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Diese Erfindung bezieht sich auf einen
Aufhängungsregler für ein mit Rädern versehenes Fahrzeug mit einer
Karosserie, die auf einem ungefederten, die Straße
berührenden Rad aufgehängt ist.
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Eine bekannte aktive Aufhängung umfaßt einen Betätiger,
der fähig ist, die Kraft zwischen der
Fahrzeugkarosserie und dem Rad im Ansprechen auf ein Regelsignal in
Echtzeit zu modifizieren, um so ein gewünschtes
Aufhängungsverhalten zu erzeugen.
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Eine bekannte halbaktive Aufhängung ist ähnlich,
verwendet aber einen Betätiger, welcher nur Dämpfung oder
dissipative Kräfte vorsieht, so daß die Aufhängung ihre
eigene Kraft erzeugt. Sie umfaßt einen An/Aus-Dämpfer mit
nur zwei Betriebsmoden mit festen
Kraft-/Geschwindigkeitskurven: eine erste Mode mit einer hohen
Dämpfungskraft und eine zweite Mode mit einer niedrigen
Dämpfungskraft. Eine derartige Aufhängung verwendet ein
Ventil, das fähig ist, den Dämpfer zwischen seinen
ersten und zweiten Betriebsmoden mit Frequenzen zumindest
zweimal die resonante Radfrequenz zu schalten, um
Echtzeitregelung des Rads genauso wie von
Karosseriebewegungen zu erreichen.
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Ein halbaktiver Aufhängungsregler des oben
beschriebenen Typus ist theoretisch in dem Artikel offenbart
worden, der betitelt ist "The Experimental Performance
of an "on-off" active damper" von E. J. Krasnicki in
den Proceedings of the 51st Shock and Vibration
Symposium in San Diego, Kalifornien, im Oktober 1980.
Diese Aufhängung ist eine Modifikation des halbaktiven
Aufhängungsreglers, der vorhergehend von Dean Karnopp
et al. in "Vibration Control Using Semi-Active Force
Generators", ASME Artikel-Nr. 73-DET-122, Juni 1974
beschrieben worden ist und auf die Offenbarung von
US-Patent Nr. 3 807 678 bezogen ist. Die Aufhängung wie von
Krasnicki beschrieben umfaßt einen Regler, welcher
wiederholt eine gewünschte Betätigerkraft berechnet und
bestimmt, ob die durch diese Kraft erzeugte Leistung
aktiv oder dissipativ sein sollte. Wenn die Leistung
aktiv sein sollte, was ein Dämpfer nicht vorsehen kann,
betätigt der Regler das Ventil zu dem zweiten Modus des
Betriebs, um minimale (Null-)Dämpfung vorzusehen. Wenn
die Leistung dissipativ sein sollte, betätigt der
Regler das Ventil zu dem ersten Modus des Betriebs, um
hohe Dämpfung vorzusehen.
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Spezifischer offenbart Krasnicki ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Regeln eines Dämpfers, der verbunden
ist, um eine Dämpfkraft zwischen einer Karosserie und
einem Rad eines Fahrzeuges vorzusehen, wobei der
Dämpfer ein im Ansprechen auf ein Dämpferregelsignal
zwischen einem ersten Modus, der eine niedrige Dämpfkraft
vorsieht, und einem zweiten Modus, der eine hohe
Dämpfkraft vorsieht, in Abhängigkeit von dem Wert des
Dämpferregelsignals schaltbar ist; wobei das Verfahren und
die Vorrichtung aus einer oder mehreren
fahrzeugaufhängungsbezogenen Betriebsvariablen eine Vielzahl von
Dämpferregelsignalen, jedes mit einem ersten oder einem
zweiten Wert, herleiten.
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Ein verbesserter An/Aus-halbaktiver Aufhängungsregler
ist in unserer ebenfalls anhängigen europäischen
Patentanmeldung Nr. 90 311 498.1 (EP-A-426 340,
veröffentlicht am 02.05.91) beschrieben. Die Offenbarung dieser
Patentanmeldung beschreibt einen Regler, der einen
An/Aus-Dämpfer umfaßt, welcher zwischen seinen hohen
und niedrigen Dämpfmoden mit einer Frequenz zumindest
zweimal der resonanten Radvibrationsfrequenz und
vorzugsweise höher, möglicherweise bis zu 50 Hz schaltbar
ist. Jedoch ist Ansprechen des Dämpfers bei Frequenzen
höher als 50 Hz nicht für Aufhängungsregelung notwendig
und würde nur zu den Kosten des Systems beitragen. Der
beschriebene Regler wird in ein digitales
Verarbeitungssystem eingegliedert, welches einmal alle 1
Millisekunden einen Zyklus abschließt und ein neues
Ausgangssignal für jeden An/Aus-Dämpfer vorsieht. Da das
Dämpfersignal ein einzelnes Digitalbit für die Auswahl der
hohen oder niedrigen Dämpfmode ist, entspricht dies
einer maximalen Ausgangsfrequenz von 500 Hz. Es ist
nicht wünschenswert, einen Standardtiefpaßfilter
anzuwenden, welcher Phasenverzögerungen einführen würde, da
ein schnelles Transientenansprechen auf die Auslösung
eines großen Niederfrequenzeinganges für gutes
Systemansprechen auf größere Straßenstörungen oder
Fahrzeugmanöver gewünscht ist. Jedoch gibt es auf einer
vergleichweise glatten Straßen noch einen signifikanten
Niederamplitudeneingang bei hohen Frequenzen, welcher ein
Hochfrequenzdämpfersignal (100 - 500 Hz) erzeugen kann.
Dieses Hochfrequenzdämpfersignal würde, falls es an dem
Dämpfer unverarbeitet vorgesehen würde, keine nützliche
Aufhängungsleistungsfähigkeitsverbesserung zur Folge
haben, aber überflüssige Dämpferventilbetätigung
verursachen, welche sein nützliches Leben verkürzen könnte.
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Daher ist es in einigen Fällen wünschenswert, dieses
Signal auf eine Weise zu filtern, die seine Frequenz
begrenzt, während noch schnelles transientes Ansprechen
vorgesehen wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein
Aufhängungsregler für ein Fahrzeug geschaffen, das über die
Offenbarung in dem oben erwähnten Artikel von Krasnicki durch
die Merkmale in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1
gekennzeichnet ist.
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Der Aufhängungsregler sieht einen Filter für das
Dämpfersignal vor, welcher den Dämpfer daran hindert,
Dämpfmoden mehr als einmal innerhalb einer
vorbestimmten Zeitperiode zu schalten. Jedoch wird ein Wechsel
bezüglich des Wertes des Dämpfersignals, welches für die
vorbestimmte Zeit unverändert geblieben ist,
zugelassen, um den Dämpfer sofort zu schalten. So wird
überflüssiges Hochfrequenzschalten des Ventils verringert,
aber der Dämpfer spricht ohne überflüssige Verzögerung
auf Signale innerhalb des Aktivierungsfrequenzbereiches
an.
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Vorzugsweise sind die einbezogenen Signale binäre
Signale, welche das Schalten bei hohen Frequenzen verhindern
werden, aber ohne Verzögerung das Auslösen einer
Änderung, welche nicht in einem Hochfrequenzsignal ihren
Ursprung hat, durchführen werden.
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Vorzugsweise wird der erste Wert des ungefilterten
Dämpfersignals erzeugt, durch ein Verarbeitungsmittel, wenn
aktive Dämpfleistung erforderlich ist, zum Beispiel, um
die Karosserie-/Radkraft zu erzeugen, die benötigt
wird, um ein gewünschtes Aufhängungsverhalten zu
schaffen; und der zweite Wert davon wird erzeugt, wenn
dissipative Dämpfleistung erforderlich ist, zum Beispiel, um
zumindest manchmal die Karosserie-/Radkraft zu
erzeugen, die benötigt wird, um ein gewünschtes
Aufhängungsverhalten zu schaffen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren des Regelns eines Dämpfers wie in
Anspruch 4 definiert geschaffen.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird
unten nur beispielsweise mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
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Figur 1 ein schematisches Diagramm eines
Motorfahrzeuges ist, das mit einem
Ausführungsbeispiel der
Aufhängungsvorrichtung ausgestattet ist;
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Figur 2 eine Querschnittsansicht eines
variablen Dämpfers zum Gebrauch als ein
Aufhängungsbetätiger in der
Aufhängungsvorrichtung von Figur 1 ist;
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Figur 3 ein typischer Satz von
Kraft-/Geschwindigkeitskurven für den variablen
Dämpfer von Figur 2;
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Figur 4 ein Blockdiagramm eines Reglers zum
Gebrauch in der Aufhängungsvorrichtung
von Figur l ist;
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Figur 5 ein Flußdiagramm ist, das den Betrieb
eines Ausgangsfilterteils der
Aufhängungsvorrichtung von Figur 1
veranschaulicht;
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Figuren 6a und 6b Zeitbestimmungsdiagramme
zeigen, die Beispiele ungefilterter und
gefilterter Dämpfersignale geben, die zum
Verständnis des Betriebs des
Ausgangsfilterteils, der in Figur 5 gezeigt
ist, nützlich sind.
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Figur 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines
Motorfahrzeuges, das mit einem Ausführungsbeispiel der
Aufhängungsvorrichtung ausgerüstet ist. Das Fahrzeug
umfaßt eine Karosserie 10, welche als eine gefederte
Masse gedacht werden kann, und vier Räder 11, welche
zusammen mit einigen der Fahrzeugaufhängungsteile einen
ungefederten Teil des Fahrzeuges bilden. Karosserie 10
ist im allgemeinen in der Gestalt rechteckig und wird
bei jeder Ecke oder jedem Aufhängungspunkt auf einem
Rad 11 vermittels der Aufhängungsvorrichtung 12
getragen. Die Aufhängungsvorrichtung 12 umfaßt für jeden
Aufhängungspunkt eine gewichttragende Aufhängungsfeder,
die parallel zu einem Aufhängungsbetätiger geschaltet
ist. Jeder Betätiger ist dazu angeordnet, eine
regelbare Kraft auf die Karosserie 10 und Rad 11 bei seinem
respektiven Aufhängungspunkt parallel zu der Feder
auszuüben.
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Der Aufhängungsbetätiger kann ein variabler Dämpfer des
An/Aus-Typus sein, wie Dämpfer 20, der unten
detaillierter beschrieben wird, mit Bezug auf die Figuren 2 und
3. In Figur 1 ist Vorrichtung 12 einfach als ein
Dämpfer gezeigt, obwohl es zu verstehen ist, daß eine Feder
wie eine Standardwendelaufhängungsfeder parallel damit
verbunden ist.
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Aufhängungsvorrichtung 12 umfaßt weiter eine Achse bzw.
Welle zum drehbaren Tragen von Rad 11 und derartige
andere Aufhängungsteile, zum Beispiel Regelarme, wie
sie allgemein in Aufhängungssystemen vorgesehen sind.
Diese Aufhängungsteile werden daher nicht im Detail
hierin beschrieben.
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Bei jedem Aufhängungspunkt ist ein
Aufhängungspositionssensor 13 zwischen die Karosserie und die Räder
geschaltet, um die relative vertikale Position zwischen ihnen
zu messen, und ist dazu angepaßt, ein Ausgangssignal zu
erzeugen, das für dieses Maß zum Eingang an einem
Regler 15 indikativ ist. Ein Positionssensor, der für
diesen Zweck geeignet ist, ist der Sensor, der als der
LVDT-Sensor bekannt ist, der unter anderem von Nartron
Corporation von Reed City, Michigan erhältlich ist.
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Der Signalausgang bei jedem Positionssensor 13 kann
differenziert werden, um ein relatives
Karosserie-/Rad-Vertikalgeschwindigkeitssignal zu erzeugen.
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Ein Beschleunigungsmesser 16 ist auch bei jedem
Aufhängungspunkt von Karosserie 10 positioniert, um ein
vertikales Beschleunigungssignal für seinen respektiven
Aufhängungspunkt zu erzeugen und ist in diesem
Ausführungsbeispiel ein absolutes Beschleunigungssignal. Dies wird
in den Regler 15 eingegeben.
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Ein zum Gebrauch in diesem System geeigneter
Beschleunigungsmesser wird hergestellt von First Inertia
Corporation aus Hampshire, England. Dieser
Beschleunigungsmesser ist von dem Typus, welcher ein absolutes Maß der
Beschleunigung ergibt und sollte wie viele derartige
Beschleunigungsmesser mit Sorgfalt angebracht werden,
um Querachsenempfindlichkeit zu minimieren, welche das
vertikale Beschleunigungssignal mit horizontaler
Beschleunigungsinformation kontaminieren könnte.
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Integration des absoluten
Vertikalbeschleunigungssignales durch Regler 15 sieht ein
Vertikalkarosserieeckgeschwindigkeitssignal für jeden Aufhängungspunkt vor.
Aus der Differenz dieser Signale ist Regler 15 in der
Lage, die vertikale Radgeschwindigkeit zu berechnen.
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Der Dämpfer 20, der in Figur 2 gezeigt ist, weist eine
duale Kraft-/Geschwindigkeitskurve des Typus auf, der
in Figur 3 gezeigt ist. Es ist ein diskreter variabler
Dämpfer des Typus, in welchem ein
Standardfahrzeugschokkabsorber oder eine -strebe durch den Zusatz eines
Umgehungsdurchtrittes modifiziert ist, der dazu
angepaßt ist, geöffnet oder geschlossen zu werden, und zwar
durch ein Umgehungsventil, welches zur
Hochfrequenzbetätigung für Echtzeit-, An/Aus-Dämpfungsregelung fähig
ist. Mit offenem Umgehungsventil weist der Dämpfer eine
niedrige Dämpfkraftkurve, wie Kurve 21 in Figur 3 auf;
während bei geschlossenem Umgehungsventil der Dämpfer
eine hohe Dämpfkraftkurve aufweist, wie Kurve 22 von
Figur 3.
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Bezug nehmend auf Figur 2 umfaßt der variable Dämpfer
20 innere und äußere Reservoirröhren 25 und 26
respektive, die dazwischen ein Reservoir 27 festlegen. Ein
zentraler Druckzylinder 28 ist axial innerhalb der inneren
Reservoirröhre 25 angeordnet und definiert damit einen
ringförmigen Durchtritt 29. Der Raum innerhalb des
zentralen Druckzylinders 28 wird in obere und untere
Kammern 30 bzw. 31 geteilt, die voneinander durch einen
axial gleitfähigen Kolben 32 abgedichtet sind. Die
obere Kammer 30 und der ringförmige Durchtritt 29 sind
an ihren oberen Enden durch ein Druckverschlußglied 33
geschlossen, welches relativ unbeschränkte
Kommunikation zwischen Kammer 30 und Durchtritt 29 durch eine
Öffnung 35 vorsieht. Reservoir 27 ist an seinem oberen
Ende durch ein Reservoirverschlußglied 36 und eine
oberen Endabdeckung 37 geschlossen.
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Kolben 32 ist an dem unteren Ende eines hin- und
hergehenden Kolbenstabes 38 angebracht, welcher sich
aufwärts durch Öffnungen in Gliedern 33, 36 und
Endabdekkung 37 für die Anbringung an einem Aufhängungspunkt in
der Weise erstreckt, die für Stoßabsorber oder Streben
normal ist. Hochdruck- und Nacheildichtungen sind in
Gliedern 33 und 36 respektive vorgesehen; und eine
Dichtung für niedrigeren Druck ist in Endabdeckung 37 um
Kolbenstab 38 vorgesehen. Da es etwas Fluidlecken
hinter die Hochdruck- und Nacheildichtungen geben wird,
ist ein Rückführdurchtritt 39 durch
Reservoirverschlußglied 36 zu Reservoir 27 vorgesehen.
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Das unter Ende von Dämpfer 20 umfaßt eine äußere
Verschlußabdeckung 40, die an Reservoirröhren 25 und 26
und Druckzylinder 28 starr angebracht ist und in der
für ein Glied des ungefederten Teils des Fahrzeuges
normalen Weise verbunden ist, spezifischer mit Regel- bzw.
Steuerarm 44, an welchem ein Rad 11 angebracht ist, und
zwar vermittels einer Standardpassung 41. Eine innere
Verschlußabdeckung 42 schließt den Boden der unteren
Kammer 31 und legt eine untere Reservoirkammer 43
zwischen Verschlußabdeckungen 40 und 42 fest, welche zu
Reservoir 27 offen ist.
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Ein unteres Verschlußglied 45 schließt das untere Ende
von Reservoir 27 und ringförmigem Durchtritt 29 und
sieht weiter die Anbringung für eine elektrisch
aktivierte Umgehungsventilvorrichtung 46 vor, welche, im
Ansprechen auf ein Signal aus Regler 15 die Kommunikation
zwischen ringförmigem Durchtritt 29 und Reservoir 27
vermittels der unteren Reservoirkammer 43 regelt. Da
Dämpfer 20 auf die Regelung in Echtzeit ansprechen
soll, um Rad- genauso wie Karosseriebewegungen zu
regeln, muß Ventil 46 fähig sein, sich zwischen seinen
geschlossenen und offenen Positionen mit einer Frequenz
zu bewegen, die signifikant größer als die resonante
Rad-(ungefederte Masse-)Vibrationsfrequenz ist,
vorzugsweise zweimal diese Frequenz und insbesondere
bevorzugt höher. Zum Beispiel beträgt eine typische
resonante Radvibrationsfrequenz 12 Hz. So sollte das Ventil
von Dämpfer 20 zumindest bis zu 24 Hz ansprechen und
vorzugsweise bis zu 50 Hz. Ein Ventil, das für die
Verwendung als Ventil 46 geeignet ist, ist ein
Solenoidkartuschenventil wie das Waterman Hydraulics (R) Serie 12,
ein normalerweise geschlossenes Ventil mit einer
Leistungsfähigkeit von 19 Litern pro Minute.
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Kolben 32 enthält Standard-Stoßkolbenventil- und
Öffnungsvorrichtung 47 mit einer oder mehreren drosselnden
Öffnungen, ein Rückprallabblasventil und ein
Kompressionsrückschlagventil. Die innere Verschlußabdeckung 42
enthält Standardstoßbasisventilvorrichtungen 48 mit
einer oder mehreren drosselnden Öffnungen, einem
Kompressionsabblasventil und einem
Rückprallrückschlagventil. Diese Ventile und Öffnungen sehen Kompression und
Rückpralldämpfkraftcharakteristiken des in der Technik
gut bekannten Typus vor und sind spezifischerweise dazu
angepaßt, die hohe Dämpfkraftkurve 22 von Figur 3 zu
erzeugen, wenn die Umgehungsventilvorrichtung 46
geschlossen ist, um so direkte Kommunikation zwischen
ringförmigem Durchtritt 29 und Reservoir 27 zu verhindern.
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Typischerweise verursacht ausgefahren oder
zurückgeprallt, die Aufwärtsbewegung von Kolben 32 gedrosselten
Fluß durch die Öffnungen und, bei hoher
Geschwindigkeit, Bewegung des Abblasventils von Kolben 32. Dieser
Fluß ist gleich der Abnahme bezüglich des ringförmigen
Volumens der oberen Kammer 30; und ein Fluß von Fluid,
um auf das Volumen des verschobenen Kolbenstabes 38 zu
kompensieren, wird in die untere Kammer 31 aus
Reservoir 27 in einer relativ unbeschränkten Weise durch das
Rückschlagventil von Basisventilvorrichtung 48 gezogen.
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In ähnlicher Weise treibt in Kompression die
Abwärtsbewegung von Kolben 32 Fluid aus unterer Kammer 31 in
einer relativ unbeschränkten Weise durch das
Rückschlagventil von Kolbenventil- und Öffnungsvorrichtung 47.
Der Fluidfluß umfaßt eine Komponente gleich dem Anstieg
bezüglich des ringförmigen Volumens der oberen Kammer
30 durch die Öffnungsvorrichtung 47, plus eine
Komponente gleich dem Volumen des verschobenen Kolbenstabes 38
durch die Basisventilvorrichtung 48. Bei hoher
Geschwindigkeit wird das Abblasventil von
Basisventilvorrichtung
48 von seinem Ventilsitz weg bewegt.
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Bei offener Umgehungsventilvorrichtung 46, um direkte
Kommunikation zwischen ringförmigem Durchtritt 29 und
Reservoir 27 zu ermöglichen, wird die Vorrichtung die
niedrige Dämpfkraftkurve 21 von Figur 3 erzeugen.
Ausgefahren findet das verschobene Fluid aus oberer Kammer
30 einen vergleichsweise unbeschränkten Flußweg durch
das offene Ventil von Vorrichtung 46 in Reservoir 27
hinein; und der volle Anstieg bezüglich des Volumens
der unteren Kammer 30 fließt relativ unbeschränkt aus
Reservoir 27 durch das Rückschlagventil von
Basisventilanordnung 48 in die untere Kammer 30 hinein. In der
Kompression findet ein Fluidfluß gleich der vollen
Abnahme bezüglich des Volumens von unterer Kammer 31
relativ unbeschränkten Durchtritt durch das
Rückschlagventil von Kolbenventil und Öffnungsanordnung 47; und
ein Fluß gleich dem Volumen des verschobenen Stabes 38
findet relativ unbeschränkten Durchtritt aus der oberen
Kammer 30 durch das offene Ventil von Vorrichtung 46 in
Reservoir 27 hinein.
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Die Hardwareanordnung von Regler 15 ist schematisch und
in Blockdiagrammform in Figur 4 gezeigt. Die analogen
Eingänge aus Sensoren 13, 16 und 17-19 werden in der
Eingangsvorrichtung 60 verarbeitet, welche
Sensorschnittstellenbeschaltung, Antirückfaltfilter
(Anti-Aliasing-Filter) und jedwede zusätzliche analoge
Signalverarbeitungsbeschaltung wie Beschaltung zum
Differenzieren der relativen Positionssignale aus Sensoren 13
umfaßt, um relative Geschwindigkeitssignale zu bilden.
Die Integration der Karosserieeckbeschleunigungssignale
aus Sensoren 16 kann auch durch diese Schaltung
durchgeführt werden, wird aber vorzugsweise durch Software
innerhalb der digitalen Schaltung, die zu beschreiben
ist, durchgeführt.
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Mit Bezug auf die Eingangssignale sollte es bemerkt
werden, daß es gefunden worden ist, daß der Regler
zumindest in dem Fall eines An/Aus-Dämpfbetätigers mit einer
Schleifenfrequenz von 1 kHz arbeitet, was bedeutet,
daß, um Rückfaltverzerrung zu vermeiden, die
Eingangssignale durch einen Tiefpaßfilter gefiltert werden
sollten, um jedwede signifikanten Eingangssignale bei
Frequenzen oberhalb von 500 Hz zu vermeiden.
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Der Differenzierer speziell sollte mit Sorgfalt
entworfen sein, da Differenzierung ihrer Natur nach die hohen
Frequenzen in dem Signal betont und massives Filtern
dazu neigt, Phasenverzögerungen einzuführen, welche das
Systemansprechen verlangsamen können.
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Die verarbeiteten und gefilterten Eingangssignale
werden in das System durch einen Multiplexer 61 gelesen,
welcher jedes Signal der Reihe nach an einen
Abtastund -halteschaltkreis 62 und an einen
Analog-zu-Digital-(A/D-)Wandler 63 speist. Die Signale können
pipelineartig durch diesen Teil der Vorrichtung geführt
werden, um das Dateneinlesen zu beschleunigen.
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Der Ausgang des A/D-Wandlers 63 wird an einen Acht-Bit-
Datenbus gespeist, welcher mit einem Mikroprozessor 64,
RAM 65 und Ausgangspuffern 66 verbunden ist. Ein
separater 16-Bit-Datenbus verbindet das Dualport-RAM 65 mit
einem digitalen Signalprozessor 67.
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Der Mikroprozessor 64, welcher zum Beispiel einer der
68HC11 Familie sein kann, die von der Motorola (R)
Corporation hergestellt wird, enthält die grundlegende
Systembetriebssoftware und regelt die Datenhandhabung und
die Entscheidungsdurchführungsaufgaben des Reglers. Der
Signalprozessor 67, welcher ein TMS320C15 oder
TMS320C17 Prozessor sein kann, die von Texas
Instruments (R) Corporation hergestellt werden, ist für
mathematische
Berechnungen wie Multiplikation optimiert,
welche einen Allzweckmikroprozessor in großem Maß
verlangsamen würden. Derartige Multiplikationen werden sowohl
in der Lösung der Regelgleichungen als auch in einer
digitalen Integrationsroutine verwendet.
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Ausgangspuffer 66 bilden die Schnittstelle der
Vorrichtung mit den vier Betätigern 12 und können weiter
digitale Tiefpaßfilterung umfassen, um Ausgabe von Signalen
mit Frequenzen höher als jene zu verhindern, an welche
die Betätiger 12 angepaßt sind, anzusprechen. Für das
gezeigte Ausführungsbeispiel müssen die Ausgangspuffer
66 nur digitale Puffer sein, da die
Ausgangsregelsignale an die Betätiger Einzelbitdigitalsignale sind, die
hohe oder niedrige Dämpfung auswählen. In einem
kontinuierlichen aktiven oder halbaktiven System würden
jedoch geeignete Digital-zu-Analog-Wandler vor die
Ausgangspuffer 66 eingeschoben sein. Eine vollständigere
Beschreibung der Vorrichtung kann in dem Artikel "Dual
Processor Automotive Controller" von Kamal N. Majeed
gefunden werden, der in den Proceedings der
IEEE/Applications of Automotive Electronics, Dearborn, Michigan,
19. Oktober 1988 veröffentlicht ist. Jedoch können
Kostenersparnisse in einem massenerzeugten System durch
den Austausch des Dualport-RAMS 65 gegen ein
gewöhnliches RAM und die Verwendung eines softwaregesteuerten
Schnittstellenbusses zwischen dem Mikroprozessor und
dem Signalprozessor 67 und einer seriellen
Dreileitungsschnittstelle für Eingang und Ausgang erreicht werden.
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Die Regelung, die durch Regler 15 implementiert ist,
ist ähnlich zu jener, die in der vorerwähnten
europäischen Patentanmeldung 90 311 498.1 beschrieben ist.
Diese Patentanmeldung zeigt, wie Zustandsgleichungen,
die auf einem Aufhängungsmodell basieren, während jedes
Programmes gelöst werden, um eine gewünschte Kraft bei
jedem Rad vorzusehen. Für jede derartige Kraft wird es
bestimmt, ob diese Kraft aktive Leistung erzeugen
sollte, die an den Dämpfer angelegt wird, oder dissipative
Leistung. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem
das Vorzeichen der gewünschten Kraft und die Vorzeichen
der relativen Karosserie-/Rad-Geschwindigkeit
verglichen werden. Wenn sie die gleichen sind, ist aktive
Leistung erforderlich, was mit einem Dämpfer nicht
möglich ist. Daher wird das ungefilterte Dämpfersignal
auf seinen ersten Wert eingestellt, welcher, wenn er an
den Dämpfer angelegt wird, minimale Dämpfung erzeugen
wird. Wenn die Zeichen entgegengesetzt sind, sollte die
Leistung dissipativ sein; und das ungefilterte
Dämpfersignal wird gemäß einer Schwellreferenz für die
gewünschte Kraft eingestellt. Wenn die gewünschte Kraft
die Schwellreferenz nicht überschreitet, wird das
ungefilterte Dämpfersignal auf seinen ersten Wert für
minimale Dämpfung gesetzt. Jedoch wird, wenn die gewünschte
Kraft die Schwellreferenz überschreitet, das
ungefilterte Signal auf seinen zweiten Wert gesetzt, welcher,
wenn er an den Dämpfer angelegt wird, den maximalen
Dämpfzustand erzeugen würde.
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In dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel leitet
das Regelprogramm ein ungefiltertes Dämpfersignal von
einem Bit für jeden Dämpfer während jedes 1
Millisekunden Zyklus her. Falls an einem Dämpfer 20 vorgesehen,
wird jedes Signal versuchen, das Umgehungsventil dazu
zu veranlassen, sich zwischen geöffneten und
geschlossenen Positionen immer zu bewegen, wenn das Signal seinen
Zustand ändert. Wenn das Signal den Zustand auf jeden
aufeinanderfolgenden Zyklus ändert, würde dies das
Umgehungsventil dazu veranlassen, sich mit einer Frequenz
von 500 Hz zu öffnen und zu schließen. Jedoch erzeugen
Änderungen mit Frequenzen größer als ungefähr 50 Hz
keinen wahrnehmbaren Dämpfungsverhaltennutzen und
neigen statt dessen dazu, überflüssige Betätigung des
Umgehungsventils zu erzeugen, was sein nützliches Leben
verkürzen könnte. Ein einfaches Verfahren des
Herausfilterns der Hochfrequenzschaltung wäre, den Ausgang
mit einer niedrigeren Rate, wie jedes fünfte
ungefilterte Dämpfersignal abzutasten, während alle
intermediären ungefilterten Dämpfersignale ignoriert werden.
Jedoch führt dieses Verfahren wie bei allen einfachen
Tiefpaßfiltern eine Zeitverzögerung (in diesem Fall 5
Millisekunden) an jedweder befohlenen Betätigeraktion
ein; und diese Verzögerung ist unerwünscht und
überflüssig, wenn der Betätiger seinen Zustand für die
vorhergehende 5 Millisekunde-Periode nicht geändert hat.
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Der Regler 15 ist dazu angepaßt, eine Filterroutine
auszuführen, um die binären Dämpfersignale zu filtern und
gefilterte Dämpfersignale auf der Basis des Obigen zu
erzeugen. Ein Ausführungsbeispiel dieser Routine wird
in dem Flußdiagramm von Figur 5 und den begleitenden
Zeitbestimmungsdiagrammen von Figuren 6a und 6b
beschrieben. Die Routine verwendet einen Zeitmesser,
welcher bequemerweise die Form eines voreingestellten
ganzzahligen Wertes einnimmt, welcher in ein Register oder
einen RAM-Ort in einer Rücksetzbetätigung geladen wird,
und welcher in Richtung auf Null um Eins jeden
Regelzyklus dekrementiert wird. Da der Computer das Programm
mit einer konstanten Rate wiederholt, weist der
Zeitmesser eine Zeitperiode auf, die durch die Zyklusrate und
den anfänglich voreingestellten Wert bestimmt ist. Die
Routine kann kurz wie folgt beschrieben werden:
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(1) In jedem Zyklus wird der Wert des Zeitmessers
überprüft. Wenn er Null ist, wird das gefilterte
Dämpfersignal zu dem gleichen Zustand wie das ungefilterte
Dämpfersignal geändert. Wenn es nicht Null ist, wird das
gefilterte Dämpfersignal nicht geändert.
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(2) Der Zeitmesser wird zu dem vorhergehenden Wert in
jedwedem Zyklus zurückgesetzt, in welchem das
ungefilterte Dämpfersignal den Zustand ändert, und wird in
Richtung auf Null in jedwedem Zyklus dekrementiert, in
welchem das ungefilterte Dämpfersignal den Zustand
nicht ändert.
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Nach Figur 5 bestimmt die Routine zuerst (100), ob der
Wert Null erreicht hat. Wenn dem so ist, setzt sie
(101) das neue gefilterte Dämpfersignal NEU FS gleich
dem neuen ungefilterten Dämpfersignal NEU US. Jedoch
setzt, wenn der Zählwert irgendein anderer als Null
ist, die Routine (102) das neue gefilterte
Dämpfersignal NEU FS gleich dem alten gefilterten Dämpfersignal
ALT FS. Als nächstes detektiert die Routine Änderung
bezüglich des ungefilterten Dämpfersignales, indem
bestimmt wird (103), ob das neue ungefilterte
Dämpfersignal NEU US dem alten ungefilterten Dämpfersignal ALT US
gleich ist. Falls sie nicht gleich sind, d.h., wenn
das ungefilterte Signal sich geändert hat, wird der
Zählwert zurückgesetzt (105), und zwar auf den
vorbestimmten Wert, in diesem Beispiel 3. Wenn sie gleich
sind, ist keine Änderung aufgetreten, und so wird der
Wert in Richtung auf Null dekrementiert. Dies kann
durchgeführt werden, indem überprüft wird (106), um zu
sehen, ob der Zählwert Null ist, und der Zählwert
dekrementiert wird (107), falls er es nicht ist. Schließlich
wird der neue gefilterte Dämpfersignalwert NEU FS an
den Dämpfer ausgegeben (108), und die neuen Werte der
ungefilterten und gefilterten Dämpfersignale werden
verwendet, um die alten Werte für den nächsten Zyklus
zu ersetzen. Die Routine wird dann verlassen.
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Es kann gesehen werden, daß das gefilterte
Dämpfersignal nur geändert werden kann, wenn das ungefilterte
Dämpfersignal für eine hinreichend lange Periode
unverändert geblieben ist: in diesem Beispiel vier Zyklen.
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Jedoch kann, wenn das ungefilterte Dämpfersignal für
diese Periode ungeändert geblieben ist, das gefilterte
Dämpfersignal unmittelbar mit einer Änderung bezüglich
des ungefilterten Dämpfersignals geändert werden. Dies
schafft einen gewünschten Aktivierungsfrequenzbereich,
innerhalb von welchem der Dämpfer 20 arbeiten kann. Wie
ersichtlich sein wird, kann der gewünschte
Aktivierungsfrequenzbereich geändert werden, indem der Wert
geändert wird, auf welchen der Zähler zurückgesetzt wird.
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Ein Muster eines ungefilterten Dämpfersignals ist in
Kurve 120 von Figur 6a gezeigt; und ihr entsprechendes
gefiltertes Dämpfersignal, das durch die Routine
erzeugt wird, die oben beschrieben ist, ist in Kurve 130
von Figur 6b gezeigt. Wie Fachleuten ersichtlich sein
wird, wird das gefilterte Signal geringfügig mit Bezug
auf das ungefilterte Signal als eine Folge der Zeit
verzögert sein, die zur Verarbeitung benötigt wird. Der
Einfachheit halber ist diese Verzögerung in Figur 6
nicht gezeigt worden.
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Der Wert bei jedem Ein-Millisekunden-Zyklus des
Regelprogrammes ist direkt oberhalb der Kurve 120 für einen
Anfangswert von 3 gezeigt. Die Merkmale dieser Kurve
können bequemerweise als positiv gehende Pulse mit
variablen Dauern beschrieben werden. Pulse 121 und 122
der ungefilterten Dämpfersignalkurve 120 erzeugen
ähnliche Pulse 131 und 132 in dem gefilterten
Dämpfersignal von Kurve 130, da sie in der Dauer und in der
Trennung länger als die vier Millisekunden Zählzeit
sind. Jedoch wird Puls 123 von Kurve 120 vollständig in
dem gefilterten Dämpfersignal ignoriert, da er nur eine
Millisekunde in der Dauer beträgt. Zusätzlich wird Puls
134 der gefilterten Dämpfersignalkurve 130 verzögert
und entsprechend verkürzt, verglichen mit seinem
entsprechenden ungefilterten Puls 124 von Kurve 120, da
Puls 124 Puls 123 zu eng folgt, um zu erlauben, daß der
Wert auf Null dekrementiert wird. Puls 134 der
gefilterten Kurve 130 könnte daher nicht beginnen, bis der Wert
Null erreicht wird, nachdem er zum Beginn von Puls 124
in der ungefilterten Kurve 120 zurückgesetzt worden
ist. Die Vorrichtung verhindert so den Durchtritt von
hochfrequenten ungefilterten Dämpfersignalen des Typus,
die in Kurve 120 gezeigt sind, und zwar von dem Ende
von Puls 122 bis Puls 123 zu dem Beginn von Puls 124;
aber, wo die Signale von niedriger Frequenz sind, wie
Pulse 121 und 122, führt die Vorrichtung die Signale im
wesentlichen ohne Verzögerung weiter. Es wird bemerkt
werden, daß ein längerer Niederfrequenzpuls, der seine
Auslösung in einem Hochfrequenzteil der Kurve aufweist,
wie Puls 124 von Kurve 120 verzögert werden wird, wenn
er an die Vorrichtung geführt wird, wie in Puls 134 und
Kurve 130 gesehen wird. Dies ist unvermeidbar, da sein
Beginn von dem Hochfrequenzanteil der Kurve
ununterscheidbar ist, in welcher er ausgelöst wird; und es
wird nicht ersichtlich, daß er ein Puls langer Dauer
ist, bis der Wert Null erreicht.
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Zusätzliche Signale, welche optionell erzeugt werden
können, sind ein Fahrzeugverzögerungs- oder Bremssignal
am Bremssensor 17, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal
aus Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 18 und ein
Fahrzeuglenksignal aus Fahrzeuglenksensor 19. Diese letzteren
Signale werden in dem Ausführungsbeispiel des
Aufhängungsreglers, der oben beschrieben worden ist, nicht
verwendet, und sind daher nicht detailliert beschrieben
worden. Jedoch sind viele Beispiele derartiger Sensoren
und ihre Verwendungen für Aufhängungsregelung in dem
Stand der Technik bekannt und ihre Anwendung in einem
Aufhängungsregler des beschriebenen Typus wird dem
Fachmann ersichtlich sein.