrzeug mit höheren Geschwindigkeiten fährt.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (32) eingerichtet sind, um den Pegel des Widerstand zu vergrößern, wenn das dynamische Maß (Z_cross Z_x) unter einen vorbestimmten Pegel (Z_cross,limit) fällt.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem die Steuermittel (32) eingerichtet sind, um die Auslenkungsverlagerung (A_cross, A_f, A_r) der Räder zu messen, und das dynamische Maß (Z_cross Z_x) ein dynamischer Mittelwert der Auslenkungsverlagerung ist.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Steuermittel (32) eingerichtet sind, beim Bestimmen des Pegels der Auslenkungsbewegungen Auslenkungsbewegungen mit einer Frequenz, die höher als eine vorbestimmte Grenzfrequenz ist, auszufiltern.
System nach Anspruch 10, bei dem die vorbestimmte Grenzfrequenz in der Größenordnung der Eigenfrequenz der Schwingungen der Karosserie (22) an der Aufhängung ist.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Messmittel (42, 43, 44, 45, 32) eingerichtet sind, um die Auslenkungsverlagerung (A_cross, A_f, A_r) der Räder zu messen und den Widerstand nur dann zu verringern, wenn die Auslenkungsverlagerung kleiner als ein vorbestimmter Grenzwert (A_cross,limit) ist.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Steuermittel (32) eingerichtet sind, um zu erfassen, wenn das Fahrzeug mit einer Seitenneigung fährt, und in Reaktion darauf den Widerstand zu vergrößern.
Fahrzeugaufhängungssystem mit Aufhängungsmitteln (18, 20, 24) zum Verbinden von Rädern (10, 12, 14, 16) mit gegenüberliegenden Seiten einer Fahrzeugkarosserie (22), wobei die Aufhängungsmittel einstellbar sind, um den Grad des Widerstands einzustellen, den sie gegen eine Auslenkung der Räder aufbringen, Seitenneigungserfassungsmitteln (42, 43, 44, 45, 32), die eingerichtet sind, um zu erfassen, wenn das Fahrzeug eine Seitenneigung aufweist, und Steuermitteln (32), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel eingerichtet sind, um in Reaktion auf die Erfassung einer Seitenneigung den Pegel des Widerstands zu vergrößern.
System nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, bei dem der Widerstand zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel einstellbar ist und die Steuermittel (32) eingerichtet sind, um in Reaktion auf die Erfassung einer Seitenneigung dann, wenn der Widerstand auf dem niedrigen Pegel ist, den Widerstand auf den hohen Pegel einzustellen.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Widerstand zwischen einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel einstellbar ist und die Steuermittel (32) abgeschaltet und eingeschaltet werden können und eingerichtet sind, um: eine momentane Auslenkungsverlagerung (A_f, A_r, A_cross) der Räder zu messen, beim Abschalten die momentane Auslenkungsverlagerung der Räder und den momentanen Pegel des Widerstands zu speichern und beim Einschalten dann, wenn der momentane Pegel des Widerstands beim Abschalten der niedrige Pegel war, die momentane Verlagerung (A_f, A_r, A_cross) mit der gespeicherten Verlagerung zu vergleichen, und wenn sie im Wesentlichen gleich sind, den Widerstand auf den niedrigen Pegel zurückzuführen.
Fahrzeugaufhängungssystem mit Aufhängungsmitteln (18, 20, 24) zum Verbinden von Rädern (10, 12, 14, 16) mit gegenüberliegenden Seiten einer Fahrzeugkarosserie (22), wobei die Aufhängungsmittel einstellbar sind, um den Grad des Widerstands einzustellen, den sie gegen eine Auslenkung der Räder aufbringen, Messmitteln (42, 43, 44, 45, 32), die eingerichtet sind, um eine Auslenkung der Räder relativ zur Karosserie zu messen, und Steuermitteln (32), die abgeschaltet und eingeschaltet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel eingerichtet sind, um: eine momentane Verlagerung (A_f, A_r, A_cross) der Räder zu messen, beim Abschalten die momentane Verlagerung der Räder und den momentanen Pegel des Widerstands zu speichern und beim Einschalten dann, wenn der momentane Pegel des Widerstands beim Abschalten der niedrige Pegel war, die momentane Verlagerung mit der gespeicherten Verlagerung zu vergleichen, und wenn sie im Wesentlichen gleich sind, den Widerstand auf den niedrigen Pegel zurückzuführen.
System nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, bei dem die Steuermittel (32) eingerichtet sind, um dann, wenn die momentane Verlagerung (A_f, A_r, A_cross) und die gespeicherte Verlagerung im Wesentlichen nicht gleich sind, die momentane Auslenkungsverlagerung der Räder mit einem vorbestimmten Schwellenwert (A_cross,limit) zu vergleichen und dann, wenn sie unter dem Schwellenwert liegt, den Widerstand auf den niedrigen Pegel zurückzuführen.
System nach Anspruch 18, bei dem die Steuermittel (32) eingerichtet sind, um dann, wenn die momentane Auslenkungsverlagerung über dem vorbestimmten Schwellenwert (A_cross,limit) liegt, die Rückführung des Widerstands auf den niedrigen Pegel verzögert, bis die momentane Auslenkung das nächste Mal unter den vorbestimmten Schwellenwert fällt.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungsmittel fluidgefüllte Aufhängungseinheiten (24) enthalten, die den Rädern (10, 12, 14, 16) zugeordnet sind, und die Steuermittel (32) eingerichtet sind, um den Widerstand zu verringern, indem der Grad der Verbindung zwischen Einheiten (24), die Rädern an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs zugeordnet sind, vergrößert wird.
System nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungsmittel einen geteilten Drehstabstabilisator (136) enthalten und die Steuermittel eingerichtet sind, um die beiden Hälften (136a, 136b) des Drehstabstabilisators zumindest teilweise zu entkoppeln, um den Widerstand zu verringern.