-
Hintergrund der Erfindung
-
1. Erfindungsgebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein das Gebiet der Dämpfungsvorrichtungen.
Insbesondere befaßt
sich die vorliegende Erfindung mit Steuersystemen und Verfahren,
die einen speziell gestalteten Dämpfer,
Steuerer und Sensor benutzen, um eine Endanschlagfunktion zu schalten.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
Bei
der Benutzung eines Fahrzeugs werden Schwingungen, Stöße und Bewegungen,
die von unebenen Straßenoberflächen verursacht
werden, über den
Fahrersitz auf einen Fahrzeugfahrer übertragen. Im Laufe der Zeit
können
diese Bedingungen zu einem gefährlichen
Fahrzeugbetrieb, zur Ermüdung, Rückenschmerzen,
Knochenverschleiß und
Beinbeschwerden führen.
Gewöhnlicherweise
weisen Sitze, die in gewerblichen und öffentlichen Transportfahrzeugen
Verwendung finden, so beispielsweise Lastwagen und Busse, Federungssysteme
auf, die dazu beitragen, die von dem Fahrzeugfahrer gefühlten Beschwerden
zu mindern. Diese Federungssysteme weisen typischerweise eine mechanische
Vorrichtung auf, beispielsweise einen Dämpfer, der zwischen zwei Karosseriekörpern, wie
einem Sitzrahmen und einem Fahrzeugchassis, angebracht ist. Dämpfer, die
ein Fluid als Arbeitsmittel benutzen, um dämpfende Kräfte/Reaktionskräfte zu erzeugen,
sind gut bekannt sowie um Schwingungen, Bewegungen und Stöße zu steuern.
Insbesondere sind steuerbare Dämpfer
gut bekannt, die eine elektrorheologische Flüssigkeit (ER), eine elektrophoretische
Flüssigkeit (EP),
eine magnetorheologische Flüssigkeit
(MR), eine Hydraulikflüssigkeit,
usw. enthalten. Bei einfachen Federungssystemen können passive
Dämpfer Verwendung
finden. Bei komplizierteren Federungssystemen können einstellbare Dämpfer und
Steuerer benutzt werden, um die Bewegung der Dämpferkomponenten zu steuern
und Endanschlag- und Endanschlagkollisionen zu verhindern.
-
Unter
gewissen Bedingungen bieten alle diese herkömmlichen Federungssysteme einen
kleinen Übergang
in die Endanschläge,
und die Endanschläge
selbst kön nen
für den
Fahrer sehr abrupt und unangenehm sein. Die Endanschläge werden
definiert als die maximalen mechanischen Grenzen der Systembewegung.
Im allgemeinen sind stoßreduzierende
Dämpfer
oftmals Elastomere, die dem System angepaßt sind. Wenn jedoch die Systemgeschwindigkeit
hoch genug ist, kann sich, sobald eine Endanschlagkollision auftritt,
ein sehr schneller Stoß ergeben.
Dieses bodenseitige oder kopfseitige Anstoßen bewirkt in den mechanischen
Komponenten des Systems (beispielsweise Verbindungsgestänge, Schwingarme,
Buchsen, Anschlüsse,
usw.) unerwünschte
Spannungen, die über
die gesamte Lebensdauer für
das System schädlich
sind, den Sitzenden stören
können
und seine körperliche
Gesundheit nachteilig beeinflussen können. Noch bedeutender ist
jedoch, daß dann,
wenn ein Fahrzeuglenker eine Endanschlagkollision einleitet, die
Bewegung im Sitz zu einem Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug führen kann.
-
Es
wurden verschiedene Verfahren eingesetzt, um Schwingungen in Sitzfederungssystemen zu
steuern. Im allgemeinen werden bei derartigen bekannten Steuerverfahren
die Betriebsbedingungen durch wenigstens einen Sensor erhalten,
der die Systembetriebsinformation an einen Prozessor liefert, welcher
das geeignete primäre
Steuersignal bestimmt, das an eine elektro-mechanische Vorrichtung,
beispielsweise einen magnetorheologischen (MR) Flüssigkeitsdämpfer zur
Schwingungssteuerung gesendet wird. Eine Anzahl verschiedener bekannter
Verfahren zur Schwingungssteuerung ist in den folgenden US-Patentschriften
beschrieben: "Skyhook
Control", beschrieben
in dem
US Patent Nr. 3 807 678 von
Karnopp et al.; "Relative
Control", beschrieben
im
US Patent Nr. 4 821 849 von
Miller; "Observer
Control", beschrieben
im
US Patent Nr. 4 881 172 von
Miller; "Continuously
Variable Control",
beschrieben im
US Patent Nr.
4 887 699 von Ivers et al.; "Delayed Switching Control", beschrieben im
US Patent Nr. 4 936 425 von
Boone et al.; "Displacement Control", beschrieben im
US Patent Nr. 5 276 623 von
Wolfe; "Rate Control", beschrieben im
US Patent Nr. 5 652,704 von
Catanzarite; "Modified
Rate Control", beschrieben
im
US Patent Nr. 5 712 783 ;
sowie "Method for
Auto Calibration of a Controllable Damper Suspension System", beschrieben im
US Patent Nr. 5 964 455 von
Catanzarite; und "End
Stop Control Method",
beschrieben im
US Patent Nr.
6 049 746 von Southward et al.
-
Ein
herkömmlich
gesteuertes Fahrtmanagementsystem verwendet einen passiven Dämpfer, um die
Sitzbewegung zu verringern. Weiche passive Dämpfer bieten einen glatten
mittleren Fahrbetrieb, wobei jedoch der Sitzende anfällig für unange nehme und
möglicherweise
schädliche
Wirkungen des kopfseitigen und bodenseitigen Anstoßens während unerwartet
großer
Schwingungskräfte
ist. Feste passive Dämpfer
können
andererseits das kopfseitige und bodenseitige Anschlagen auf ein
Mindestmaß beschränken, wobei
jedoch die mittlere Fahrleistung ein Kompromiß ist. Eine andere Version
eines passiven Dämpfers
wird dort eingesetzt, wo der Fahrer von Hand zwischen einem weichen
und einem harten Fahrbetrieb wählen
kann. Dies hat jedoch immer noch dieselben Nachteile, die oben diskutiert
worden sind.
-
Eine
einfache steuerbare Dämpfertechnik
für Federungssteuerung
beinhaltet eine gesteuerte Ablaßanordnung,
um die Kraft/Geschwindigkeitskurve im unteren Drehzahlbereich auszubilden,
und stellt das Steuersignal für
den Dämpfer
ein, um das gewünschte
Steuerniveau zu kontrollieren. Ein Dämpfer wird beispielsweise für jede Fahrzeugecke
verwendet. Es gibt jedoch keinerlei Endanschlagsteuerung.
-
Ein
fortschrittlicheres Sitzaufhängungssteuersystem,
das zur Beibehaltung bequemer Antriebsbedingungen durch Verringerung
von Vibration, Stoß und
Bewegung benutzt wird, ist das Motion Master® Ride
Management System, das von der Lord Corporation (Lord Corporation,
Cary, NC) zum Kauf angeboten wird. Das Motion Master® System
besteht aus vier Komponenten. Die erste ist ein Positionssensor, der
zur Überwachung
der Bewegung des Sitzes, die durch Straßen- und Betriebsbedingungen
bewirkt wird, dient. Die zweite Komponente ist ein Steuerer, der
kontinuierlich Signale von dem Positionssensor empfängt, optimale
Dämpfungskräfte bestimmt
und in der Lage ist, 180 mal pro Sekunde eine Einstellung durchzuführen. Die
dritte Komponente ist ein Stoßdämpfer, der
so arbeitet, daß er
in Millisekunden auf den Steuerer reagiert. Die letzte Komponente
ist ein Fahrweiseschalter, der es dem Fahrzeugführer ermöglicht, unter verschiedenen
möglichen
Fahrweisen zu wählen,
so beispielsweise weiche, mittlere und harte Einstellungen, so wie
dies der Fahrzeugführer
bevorzugt. Der Positionssensor und der Stoßdämpfer sind getrennte Einheiten,
die zwischen zwei Konstruktionskörpern
liegen. Der Stoßdämpfer enthält eine
magnetisch reagierende Flüssigkeit,
die dann, wenn sie einem magnetischen Feld ausgesetzt wird, sich
von einem nahezu festen in einen flüssigen Zustand und umgekehrt ändern kann,
und zwar innerhalb von Millisekunden. Je stärker das magnetische Feld ist,
desto höher
ist die Viskosität
der Flüssigkeit
und desto größer ist
die Dämpfungskraft.
-
Was
benötigt
wird, ist ein einfaches und von Natur aus preiswertes Dämpfungssteuerverfahren für jede beliebige
Art Federungssystem, so beispielsweise einen federnd abgestützten Sitz.
Was des weiteren benötigt
wird, ist ein Dämpfer
und ein Steuerverfahren, die in den Fällen eingesetzt werden können, in
denen die Kosten eines komplett ausgestatteten Dämpfungssteuerers nicht getragen
werden können
und in denen die Leistungsvorteile der gesteuerten Dämpfung wertvoll
sind. Andere Anwendungsfälle,
die nicht das Sitzen betreffen, so beispielsweise eine Automobilfederung,
können
ebenfalls von einem derartigen preisgünstigen, hochfunktionellen
Dämpfungssystem
profitieren.
-
Die
WO-A-01/83 260 beschreibt
ein Dämpfungssystem,
bei dem ein Sensor kontinuierlich das gedämpfte System überwacht
und ein Steuersystem die Dämpfung
auf zweierlei getrennte Weise gemäß dem Prozeßausgangssignal des Sensors
steuert. Die
US-A 6
049 746 beschriebt ein ähnliches
Steuersystem für
einen Dämpfer.
-
Kurze Bescheibung der Erfindung
-
Die
Erfindung ist im Anspruch 1 breit definiert.
-
Die
vorbestimmte Betriebsweise enthält
eine zweite, stetige, statische Funktion, eine ansteigende Funktion,
eine absteigende Funktion, eine Größenfunktion, eine Dauerfunktion
und eine sich abschwächende
Dauerfunktion. Die vorbestimmte Betriebsweise kann eine zeitliche
Reaktion mit einer vorbestimmten Abschaltzeit sein, eine sich abschwächende Reaktion,
die die zeitliche Reaktion verkürzt
und eine Reaktion auf der Grundlage einer Messung der Relativgeschwindigkeit.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
kann das erste Stadium beginnen, sobald das Sensorsystem feststellt,
daß die
Dämpfungseinrichtung
zwischen einer oberen Endanschlagsteuergrenze und einer unteren
Endanschlagsteuergrenze arbeitet. Das zweite Stadium kann beginnen,
sobald das Sensorsystem feststellt, daß die Dämpfungsvorrichtung entweder
die obere Endanschlagsteuergrenze oder die untere Endanschlagsteuergrenze
passiert hat. Die abgeflachte Reaktion kann beginnen, wenn die Dämpfungsvorrichtung
erneut die oberen oder unteren Endanschlagsteuergrenzen in einem
Bewegungsabstand kreuzt, in dem das Sensorsystem das erste Ausgangssignal überträgt.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist die vorliegende Erfindung ein Federungssystem auf, das einen
oberen Endanschlag, einen unteren Endanschlag, eine obere Endanschlagsteuergrenze, eine
untere Endanschlagsteuergrenze und eine Dämpfungsvorrichtung zur Einstellung
der Federungsgeschwindigkeit besitzt. Das Federungssystem wird gesteuert,
um Endanschlagkollisionen zu begrenzen. Bei einer weiteren anderen
Ausführungsform
beinhaltet die vorliegende Erfindung das Feststellen der Lage des
Federungssystems in Bezug auf die oberen und unteren Endanschlagsteuergrenzen, und
zwar unter Verwendung von wenigstens einem Sensor, der Berechnung
einer Dauer und Größe des Dämpfungsniveaus,
das einer vorbestimmten Funktion entspricht, wenn festgestellt wird,
daß das
Federungssystem über
die obere oder untere Endanschlagsteuergrenze in Richtung auf den
oberen bzw. unteren Endanschlag hinausgefahren ist, wobei ferner
ein Steuersignal auf die Dämpfervorrichtung übertragen
wird, um die Dämpfungskraft
bis zu einer gewünschten
Höhe zu
vergrößern und
die Dämpfungskraft
aufzubringen. Das Steuerverfahren kann zur Erreichung eines vorbestimmten
stetigen Zustandsniveaus der Dämpfung
dienen, wenn festgestellt wird, daß das Federungssystem nicht über die obere
oder untere Endanschlagsteuergrenze in Richtung auf den oberen bzw.
unteren Endanschlag gefahren ist. Die vorbestimmte Betriebsweise
weist eine stetige Zustandsfunktion auf, sowie eine ansteigende
Funktion, eine absteigende Funktion, eine Größenfunktion, eine Dauerfunktion
und eine sich abschwächende
Dauerfunktion. Die Dauer und die Größe der Dämpfungsberechnung kann von
einer Messung der relativen Federungsgeschwindigkeit hergeleitet
werden. Die vorbestimmte Betriebsweise wird unter Einsatz von Steuerverfahren
angewendet, zu denen eine zeitlich bemessene Reaktion mit einer vorbestimmten
Abschaltzeit gehört,
eine abgeschwächte
Reaktion, die die zeitlich bemessene Reaktion kurzschließt und eine
Reaktion auf der Basis einer Messung der Relativgeschwindigkeit.
Die abgeschwächte
Reaktion kann erfolgen, wenn die Dämpfungsvorrichtung beim Fahren
zwischen den oberen und unteren Endanschlagsteuergrenzen wieder
die oberen oder unteren Endanschlagsteuergrenzen kreuzt.
-
Bei
noch einer weiteren Ausführungsform weist
die vorliegende Erfindung ein steuerbares Federungssystem auf, das
mit einer Dämpfungsvorrichtung
versehen ist, welche ein bewegliches Ende und ein stationäres Ende
zur Anbringung an einen ersten Konstruktionskörper bzw. einem Konstruktionskörper hat,
ferner mit einer magnetischen Sonde, die an dem beweglichen Ende
fest angebracht ist, einem Sensorsystem, das wenigstens einen Positionssensor
aufweist, der zur Fest stellung der Position der magnetischen Sonde
dient, und mit einem Steuersystem, das elektronisch mit dem Sensorsystem
und der Dämpfervorrichtung
verbunden ist. Das Steuersystem arbeitet so, daß es von dem Sensorsystem ein
Ausgangssignal empfängt
und zur Steuerung der Dämpfungsvorrichtung
eine vorbestimmte Funktion ausführt.
Das Steuersystem dient ferner zur Lieferung von elektrischen Signalen
an die Dämpfungsvorrichtung,
um dadurch eine Dämpfung
zu erzeugen, die ausreicht, um zu verhindern, daß das System die oberen oder
unteren Endanschlaggrenzen erreicht.
-
Bei
noch einer anderen Ausführungsform weist
die magnetische Sonde einen einzelnen Magneten auf, der mit einem
eisernen Rotations- oder linearen Magnetfeldunterbrecher oder einer
dualen magnetischen linearen oder Stationssonde versehen ist. Die
Dämpfervorrichtung
enthält
ein auf ein Feld reagierendes Fluid, beispielsweise ein magnetorheologisches
(MR) Fluid oder ein elektrorheologisches (ER) Fluid.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Eine
Vielfalt spezieller Ausführungsformen dieser
Erfindung wird nun unter Bezug auf die Figuren dargestellt. In diesen
Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
-
1 ist
eine schematische Darstellung der Federungssystembewegungsgrenzen
mit einer mechanisch gekoppelten Dämpfungsvorrichtung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2a–c sind
schematische Darstellungen eines Sitzfederungssystems, das ein Endanschlagsteuersystem
verwendet, um Endanschlagkollisionen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zu vermeiden;
-
3 ist
ein Fließbild,
das einen Hauptsteueralgorithmus zur Betriebsartenbestimmung gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
4 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Ausführungsform eines einstellbaren
Steuersystems zur Steuerung von Endanschlagkollisionen zeigt;
-
5 ist
eine grafische Darstellung der Schaltung der beiden Positionssensoren
während
eines Hubs gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
6 ist
eine grafische Darstellung der Schaltung der beiden Positionssensoren
während
eines Hubs, die alle möglichen
Zustände
eines 2-Bit-Sensor-Untersystems
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält;
-
7 ist
eine grafische Darstellung der Wirkung des sich vergrößernden
Stroms zur Vermeidung von Endanschlagkollisionen gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
8 ist
eine grafische Darstellung eines Vergleichs zwischen einem normalen
taktmäßigen Endanschlagsteuerimpuls
und einem gerundeten Steuerimpuls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
9 ist
eine grafische Darstellung eines pseudo-adaptiven Endanschlagsteuerverfahrens
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
10 ist
eine Darstellung einer Dämpfungsvorrichtung
mit Rotationspositionssensor und Steuersystem gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
-
11 ist
eine Darstellung einer Dämpfungsvorrichtung
mit linearem Positionssensor und Steuersystem gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
-
Wie
erforderlich, werden detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung hier offenbart, wobei jedoch darauf hinzuweisen ist, daß die offenbarten
Ausführungsformen
nur beispielhaft für
die Erfindung sind und diese in verschiedenartigen und alternativen
Formen verwirklicht werden kann. Speziell strukturelle und funktionale
Details, die hier offenbart sind, sind nicht als Beschränkung anzusehen, sondern
nur als Grundlage für
die Ansprüche
als repräsentative
Basis, um einen auf diesem Gebiet erfahrenen Fachmann die verschiedenartigen
Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu erläutern. In den gesamten Zeichnungen
sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die unten
beschriebenen Dämpfungssteuerverfahren
und Systeme beziehen sich auf Sitzanwendungen, können jedoch prinzipiell auch
für jede
beliebige Anwendung dienen, die nichts mit Sitzen zu tun hat, aber
ein hochfunktionelles Dämpfungssystem
erfordert.
-
Wie
nun aus 1 hervorgeht, weist das generell
gesteuerte Federungssystem 48 eine elektromechanische Dämpfungsvorrichtung 50 auf,
die zwischen einem ersten Baukörper 52 und
einem zweiten Baukörper 54 angebracht
ist. Die elektromechanische Dämpfungsvorrichtung 50 kann
beispielsweise eine magnetorheologische (MR) Dämpfung oder eine elektrorheologische
(ER) Dämpfung
aufweisen, die ein feldempfindliches Material oder eine feldempfindliche
Flüssigkeit 56 enthält. Die
Flüssigkeit
ist eine Zusammensetzung, die in Gegenwart eines magnetischen/elektrischen
Feldes eine Änderung
in der scheinbaren Viskosität
erleidet. In Gegenwart eines einwirkenden magnetischen/elektrischen
Feldes werden Mikropartikel in der Flüssigkeit polarisiert und zu
Agglomeraten oder Ketten zusammengeschlossen, die die scheinbare
Viskosität
oder den Strömungswiderstand
der Flüssigkeit
erhöhen.
Wenn das einwirkende magnetische/elektrische Feld entfernt wird,
kehren die Mikropartikel in einen unorganisierten oder willkürlichen
Zustand zurück,
und die scheinbare Viskosität
der MR-Flüssigkeit
wird gesenkt. Die elektromechanische Dämpfungsvorrichtung 50 wird
an den ersten und zweiten Baukörpern 52, 54 an
ihren Enden 58, 60 mit Hilfe von Schraubenbolzen
oder anderen Befestigungselementen angebracht. Die ersten und zweiten
Baukörper 52, 54 können zwei
beliebige, relativ bewegliche Strukturen sein, so beispielsweise
eine Federungskomponente (z. B. Rahmen, Stützen, Gestänge, usw.), ein Rahmen eines
Motorfahrzeugs, ein Sitz, usw. sein. Wahlweise können mehrere elastomere Anschläge 62 ("Dämpfer"), die hier als innerhalb der Dämpfungsvorrichtung 50 befindlich
dargestellt sind, als ein letztes Mittel zur Verhinderung einer
Endanschlagkollision fungieren.
-
Die
Dämpfungsvorrichtung 50 weist
im allgemeinen einen Kolben 64 und eine Stange 65 auf,
die in einer Kammer gelagert sind, welche von einem Dämpferkörper 66 gebildet
wird und die sich im Inneren des Dämpferkörpers 66 gleitend
bewegen können.
Der Kolben 64 weist im allgemeinen ein weiches Kolbenband
auf, das zwischen dem Kolben 64 und dem rohrförmigen Dämpfungskörper 66 eine
Dichtung bildet. Die Dämpfungsvorrichtung 50 ist
des weiteren mit einem abgedichteten Innenraum versehen, der im
wesentlichen mit der Flüssigkeit
gefüllt
ist und durch den Kolben 64 in zwei Kammern unterteilt
ist. Der Kolben 64 kann einen Strömungskanal 68 aufweisen,
der einen Flüssigkeitsstrom
zwischen den beiden Kammern ermöglicht.
Eine Dichtungs- und Lageranordnung 69 verhindert das Entweichen
von Flüssigkeit 56 und
hilft mit, die Stange 65 und den Kolben 64 in
dem Gehäuse
fluchtend auszurichten. Die Dämpfungsvorrichtung 50 kann
eine beabsichtigte Menge Leckage an dem Kolben 64 oder
dem Ventil vorbeilassen, um dadurch während der Richtungsumkehr Dämpfungsschläge zu verringern.
Dies macht es möglich,
die grundlegende mittlere Dämpfungsbewegung
zu fixieren. Die Dämpfungsvorrichtung 50 arbeitet
dann etwa wie ein herkömmlicher einstellbarer
passiver Dämpfer,
der keine aktive Steuerung erfordert. Die Steuerung wird durch Einstellen
des stetigen Zustandssteuersignals erreicht, das wiederum die Größe des einwirkenden
Magnetfeldes einstellt, welches die scheinbare Viskosität steuert.
-
Das
Federungssystem 48, in das die Dämpfungsvorrichtung 50 eingebaut
wird, weist eine erste Bewegungsendgrenze oder Endanschlag 70 auf,
sowie eine zweite Bewegungsendgrenze oder Endanschlag 72.
Der Kolben 64 bewegt sich über eine vorbestimmte Strecke,
wenn sich die Federung zwischen ihren Endanschlägen 70, 72 bewegt.
Ein starker Stoß kann
dazu führen,
daß der
Kolben 64 auf die Endanschläge 70, 72 auftrifft.
Die ersten und zweiten Endanschläge 70, 72 begrenzen
den Bewegungsabstand 74 der Federung und damit des Kolbens 64 und
entsprechen dem Maximum und Minimum der Trennungsabstände, die
beispielsweise zwischen einem gefederten Sitz und einem Fahrzeugrahmen vorhanden
sind. Der maximale Bewegungsabstand oder die maximale Bewegungsentfernung
des Kolbens 64 wird als Gesamtentfernung des Kolbens 64 definiert,
die der Kolben sich von dem ersten Federungssystemanschlag 70 bis
zu dem zweiten Endanschlag 72 bewegen kann. Eine erste
(obere) Steuergrenze 76 und eine zweite (untere) Steuergrenze 78 legen
die Stellungen längs
der Bewegungsdistanz 74 fest, auf die ein einfacher Sensor
schaltungstechnisch eingestellt ist, wobei das Dämpfungsniveau durch Einwirkung
einer vorbestimmten Funktion geändert wird, die im allgemeinen den Zustandsstrom zu
der Dämpfungsvorrichtung 50 erhöht. Die
ersten und zweiten Steuergrenzen 76, 78 können auf
eine beliebige vorbestimmte Position eingestellt werden, und zwar
in Abhängigkeit
von dem Wunsch des Fahrers, der Umgebung, in der das Federungssystem Verwendung
findet oder dem Vorschlag des Sitzherstellers und dem Profil der
vorbestimmten Funktion. Die geeignete Positionierung der Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 kann
auch auf der Grundlage des benutzten Typs der Dämpfungsvorrichtung 50 erfolgen.
So kann beispielsweise eine Dämpfungsvorrichtung 50 mit
einem Eingangsbefehl, der auf die Ausgangskraftkurve reagiert, einen
kleineren Abstand erfordern, um die Federung in angemessener Weise vor
der Kollision mit einem der Endanschläge 70, 72 zu
bewahren, als eine Dämpfungsvorrichtung 50 mit einer
weniger empfindlichen Befehlsreaktionszeit. So kann beispielsweise
in einer Umgebung eine weiche Fahrweise wünschenswert sein, bei der der
Sitz eine größere Entfernung
zurücklegen
kann, beispielsweise bei einem Lastwagen, der auf einer unebenen Oberfläche fährt. Bei
einem anderen Beispiel kann ein Sitz erwünscht sein, der sich um eine
sehr beschränkte
Distanz bewegt, so beispielsweise eine straffe Fahrt für einen
Rennwagen, der auf einer ebenen Rennstreckenoberfläche läuft. Bei
dem einen Beispiel können
die ersten und zweiten Steuergrenzen 76, 78 bei
einer Position 80 liegen, also etwa 20% innerhalb der Bewegungsgrenzen,
um dadurch einen ersten Bewegungsabstand 82 von etwa 60% des
gesamten Bewegungsabstandes 74. Bei einem anderen Beispiel
können
die ersten und zweiten Steuergrenzen 76, 78 bei
einer Position von etwa 30% innerhalb der Bewegungsgrenzen eingestellt werden,
so daß ein
Sitzbewegungsabstand von etwa 40% des gesamten Bewegungsabstandes 74 erreicht
wird.
-
Wie
weiterhin aus 1 ersichtlich, weist das Federungssystem 48 ein
Sensorsystem 84 auf. Das Sensorsystem 84 ist mit
einem oder mehreren Sensoren ausgestattet, wie beispielsweise Näherungssensoren,
Verschiebungssensoren, Halleffektschalter, Mikroschalter, optische
Schalter, Geschwindigkeitssensoren, einem rotierenden Nocken mit
einem Mikroschalter, irgendwelche anderen Nichtkontaktschalter oder
Sensoren, die zur Bestimmung der Lage des Kolbens 64 dienen
oder irgendeinem Teil, das zu dem Kolben 64 gehört, und
zwar in Bezug auf die Endanschläge 70, 72.
Das Sensorsystem 84 arbeitet des weiteren dahingehend,
daß es
an ein Steuersystem 88 Signale abgibt, sobald die Federung sich
in der Nähe
eines der Endanschläge 70, 72 befindet.
Bei einer Ausführungsform
kann ein Sensor dazu dienen, die Lage des Kolbens 64 in
Bezug auf die ersten und zweiten Steuergrenzen 76, 78 festzustellen.
Bei einer anderen Ausführungsform
können zwei
Sensoren Verwendung finden, und zwar einer an jedem Ende der Bewegungsstrecke 74,
um die Steuergrenzen 76, 78 festzustellen. Bei
noch einer anderen Ausführungsform
kann ein Sensor Verwendung finden, um die Stellung des Kolbens 64 in
Bezug auf die Endanschläge 70, 72 festzustellen,
während
ein zweiter Sensor dazu dient, die Geschwindigkeit abzuschätzen, wie
dies im folgenden im Detail beschrieben wird. Sobald sich ein Endanschlag
nähert,
wird ein Eingangssignal 86 durch das Sensorsystem 84 festgestellt.
Das Sensorsystem sendet ein Eingangssignal 90 von einem
Ausgang des Sensorsystems 84 an einen Eingang eines Steuersystems 88.
-
Das
Steuersystem 88 kann unter Verwendung einer Vielfalt von
Techniken das Steuersignal auf ein vorbestimmtes Niveau einstellen,
um dadurch die Dämpfungsvorrichtung 50 zu
veranlassen, eine vorbestimmte Kraft zu erzeugen, die hilft, eine
Berührung
an den Federungsbewegungsgrenzen zu vermeiden. Das Steuersystem 88 empfängt von
dem Sensorsystem ein Signal 92, sobald eine Endanschlagsteuergrenze 76, 78 ausgelöst wird
und bestimmt sowie bewirkt eine Endanschlagfunktion. Bei der Benutzung
des Sensors, der so eingestellt ist, daß er an einer gewählten Stelle
auslöst,
beispielsweise etwa 20% Entfernung innerhalb der Bewegungsgrenzen,
läßt sich
das Dämpfungsniveau durch
Einwirkung eines erhöhten
Stroms auf den Dämpfer
verändern.
Das Steuersystem 88 kann einen einfachen analogen oder
digitalen Steuerer aufweisen, um eine einstellbare Dämpfung zu
schaffen, einem geeigneten Mikroprozessor und/oder einen Speicher
für die
Anwendung der Gesamtsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Endanschlagfunktion steuert eine Dämpfungskraft, die auf das System
durch die Dämpfungsvorrichtung 50 einwirkt,
um dadurch das Federungssystem daran zu hindern, mit den ersten
und zweiten Endanschlägen 70, 72 in
Berührung
zu kommen. Beispielsweise ist es bei einer Sitzfederungsanwendung
so, daß eine Dämpfungskraft
zu geringer Stärke
einem Sitz ermöglicht,
mit den ersten und zweiten Endanschlägen 70, 72 zu
kollidieren, sobald das System mit einer Änderung in der Straßenoberflächenebenheit
fertig werden muß.
Eine Dämpfungskraft
zu geringer Stärke erzeugt
für den
Fahrer ein hartes Fahrverhalten. Im System 88 wird ein
optimaler Endanschlagübergang dadurch
erreicht, daß die
Dämpfungskraft
ansteigt oder abfällt.
Das Steuersystem 88 und das Sensorsystem 84 können in
demselben Gehäuse
angeordnet sein oder einzelne Komponenten sein, die sich in getrennten
Gehäusen
befinden.
-
Bei
einer Reihe Ausführungsformen
arbeitet das Steuersystem 88 so, daß das der Dämpfungsvorrichtung 50 auf
einem erhöhten/erniedrigten
Niveau zugeführte
Steuersignal eingestellt wird, um dadurch die Dämpfungsvorrichtung 50 zu
veranlassen, eine einstellbare Kraft zu erzeugen und damit die Berührung an
den Federungsendanschlaggrenzen zu vermeiden sowie Vibration und
Bewegung zwischen den ersten und zweiten Körpern 52, 54 zu
verringern. Das Steuersystem 88 kann ferner die Dämpfung ausschalten
oder das Dämpfungsniveau
verringern, um dadurch unerwünschte
Kräfte
zu vermeiden, sobald das Federungssystem seine Richtung von dem
Endanschlag umkehrt und über
eine Steuergrenze zurückkehrt.
Das Steuersystem 88 kann eine von mehreren vorprogrammierten
Steuerfunktionen ausführen,
und zwar in Abhängigkeit
von der Situation, wie beispielsweise Anwendung einer Steuerfunktion
für den
Fall, daß die
Federung gerade die Endanschlaggrenzen 76, 78 passiert
hat, im Vergleich zu einem guten Vorbeigang an den Steuergrenzen 76, 78,
wobei die Federungsendanschläge 70, 72 fast
erreicht werden.
-
Nunmehr
wird die vorliegende Erfindung anhand der 2a, 2b und 2c schematisch dargestellt,
die unterschiedliche Positionen eines typischen Sitzfederungssystems
zeigen, das in Verbindung mit den Endanschlagsteuersystemen der
vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Das Sensorsystem 84 stellt
eine Position der Dämpfungsvorrichtung 50 fest,
so beispielsweise die Position des Kolbens 64 in Bezug
auf das Maximum und Minimum der Endanschlaggrenzen 70, 72.
Das beispielhafte Federungssystem trägt einen Sitz 100,
der mit einer Sitzbasis 102 verbunden ist. Das Federungssystem
nähert
sich dem Endanschlag 70, sobald der Sitz 100 sich
in einer vorbestimmten ausgefahrenen Lage in Bezug auf die Basis 102 (2a)
oder den Endanschlag 72 befindet, wenn diese in einer vorbestimmten
zusammengezogenen Lage in Bezug auf die Basis 102 (2c)
ist. Die nivellierte Sitz-(100)Position (2b)
ist die Position, die der Sitz einnimmt, wenn er durch die Schwingungsstörungen nicht
beeinträchtigt
wird oder im wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Die nivellierte
Sitzposition läßt sich
auf der Grundlage des Komforts oder der persönlichen Präferenz des Sitzenden wählen und einstellen.
Wenn entweder die erste oder die zweite Endanschlagsteuergrenze 76, 78 ausgelöst wird, wird
das der Dämpfungsvorrichtung 50 zugeführte Steuersignal
eingestellt, um das Dämpfungsprofil, auch
genannt Dämpfungsniveau,
schnell zu vergrößern.
-
Der
Sitz 100 kann ein mechanisches Vielfachgestänge haben,
das mit einem ersten Glied 104 und einem zweiten Glied 106 versehen
ist. Das Gestänge
in den 2a–c ist nur zu Illustrationszwecken
zweidimensional dargestellt, es wird jedoch darauf hingewiesen,
daß das
Gestänge
zusätzliche
Körper
aufweisen kann, die aus irgendwelchen geeigneten Mechanismen für die gemeinsame
Bewegung des Sitzes 100 und des Federungssystems bestehen.
Das mechanische Gestänge
kann einer herkömmlichen
Konstruktion entsprechen, die dem auf diesem Gebiet tätigen Fachmann
gut bekannt ist, so daß eine
weitere Beschreibung des Gestänges
nicht notwendig ist. Einen oder mehrere Positionssensoren des Sensorsystems 84 sind
mit der Dämpfungsvorrichtung 50 verbunden
und dienen dazu, die Position des Kolbens 64 festzustellen
und somit des Sitzes 100. Das Sensorsystem 84,
das Steuersystem 88 und die Dämpfungsvorrichtung 50 sind
elektronisch verbunden.
-
Die
Steuersysteme der vorliegenden Erfindung tasten und reagieren automatisch
auf die Annäherung
der Endanschläge 70, 72 durch
Steuerung des Steuersignals, beispielsweise Strom oder Spannung,
die der Dämpfungsvorrichtung 50 zugeführt werden.
Die Dämpfungsvorrichtung 50 ist
in der Lage, auf zweierlei Arten zu arbeiten, wobei jede Art ihre
eigene entsprechende Dämpfungscharakteristik hat.
Die erste Dämpfungsart
ist ein stetiger Zustandsbetrieb mit einem ersten Dämpfungsniveau,
das nach Wunsch aus einer Vielzahl von Dämpfungsniveaus ausgewählt wird.
Das erste Dämpfungsniveau entspricht
dem Normalbetrieb innerhalb der Endanschlagsteuergrenzen 76, 78.
Die Normalbetriebdämpfung
läßt sich
als die Betriebsart definieren, bei der sich der Kolben 64 zwischen
den ersten und zweiten Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 bewegt und
diese Grenzen nicht überschreitet.
Die Größe der Dämpfungsvorrichtung 50 während der
Normalbetriebdämpfung
zugeführten
Steuersignals läßt sich einstellen,
um eine weiche, mittlere, straffe oder irgendeine andere Federungseinstellung
zu erhalten, die einer Dämpfungsgröße entspricht,
bei der eine weiche Größe kleiner
ist als eine mittlere Größe, die wiederum
kleiner ist als eine straffe Größe. Die
Einstellung kann durch die auf dem Sitz sitzende Person verstellt
werden oder als vorbestimmte Einstellung auf der Grundlage der Art
der Anwendung beibehalten werden. Die zweite Dämpfungsart weist ein zweites,
im allgemeinen erhöhtes
Dämpfungsniveau
entsprechend einer vorgegebenen Funktion auf. Die zweite Dämpfungsart
kann auch wie der Endanschlagtyp hart sein. Beim Endanschlagtyp
wendet das Steuersystem 88 auf der Grundlage des Ausgangssignals
des Sensorsystems 84 eine vorbestimmte Funktion an. Die
Funktion beeinflußt
das auf die Dämpfungsvorrichtung 50 ein wirkende
Dämpfungsniveau
und weist eine Dämpfungshöhe, Dauer, Zunahme,
Abnahme oder irgendeine andere Funktion in Bezug auf das Steuersignal
auf.
-
Das
Steuersystem hat wenigstens drei Steuerverfahren, die von dem Steuersystem
angewendet werden: ein Zeittaktendanschlagsteuerverfahren, ein abgeschwächtes Steuerverfahren,
das das Zeittaktendanschlagsteuerverfahren kurzschließt, und
ein Steuerverfahren, das als Mittel die relative Federungsgeschwindigkeit
benutzt, um den Endanschlagsteuerimpuls abzuschalten. In allen drei
Steuerverfahren arbeitet das Steuersystem 88 so, daß es den Strom ändert, der
der Dämpfungsvorrichtung 50 zugeführt wird,
um dadurch die Dämpfungsvorrichtung 50 zu
veranlassen, eine größere Kraft
zu erzeugen und damit die Berührung
mit den Federungsbewegungsgrenzen oder Endanschlägen zu vermeiden.
-
Wie
aus 3 hervorgeht, verwendet das eine Steuerverfahren
zur Einstellung des der Dämpfungsvorrichtung 50 zugeführten Steuersignals
einen Taktgeber zur Abschaltung des Endanschlagsteuerniveaus, nachdem
eine vorbestimmte Zeit vergangen ist. Diese Ausführungsform arbeitet sehr effektiv
in Situationen, in denen die Federung weit genug die Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 passiert
hat und in der Nähe
der Endanschläge 70, 72 ist.
-
Ferner
ergibt sich aus 3, daß das Sensorsystem (Block 120)
die Dämpfungsvorrichtung 50 und
ihre Komponentenpositionierung in Bezug auf die Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 überwacht. Das
Sensorsystem 84 sendet in Realzeit ein Ausgangssignal an
das Steuersystem 88, das anzeigt, wenn die Endanschlagsteuergrenze
erreicht worden ist (Block 122). Wenn festgestellt wird,
daß die
Federungsbewegung nicht die Endanschlagsteuergrenze erreicht hat,
dann befindet sich die Federung im ersten Betriebszustand, und ein
fixes Dämpfungsniveau kommt
zum Einsatz (Block 124). Das fixe Dämpfungsniveau kann als die
Betriebsart definiert werden, in der das Federungssystem sich zwischen
den ersten und zweiten Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 bewegt
und diese Grenzen nicht überschreitet. Die
Größe des Steuersignals,
das an die Dämpfungsvorrichtung 50 während des
stetigen Zustandsbetriebs abgegeben wird, kann so eingestellt werden, daß sich eine
weiche, mittlere, straffe oder irgendeine andere Federungseinstellung
ergibt. Die Einstellung läßt sich
durch die auf dem Sitz befindliche Person vornehmen (Block 126)
oder kann eine vorbestimmte Einstellung sein, und zwar auf der Grundlage
des Anwendungstyps. Wenn festgestellt wird, daß die Federungsbewegung eine
Endanschlagsteuergrenze 76, 78 erreicht hat, kommt
das vorbestimmte Zeitdämpfungsprofil
zur Anwendung (Block 128). Das Queren der Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 schaltet
einen Taktgeber in dem Steuersystem 88 derart, daß ein Zeitimpuls
(Block 130) mit einer Zeitdauer T beginnt.
-
In
der Situation, in der die Federung an jeder der Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 in
Richtung auf die Endanschläge 70, 72 vorbeigelaufen
ist, läuft der
Steuersystemzeitgeber eine vorbestimmte Periode (t), bis der Zeitgeber
abgelaufen ist. Die zeitliche Periode (t) sollte so eingestellt
sein, daß sie
lang genug ist, um den Sitz 100 abzubremsen, jedoch kurz genug,
um dem Sitz 100 zu ermöglichen,
zur Mitte zurückzukehren.
In Situationen, in denen die Federung bei der Rückkehr in den Normalbetriebsbewegungsbereich
die hintere Steuergrenze wieder überquert,
kann das Steuersystem 88 den Endanschlagsteuerimpuls kurzschließen, bevor
der Zeitgeber abgelaufen ist (Block 132). Die Größe des Dämpfungssteuersignals,
das auf die Steuervorrichtung 50 einwirkt, wird dann auf
den Stetigzustandsbetrieb (Block 134) erneut eingestellt.
Durch Abschwächen
des Endanschlagimpulses wird der Fahrkomfort erheblich verbessert,
und zwar insbesondere im Hinblick auf glatte Übergänge. Eine beispielhafte Ausführungsform
für die
einstellbare Steuerung ist in 4 dargestellt.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
empfängt
das Steuersystem 88 von einem zweiten Sensor des Sensorsystems 84 ein
Ausgangssignal als Eingang für
das Steuersystem 88, um eine Endanschlagfunktion zu schalten.
Daher wird, wenn der Sitz 100 eine der Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 quert und
sich dem entsprechenden einen der Endanschläge 70, 72 nähert, eine
zusätzliche
Dämpfungskraft
erreicht und im Hinblick auf die potentielle Kollision mit dem ersten
oder zweiten Endanschlag 70, 72 zugeführt. Eine
relative Dämpfungsgeschwindigkeitskraft
kann auf der Grundlage der Geschwindigkeit des Sitzes 100 in
Bezug auf die Basis 102 errechnet werden. Bei einer Ausführungsform
wird die relative Dämpfungsgeschwindigkeitskraft
so lange nicht errechnet, bis der Sitz die vorbestimmten Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 quert
bzw. überschreitet.
Wie oben ausgeführt,
betragen die Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 gewöhnlich 0–25% der
gesamten Bewegungsstrecke zwischen den ersten und zweiten Endanschlägen 70, 72.
Bei dieser Ausführungsform
ist das von dem Sensorsystem 88 ausgesandte Signal eine
Schätzung
der Geschwindigkeit. Die Endbewegungssteuerung wird erheblich verbessert,
wenn die Relativgeschwindigkeit dazu benutzt wird, die Dämpfungskraft
zu berechnen. Die Relativgeschwindigkeit kann zur Bestimmung der
Größe der Dämpfungskraft
dienen. Darüber
hinaus kann die Messung der re lativen Federungsgeschwindigkeit dazu
benutzt werden, um den Endanschlagsteuerimpuls abzuschalten. Wenn
man sich beispielsweise der Geschwindigkeit 0 nähert, kann das Steuersystem 88 aufhören, den
Endanschlagsteuerimpuls zu senden, mit dem begonnen wurde, sobald
die Federung am Anfang die Steuergrenze überschritten hat.
-
Wie
nun aus 5 hervorgeht, so ist dort eine
beispielhafte Anordnung dargestellt, bei der zwei Positionssensoren,
nämlich
der Sensor 1 und der Sensor 2, während
des Hubs des Kolbens 64 schalten. Gemeinsam bestimmen die
Sensoren 1 und 2 die Position des Kolbens 64 in Bezug auf
die Endanschläge 70, 72 und
bewirken auch eine berechnete Schätzung der Relativgeschwindigkeit
des Kolbens 64, wenn er diese Sensoren passiert. Die Polarität des Sensors
ist irrelevant. Die genaue relative Positionierung der Sensoren
ist der Erfahrung des Konstrukteurs/Monteurs überlassen, und zwar auf der
Grundlage des Sitztyps und der zugehörigen Ausrüstung, an der das Federungssystem
angebracht ist. Die Sensorsystemschaltpositionen, die den für 5 gewählten Steuergrenzen
entsprechen, sind nur beispielshalber dargestellt. Wenn eine Schaltstellung
für einen
einzelnen Sensor bei der 20%-Marke liegt, dann können die Stellungen für einen
dualen Sensor bei den 15%- und 25%-Marken liegen oder beispielsweise
auch bei den 18%- und 22%-Marken. Die exakten Sensorplätze können als Teil
des Abstimmungsprozesses ausgewählt
werden. Dazu kommt, daß die
Sensorschaltpositionen nicht symmetrisch sein müssen. Wenn beispielsweise eine spezielle
Anwendung ein wesentliches Problem mit der 0%-Endbewegungsmarke
hat und bei der 100%-Endbewegungsmarke nur ein kleines oder gar kein
Problem auftritt, dann lassen sich Schaltpositionen beispielsweise
bei 15%, 20%, 25% und 80% wählen.
Diese Anordnung kann für
verbesserte Positions- und Geschwindigkeitsinformationen in der Nähe des kritischeren
Bewegungsendes verwendet werden.
-
Bei
einem Beispiel kann die Funktion wie folgt arbeiten. Wenn sich der
Kolben 64 der Dämpfungsvorrichtung 50 anfänglich nahe
der mittleren Hub(50%)-Marke 150 befindet, wird angenommen, daß eine große Eingangskraft
auftritt, die den Kolben 64 gegen die 0%-Hubmarke 152 treibt.
Sobald der Kolben 64 die 30%-Hubmarke 154 überschreitet, kann
der Sensor 2 kippen und ein Zeitgeber (digital oder analog) kann
in dem Steuersystem 88 gestattet werden. Wenn der Kolben 64 die
20%-Marke 156 überquert,
läßt sich
die Relativgeschwindigkeit als gefahrene Strecke (x), dividiert
durch die Zeit (t) errechnen. Daraufhin läßt sich eine geeignete Kraftgröße berechnen,
beispielsweise als eine Konstante multipliziert mit der Relativgeschwindigkeit
zum Quadrat. Nachdem die Kraftgröße berechnet
ist, wendet das Steuersystem 88 eine bestimmte Funktion
an, die die Dämpfungskraft
bis zur berechneten Größe einer
vorbestimmten Zeitspanne hochfährt,
die selbst eine Funktion der Relativgeschwindigkeit sein kann. An
dem obigen Beispiel lassen sich zahlreiche Abänderungen vornehmen. So kann
beispielsweise die Kraft bis zu einem vorbestimmten Nennwert mit
einer relativ niedrigen Geschwindigkeit zwischen der 30%-Marke 154 und
der 20%-Marke 156 hochgefahren werden und danach auf die
endgültige
berechnete Größe ansteigen.
-
In
Abhängigkeit
von der Art der eingesetzten Positionssensoren und der Beschaffenheit
des Sensorziels kann es machbar und wirtschaftlich sein, zusätzliche
Informationen zu beschaffen. Hierzu werden in 6 zusätzliche Übergänge 160 für den Sensor
2 gezeigt, die alle möglichen
Zustände
eines 2-Bit-Sensor-Untersystems
ergeben. Die Sensoren 1 und 2 können
gemeinsam die Position des Kolbens 64 in Bezug auf die
Endanschläge 70, 72 bestimmen und
auch eine berechnete Schätzung
der Relativgeschwindigkeit des Kolbens 64 geben, wenn dieser
die Sensoren passiert. Wenn der Sensor 2 beispielsweise eine Näherungssonde
ist, dann erzeugt eine relativ kleine Änderung im Ziel den zusätzlichen Übergang.
Die sich ergebende Positions- und Geschwindigkeitsinformation kann
zur weiteren Verbesserung des Endanschlagalgorithmus dienen. Es
ist in Betracht zu ziehen, daß weitere
digitale Sensoren hinzugefügt
werden können.
-
In 7 überwacht
das Sensorsystem 84 kontinuierlich die Änderung in der Position des
Federungssystems im Laufe der Zeit. Das Sensorsystem stellt fest,
wenn das Federungssystem sich in dem vorbestimmten normalen Betriebsbereich
befindet. Die Endanschlagsteuersysteme der vorliegenden Erfindung
beeinträchtigen
nicht das Steuersignal, das der Dämpfungsvorrichtung 50 zugeführt wird,
wenn die Federung zwischen den Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 liegt,
mit Ausnahme der Einstellung zwischen den Steuerniveaus. Wenn die
Federung außerhalb
der Endanschlagsteuergrenzen 76, 78 liegt, wird
das Dämpfungsniveau,
das auf die Federung einwirkt, gemäß der Logik der Steuerfunktion
durch den Steueralgorithmus erhöht. 7 zeigt,
daß dann,
wenn ein Endanschlagschaltpunkt 76, 78 geschaltet
wird, daß der
Dämpfungsvorrichtung 50 zugeführte Steuersignal
in Form eines Endanschlagsteuerimpulses stark erhöht wird
(ansteigt) 172, um eine Endanschlagkollision zu verhindern.
Die Größe des Dämpfungssteuersignals
kann durch die Festigkeitseinstellung bestimmt werden, die von der
auf dem Sitz plazierten Person gewählt wird, oder durch eine vorbestimmte
Einstellung auf der Grundlage eines besonderen Anwendungsfalls.
Zu dem Dämpfungseinstellungen
kann beispielsweise gehören
ein stetiges weiches Steuersignal 176, ein stetiges mittleres
Steuersignal 178 und ein stetiges straffes Steuersignal 180.
Der Endanschlagsteuerimpuls kann ansteigend sein 172, bis
eine gewünschte
Dämpfungsstärke erreicht
ist, um dadurch die Endanschlagkollision zu vermeiden. Wenn die
Endanschlagsteuerimpulszeitperiode (t) abläuft, dann kann das Steuersignal
sich auf das stetige Zustandssteuersignal abschwächen 174, also auf
das Signal des stetigen Zustands der Betriebsart 176, 178, 180.
-
Gemäß 8 kann
eine Situation auftreten, in der das Fahrzeug einen großen Stoß erleidet,
wie bei einem großen
Loch in der Straße.
Dies kann in dem Federungssystem dazu führen, daß die Querung 190 der
oberen Endanschlagsteuergrenze 76 weit in eine obere Endanschlagzone 192 hineinreicht.
In dieser Situation wird der Endanschlagsteuerzeitgeber geschaltet
und kann vollständig
ablaufen. Die obere sinusartige Kurve 191 stellt die Bewegung
des Federungssystems dar, während
die untere sinusartige Kurve 193 das Steuersignal für die Dämpfungsvorrichtung 50 wiedergibt.
Bei einem anderen Beispiel wird angenommen, daß der Stoß auf das Fahrzeug gerade groß genug
ist, um zu bewirken, daß die
Federung die obere Endanschlagsteuergrenze 76 auslöst 194.
Während
die Federung in die obere Endanschlagzone 192 eintritt,
ist die Zeitspanne, in der die Federung sich in der oberen Endanschlagzone
befindet, kürzer
als die vorbestimmte Zeit des Endanschlagsteuerimpulses. In dieser
Situation wird nicht gewünscht,
daß der
Vollzeitimpuls komplettiert wird, und der Steuersignalimpuls kann
abgeschwächt 196 sein.
Das Steuersignal kehrt in seinen stetigen Zustand zurück.
-
In 9 ist
dargestellt, daß dann,
wenn das Federungssystem einer großen Serie von Vorfällen ausgesetzt
ist, die bewirken, daß die
Federung wiederholt auf die obere Endanschlagsteuergrenze 76 trifft
und danach auf die untere Endanschlaggrenze 78, daraus
eine pseudoangepaßte
Betriebsweise folgen kann. Die obere sinusartige Kurve 191 stellt
die Bewegung des Federungssystems dar, während die untere sinusartige
Kurve 193 das Steuersignal für die Dämpfungsvorrichtung 50 abbildet.
Die pseudoangepaßte
Betriebsweise kann ein effektives, durchschnittliches Dämpfungsniveau
größerer Höhe haben
als die stetige Zustandsfunktion der ersten Betriebsweise. Der Endanschlagsteuerimpuls
wird abgegeben, um dadurch die Dämpfungskraft
der Dämpfungsvorrichtung 50 zu
erhöhen.
Wenn das Federungssystem wieder die obere Endanschlagsteuergrenze 76 zurück in die
stetige Betriebsweise überquert,
kehrt das Steuersignal zu der vorbestimmten stetigen Zustandsgröße zurück, wobei
es einer vorbestimmten Abfallkurve folgt. Bei der pseudoangepaßten Betriebsweise
hat das Steuersignal nie eine Chance, auf die Größe des stetigen Zustandsbetriebs
zurückzukehren,
weil der untere Endanschlagsteuerpunkt 78 angesprochen
wird, wodurch das Steuersystem 88 das der Dämpfungsvorrichtung 50 zugeführte Steuersignal
wieder erhöhen
muß. Das effektive
durchschnittliche Steuersignal während
einer langen Reihe von Ereignissen führt zu einem effektiven, erhöhten, stetigen
Steuersignal 200.
-
10 zeigt
ein Federungssteuersystem 210, das ein nichtlineares Sensorsystem
und eine einstellbare Dämpfungsvorrichtung 50 aufweist
und unter Verwendung der Endanschlagsteuersysteme der vorliegenden
Erfindung gesteuert werden kann. Das Dämpfungssystem 50 enthält eine
auf ein Feld ansprechende Flüssigkeit,
beispielsweise eine magnetorheologische Flüssigkeit (MR) oder eine elektrorheologische
Flüssigkeit,
deren erzielte Scherfestigkeit unter der Einwirkung eines magnetischen/elektrischen
Feldes geändert
werden kann. Ein Positionssensor 214 ist mit einem Steuersystem 88 verbunden,
beispielsweise einer Schaltungstafel 216, und dient dazu,
das Vorhandensein eines magnetischen Feldes festzustellen, beispielsweise
eines einzelnen Magneten 220, der aus einem einzelnen rotierenden Magnetfeldunterbrecher 218 aufgebaut
ist. Der Feldunterbrecher 218 steht mit einem Stabende 222 der Dämpfungsvorrichtung 50 in
Verbindung. Das Steuersystem 88 ist elektronisch über die
Verbindungsleitung 223 mit der Dämpfungsvorrichtung verbunden. Der
Positionssensor 214 ist elektronisch an das Steuersystem 88 angeschlossen,
das wiederum mit der Dämpfungsvorrichtung 50 in
Verbindung steht. Die Dämpfungsvorrichtung 50 dient
zur Steuerung der Verschiebung des Sitzes während des Betriebs. Elektrische
Signale werden der Dämpfungsvorrichtung 50 während des
Systembetriebs über
die Verbindungsleitung 223 übermittelt, um dadurch eine Dämpfung zu
erzeugen, die ausreicht, um zu verhindern, daß das System die maximalen
und minimalen Endanschlaggrenzen 70, 72 erreicht
(1). Der Sensor 214 wird durch den Magneten 220 an
den Steuergrenzen 76, 78 aktiviert, sobald sich
der Feldunterbrecher 218 dreht.
-
11 zeigt
ein Federungssteuersystem 230 mit einer einstellbaren Dämpfungsvorrichtung 50,
das ein externes lineares Sensorsystem 232 verwendet. Die
Dämpfungsvorrichtung 50 enthält eine feldempfindliche
Flüssigkeit,
beispielsweise eine magnetorheologische Flüssigkeit (MR) oder eine elektrorheologische
Flüssigkeit,
deren erzielte Scherfestigkeit sich bei der Einwirkung eines magnetischen/elektrischen
Feldes ändern
kann. Ein Positionssensor 236 ist an ein Steuersystem 88 angeschlossen
und dient zur Ermittlung der Position einer dualmagnetischen 238,
linearen Sonde 234. Bei einer Ausführungsform kann ein zweiter
Sensor verwendet werden, der ein Duplikat des ursprünglichen Sensors
ist, welcher an das Steuersystem 88 Signale abgibt, sobald
ein Endanschlagauslösepunkt 76, 78 (1)
passiert wird. Die dualmagnetische, lineare Sonde 234 ist
mit einem Stabende 22 der Dämpfungsvorrichtung 50 verbunden.
Der Positionssensor ist elektronisch an das Steuersystem 88 angeschlossen,
das wiederum elektronisch mit der Dämpfungsvorrichtung 50 über die
Verbindungsleitung 223 in Verbindung steht. Die Dämpfungsvorrichtung 50 dient
zur Steuerung der Verschiebung des Sitzes 100 während des
Betriebs. Elektrische Signale werden während des Systembetriebs an
die Dämpfungsvorrichtung 50 geliefert,
um dadurch die Dämpfung
so einzustellen, daß das
System daran gehindert wird, die maximalen und minimalen Endanschlaggrenzen 70, 72 zu
erreichen. Ein einzelner fixer Magnet zusammen mit einem eisernen
Unterbrecher kann ebenfalls benutzt werden.