DE69003830T2 - Vibrationsdämpfung mittels eines stufenlos verstellbaren halbaktiven Dämpfers. - Google Patents

Vibrationsdämpfung mittels eines stufenlos verstellbaren halbaktiven Dämpfers.

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Description

  • Die Erfindung betrifft Systeme zum Dämpfen der Übertragung von Vibrations- und ähnlichen Kräften zwischen relativ bewegbaren Teilen, die mittels halbaktiver Dämpfermittel der "kontinuierlich" oder "stufenlos" verstellbaren Art verbunden sind. Die Erfindung betrifft insbesondere Verfahren zum Reduzieren von unerwünschten Stoßkräften, die gelegentlich während des Betriebs eines Systems erzeugt werden, das halbaktive Dämpfermittel der vorstehenden Art enthält.
  • Halbaktive Dämpfer und gelegentlich auch Steuerungsverfahren hierfür sind in den US-Patenten 3 807 678, 3 995 883, 4 468 050, 4 468 7391 4 491 207, 4 696 489 und 4 742 998 sowie in den EP-A-0 262 886 und EP-A-0 275 664 offenbart, ferner in einem Artikel von M. J. Crosby et al. mit dem Titel "VIBRATION CONTROL USING SEMIACTIVE FORCE GENERATORS", Transactions of the ASME, Paper No. 73-DET-122.
  • Halbaktive Dämpfer können von der Art "Aus/Ein" sein oder von der "kontinuierlich" oder "stufenlos" verstellbaren Art. Ein Dämpfer der ersten Art wird gemäß den Vorgaben eines geeigneten Steuerungsverfahrens zwischen alternativen "Ein"- und "Aus"-Dämpferzuständen oder -einstellungen geschaltet. Im Ein-Zustand nimmt der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers einen vorgewählten relativ hohen Wert ein. Der Ausdruck "Dämpfungskoeffizient", wie er hier verwendet wird, gibt das Verhältnis zwischen der vom Dämpfer erzeugten Dämpfungskraft und der Relativgeschwindigkeit entlang des Dämpfers an. Dieses Verhältnis ist nicht notwendigerweise linear. Im Aus-Zustand nimmt der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers einen relativ niedrigen Wert ein. Dieser kann ungefähr Null betragen. In vielen Fahrzeugaufhängungen sollte er jedoch einen Wert einnehmen, der genügend größer als Null ist, um ein "Radhüpfen" zu vermeiden. Ein kontinuierlich variabler halbaktiver Dämpfer wird auch während des Betriebs zwischen einem Aus-Zustand, in dem sein Dämpfungskoeffizient annähernd Null ist oder einen anderen niedrigen Wert einnimmt, und einem Ein-Zustand geschaltet. Wenn sich ein kontinuierlich variabler Dämpfer in seinem Ein-Zustand befindet, kann sein Dämpfungskoeffizient jedoch zwischen einer großen (theoretisch unendlichen) Anzahl von verschiedenen Werten verändert werden und wird normalerweise auch derart verändert. Wird ein kontinuierlich variabler halbaktiver Dämpfer gemäß einem geeigneten Steuerungsverfahren der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 5 und 6 genannten Art betrieben, so kann er in seinem Ein-Zustand in einer ähnlichen Weise wie der hypothetische "skyhook"-Dämpfer funktionieren, der in dem vorerwähnten Artikel von Crosby et al. und in der US-PS 4 742 998 beschrieben ist.
  • Ein bekanntes Steuerungsverfahren für einen kontinuierlich variablen halbaktiven Dämpfer gibt vor, daß der Dämpfer "Ein" ist und die von diesem erzeugten signifikanten Dämpfungskräfte proportional (wenn auch nicht notwendigerweise linear) zur absoluten Geschwindigkeit des gestützten Teiles sind, wenn das Vorzeichen des Produkts aus absoluter Geschwindigkeit und Relativgeschwindigkeit zwischen dem gestützten Teil und dem abstützenden Teil positiv, d.h. größer als Null, ist. Das Verfahren gibt vor, daß der Dämpfer in seinem Aus-Zustand ist, in dem der Dämpfungskoeffizient einen vorgewählten niedrigen Wert einnimmt, wenn das Vorzeichen des vorerwähnten Produkts negativ ist, d.h. wenn das Produkt geringer als Null ist. Allgemein vergleichbare Ergebnisse können insbesondere bei relativ hohen Frequenzanregungen durch die Verwendung eines alternativen Steuerungsverfahrens erzielt werden. Dieses gibt vor, daß Dämpfungskräfte, die zur Relativverschiebung zwischen den gestützten und abstützenden Teilen proportional sind, vom kontinuierlich variablen halbaktiven Dämpfer zu denjenigen Zeitpunkten erzeugt werden, wenn das Produkt aus Relativgeschwindigkeit und Relativverschiebung zwischen den Teilen kleiner als Null ist, d.h. wenn das Vorzeichen des Produkts negativ oder minus ist; weiterhin gibt dieses Verfahren vor, daß die Dämpfungskräfte einen niedrigen Wert einnehmen, wenn das vorerwähnte Produkt größer als Null ist, d.h.. wenn sein Vorzeichen positiv oder plus ist.
  • Wenn auch im allgemeinen gute Ergebnisse erzielt werden können Vibrationsdämpfungssysteme mit kontinuierlich variablen halbaktiven Dämpfermitteln, die strikt gemäß den vorerwähnten oder ähnlichen Steuerungsverfahren gesteuert werden, Stoßkräften von beträchtlicher Höhe gelegentlich dann ausgesetzt sein, wenn der Dämpfer zwischen seinen verschiedenen Dämpfungszuständen oder -einstellungen geschaltet wird. Die vorerwähnten Stöße können die Systemkomponenten derart beanspruchen, daß ihre übliche Lebensdauer verkürzt wird und/oder unerwünschte Geräusche erzeugt werden. Das Problem der Geräuscherzeugung kann insbesondere bei Automobilaufhängungen oder anderen Systemen auftreten, die ein nachgiebig verformbares Teil, wie beispielsweise einen Autoreifen, aufweisen, der nach einer Deformation Energie speichern und seine gespeicherte Energie abrupt freigeben kann, sobald er schnell in einen unverformten Zustand zurückkehren kann.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes Steuerungsverfahren geschaffen, das die Erzeugung von unerwünschten Stoßkräften und/oder Geräuschen vermindert, die bei einigen Fahrzeugaufhängungssystemen oder in anderen Befestigungssystemen mit wenigstens einem halbaktiven Dämpfer der kontinuierlich variablen Art auftreten können.
  • Gemäß einer Ausführungsform besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Betreiben eines Aufbau- oder Befestigungssystems mit relativ bewegbaren gestützten und abstützenden Teilen, die mittels eines kontinuierlich variablen, halbaktiven Dämpfers verbunden sind, der zwischen einem kontinuierlich variablen Ein-Zustand und einem Aus-Zustand geschaltet wird, und mit einem dritten Teil, das am abstützenden Teil befestigt und geeignet ist, Energie zu speichern und seine gespeicherte Energie auf das Schalten des Dämpfers hin von dem einen zum anderen Zustand abrupt freizugeben, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
  • daß das Schalten des Dämpfers von dem einen zum anderen Zustand verzögert wird, bis die vom dritten Teil gespeicherte Energie nicht größer ist als ein vorgewählter niedriger Wert.
  • In diesem Fall kann das Verfahren weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, daß der Dämpfer in seinem Ein-Zustand Dämpfungskräfte erzeugt, die proportional zur Absolutgeschwindigkeit des gestützten Teils sind und wobei das Schalten des Dämpfers von dem einen zum anderen Zustand verzögert wird, bis die vom dritten Teil gespeicherte Energie nicht größer ist als ein vorgewählter Wert oder bis die Absolutgeschwindigkeit des gestützten Teils nicht größer ist als ein vorgewählter Wert, je nachdem, was zuerst auftritt; oder daß der Dämpfer in seinem Ein-Zustand Dämpfungskräfte erzeugt, die proportional zur Relativverschiebung zwischen den gestützten und abstützenden Teilen ist und wobei das Schalten des Dämpfers vom einen Zustand zum anderen verzögert wird, bis die vom dritten Teil gespeicherte Energie nicht größer ist als ein vorgewählter Wert oder bis die Relativverschiebung des gestützten und abstützenden Teils nicht größer ist als ein vorgewählter Wert, je nachdem, was zuerst auftritt. In jedem Fall kann einer der Zustände der Ein-Zustand des Dämpfers sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Betreiben eines Aufbau- oder Befestigungssystems mit relativ bewegbaren gestützen und abstützenden Teilen, die mittels eines kontinuierlich variablen, halbaktiven Dämpfers verbunden sind, der zwischen einem kontinuierlich variablen Ein-Zustand und einem Aus- Zustand schaltbar ist, wobei der Dämpfer, wenn er sich in einem Ein-Zustand befindet, Dämpfungskräfte erzeugt, die proportional zur Absolutgeschwindigkeit des gestützten Teils sind, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
  • daß das Schalten des Dämpfers von dem einen zum anderen Zustand verzögert wird, bis die Absolutgeschwindigkeit des gestützten Teils nicht größer ist als ein vorgewählter niedriger Wert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Betreiben eines Aufbau- oder Befestigungssystems mit relativ bewegbaren gestützten und abstützenden Teilen, die mittels eines kontinuierlich variablen halbaktiven Dämpfers verbunden sind, wobei der Dämpfer zwischen einem kontinuierlich variablen Ein-Zustand und einem Aus-Zustand schaltbar ist, in denen der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers relativ hoch bzw. relativ niedrig ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
  • daß der Dämpfer von dem einen zum anderen Zustand zu Zeitpunkten geschaltet wird, wenn sowohl eine erste als auch eine zweite Bedingung erfüllt ist, wobei die erste Bedingung darin besteht, daß das Vorzeichen des Produkts aus Relativverschiebung und Relativgeschwindigkeit der Teile negativ ist, und die zweite Bedingung darin besteht, daß die Relativverschiebung des Teils nicht größer ist als ein vorgewählter Wert.
  • Der eine der Dämpferzustände kann der Ein-Zustand sein, und die vom Dämpfer in seinem Ein-Zustand erzeugten Dämpfungskräfte können proportional zur Relativverschiebung zwischen den gestützten und abstützenden Teilen sein.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In dieser zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kraftdämpfungsaufhängung oder eines ähnlichen Befestigungssystems mit kontinuierlich variablen halbaktiven Dämpfungsmitteln, die gemäß der Erfindung steuerbar und für die praktische Ausführung der Erfindung geeignet sind,
  • Fig. 2 einen vereinfachten graphischen Vergleich der Dämpfungskräfte, die von einem kontinuierlich variablen halbaktiven Dämpfer in einem System erzeugbar sind, das beispielsweise in Fig. 1 dargestellt und gemäß einer Standardausführung und einer modifizierten Ausführung betreibbar ist, und
  • Fig. 3 einen vereinfachten graphischen Vergleich der Dämpfungskräfte, die von dem halbaktiven Dämpfer erzeugt werden, wenn dieser gemäß Steuerungsverfahren betrieben wird, die auf dem Produkt aus Relativverschiebung und Relativgeschwindigkeit der gestützten und abstützenden Teile basieren.
  • Die Bezugszahl 10 bezeichnet in Fig. 1 eine Aufhängung mit zwei Freiheitsgraden oder ein ähnliches Kraftdämpfungs-Befestigungssystem, die bzw. das vertikal beabstandete und relativ bewegbare gestützte bzw. abstützende Teile 12, 13 verbindet. Beispielsweise kann es sich bei den Teilen 12, 13 um Karosserie- und Rahmenkomponenten eines Autos oder eines anderen Motorfahrzeugs handeln, das auf einer Straße oder ähnlichen Oberfläche 14 mittels üblicher nachgiebig verformbarer Reifen 15 abgestützt ist, von denen nur einer gezeigt ist. Eine primäre Funktion eines Fahrzeugaufhängungssystems wie des Systems 10 kann darin bestehen, gestützte Teile 12 soweit wie möglich von Vibrations - und/oder anderen Kräften zu isolieren, die auf das Teil 13 beispielsweise durch Unregelmäßigkeiten der Fahrbahnoberfläche, Motorstörungen etc. übertragen werden. Die Ziffern X bzw. X&sub1; bezeichnen die absolute Vertikalverschiebung und die absolute Geschwindigkeit des gestützten Teils 12. Hierbei wird willkürlich angenommen, daß diese nach oben positiv und nach unten negativ sind. In ähnlicher Weise und mit der gleichen Vorzeichenvereinbarung bezeichnen die Buchstaben Y, Y&sub1; die absolute Vertikalverschiebung und die abso- lute Geschwindigkeit des abstützenden Teils 13. Befindet sich das System 10 in der Ruhestellung, sind X, X&sub1;, Y und Y&sub1; gleich Null.
  • Das System 10 enthält Druckfedermittel 16 und halbaktive Dämpfermittel 18, die sich im wesentlichen parallel zueinander zwischen den Teilen 12, 13 erstrecken und mit diesen Teilen verbunden sind. Obwohl lediglich ein einziges Feder/Dämpferset gezeigt ist, sind normalerweise mehrere in dem typischen Fahrzeugaufhängungssystem vorgesehen. Bei der Dämpferanordnung 18 handelt es sich beispielsweise um eine hydraulische Kolben-/Zylinderanordnung. Die Kolbenstange 20 und der Zylinder 22 des Dämpfers 18 sind jeweils am gestützten bzw. abstützenden Teil 12, 13 mittels geeigneter Verbindungseinrichtungen befestigt, die beispielsweise verformbare Buchsenteile 24 aus elastomerem oder ähnlichem, federnd nachgiebigem Material aufweisen. Eine vertikale Relativbewegung zwischen den Teilen 12, 13 bewirkt eine vertikale Relativbewegung zwischen der Stange 20 und dem Zylinder 22. Dieser verschiebt seinerseits Hydraulikfluid zwischen Kammern 26, 26' des Dämpfers 18 mit variablem Volumen über ein elektrisch oder anderweitig schnell einstellbares Steuerventil 28, welches einen Teil des diese Kammern verbindenden Hydraulikkreises 30 darstellt. Die Stange 20 des Dämpfers 18 erstreckt sich vorzugsweise und beispielhaft sowohl durch die Zylinderkammern 26 und 26', so daß die Menge an zwischen den Kammern verschobenem Fluid unabhängig davon, ob die Verschiebung von einem Zusammendrücken oder einer Dehnung der Anordnung verursacht wirdgleich ist. Hierdurch wird kein Akkumulator oder eine ähnliche Einrichtung (nicht dargestellt) in Verbindung mit dem Dämpfer 18 benötigt.
  • Der Dämpfer 18 ist "kontinuierlich variabel". Er ist schnell zwischen einem "Aus"-Dämpfungszustand, in dem der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers relativ klein (und in einigen Fällen annähernd Null) ist, und einem "Ein"-Zustand schaltbar, in dem der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers irgendeinen gewünschten Wert aus einer großen (theoretisch unendlichen) Anzahl von relativ hohen Werten einnehmen kann. Änderungen des Dämpfungszustandes des Dämpfers 18 resultieren aus Steuersignalen, die zum (nicht getrennt dargestellten) Betätigungsglied seines Ventils 28 übertragen werden und die bewirken, daß das Ventil den Fluidstrom durch das Ventil in dem durch die Signale angezeigten Ausmaß drosselt oder sperrt. Das Ventil 28 kann von einer mechanischen, elektrorheologischen oder irgendeiner anderen Art sein, die eine schnelle Betätigung in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ermöglicht.
  • Bei den Steuersignalen zur Steuerung des Ventils 28 handelt es sich beispielsweise um elektrische Steuersignale, die von einem elektronischen Controller 32 erzeugt werden. Dieser arbeitet gemäß einer vorgewählten Steuerungsvorgabe und gemäß Eingangsdaten, die von Bewegungsensoren empfangen werden, die aus einer Vielzahl von Bewegungssensoren 34, 36, 38 und 40 ausgewählt werden und den Teilen 12, 13 zugeordnet sind. Die Sensoren 34, 36 erfassen direkt die Relativverschiebungen und Relativgeschwindigkeiten der gestützten und abstützenden Teile 12, 13. Die Sensoren 38 bzw. 40 erfassen die Beschleunigungen des gestützten Teils 12 und des abstützenden Teils 13. Diese Beschleunigungen können von derartigen Sensoren und/oder vom Controller 32 verwendet werden, um Daten bezüglich Verschiebung, Absolutgeschwindigkeit und/oder Relativgeschwindigkeit abzuleiten Da die von den Sensoren 34, 36 erzeugten Daten auch von den Daten abgeleitet werden können, die von den Beschleunigungssensoren 38, 40 erzeugt werden, müssen nicht alle dargestellten Sensoren im Zusammenhang mit dem System 10 verwendet werden oder vorgesehen sein. Statt der dargestellten Sensoren können auch drucksensitive und andere Arten von Sensoren verwendet werden.
  • Der Controller 32 ist derart vorprogrammiert, daß er mit einer modifizierten Standardversion irgendeiner Verfahrensweise arbeitet, die aus einer Vielzahl von Steuerungs-Verfahrensweisen für halbaktive Dämpfer ausgewählt wurde. Eine bekannte Verfahrensweise für die Steuerung basiert auf dem Vorzeichen des Produkts aus der Relativgeschwindigkeit (X&sub1; - Y&sub1;) zwischen dem gestützten und abstützenden Teil und der absoluten Geschwindigkeit (X&sub1;) des gestützten Teils. Genauer gesagt schreibt die Standardversion des Steuerungsverfahrens vor, daß der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers ungefähr Null ist oder einen anderen vorgewählten, relativ niedrigen Wert einnimmt, wenn X&sub1; (X&sub1; - Y&sub1;) < 0, d.h., wenn das Vorzeichen des vorstehenden Produkts negativ oder minus ist. Wenn X&sub1; (X&sub1; - Y&sub1;) > 0, d.h., wenn das Vorzeichen des Produkts positiv oder plus ist, bewirkt das Standardsteuerungsverfahren, daß der Dämpfer "Ein" ist, und ändert dann den Dämpfungskoeffizient des Dämpfers so, daß die Dämpfungskräfte proportional zur absoluten Geschwindigkeit des gestützten Teils des Systems sind. Bei der Ausführung dieses Steuerverfahrens oder einer modifizierten Version davon kann der Controller 32 von Fig. 1 die notwendigen Daten bezüglich der Relativgeschwindigkeit vom Sensor 36 erhalten oder alle notwendigen Daten von dem ableiten, was von den Sensoren 38, 40 oder von einer anderen Quelle zur Verfügung gestellt wird. Ein anderes Dämpfersteuerungsverfahren, das vom Controller 32 in seiner Standard- oder modifizierten Form verwendet werden kann, basiert auf dem Vorzeichen des Produkts aus der Relativgeschwindigkeit (X&sub1; - Y&sub1;) des gestützten und abstützenden Teils und der Relativverschiebung (X - Y) dieser Teile. Die Standardversion dieses Verfahrens schreibt vor, daß der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers 18 ungefähr Null ist oder einen anderen vorgewählten relativ niedrigen Wert einnimmt, wenn (X - Y) (X&sub1; - Y&sub1;) > 0, d.h. wenn das Vorzeichen des Produkts positiv ist. Wenn das Vorzeichen des erwähnten Produkts negativ oder minus ist, d.h. wenn (X - Y) (X&sub1; - Y&sub1;) < 0, veranlaßt das Standardverfahren, daß der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers derart ist, daß Dämpfungskräfte proportional zur Relativverschiebung des gestützten und abstützenden Teils erzeugt werden. Die zur Ausführung des Verfahrens benötigten Daten der Relativverschiebung und Relativgeschwindigkeit können direkt von den Sensoren 34, 36 erhalten oder alternativ von den Daten abgeleitet werden, die von den Beschleunigungssensoren 38, 40 erzeugt werden.
  • Die Anwendung der vorstehenden Steuerungsverfahren in ihrer Standardform führt in gewissen Situationen zur Erzeugung von unerwünschten Systemstoßkräften und/oder Geräuschen. Eine derartige Situation ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt, die in einer vereinfachten Form die unterschiedlichen Dämpfungskräfte 42 bzw. 42' zeigt, die in einem System wie dem System 10 von Fig. 1 erzeugt werden, wenn der Dämpfer 18 gemäß den Vorschriften der Standard- bzw. modifizierten Versionen des Steuerungsverfahrens geschaltet wird (d.h. zu Veränderungen seines Dämpfungszustandes veranlaßt wird), die auf dem Vorzeichen des Produkts aus der absoluten Geschwindigkeit 46 des gestützten Teils 12 und der Relativgeschwindigkeit 48 der Teile 12, 13 basieren. Die Standardausführung des erwähnten Steuerungsverfahrens bewirkt die Erzeugung von Dämpfungskräften 42, die proportional zur absoluten Geschwindigkeit 46 sind, in denjenigen Zeitintervallen A, C, E, G, I und K, wenn das Produkt aus absoluter Geschwindigkeit 46 und Relativgeschwindigkeit 48 größer als Null ist, d.h. positiv oder plus ist. In den anderen dargestellten Zeitintervallen, in denen das erwähnte Produkt kleiner als Null ist, befindet sich der Dämpfer in seinem "Aus"-Zustand, und die Dämpfungskräfte nehmen einen vorgewählten relativ niedrigen Wert ein (in der Darstellung Null). Am Ende des Zeitintervalls C und am Anfang der Zeitintervalle G und K treten abrupte Änderungen oder Diskontinuitäten der Dämpfungskräfte 42 auf. Diese Kraftdiskontinuitäten fallen mit "Nulldurchgängen" zusammen, d.h. Änderungen im Vorzeichen der Relativgeschwindigkeit 48. Unmittelbar vor dem Ende des Zeitintervalls C wurde vom Standardsteuerungsverfahren die Erzeugung von beträchtlichen Dämpfungskräften 42 durch den Dämpfer 18 vorgeschrieben, und derartige Kräfte wurden dann erzeugt. Um diese Dämpfungskräfte zu erzeugen, wenn die Relativgeschwindigkeit 48, wie iin Zeitintervall C, nie groß war und zunehmend kleiner wurde, veranlaßten die zum Dämpferventil 28 geleiteten Steuersignale, daß das Dämpferventil den Fluidstrom in zunehmendem Ausmaß drosselte oder beschränkte, wobei dieses Ausmaß maximal wurde, wenn die Relativgeschwindigkeit 48 annähernd Null wurde. Wenn die Relativgeschwindigkeit 48 den Null-Wert durchschritt, schrieb das Standardsteuerungsverfahren vor, daß die Dämpfungskräfte Null waren oder einen anderen niedrigen Wert einnahmen. Das Ventil 28 wird daher von seinem früheren Zustand, in dem es im wesentlichen vollständig "geschlossen" ist und einen Maximalwiderstand für den Fluidstrom aufweist, in abruptem Übergang zu einem Zustand unterzogen, in dem es im wesentlichen vollständig "geöffnet" ist und einen minimalen Widerstand für den Fluidstrom aufweist. Dies führt zur erwähnten Diskontinuität und abrupten Verringerung der Dämpfungskraft 42 am Ende des Zeitintervalls C. In ähnlicher Weise schreibt das Steuerungsverfahren unmittelbar vor den Zeittintervallen G und K, wenn die Absolutgeschwindigkeit 46 und die Relativgeschwindigkeit 48 positiv bzw. negativ sind, vor, daß keine Dämpfungskräfte erzeugt werden. Infolgedessen nimmt das Dämpferventil 28 dann seinen vollständig "geöffneten" Zustand ein, in dem es einen Minimalwiderstand für den Fluidstrom aufweist. Da die Relativgeschwindigkeit 48 jeweils am Anfang der Zeitintervalle G und K die Null- Linie kreuzt, schreibt das Steuerungsverfahren vor, daß der Dämpfer 18 Dämpfungskräfte von beträchtlicher Höhe proportional zur Höhe der absoluten Geschwindigkeit 46 erzeugt. Um Dämpfungskräfte 42 von einer derartigen Höhe in einem Zeitpunkt zu erzeugen, wenn die Relativgeschwindigkeit 48 einen niedrigen Wert einnimmt, vollzieht das Ventil 28 des Dämpf ers einen abrupten Übergang von seinem vorher im wesentlichen vollständig geöffneten Zustand in einen im wesentlichen vollständig geschlossenen Zustand und verursacht die abrupten Kraftzuwächse und Diskontinuitäten am Anfang der Zeitintervalle G und K. Die angegebenen Kraftdiskontinuitäten können unerwünschte Beanspruchungen und/oder Geräusche im System verursachen.
  • Die unterste Zeichnung von Fig. 2 zeigt die geänderten Dämpfungskräfte 42', die sich ergeben, wenn das vorhin beschriebene Standardsteuerungsverfahren derart modifiziert wird, daß Änderungen im Dämpfungszustand des Dämpfers 18 verzögert werden, bis die Absolutgeschwindigkeit 46 Null ist oder einen anderen vorgewählten relativ kleinen Wert einnimmt. Bei diesem modifizierten Steuerungsverfahren sind die in den Zeitintervallen A, E und I erzeugten Dämpfungskräfte 42' gleich den Kräften 42 in diesen Zeitperioden. Die Kräfte 42', deren Erzeugung im Zeitintervall C begann, werden jedoch während des gesamten Zeitintervalls D weiter erzeugt, während keinerlei Dämpfungskräfte während der Zeitintervalle G und K erzeugt werden. Bei der gemäß der modifizierten Version dieses Steuerungsverfahrens erzeugten Dämpfungskraft 42' treten daher die Diskontinuitäten in der Dämpferkraft 42, die bei Anwendung der Standardversion dieses Steuerungsverfahrens entstehen, nicht auf.
  • Es ist nicht erforderlich, daß das modifizierte Steuerungsverfahren immer alle Zustandsänderungen des Dämpfers 18 verzögert. Es kann vielmehr auch so beschaffen sein, daß es nur einen vorausgewählten Prozentsatz der Zustandsänderungen verzögert, oder nur diejenigen, in denen die Zustandsänderung von Ein nach Aus geht oder von Aus nach Eine etc. In diesem Fall werden nicht alle Kraftdiskontinuitäten eliminiert.
  • Das oben erläuterte modifizierte Steuerungsverfahren eignet sich am besten zur Anwendung in Systemen, in denen es wesentlich mehr Nulldurchgänge der absoluten Geschwindigkeit 46 als der Relativgeschwindigkeit 48 gibt. Ist das System nicht von dieser Art, kann eine beträchtliche Verschlechterung der Vibrationsdämpfungsleistung des Dämpfers auftreten.
  • Fig. 3 zeigt einen vereinfachten graphischen Vergleich der Dämpfungskräfte, die in einem Kraftdämpfungssystem wie demjenigen von Fig. 1 erzeugt werden und das gemäß den Standard- und modifizierten Versionen des Steuerungsverfahrens gesteuert wird, das auf dem Vorzeichen des Produkts aus Relativverschiebung 70 und Relativgeschwindigkeit 72 des gestützten und abstützenden Teils 12, 13 basiert. Gemäß den Vorschriften des Standardsteuerungsverfahrens erzeugt der Dämpfer 18 Dämpfungskräfte 74, die proportional zur Relativverschiebung 70 der Teile 12, 13 in denjenigen Zeitintervallen A, C, E und G sind, wenn das Produkt aus Relativverschiebung und Relativgeschwindigkeit 70, 72 geringer als Null ist, d.h. ein negatives Vorzeichen aufweist. Die andere Dämpfungskraft 76 von Fig. 3 ist diejenige, die bei Verwendung eines modifizierten Steuerungsverfahrens erzeugt wird, bei dem jedes Umschalten der Ein/Aus-Zustände des Dämpfers 18 verzögert wird, bis die Relativverschiebung 70 gleich oder nahe Null ist. Das modifizierte Verfahren erzeugt Dämpfungskräfte nur in den Zeitintervallen A und 3 und nicht in den Zeitintervallen C und E. Wie in dem Fall, bei dem das Steuerungsverfahren auf dem produkt aus der absoluten Geschwindigkeit des gestützten Teils und der Relativgeschwindigkeit des gestützten und abstützenden Teils 12, 13 basiert, kann eine andere mögliche Modifikation dem Steuerungsverfahrens, das aus dem Produkt der Relativverschiebung und der Relativgeschwindigkeit des gestützten und abstützenden Teils 12, 13 basiert, darin bestehen, daß bewirkt wird, daß die Dämpfungskräfte die kleineren derjenigen Kräfte sind, die proportional zur Relativverschiebung der Teile 12, 13 oder proportional zur Relativgeschwindig keit der Teile 12, 13 sind.
  • In diesen modifizierten Steuerungsverfahren, in denen Zustandsänderungen des Dämpfers 28 verzögert werden, bis die absolute Geschwindigkeit des gestützten Teils 12 gleich oder nahe Null ist oder bis die Relativverschiebung des gestützten und abstützenden Teils 12, 13 gleich oder nahe Null ist, muß die Verzögerung der Zustandsänderung nicht notwendigerweise bei jedem "Nulldurchgang" erfolgen. So kann durch ein geeignetes Programmieren des Controllers 32 bewirkt werden, daß die Verzögerungen der Zustandsänderungen des Dämpfers 18 nur dann auftreten, wenn eine Änderung von einem niedrigeren zu einem höheren Dämpfungszustand stattfindet oder wenn eine Änderung von einem höheren Dämpfungszustand zu einem niedrigeren Dämpfungszustand stattfindet, etc. Modifikationen von Standardsteuerungsverfahren haben häufig einen Kompromiß zwischen der Systemleistung einerseits und der Reduktion von unerwünschten Systemstößen und -geräuschen andererseits zur Folge. Generell ist es daher wünschenswert, von den Standardsteuerungsverfahren nur soweit abzuweichen, als zur Beseitigung unerwünschter Geräusche, Schläge oder Stöße im System notwendig ist.
  • Es wurde festgestellt, daß das Problem der Geräuscherzeugung in einem üblichen Fahrzeugaufhängungssystem wie demjenigen, das schematisch in Fig. 1 dargestellt ist und das einen nachgiebig verformbaren Reifen 15 in Reihe mit dem dargestellten Dämpfer 18 enthält, durch den Zustand dem Reifens beeinflußt wird. Unerwünschtes Geräusch tritt höchstwahrscheinlich dann auf, wenn der Dämpfer 18 eine Änderung von einem höheren Dämpfungszustand zu einem niedrigeren Dämpfungszustand in einem Zeitpunkt erfährt, wenn die Druckverformung des Reifens und somit seine gespeicherte Energie eine beträchtliche Größe einnimmt. Befindet sich der Dämpfer 18 in einem stark dämpfenden Zustand, überträgt er einen hohen Anteil der Ladungskraft des gestützten Aufhängungsteils 12 auf das abstützende Teil 13. Diese Ladungskraft wird wie diejenige des Teils 13 über das Rad 23 und die Achse 25 auf den Reifen 15 übertragen, wodurch der Reifen zusammengedrückt wird, sich deformiert und Energie speichert. Eine abrupte Reduktion des Dämpfungskoeffizienten des Däinpfers 18, wie sie bei einer Änderung des Dämpferzustandes von Ein zu Aus auftreten würde, "entkoppelt" teilweise das gestützte Teil 12 vom abstützenden Teil 13. In einem typischen Automobilaufhängungssystem ist das Gewicht des Teils 12 üblicherweise um ein Vielfaches größer als dasjenige des Teils 13. Das vorerwähnte "Entkoppeln" reduziert daher in großem Ausmaß diejenigen Kräfte, die den Reifen 15 in dem zusammengedrückt deformierten energiespeichernden Zustand halten. Infolgedessen erfährt der Reifen eine schnelle Retour-Bewegung in einen unverformten Zustand und überträgt abrupt einen beträchtlichen Teil seiner gespeicherten Energie über das Rad 23 und die Achse 25 zum Teil 13. Dies verursacht ein "Klingen" und "Tanzen" der vor erwähnten Komponenten und begleitend hierzu die Erzeugung unerwünschter "Schlag"-Geräusche. Enthält das spezielle System andere nachgiebig verformbare Elemente, die in Reihe mit dem Dämpfer geschaltet sind, beispielsweise die nachgiebigen Gummihülsen 24 des Systems 10 von Fig. 1, so können diese ebenfalls die Erzeugung unerwünschter Stoßkräfte und/oder Geräusche ermöglichen oder hierzu beitragen, wenn der Dämpferzustand abrupt geändert wird, während sich diese Teile in einem deformierten energiespeichernden Zustand befinden.
  • Die vorerwähnten unerwünschten Resultate können eliminiert oder wenigstens minimiert werden, indem eine der modifizierten Versionen der in Fig. 2 und 5 dargestellten Steuerungsverfahren verwendet wird, die Änderungen des Dämpferzustandes oder wenigstens Änderungen von einem Ein-Zustand zu einem Aus-Zustand verzögern, bis die absolute Geschwindigkeit (im Falle des Verfahrens von Fig. 2) oder die Relativverschiebung (im Falle des Verfahrens von Fig. 5) Null ist oder einen anderen vorgewählten relativ niedrigen Wert einnimmt. Ein alternativer Weg besteht darin, alle oder wenigstens einige der Änderungen des Dämpferzustandes zu verzögern, bis der Wert der Deformation und somit die gespeicherte Energie des Reifens 15 und/oder von einigen anderen deformierbaren, energiespeichernden Teilen innerhalb des Systems nicht größer ist als die vorgewählte niedrige Größe. Im Falle des Reifens 15 kann dies dadurch bestimmt werden, daß die Vertikalverschiebung des Teils 13 überwacht wird. Dies erfolgt entweder durch Verwendung von Daten, die von denjenigen abgeleitet werden, die vom Beschleunigungssensor 40 erzeugt werden, oder durch Verwendung einer anderen Art eines (nicht dargestellten) Sensors, mit dem auf eine direktere Weise die Größe der Deformation und/oder die gespeicherte Energie des Reifens 15 und/oder eines anderen energiespeichernden Teils des Systems festgestellt werden kann.
  • Eine weitere Alternative besteht darin, einige oder alle Änderungen des Dämpferzustandes zu verzögern, bis die gespeicherte Energie des deformierbaren energiespeichernden Systemteils nicht größer ist als ein vorbestimmter Wert, oder bis der geeignete Systembewegungsparameter (beispielsweise die Absolutgeschwindigkeit oder Relativverschiebung) des Systems nicht größer ist als ein vorgewählter niedriger Wert, was immer zuerst auftritt.
  • Die beschriebenen speziellen Ausführungsformen dienen lediglich zur Veranschaulichung und nicht zur begrenzenden Auslegung der Erfindung, deren Umfang von den folgenden Ansprüchen bestimmt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben eines Aufbausystems (10) mit relativ bewegbaren gestützten (12) und abstützenden Teilen (13), die mittels eines kontinuierlich variablen, halbaktiven Dämpfers (18) verbunden sind, der zwischen einem kontinuierlich variablen Ein-Zustand und einem Aus-Zustand geschaltet wird, und einem dritten Teil (15), welches am abstützenden Teil (13) befestigt ist und das Speichern von Energie sowie die plötzliche Freigabe der gespeicherten Energie ermöglicht, wenn der Dämpfer (18) von dem einen Zustand in den anderen geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalten des Dämpfers (18) vom einen zum anderen Zustand verzögert wird, bis die vom dritten Teil (15) gespeicherte Energie nicht größer ist als eine vorgewählte niedrige Größe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer (18) im Ein-Zustand Dämpfungskräfte erzeugt, die zur absoluten Geschwindigkeit des gestützen Teils (12) proportional sind, und daß das Schalten des Dämpfers (18) vom einen Zustand in den anderen verzögert wird, bis die vom dritten Teil (15) gespeicherte Energie nicht größer ist als eine vorgewählte Größe oder bis die absolute Geschwindigkeit des gestützten Teils (12) nicht größer ist als eine vorgewählte Größe, je nachdem, was zuerst auftritt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer (18) im Ein-Zustand Dämpfungskräfte erzeugt, die zur Relativverschiebung zwischen dem gestützten und dem abstützenden Teil (12, 13) proportional sind, und daß das Schalten des Dämpfers (18) vom einen Zustand in den anderen verzögert wird, bis die vom dritten Teil (15) gespeicherte Energie nicht größer ist als eine vorgewählte Größe oder bis die Relativverschiebung des gestützten und abstützenden Teils (12, 13) nicht größer ist als eine vorgewählte Größe, je nachdem, was zuerst auftritt.
4. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Zustand der Ein-Zustand des Dämpfers (18) ist.
5. Verfahren zum Betreiben eines Aufbausystems (10) mit relativ bewegbaren gestützten (12) und abstützenden (13) Teilen, die mittels eines kontinuierlich variablen, halbaktiven Dämpfers (18) verbunden sind, der zwischen einem kontinuierlich variablen Ein-Zustand und einem Aus-Zustand schaltbar ist, wobei der Dämpfer im Ein-Zustand Dämpfungskräfte erzeugt, die zur absoluten Geschwindigkeit des gestützten Teiles (12) proportional sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalten des Dämpfers (18) vom einen Zustand zum anderen verzögert wird, bis die absolute Geschwindigkeit des gestützten Teils (12) nicht größer ist als eine vorgewählte niedrige Größe.
6. Verfahren zum Betreiben eines Aufbausystems (10) mit relativ bewegbaren gestützten (12) und abstützenden (13) Teilen, die mittels eines kontinuierlich variablen, halbaktiven Dämpfers (18) verbunden sind, wobei der Dämpfer (18) zwischen einem kontinuierlich variablen Ein-Zustand und einem Aus-Zustand schaltbar und der Dämpfungskoeffizient des Dämpfers (18) relativ hoch bzw. relativ niedrig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer (18) vom einen Zustand zum anderen zu Zeitpunkten geschaltet wird, wenn sowohl erste als auch zweite Bedingungen zutreffen, wobei die erste Bedingung darin liegt, daß das Vorzeichen des produkts aus Relativverschiebung und Relativgeschwindigkeit der Teile (12, 13) negativ ist, und die zweite Bedingung darin liegt, daß die Relativverschiebung der Teile (12, 13) nicht größer ist als eine vorgewählte Größe.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Dämpferzustand der Ein-Zustand ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Dämpfer (18) im Ein-Zustand erzeugten Dämpfungskräfte zur Relativverschiebung zwischen dem gestützten und abstutzenden Teil (12, 13) proportional sind.
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