DE69504385T2

DE69504385T2 - Verfahren und Vorrichtung für die Steuerung einer aktiven Radaufhängung

Info

Publication number: DE69504385T2
Application number: DE69504385T
Authority: DE
Inventors: Abraham H. Rochester Hills Mi 48307 Ghaphery; Daniel E. Lafayette Indiana 47905 Williams
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1994-03-14
Filing date: 1995-03-14
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: DE69504385D1; US5510986A; JPH0834220A; EP0672549A3; ES2122364T3; EP0672549B1; EP0672549A2; JP3014081B2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein aktives Fahrzeugaufhängungssystem und die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des aktiven Aufhängungssystems.

Technischer Hintergrund

Aktive Fahrzeugaufhängungssysteme sind bereits bekannt. Solche Aufhängungssysteme bezwecken die Steuerung der Relativbewegung zwischen der federnden Masse (dem Fahrzeug- Chassis) und der nicht federnden Masse (den Aufhängungsarmen, Rädern, Reifen usw.) des Fahrzeugs. Ein aktives Aufhängungssystem kann folgendes aufweisen: (i) einen zwischen dem Fahrzeug-Chassis und einem Fahrzeugrad verbundenen Betätiger, (ii) eine Vielzahl von entfernt angeordneten Sensoren, die Sensorsignale liefern, welche eine Anzeige für die Straßen- und Fahrzeugzustände, denen das Fahrzeug ausgesetzt ist oder ausgesetzt werden wird, und (iii) eine Steuereinheit, die die Sensorsignale verarbeitet und eine Anzahl von Steuersignalen liefert, um die Betätigung des Betätigers zu steuern. Die Steuereinheit verarbeitet die Sensorsignale gemäß einem vorprogrammierten Verfahren, welches in einem Speicher gespeichert ist, der mit der Steuereinheit verbunden ist.
Ein bekanntes aktives Aufhängungssystem ist in US-Patent 4 625 993 offenbart. Im US-Patent 4 625 993 erzeugt ein Steuersystem modale Kraftsignale ansprechend auf Signale von Wandlern, die die Betätigerlast und die Betätigerkolbenverschiebung an jeder Ecke des Fahrzeugs abfühlen. Die Modalkraftsignale repräsentieren Kräfte entsprechend den Fahrzeugbewegungsarten, nämlich Heben/Senken (heave), Nicken (pitch), Rollen (roll) und Verdrehen (warp). Das Steuersystem erzeugt Steuersignale zur Steuerung der elektrohydraulischen Servosteuerventile, die mit den Betätigern an den Ecken des Fahrzeugs assoziiert sind, um die Kolbengeschwindigkeit zu bewirken und dadurch die gewünschte Fahrzeuglage. Die Steuersignale können durch Signale modifiziert werden, welche die Fahrzeuggeschwindigkeit und die seitliche und in Längsrichtung erfolgende Beschleunigung repräsentieren und zwar kann dies unter der selektiven Steuerung des Fahrers des Fahrzeugs erfolgen.
Ein weiteres aktives Aufhängungssystem ist in US-Patent 5 217 246 beschrieben. In diesem Patent erzeugt ein Mikroprozessor eine Vielzahl von Modalkräften, die auf gemessenen Hebe-/Senkkräften und gemessenen nicht federnden Massenbeschleunigungen basieren. Der Mikroprozessor erzeugt sodann modifizierte Werte der Modalkräfte, und zwar basierend auf den gemessenen Betätigerversetzungs- oder - verschiebungswerten. Die modifizierten Werte der Modalkräfte können weiter durch den Mikroprozessor verarbeitet werden, um eine angeforderte Ausgangsgröße eines Betätigers zu erzeugen, der betriebsmäßig zwischen dem Fahrzeugkörper und einem Fahrzeugrad angeordnet ist. Der Betätiger wird zur Bewegung des Fahrzeugrades nach oben und nach unten betätigt, und zwar relativ zum Fahrzeug körper, je nach Notwendigkeit, um das gewünschte "Fahrgefühl" und die gewünschte "Handhabungscharakteristik" des Fahrzeugs zu erreichen.
DE-A-40 17 223 beschreibt ein System zur Steuerung der aktiven Aufhängungen eines Motorfahrzeugs, wobei folgendes vorgesehen ist: ein Vertikalversetzungs- oder -verschiebungssensor zum Abfühlen der Relativverschiebung oder -versetzung zwischen dem Fahrzeugkörper und jedem Fahrzeugrad, einen Beschleunigungssensor zum Abfühlen der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugkörpers relativ zum Boden für jedes Fahrzeugrad und zum Liefern eines eine Anzeige dafür bildenden Beschleunigungssignals, einen Geschwindigkeitssensor zum Vorsehen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, einen Steuerwinkelsensor und Verarbeitungsmittel einschließlich Mittel zur Einstellung eines Rollbewegungs-Vorne/Hinten-Verteilungsverhältnisses ansprechend auf das erwähnte Fahrzeuggeschwindigkeitssignal. Ein resultierendes Signal wird an jede assoziierte Fahrzeugaufhängung angelegt.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Vorrichtung vorgesehen zur Steuerung eines Kraftbetätigers verbunden zwischen einem Fahrzeugkörper und jedem Fahrzeugrad, wie es in Anspruch 1 angegeben ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Speziell bestimmen Verarbeitungsmittel eine Vielzahl von Modalkräften einschließlich Hebe-/Senk-, Nick- und Rollmodalkräften, die sich als eine Funktion der Positions- und Geschwindigkeitssignale an den Fahrzeugrädern verändern und die auf den Fahrzeugkörper einwirken. Die Prozessormittel erzeugen sodann ein Kraftbetätigersteuersignal an jedem bzw. für jedes Fahrzeugrad, welches sich als eine Funktion der Vielzahl von Modalkräften verändert und dadurch als eine Funktion der Positions- und Geschwindigkeitssignale an den Fahrzeugrädern.
Eine Anordnung mit geschlossener Schleife, d. h. eine Regelanordnung wird vorgesehen, um zu ermöglichen, daß das Kraftbetätigersteuersignal an jedem Fahrzeugrad während dessen Betätigung reguliert wird. Die Anordnung mit geschlossener Schleife weist folgendes auf: einen Lenkstangen- oder Lenkzahnstangenversetzungssensor, der die Lenkeingangsgröße abfühlt und ein dafür eine Anzeige bildendes Lenksignal liefert, ein Geschwindigkeitssensor, der die Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs gegenüber dem Erdboden mißt und und ein eine Anzeige dafür bildendes Geschwindigkeitssignal liefert, und einen Gierungs- oder Yawratensensor, der die Gierungsrate des Fahrzeugs abfühlt und ein Gierungsratensignal, welches eine Anzeige dafür bildet, liefert. Die Verabeitungs- oder Prozessormittel bestimmen ein Soll-Gierungsratensignal, welches sich als eine Funktion des Steuersignals und des Geschwindigkeitssignals ändert. Die Prozessormittel bestimmen ein Differenzsignal zwischen dem abgefühlten Gierungsratensignal und dem Soll-Gierungsratensignal. Das Differenzsignal wird sodann derart verarbeitet, daß sich das Kraftbetätigersteuersignal an jedem Rad als eine Funktion des Differenzsignals verändert.
Ferner fühlt ein Längsbeschleunigungssensor die Längsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers relativ zur Fahrbahn bzw. Erdboden ab und liefert ein eine Anzeige dafür bildendes Längsbeschleunigungssignal, und ein Seitenbeschleunigungssensor fühlt die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugkörpers relativ zur Fahrbahn ab und liefert ein Seitenbeschleunigungssignal, welches eine Anzeige dafür liefert. Die Verarbeitungs- oder Prozessormittel verarbeiten das Längsbeschleunigungssignal und das Seitenbeschleunigungsignal und liefern einen Längsbeschleunigungskompensationskraftausdruck bzw. einen seitlichen Beschleunigungskompensationskraftausdruck an jedem Fahrzeugrad. Der Längsbeschleunigungskompensationskraftausdruck und der Seitenbeschleunigungskompensationskraftausdruck werden sodann verarbeitet, um das Kraftbetätigersteuersignal an dem zugehörigen Fahrzeugrad zu beeinflussen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen, um ein Fahrzeugaufhängungssystem zu steuern, welches einen Kraftbetätiger besitzt, der zwischen dem Fahrzeugkörper und jedem Fahrzeugrad angeordnet ist, und zwar ist das Verfahren in Anspruch 10 genannt. Das Fahrzeug besitzt ein Paar von Vorderrädern und ein Paar von Hinterrädern. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Abfühlens der Versetzung zwischen dem Fahrzeugkörper und jedem Fahrzeugrad und liefert ein eine Anzeige dafür bildendes Positionssignal, und ferner wird die Vertikalträg heitsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers abgefühlt und zwar relativ zur Fahrbahn an jedem Fahrzeugrad, und es wird ein Beschleunigungssignal geliefert, welches eine Anzeige für die vertikale Trägheitsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers an jedem Fahrzeugrad liefert. Das Verfahren weist ferner folgende Schritte auf: Bestimmung eines Geschwindigkeitssignals basierend auf jedem Beschleunigungssignal und Bestimmen eines ersten Rollmoments am hinteren Ende des Fahrzeugs und eines zweiten Rollmoments am vorderen Ende des Fahrzeugs. Das Verfahren weist auch den Schritt des Vorsehens eines Kraftbetätigersteuersignals für jedes Fahrzeugrad auf. Die Kraftbetätigersteuersignale für die Hinterräder verändern sich als eine Funktion der Rollmoment an den Hinterrädern des Fahrzeugs. Die Kraftbetätigersteuersignale für die Vorderräder ändern sich als eine Funktion des Rollmoments- der Vorderräder des Fahrzeugs. Das Verfahren weist ferner die folgenden Schritte auf: Anlegen des Kraftbetätigersteuersignals für jedes Fahrzeugrad an den zugehörigen Kraftbetätiger, um den Betrieb des Kraftbetätigers zu steuern, und kontinuierliches Ändern der Rollwiderstandskraft zwischen den vorderen und hinteren Enden des Fahrzeugs, wenn die Kraftbetätigersteuersignale angelegt werden. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Speziell werden die Rollmodalkräfte, die auf den Fahrzeugkörper einwirken, bestimmt. Die Rollmodalkräfte ändern sich als eine Funktion der Positions- und Geschwindigkeitssignale an den Fahrzeugrädern. Das Kraftbetätigersteuersignal an dem Fahrzeugrad ändert sich als eine Funktion der Rollmodalkräfte und dadurch als eine Funktion der abgefühlten Positions- und Geschwindigkeitssignale an den Fahrzeugrädern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben stehenden und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines aktiven Fahrzeugaufhängungssystems mit einer Steuervorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines Teils des aktiven Fahrzeugaufhängungssystems der Fig. 1;
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm eines Teils der Steuervorrichtung in dem Fahrzeugaufhängungssystem der Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Diagrammdarstellung der Effekte von Hebe-/Senkbetriebsartkräften, die auf ein Fahrzeug einwirken;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm der Effekte von auf ein Fahrzeug einwirkenden Nickbetriebsartkräften;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm der Effekte der auf ein Fahrzeug einwirkenden Rollbetriebsartkräfte; und
Fig. 7 u. 8 Flußdiagramme eines Steuerprozesses für das aktive Fahrzeugaufhängungssystem der Fig. 1.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Steuervorrichtung zur Steuerung einer Anzahl von Kraftbetätigern in einem aktiven Fahrzeugaufhängungssystem, und zwar ansprechend auf eine Vielzahl von von entfernt gelegenen Sensoren kommenden Signalen, die eine Anzeige bilden für die Straßen- und Fahrzeugbedingungen, die vom Fahrzeug erfahren wurden oder noch erfahren werden. Die Steuervorrichtung folgt einer Folge von Steuerschritten gemäß der Erfindung, um ein Kraftsteuersignal für jeden Kraftbetätiger vorzusehen. Die spezielle Konstruktion der Kraftbetätiger kann unterschiedlich sein.
Repräsentativ für die vorliegende Erfindung wir eine erfindungsgemäß konstruierte Steuervorrichtung in einem aktiven Fahrzeugaufhängungssystem 10 verkörpert, und zwar mit vier Kraftbetätigern 11, 12, 13, 14, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 sind zwischen relativ beweglichen Teilen des Fahrzeugs verbindbar, wie beispielsweise zwischen dem Fahrzeugkörper und einem Fahrzeugrad, und zwar zur Dämpfung der Relativbewegung zwischen den Teilen. Ein Kraftbetätiger ist mit jedem Rad des Fahrzeugs assoziiert. Ebenfalls ist eine (nicht gezeigte) Schraubenfeder mit jedem Fahrzeugrad assoziiert.
Das in Fig. 1 gezeigte aktive Fahrzeugaufhängungssystem 10 weist vier Ecken auf, und zwar entsprechend den vier Fahrzeugradecken des Fahrzeugs. Im Rahmen der vorliegen den Offenbarung wird der Aufbau und der Betrieb von nur einer Ecke beschrieben, wobei aber klar ist, daß die Struktur und der Betrieb der anderen drei Ecken gleich oder ähnlich ist. In der in Fig. 2 gezeigten Ecke verbindet der Kraftbetätiger 11 die federnde Masse 15, d. h. das Chassis oder den Fahrzeugkörper mit der assoziierten nicht gefederten Masse 16, d. h. dem Rad, auf dem diese Reifenecke angebracht ist. Obwohl dies nicht dargestellt ist, so ist doch eine parallele Lastschraubenfeder betriebsmäßig zwischen dem Chassis 15 und dem Rad 16 als Verbindung vorgesehen.
Der Kraftbetätiger 11 weist ein zylindrisches Gehäuse 18 verbunden mit dem Chassis 15 auf. Ein Kolben 20 ist teleskopartig im Gehäuse 18 aufgenommen. Der Kolben 20 weist einen Kolbenkopf 22 und eine Kolbenstange 24 auf. Das Kolbenstangenende erstreckt sich durch ein Ende 26 des zylindrischen Gehäuses 18 und ist mit dem Rad 16 verbunden. Der Kolbenkopf unterteilt das zylindrische Gehäuse 18 in zwei ein variables Volumen besitzende Strömungsmittelkammern 28, 30.
Der Kraftbetätiger 11 kann entweder ein gleichflächiger Stab oder ein nicht gleichflächiger Stab sein. Bei einem gleichflächigen Stab ist die Oberfläche der Seite des Kolbenkopfes 22, die zur Kammer 28 hinweist, gleich der Oberfläche der Seite des Kolbenkopfes 22, die zur Kammer 30 hinweist. In einem nicht gleichflächigen Stab ist die Oberfläche der Seite des Kolbenkopfes 22, die zur Kammer 28 hinweist, nicht gleich der Oberfläche des Kolbenkopfes 22, die zur Kammer 30 hinweist. Die Struktur und der Be trieb von sowohl nicht gleichflächigen Stäben und gleichflächigen Stäben ist in der Technik bekannt und hier deshalb nicht im einzelnen beschrieben. Jede der Kammern 28, 30 steht in Strömungsmittelverbindung mit einem Kolbenventil 40. Das Ventil 40 steht in Strömungsmittelverbindung mit einem Auslaßanschluß 48, einer eine variabel Verdrängung besitzenden Scheibenplattenpumpe 50 und einem Strömungsmittelreservoir 52. Ein Einlaßanschluß 54 der Pumpe 50 steht in Strömungsmittelverbindung mit dem Reservoir 52. Das Ventil 40 weist einen Drehmomentmotor 56 auf, um den Betrieb des Ventils 40 zu steuern, und seinerseits steht es in Strömungsmittelverbindung zwischen Pumpe 50 und Reservoir 52 mit der Kammer 28 und der Kammer 30. Diese Ventilanordnung gestattet, daß der Strömungsmitteldruck von der Pumpe 50 mit der Kammer 28 in Verbindung gebracht werden kann, und Strömungsmittel in der Kammer 30 kann mit dem Reservoir 52 verbunden werden, wenn es gewünscht ist, das Rad 16 nach unten bezüglich des Chassis 15 anzutreiben. In ähnlicher Weise gestattet das Ventil 40, daß der Strömungsmitteldruck von der Pumpe 50 mit der Kammer 30 verbunden wird und daß Strömungsmittel von der Kammer 28 mit dem Reservoir 52 verbunden wird, dann wenn es erwünscht ist, das Rad 16 nach oben bezüglich des Chassis 15 anzutreiben.
Wenn es erwünscht ist, die Relativposition zwischen Chassis 15 und Rad 16 auf einem festen Wert zu halten, so wird das Ventil 40 derart positioniert, daß die Strömungsmittelverbindung der Kammern 28, 30 von entweder der Pumpe 50 oder dem Reservoir 52 blockiert wird. Der Pumpendruck wird derart gesteuert, daß ein im wesentli chen konstanter Ausgangsdruck aufrechterhalten wird. Um dies zu erreichen, ist der Ausgangsanschluß 48 der Pumpe 50 mit einem Druckregulator 58 verbunden. Der Druckregulator 58 ist mit einer Pumpenscheibenplattensteuerung 59 verbunden. Der Druckregulator 58 reguliert den Ausgangsdruck der Pumpe 50 durch Steuerung der Pumpenverdrängung.
Ein Beschleunigungsmesser 60 ist betriebsmäßig mit dem Chassis 15 verbunden. Der Beschleunigungsmesser 60 liefert ein elektrisches Signal auf der Leitung 61, welches eine Anzeige für die Größe der vertikalen Trägheitsbeschleunigung des Chassis 15 relativ zur Fahrbahn liefert. Ein Versetzungssensor 66 ist betriebsmäßig zwischen dem Gehäuse 18 und dem Kolben 20 geschaltet und liefert ein elektrisches Signal auf Leitung 67, welches eine Anzeige für die Versetzung des Kolbens 20 relativ zum Gehäuse 18 bildet. Das elektrische Signal auf der Leitung 67 von dem Versetzungsfühler 66 liefert seinerseits eine Anzeige für die Position des Rades 16 relativ zum Chassis 15. Die Versetzung des Kolbens 20 relativ zum Gehäuses 18 und die Position des Rades 16 relativ zum Chassis 15 werden alle als Betätigerversetzung bezeichnet. Der Versetzungssensor 66 kann irgendeine von mehreren bekannten Formen einnehmen, wie beispielsweise ein LVDT oder ein LVIT Sensor. Der Fahrzeugvorwärtsgeschwindigkeitssensor 45 liefert ein Ausgangssignal auf Leitung 46 mit einer Frequenz proportional zur Fahrzeugvorwärtsgeschwindigkeit. Eine innerhalb der Steuervorrichtung 70 angeordnete Signalverarbeitungsschaltung transformiert das Frequenzausgangssignal des Fahrzeugge schwindigkeitssensors 45 in ein proportionales Spannungssignal.
Der Lenkstangenversetzungssensor 85 liefert ein Gleichspannungsausgangssignal auf der Leitung 86 entsprechend der tatsächlichen oder Ist-Position des Lenkrades des Fahrzeugs. Vorzugsweise weist der Lenkstangenversetzungsfühler 85 ein Potentiometer auf, welches das Ausgangssignal für eine 2,5 Volt Gleichspannung skaliert, wenn sich das Lenkrad in seiner Null-Position befindet. Das skalierte Ausgangssignal des Lenkstangenversetzungssensors 85 kann zwischen 0 Volt Gleichspannung und 5,0 Volt Gleichspannung schwanken, und zwar entsprechend der vollen Verdrehbarkeit des Lenkrades.
Die Ausgangsgrößen der Sensoren 45, 60, 66, 85 sind elektrisch mit einer Steuervorrichtung 70, wie beispielsweise einem Mikrocomputer verbunden. Die Steuervorrichtung 70 ist ferner mit einer Vielzahl von Schwerpunkt (center-of- gravity = CG) Sensoren 65 verbunden. Die CG-Sensoren 65 sind typischerweise an oder nahe der Fahrzeugmitte angeordnet und detektieren niedrigfrequente Bewegungen des Fahrzeugs. Solche CG-Sensoren 65 umfassen Gierungs- oder Nicksensoren, seitliche bzw. Seiten-Beschleunigungsmesser, Longitudinal- bzw. Längs-Beschleunigungsmesser, usw. Wie man in Fig. 3 erkennt, weisen die CG-Sensoren 65 einen Gierungs- bzw. Nickratensensor 71 auf, der ein elektrisches Signal auf Leitung 72 liefert, und zwar eine Anzeige bildend für die Nickrate der Fahrzeugmitte, d. h. des Fahrzeugmittelpunkts, ferner liefert ein Seiten- Beschleunigungsmesser 75 ein elektrisches Signal auf Lei tung 76, welches die seitliche bzw. Seiten-Beschleunigung des Fahrzeugmittelpunkts angibt, und ein Longitudinal- Beschleunigungsmesser 81 liefert ein elektrisches Signal auf Leitung 82, welches die Longitudinal- bzw. Längs- Beschleunigung des Fahrzeugmittelpunkts angibt.
Die Steuervorrichtung 70 überwacht die Datenausgangsgröße von allen Fahrzeugsensoren, mit denen sie verbunden ist, und liefert ein Soll-Kraftbefehlsignal auf Leitung 94. Das Soll-Kraftsignal auf Leitung 94 wird an eine Treiberschaltung 95 angelegt, die das Signal auf Leitung 95 verarbeitet und das verarbeitete Soll-Kraftbefehlsignal auf Leitung 96 liefert. Das verarbeitete Soll-Kraftbefehls(beantwortungs)signal auf Leitung 96 wird dazu verwendet, um den Druck in den Kammern 28, 30 zu steuern, und um dadurch die Versetzung des Kolbens 20 für jede der Fahrzeugecken zu steuern. Durch Steuerung des Drucks in den Kammern 28, 30 und dadurch der Versetzung des Kolbens 20 wird die durch jede Ecke "gesehene" Kraft gesteuert. Durch Steuerung der Eckkräfte werden die Hub-/Senk- Neigungs- und Roll-Betriebsarten der Fahrzeugbewegung gesteuert.
Unter Bezugnahme auf die Diagramme der Fig. 4-6 sind die Wirkungen der auf das Fahrzeug einwirkenden Hebe-/Senk- Neigungs- und Rollbetriebsartkräfte veranschaulicht.
In der Hebe-Senkbetriebsart der Fahrzeugbewegung, wie in Fig. 4 gegeigt, sind die durchschnittliche Vertikalversetzung und die durchschnittliche Vertikalgeschwindigkeit mathematisch wie folgt ausgedrückt:
Z = 1/4 [X1 +X2 + X3 · X4]
und
= 1/4[ 1 + 2 + 3 + 4]
Dabei ist
X1, X2, X3, X4
die gemessenen Vertikalversetzungen an den vier Ecken des Fahrzeugs;
1, 2, 3, 4
sind die berechneten Geschwindigkeiten an den vier Ecken des Fahrzeugs basierend auf den gemessenen Beschleunigungen an den entsprechenden Ecken des Fahrzeugs.
Die allgemeine Gleichung zweiter Ordnung, die die Hebe- /Senkdynamik des Fahrzeugaufhängungssystems 10 nachbildet, wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
M + CZ + KZZ = 0
Die spezielle Kraftgleichung, die die Hebe-/Senkdynamik des Fahrzeugaufhängungssystems 10 modelliert, wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
F1 + F2 + F3 + F4 = M
und durch Umordnen und Substitution der obigen Gleichung ergibt sich folgendes:
F1 + F2 + F3 + F4 = -CZ - KZZ
Dabei ist:
M die Masse des Fahrzeugkörpers;
Z die durchschnittliche Vertikalversetzung;
die durchschnittliche Geschwindigkeit;
die Hebe-/Senkbetriebsart Vertikalbeschleunigung;
CZ die Dämpfungskonstante der Hebe-/Senkbetriebsart;
KZ die Steifheitskonstante der Hebe-/Senkbetriebsart;
F1, F2, F3, F4 vertikale dynamische Kräfte angelegt an die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 an den vier Ekken den Fahrzeugkörpers.
Es sei bemerkt, daß die obige spezielle Kraftgleichung, die die Hebe-/Senkdynamik des Fahrzeugaufhängungssystems 10 modelliert, auf der Annahme basiert, daß die parallelen Lastschraubenfedern das statische Gewicht der nicht gefederten Masse, d. h. des Fahrzeugchassis 15 aufnehmen.
In der in Fig. 5 gezeigten Nick- oder Neigungsbetriebsart der Fahrzeugbewegung ist die durchschnittliche Winkelversetzung und die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit mathematisch ausgedrückt und abgeleitet wie folgt:
Θa = -X1; Θa = -X2 : Θb = X3; Θb = X4;
oder
Θ = -1/aX1; Θ = -1/aX2; Θ = - 1/bX3; Θ = 1/bX4;
oder
4Θ = -1/a(X1 + X2) + 1/b(X3 + X4)
oder
Θ = -1/4a(X1 + X2) + 1/4b(X3 + X4)
und
= -1/4a(X1 + X2) + 1/4b(X3 + X4)
Die allgemeine Gleichung zweiter Ordnung, die die Neigungs- oder Nickdynamik des Fahrzeugaufhängungssystems 10 nachbildet oder modelliert, wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
Iθ + Cθ + KθΘ = 0
Das spezielle Moment der Kraftgleichung, welche die Neigungsdynamik des Fahrzeugaufhängungssystems 10 nachbildet, wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
-a(F1 + F2) + b (F3 + F4) = Iθ
und durch Umordnen und Substitution der obigen Gleichung ergibt sich folgendes:
-a(F1 + F2) + b(F3 + F4) = -Cθ - KθΘ
Dabei ist:
X1, X2 die vertikalen Versetzungen am vorderen Teil des Fahrzeugs;
X3, X4 die vertikalen Versetzungen am hinteren Teil des Fahrzeugs;
IΘ das Neigungsmoment der Trägheit des Fahrzeugkörpers;
Θ die Winkelversetzung der Neigungsbetriebsart;
die Winkelgeschwindigkeit der Neigungsbetriebsart;
die Winkelbeschleunigung der Neigungsbetriebsart;
CΘ die Dämpfungskonstante der Neigungsbetriebsart;
KΘ die Steifheitskonstante der Neigungsbetriebsart;
F1, F2, F3, F4 sind die vertikalen dynamischen Kräfte angelegt durch die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 an die vier Ecken des Fahrzeugkörpers;
a ist der Abstand zwischen dem vorderen Ende und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs;
b ist der Abstand zwischen dem hinteren Ende und dem Fahrzeugschwerpunkt des Fahrzeugs.
In der in Fig. 6 gezeigten Rollbetriebsart der Fahrzeugbewegung sind die durchschnittliche Winkelversetzung und die durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit mathematisch ausgedrückt und abgeleitet wie folgt:
Φ(t/2) = X1; Φ(t/2) = X4; Φ(t/2) = -X2; Φ(t/2) = -X3
oder
2 tΦ = X1 + X4 - X2 - X3
oder
Φ = 1/2t(X1 - X2 + X4 - X3)
und
= 1/2t( 1 - 2 + 4 - 3)
Die allgemeine Gleichung zweiter Ordnung, die die Rolldynamik des Fahrzeugaufhängungssystems 10 modelliert, wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
IΦ + CΦ + KΦΦ = 0
Das spezifische Moment der Kraftgleichung, die die Rolldynamik des Fahrzeugaufhängungssystems 10 modelliert, wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
MΦ = IΦ = t/2(F1 + F4) - t/2(F2 + F3)
oder
MΦ = IΦ = t/2(F1 - F2) + t/2(F4 - F3)
Dabei ist:
X1, X4 die Vertikalversetzungen an der linken Seite des Fahrzeugs;
X2, X3 die Vertikalversetzungen an der rechten Seite des Fahrzeugs;
IΦ das Rollmoment der Trägheit des Fahrzeugkörpers;
Φ die Winkelversetzung der Rollbetriebsart;
die Winkelgeschwindigkeit der Rollbetriebsart;
die Winkelbeschleunigung der Rollbetriebsart;
CΦ die Dämpfungskonstante der Rollbetriebsart;
KΦ die Steifheitskonstante der Rollbetriebsart;
F1, F2, F3, F4 die vertikalen dynamischen Kräfte angelegt an die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 an den vier Ecken des Fahrzeugkörpers;
MΦ das gesamte Rollmoment erzeugt durch die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14;
t der Abstand der Fahrzeugspur.
Das durch die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 erzeugte Gesamtrollmoment ist aufgeteilt zwischen dem vorderen Teil und dem hinteren Teil des Fahrzeugs und wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
MΦ = MΦF + MΦR
Dabei ist:
MΦF das durch die zwei vorderen Kraftbetätiger 11, 12 erzeugte Rollmoment;
MΦR das durch die zwei hinteren Kraftbetätiger 13, 14, erzeugte Rollmoment.
Die Ausdrücke MΦF und MΦR sind mathematisch wie folgt auszudrücken:
MΦF = ¹/&sub2;MΦ(1 + E) = t/2(F1 - F2)
und
MΦR = ¹/&sub2;MΦ(1 - E) = t/2(F4 - F3)
Dabei ist:
E der Rollmomentverteilungsparameter.
Die obigen beiden Gleichungen können wie folgt umgeschrieben werden:
F1 - F2 = 1/tMΦ(1 + E)
und
F4 - F3 = 1/tMΦ(1 - E)
Basierend auf den beiden umgeschriebenen Gleichungen in der Rollbetriebsart wird das gesamte Rollmoment gleichmäßig unterteilt zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des Fahrzeugs, wenn der Rollmomentverteilungsparameter (E) gleich Null ist. Wenn der Rollmomentverteilungsparameter (E) gleich -1 ist, so wird das Rollmoment vollständig dem hinteren Ende des Fahrzeugs zugeteilt. Wenn der Rollmomentverteilungsparameter (E) gleich +1 ist, so wird das Rollmoment vollständig auf das vordere Ende des Fahrzeugs aufgeteilt. Somit ist am hinteren Ende mehr Rollmoment als am vorderen Fahrzeugende, wenn der Rollmomentverteilungsparameter (E) einen Wert zwischen -1 und Null besitzt, und mehr Rollmoment ist am vorderen Ende als am hinteren Ende des Fahrzeugs, wenn der Rollmomentverteilungsparameter (E) einen Wert zwischen Null und +1 besitzt.
Spezieller gesagt, wird der Rollmomentverteilungsparameter (E) mathematisch ausgedrückt wie folgt:
E = KYAW [ R - US/(a + b) ]
Dabei ist:
KYAW die Verstärkungskonstante assoziiert mit dem Yaw- oder Gierratenfehler des Fahrzeugs;
R die gemessene Gier- oder Yawrate des Fahrzeugs;
U die gemessene Fahrzeugvorwärtsgeschwindigkeit relativ zum Erdboden des Fahrzeugs;
a der Abstand zwischen dem vorderen Ende und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs;
b der Abstand zwischem dem hinteren Ende und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs;
S die gemessene Lenkeingangsgröße.
Der Ausdruck R ist der Absolutwert der gemessenen Gierrate des Fahrzeugs. Der Ausdruck US/(a + b) ist der Absolutwert der Soll-Yaw- oder -Gierrate des Fahrzeugs. Die Differenz zwischen den zwei Ausdrücken ist der Yaw- oder Gierratenfehler. Die Verstärkungskonstante KYAW wird empirisch bestimmt.
Wenn der Absolutwert der gemessenen Gierungsrate größer ist als der Absolutwert der Soll-Gierungsrate, dann ist der Wert des Rollmomentverteilungsparameters (E) größer als Null, was anzeigt, daß ein Übersteuerungszustand während eines Lenkmanövers, wenn sich das Fahrzeug bewegt, vorliegt. Wenn dies auftritt, spricht die Steuervorrichtung 70 an, und zwar durch Steuern der vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 in entsprechender Weise, um bei dem Fahrzeug Entsteuerung (unsteer) hinzu zu addieren. Die Entsteuerung wird zum Fahrzeug solange hinzugefügt, bis der Rollmomentverteilungsparameter (E) Null erreicht, was einem neutralen Lenk- oder Steuerzustand des Fahrzeugs entspricht.
Wenn der Absolutwert der gemessenen Gierungsrate kleiner ist als der Absolutwert der gewünschten oder Soll- Gierungsrate, dann ist der Wert des Rollmomentverteilungsparameters (E) kleiner als Null, was anzeigt, daß ein Untersteuerungszustand während eines Steuermanövers des Fahrzeugs bei dessen Bewegung auftritt. Wenn dies auftritt, so spricht die Steuervorrichtung 70 an, um eine Übersteuerung dem Fahrzeug hinzuzufügen, und zwar durch Steuerung der vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 demgemäß, um dem Fahrzeug Übersteuerung hinzuzuaddieren. Die Übersteuerung wird dem Fahrzeug hinzugefügt, bis der Rollmomentverteilungsparameter (E) Null erreicht, was einem neutralen Lenk- oder Steuerzustand des Fahrzeugs entspricht.
Die Verwendung des Rollmomentverteilungsparameters (E) gestattet der Steuervorrichtung den Betrieb der vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 in einer geschlossenen Schleife oder Regelschleife zu steuern. Die Anordnung mit geschlossener Schleife (Regelschleife) weist den Fahrzeugvorwärtsgeschwindigkeitssensor 45 auf, der sein Ausgangssignal auf Leitung 46 liefert, den Lenkstangenversetzungsfühler 85, der sein Ausgangssignal auf Leitung 86 liefert, und den Gierungsratenfühler 71, der sein Ausgangssignal auf Leitung 72 liefert. Die Steuervorrichtung 70 überwacht die Signale auf den Leitungen 46, 72, 86 und bestimmt den Wert des Rollmomentverteilungsparameters (E) entsprechend einer obigen Gleichung, die den Rollmomentverteilungsparameter (E) definiert, und zwar ausgedrückt durch die Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeit (U) des Fahrzeugs, die Lenkeingangsgröße (S) des Fahrzeugs und die Gierungsrate (R) des Fahrzeugs. Die Steuervorrichtung verwendet dann den Wert des Rollmomentverteilungsparameters (E), um das Kraftbetätigersteuersignal zu bestimmen, das an den zugehörigen Kraftbetätigern an jeder Ecke des Fahrzeugs angelegt werden soll.
Obwohl der Rollmomentverteilungsparameter (E) irgendeinen Wert zwischen -1 und +1 besitzen kann, wird erwartet, daß der Rollmomentverteilungsparameter (E) derart begrenzt ist, daß der Reifen auf jedem Rad des Fahrzeugs zu allen Zeiten einige Kraft am Boden besitzt, wenn immer das Fahrzeugrollen auftritt. Der Reifen an jedem Rad wird stets mit hinreichender Kraft am Boden gehalten, so da das Bremsen oder das Beschleunigen des Fahrzeugs während des Fahrzeugrollens bewirkt werden kann.
Gemäß Fig. 3 wird jedes der Ausgangssignale auf den Leitungen 46, 61,67, 72, 76, 82, 86 von den entfernt gelegenen Sensoren 45, 60, 66, 71, 75, 81, 85 digitalisiert, und zwar innerhalb eines entsprechenden Konverters einer Anzahl von analog-zu-digital-Konvertern (A/D) 47, 62, 68, 73, 77, 83, 87 angeordnet in der Steuervorrichtung 70. Die Struktur und der Betrieb der A/D-Konverter ist bekannt und wird daher nicht beschrieben. Die digitalisierte Darstellung des Ausgangssignals jedes der Sensoren 45, 60, 66, 71, 75, 81, 85 erscheint auf den entsprechenden Leitungen 48, 63, 69, 74, 78, 84, 88. Ein Digitalsignalprozessor 80 empfängt das digitalisierte Ausgangssignal von jedem der A/D-Konverter 47, 62, 68, 73, 76, 82, 87. Vorzugsweise ist der Digitalsignalprozessor 80 der folgende: Modell Nr. TMS320C25 (ROM-Version) oder Modell Nr. TMS320E25 (EPROM-Version) hergestellt von Texas Instruments.
Ein Systemspeicher 17 weist ein Programmspeicherteil und ein Datenspeicherteil auf und ferner ein I/O- Speicherteil. Der Programmspeicherteil ist ein nicht flüchtiger Speicher, wie beispielsweise ein EPROM. Der Programmspeicherteil enthält die gesamte Systemprogrammsteuerung, Botschaften und nicht flüchtige Systemparameter. Konstante Werte, wie beispielsweise die konstanten Werte verwendet in den Hub-/Senk-, Gier- und Rollbetriebsartengleichungen, wie sie oben genannt sind, sind vorzugsweise in dem Programmspeicherteil des Systemspei chers 17 gespeichert. Der Datenspeicherteil ist ein flüchtiger Speichertyp, wie beispielsweise ein RAM. Der I/O-Speicherteil steht mit Analog/Digital-Umwandlern, Digital/Analog-Umwandlern und irgendeinem diskreten I/O in Verbindung. Ein Systemtakt 18 liefert ein Zeitsignal an den Digitalsignalprozessor 80 zum Betrieb des Digitalsignalprozessors 80 entsprechend den Steuerschritten der vorliegenden Erfindung.
Ein optionaler MS-DOS kompatibler Laptop-Computer 97 ist über ein RS-232C-Verbindungsteil mit dem Digitalsignalprozessor 80 verbindbar. Der Laptop-Computer 97 überwacht graphisch in Realzeit die Systemaktivität und liefert ein Mittel zur Änderung der Betriebscharakteristika des Systems, wie beispielsweise durch Änderung der Filterkonstanten. Der Laptop-Computer 97 liefert eine interaktive Interface zwischen dem Benutzer und dem Digitalsignalprozessor 80, während des Systemsleistungsfähigkeitstestens. Der Laptop-Computer 97 befragt auch das System hinsichtlich von Fehlern während einer Systemdiagnose.
Der Digitalsignalprozessor 80 verarbeitet die digitalisierte Darstellung des Ausgangssignals von jedem der Sensoren 45, 60, 66, 71, 75, 81, 85 und liefert die digitalisierte Darstellung eines Kraftbetätigersteuersignals auf Leitung 90 zur Steuerung des Kraftbetätigers 11. Der Digitalsignalprozessor 80 verarbeitet die Ausgangssignale von den Sensoren 45, 60, 66, 71, 75, 81, 85 gemäß den Steuerschritten sequenziert entsprechend der Erfindung, um das digitalisierte Kraftbetätigersteuersignal auf Leitung 90 zu liefern. Der spezielle Wert des digitali sierten Kraftbetätigersteuersignals auf Leitung 90 in irgendeinem Zeitaugenblick hängt von den Steuerschritten des Algorithmus ab, der Parameter der speziellen Kraftbetätigerkonstruktion aufweist.
Spezieller gesagt, berechnet der Digitalsignalprozessor 80 die für den Kraftbetätiger 11 erforderliche Stromgröße und liefert ein proportionales Digitalwort, was eine Anzeige dafür bildet als ein Ausgangssignal auf Leitung 90. Ein digital-zu-analog (D/A) Konverter 91 transformiert das digitale Ausgangssignal auf Leitung 90 in ein entsprechendes Spannungsausgangssignal auf Leitung 92, welches seinerseits mit einem Einheitsgainverstärker 93 gepuffert wird, um das auf Leitung 94 erscheinende Kraftbetätigersteuersignal vorzusehen. Eine Treiberschaltung 95 angeordnet in der Nähe des Kraftbetätigers 11 empfängt das Kraftbetätigersteuersignal auf Leitung 94 und liefert ein proportionales modifiziertes Kraftbetätigersteuersignal auf Leitung 96. Das modifizierte Kraftbetätigersteuersignal auf Leitung 96 wird an den Drehmomentmotor 56 angelegt, um den Kraftbetätiger 11 zu steuern, wie dies oben beschrieben wurde. Die Federrate und die Dämpfungsrate, vorgesehen durch den Kraftbetätiger 11, ändern sich als Funktion der Größe des an den Drehmomentmotor 56 angelegten Stromes.
Der Fachmann erkennt, daß die Ausführung der Steuerschritte des Algorithmus der Erfindung durch äquivalente Mittel erreicht werden kann, wie beispielsweise ein Mikroprozessor oder eine Kombination diskreter analoger Schaltungen und diskreter digitaler Schaltungen.
Fig. 7 zeigt ein Strömungsdiagramm, welches die Steuerschritte veranschaulicht, die gemäß der Erfindung ausgeführt werden. Diese Steuerschritte werden wiederholt ausgeführt, und zwar jedes Mal für jedes vorbestimmte Zeitintervall nachdem der Digitalsignalprozessor 80 betätigt und initialisiert ist. Für die Zwecke der Beschreibung der Erfindung wird das Sequenzieren der Steuerschritte gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 7 beschrieben.
Im Schritt 100 wird die Elektronik einschließlich des Digitalsignalprozessors 80 und des Speichers 17 initialisiert. Der digialisierte Signalprozessor 80 übt eine Vielzahl von Speichertests aus, bestimmt, ob alle Schaltungen vorhanden und funktionell sind und bestimmt, ob der Programmspeicherteil des Speichers 17 richtig funktioniert. Diese Vortests sind im Stand der Technik bekannt und werden als Selbstdiagnosetestsystem bezeichnet. Im Schritt 101 wird bestimmt, ob der Vortest ausgefallen ist. Wenn der Vortest im Schritt 101 ausgefallen ist, so wird eine Fehlernachricht oder Fehlerbotschaft angezeigt oder dargestellt, wie dies im Schritt 102 gezeigt ist, und zwar geschieht dies durch den Laptop-Computer 97. Sodann schaltet das Programm zum Schritt 103 weiter. Wenn kein Vortestausfall im Schritt 101 aufgetreten ist, so schaltet das Programm direkt zum Schritt 103. Im Schritt 103 werden die Ausgangssignale von den Sensoren 45, 60, 66, 71, 75, 81, 85 digitalisiert, und zwar mit ihren entsprechenden A/D-Konvertern 47, 62, 68, 73, 77, 83, 87, um die entsprechenden Signale auf entsprechenden Leitungen 48, 63, 69, 74, 78, 84, 88 vorzusehen. Die entfernt gelegenen Sensoren assoziiert mit den anderen drei Ecken des Fahrzeugs werden in der gleichen Weise digitalisiert.
Im Schritt 104 wird das Ausgangssignal jedes Vertikalbeschleunigungssensors einschließlich des Sensors 60 integriert, um ein Signal vorzusehen, welches die relative Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt, und zwar zwischen dem Fahrzeugkörper 15 und dem Boden an einer entsprechenden Ecke des Fahrzeugs. Die Geschwindigkeitssignale werden als 1, 2, 3, 4 in den obigen Betriebsartengleichungen bezeichnet.
Das Programm schaltet dann zum Schritt 106, in dem die Steuervorrichtung 70 den Durchschnittswert für die vier Geschwindigkeitssignale 1, 2, 3, 4 bestimmt. Dieser Durchschnittswert wird als bezeichnet, und zwar in den oben genannten Betriebsartengleichungen. Im Schritt 108 bestimmt die Steuervorrichtung 70 den Durchschnittswert der vier Kraftbetätigerversetzungssignale, die mit X1, X2, X3, X4 bezeichnet sind und zwar in den oben genannten Betriebsartengleichungen. Dieser Durchschnittswert wird als Z in den obigen Betriebsartengleichungen bezeichnet. Die Hebe-/Senkbetriebsartgleichung ist im Schritt 110 vorgesehen, wobei F1 + F2 + F3 + F4 = -CZ - KZZ.
Im Schritt 112 bestimmt die Steuervorrichtung 70 die Winkel-versetzung θ der Neigungsbetriebsart unter Verwendung der Betriebsartengleichungen, wie sie oben erläutert sind. Im Schritt 114 wird auch die Winkelgeschwindigkeit der Neigungsbetriebsart unter Verwendung der obigen Be triebsartengleichungen bestimmt. Die Neigungsbetriebsartengleichung ist im Schritt 116 angegeben, wobei -
a(F1 + F2) + b(F3 + F4) = -Cθ - Kθθ.
Im Schritt 118 wird der Rollmomentverteilungsparameter (E) bestimmt. Die Rollbetriebsartengleichungen sind im Schritt 120 vorgesehen, wobei 1/tMφ(1 + E) = F1 - F2 und 1/tMφ(1 - E) = F4 - F3.
Sodann schaltet das Programm zum Schritt 122 weiter. Im Schritt 122 löst die Steuervorrichtung 70 die vier Gleichungen, die in den oben diskutierten Gleichungen für die vier unbekannten Kraftbetätigersteuersignale enthalten sind, und zwar die Hub-/Senk-, Neigungs- und Rollbetriebsartengleichungen. Jedes der Kraftbetätigersteuersignale wird an den zugehörigen Kraftbetätigern an der entsprechenden Ecke des Fahrzeugs angelegt.
Aus der obigen Beschreibung ist klar, daß ein Algorithmus basierend auf modalen Steuerprinzipien auf eine Kraftbetätigersteueranordnung derart angewandt wird, daß unabhängige Dynamiken für die drei starren Körperbetriebsarten (d. h. Hebe-/Senk-betriebsart, Neigungsbetriebsart und Rollbetriebsart) der Bewegung der aufgehängten Masse (Fahrzeugchassis) des Fahrzeugs angewandt werden kann. Dadurch, daß man in der Lage ist, unabhängige Dynamiken für die drei starren Körperbetriebsarten der aufgehängten Masse des Fahrzeugs vorzuschreiben, kann das Fahrzeug beispielsweise weich hinsichtlich der Hebe-/Senkbetriebsart und relativ steif hinsichtlich der Neigungs- und Rollbetriebsarten sein. Darüber hinaus wird jeder Kraftbetätiger in einer Steueranordnung mit geschlossener Schleife reguliert, und kann unabhängig reagieren, um Straßenlärm oder Straßengeräusch zurückzuweisen, und um dadurch nicht in irgendeiner Betriebsart erregt zu werden.
Aus der Beschreibung ist ebenfalls klar, daß eine wohldefinierte Rollmomentverteilung erreicht wird, durch die die Rollbetriebsartwiderstandskräfte zwischen dem vorderen und hinteren Ende des Fahrzeugs aufgeteilt werden, um die Fahrzeugshandhabungsdynamiken zu beeinflussen. Insbesondere wird ein Rollmomentverteilungsparameter derart eingeführt, daß die Hebe-/Senk-betriebsart-, die Neigungsbetriebsart- und die Rollbetriebsartgleichungen gleichzeitig gelöst werden können, um die vier Kraftbetätigungssteuersignale zu erhalten, und zwar für die vier Kraftbetätiger an den vier Ecken des Fahrzeugs. Diese vier Kraftbetätiger werden derart gesteuert, daß die Rollbewegungsverteilung aufgeteilt wird zwischen dem vorderen und hinteren Ende des Fahrzeugs abhängig von dem Wert des Rollbewegungsverteilungsparameters.
Durch die Steuerung der Rollbewegungsverteilung des Fahrzeugs entsprechend der Erfindung und wie oben beschrieben, kann eine neutrale Lenkung des Fahrzeugs während des Betriebs des Fahrzeugs aufrechterhalten werden. Die neutralen Lenkcharakteristika des Fahrzeugs werden durch die Regelung oder Steuerung mit geschlossener Schleife der vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14, wie oben beschrieben, erreicht.
Die vier Kraftbetätigerkräfte F1, F2, F3, F4, die oben bestimmt wurden, sind modal-bezogene Kräfte und sind das Ergebnis der Lösung von vier Modalgleichungen mit vier Unbekannten. Diese vier modal-bezogenen Kräfte sind die Soll-Kräfte, die durch die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 angelegt werden müssen. Es ist jedoch auch ins Auge gefaßt, daß die gesamten an die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 anzulegenden Soll-Kräfte von mehr als nur den modal-bezogenen Kräften abhängen können. Als ein Beispiel sei erwähnt, daß die gesamte Soll-Kraft, die durch jeden Kraftbetätiger angelegt werden soll, Geschwindigkeitsvorwärtskraftausdrücke enthalten kann, wie beispielsweise eine Längsbeschleunigungskompensationskraft und eine Seitenbeschleunigungskompensationskraft, die nach vorne gespeist werden, um Kräfte zu erzeugen, die notwendig sind, um die auf den Fahrzeugkörper einwirkenden Trägheitskräfte zu balancieren.
Die gesamte Soll-Kraft, die durch jeden der Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 angelegt werden soll, wird mathematisch ausgedrückt wie folgt:
F1TOT = F1 + F1LAT + F1LON
F2TOT = F2 + F2LAT + F2LON
F3TOT = F3 + F3LAT + F3LON
F4TOT = F4 + F4LAT + F4LON
Dabei ist:
FlTOT, F2TOT, F3TOT, F4TOT die gesamten Soll-Kräfte, die durch die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 angelegt werden müssen;
F1, F2, F3, F4 die modal-bezogenen Kraftkomponenten, wie sie oben bestimmt sind;
F1LAT, F2LAT, F3LAT, F4LAT die lateralen bzw. Seiten-Beschleunigungskompensationskraftkomponenten;
F1LON, F2LON, F3LON, F4LON die longitudinalen bzw. Längs- Beschleunigungskompensationskraftkomponenten.
Die longitudinale Beschleungiungskompensationskraftkomponenten und die lateralen oder seitlichen Beschleungiungskompensationskraftkomponenten werden in ähnlicher Weise erhalten, und zwar unter Verwendung der Neigungs- und Rollbetriebsartgleichungen, wie sie oben definiert sind, und sie werden mathematisch wie folgt abgeleitet:
F1LAT = h/2tFLAT(1 + E)
F2LAT = -h/2tFLAT(1 + E)
F3LAT = h/2tFLAT(1 - E)
F4LAT = -h/2tFLAT(1 - E)
und
F1LON = FLON h/2(a + b)
F2LON = FLON h/2(a + b)
F3LON = - FLON h/2(a + b)
F4LON = -F1LON h/2(a + b)
Dabei ist:
FLAT die auf das Fahrzeug einwirkende Kraftkomponente infolge der seitlichen bzw. Seiten- Beschleunigung;
FLON die auf das Fahrzeug infolge der Längsbeschleunigung einwirkende Kraftkomponente;
t der Abstand der Fahrzeugspur;
h der Vertikalabstand zwischen dem Fahrzeugschwerpunkt und der Fahrbahn;
a der Abstand zwischen dem vorderen Ende und dem Schwerpunkt des Fahrzeugs;
E der Rollmomentverteilungsparameter.
Die Kraftkomponenten FLAT und FLOH werden mathematisch ausgedrückt wie folgt:
FLAT = t/2h(F1LAT + F4LAT) - t/2h(F2LAT - F3LAT)
FLON = a/h(F1LON + F2LON) - b/h(F3LON + F4LON)
Die obige Kraftkomponente FLAT wird in die vier Gleichungen, die oben genannt sind, eingesetzt, und zwar für F1LAT, F2LAT, F3LAT, F4LAT, und sodann wird diese nach vier unbekannten Werten aufgelöst. In ähnlicher Weise wird die obige Kraftkomponente FLON in die vier Gleichungen F1LON, F2LON, F3LON, F4LON oben eingesetzt, und sodann für diese vier unbekannten Werte gelöst. Es sei bemerkt, daß die obige Gleichung für die Kraftkomponente FLON auf der Annahme basiert, daß die Längsbeschleunigungseffekte gleich an den rechten und linken Seiten des Fahrzeugs sind.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, welches die Steuerschritte veranschaulicht, die mit der Bestimmung der seitlichen Beschleunigungskompensationskraftkomponenten F1LAT, F2LAT, F3LAT, F4LAT assoziiert sind und auch mit den Längsbeschleunigungskompensationskraftkomponenten F1LON, F2LON F3LON, F4LON und wodurch die gesamten Soll-Kräfte bestimmt werden, die an die vier Kraftbetätiger 11, 12, 13, 14 angelegt werden müssen. Im Schritt 200 sind die vier lateralen oder seitlichen Beschleunigungskompensationskraftkomponenten Gleichungen für F1LAT, F2LAT, F3LAT, F4LAT angegeben. Im Schritt 202 ist die seitliche Kraftkomponentengleichung für FLAT angegeben. Das Programm schaltet dann zum Schritt 204 vor, in dem die laterale Kraftkomponentengleichung für FLAT in jeder der vier lateralen Beschleunigungskompensationskraftkomponentengleichungen für F1LAT, F2LAT, F3LAT, F4LAT eingesetzt ist. Die vier Gleichungen für F1LAT, F2LAT, F3LAT, F4LAT in vier Unbekannten werden dann aufgelöst, um die Werte für F1LAT, F2LAT, F3LAT, F4LAT zu erhalten.
In ähnlicher Weise werden im Schritt 206 die vier longitudinalen Beschleunigungskompensationskraftkomponentengleichungen für F1LON, F2LON, F3LON, F4LON vorgesehen. Im Schritt 208 ist die Longitudinalkraftkomponentengleichung für FLON angegeben. Das Programm schreitet sodann zum Schritt 210 weiter, in dem die Longitudialkraftkomponentengleichung für FLON in jede der vier Longitudinalbeschleunigungskompensationskraftkomponentengleichungen für F1LON, F2LON, F3LON, F4LON eingesetzt wird. Die vier Gleichungen für F1LON, F2LON, F3LON, F4LON mit vier Unbekannten werden sodann gelöst, um die Werte für FlLON, F2LON, F3LON, F4LON zu erhalten.
Sodann schreitet das Programm zum Schritt 212. Im Schritt 212 werden die vier Gesamt-Soll-Kraftbetätigersteuersignale F1TOT, F2TOT, F3TOT, F4TOT bestimmt. Die Werte für F1TOT, F2TOT, F3TOT, F4TOT werden dadurch bestimmt, daß man die Ausdrücke für F1LAT, F2LAT, F3LAT, F4LAT bzw. F1LON, F2LON, F3LON, F4LON summiert und sodann diese Summen zu den modalbezogenen Kräften F1, F2, F3, F4 jeweils addiert, wie dies oben bereits mathematisch ausgedrückt ist.
Aus der obigen Beschreibung erkennt der Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen. Solche Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, werden durch die Ansprüche abgedeckt.

Claims

1. Vorrichtung (10) zur Steuerung eines zwischen einem Fahrzeugkörper und jedem Fahrzeugrad (16) verbundenen Kraftbetätigers (11, 12, 13, 14), wobei das Fahrzeug ein Paar von Vorderrädern und ein Paar von Hinterrädern besitzt und die Vorrichtung folgendes aufweist:

einen Positionssensor (66) zum Abfühlen der Versetzung zwischen dem Fahrzeugkörper und jedem Fahrzeugrad und zum Vorsehen eines dafür eine Anzeige bildenden Positionssignals;

einen Beschleunigungssensor (60) zum Abfühlen der vertikalen Trägheitsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers bezüglich Erde an jedem Fahrzeugrad und zum Vorsehen eines die vertikale Trägheitsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers an jedem Fahrzeugrad anzeigenden Beschleunigungssignals;

Verarbeitungs- oder Prozessormittel (70) einschließlich Mitteln zur Bestimmung eines Geschwindigkeitssignals basierend auf jedem Beschleunigungssignal; wobei die Verarbeitungsmittel (70) Mittel aufweisen zur Bestimmung eines ersten Rollmoments (MφR) am hinteren Ende des Fahrzeugs und eines zweiten Moments (MφF) am vorderen Ende des Fahrzeugs;

wobei die Verarbeitungsmittel oder Prozessormittel (70) ferner Mittel aufweisen, um die ersten und zweiten Momente und die Positions- und Geschwindigkeitssignale an den Fahrzeugrädern zu verarbeiten, um ein Kraftbetätigersteuersignal an jedem Fahrzeugrad vorzusehen, wobei die Kraftbetätigersteuersignale für die Hinterräder sich als eine Funktion der Positions und Geschwindigkeitssignale und des Rollmoments der Hinterräder des Fahrzeugs verändern, wobei die Kraftbetätigersteuersignale für die Vor derräder sich als eine Funktion der erwähnten Positions und der Geschwindigkeitssignale und des Rollmoments an den Vorderrädern des Fahrzeuges verändern;

Mittel (95) zum Anlegen des Kraftbetätigersteuersignals an jedes Fahrzeugrad an den zugehörigen Kraftbetätiger, um die Arbeitsweise des Kraftbetätigers zu steuern, und

Reguliermittel zum Vorsehen einer Regelungsanordnung oder Anordnung mit geschlossener Schleife, um zu ermöglichen, daß das Kraftbetätigersteuersignal an jedem Fahrzeugrad während des Betriebes desselben reguliert wird, wobei die Reguliermittel folgendes aufweisen: (i) einen Lenkstangenversetzungssensor (85) zum Abfühlen einer Lenkungseingangsgröße zum Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Lenksignals, und (ii) einen Geschwindigkeitssensor (45) zum Abfühlen der Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich des Bodens zum Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Geschwindigkeitssignals, wobei die Verarbeitungsmittel (70) Mittel aufweisen zur Bestimmung eines Soll- Gierratensignals, welches sich als eine Funktion des Steuersignals und des Geschwindigkeitssignals verändert, und

wobei die Reguliermittel ferner einen Gierratensensor (71) aufweisen, zum Abfühlen der Gierrate des Fahrzeugs und zum Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Gierratensignals, wobei die Verarbeitungsmittel (70) Mittel aufweisen, um (i) ein Differenzsignal zwischen dem Gierratensignal und dem Soll- Gierratensignal zu bestimmen und (ii) das Differenzsignal derart zu verarbeiten, daß das erwähnte Kraftbetätigungssteuersignal an jedem Rad sich als eine Funktion des Differenzsignals verändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Differenzsignal begrenzt ist, um das Kraftbetätigersteuersignal an jedem Rad derart zu begrenzen, daß der Reifen an jedem Rad zu allen Zeiten mindestens eine vorbestimmte Kraft an der Erde während des Fahrzeugrollens aufrechterhält, wobei die vorbestimmte Kraft an der Erde oder dem Boden ausreicht, um das Bremsen oder das Beschleunigen des Fahrzeugs während des Fahrzeugrollens zu gestatten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsmittel (70) einen Digitalsignalprozessor (80) aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ferner ein Seitenbeschleunigungssensor (75) vorgesehen ist, um die Seitenbeschleunigung des Fahrzeugkörpers relativ zum Boden abzufühlen und um ein dafür eine Anzeige bildendes Seitenbeschleunigungssignal zu liefern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Verarbeitungsmittel(70) folgendes aufweisen: (i) Mittel zur Verarbeitung des Seitenbeschleunigungssignals, um einen Seitenbeschleunigungskompensationskraftterm vorzusehen, und (ii) Mittel zum Verarbeiten des Seitenbeschleunigungskompensationskraftterms zur Beeinflussung des Kraftbetätigersteuersignals an jedem Fahrzeugrad.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ferner ein Längsbeschleunigungssensor (81) vorgesehen ist zum Abfühlen der Längsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers bezüglich des Bodens und zum Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Längsbeschleunigungssignals.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Verarbeitungsmittel (70) ferner folgendes aufweisen: (i) Mittel zur Verarbeitung des Längsbeschleunigungssignals zum Vorsehen eines Längsbeschleunigungskompensationskraftterms und (ii) Mittel zum Verarbeiten des Längsbeschleunigungskompensationskraftterms zur Beeinflussung des Kraftbetätigersteuersignals an jedem Fahrzeugrad.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel (95) zum Anlegen des Kraftbetätigersteuersignals an jedem Fahrzeugrad eine Treiberschaltung aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungsmittel Mittel aufweisen, um (i) eine Vielzahl von modalen Kräften zu Bestimmen, und zwar einschließlich der Hub-, Nick- und Rollmodalkräfte, die sich als Funktion der Positions und Geschwindigkeitssignale an den Fahrzeugrädern verändern und die auf den Fahrzeugkörper einwirken, und (ii) sodann Erzeugen des erwähnten Kraftbetätigersteuersignals an jedem Fahrzeugrad, welches sich als eine Funktion der erwähnten Vielzahl von Modalkräften verändert.

10. Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugaufhängsystems mit einem Kraftbetätiger verbunden zwischen dem Fahrzeugkörper und jedem Fahrzeugrad, wobei das Fahrzeug ein Paar von Vorderrädern und ein Paar von Hinterrädern besitzt und wobei ferner das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Abfühlen der Versetzung zwischen dem Fahrzeugkörper und jedem Fahrzeugrad und Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Positionssignals;

Abfühlen der vertikalen Trägheitsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers relativ zum Boden an jedem Fahrzeugrad und Vorsehen eines Beschleunigungssignals, welches eine Anzeige bildet, für die vertikale Trägheitsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers an jedem Fahrzeugrad;

Bestimmen eines Geschwindigkeitssignals basierend auf jedem Beschleunigungssignal;

Bestimmen eines ersten Rollmoments an dem hinteren Ende des Fahrzeugs und eines zweiten Rollmoments am vorderen Ende des Fahrzeug, und zwar durch (i) Abfühlen einer Lenkeingangsgröße und Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Lenksignals, (ii) Abfühlen der Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs bezüglich Boden und Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Geschwindigkeitssignal und (iii) Bestimmen eines gewünschten oder Soll-Gierratensignals, welches sich als eine Funktion des Lenksignals und des Geschwindigkeitssignals verändert;

Vorsehen eines Kraftbetätigersteuersignals für jedes Fahrzeugrad, wobei sich die Kraftbetätigersteuersignale für die Hinterräder als eine Funktion des Rollmoments an den Hinterrädern des Fahrzeugs ändern, wobei die Kraftbetätigersteuersignale für die Vorderräder sich als eine Funktion des Rollmoments an den Vorderrädern des Fahrzeugs ändern;

Anlegen des Kraftbetätigersteuersignals für jedes Fahrzeugrad an den zugehörigen Kraftbetätiger zur Steuerung des Betriebs des Kraftbetätigers; und kontinuierliches Ändern der Rollwiderstandskraft zwischen den vorderen und hinteren Enden des Fahrzeugs, wenn die Kraftbetätigersteuersignale angelegt werden, und zwar durch (i) Abfühlen der Gierrate des Fahrzeugs und zum Erzeugen eines dafür eine Anzeige bildenden Gierratensignals, (ii) Bestimmen eines Differenzsignals zwischen dem Gierratensignal und dem Soll-Gierratensignal, und (iii) Verarbeiten des Differenzsignals derart, daß das Kraftbetätigersteuersignal an jedem Rad sich als eine Funktion des Differenzsignals verändert.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ferner der Schritt des Begrenzens des Differenzsignals vorgesehen ist und um dadurch das Kraftbetätigersteuersignal an jedem Rad derart zu begrenzen, daß der Reifen an jedem Rad zu allen Zeiten mindestens eine gewisse Kraft am Boden aufrechterhält, um während des Fahrzeugrollens das Bremsen oder die Beschleunigung des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt der Bestimmung der ersten und zweiten Momente die Schritte des Bestimmens der Roll-Modalkräfte umfaßt, die auf den Fahrzeugkörper einwirken, und die sich als eine Funktion der Positions- und Geschwindigkeitsignale an den Fahnrzeugrädern verändern, wobei sich das Kraftbetätigersteuersignal an jedem Fahrzeugrad als eine Funktion der Roll-Modalkräfte ändert.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ferner der Schritt des Abfühlens der Seitenbeschleunigung des Fahrzeugkörpers relativ zum Boden vorgesehen ist, und zum Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Seitenbeschleunigungssignals.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind: (i) Bestimmen eines Seitenbeschleunigungskompensationskraftterms, der sich als eine Funktion des Seitenbeschleunigungssignals verändert und (ii) Verarbeiten des Seitenbeschleunigungskompenstionskraftterms zur Beeinflussung des Kraftbetätigungssteuersignals an jedem Fahrzeugrad.

15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ferner der Schritt des Abfühlens der Längsbeschleunigung des Fahrzeugkörpers relativ zum Boden vorgesehen ist und zum Vorsehen eines eine Anzeige dafür bildenden Längsbeschleunigungssignals.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei ferner die folgenden Schritte vorgesehen sind; (i) Bestimmen eines Längsbeschleunigungskompensationskraftterms, der sich als eine Funktion des Längsbeschleunigungssignals verändert und (ii) Verarbeiten des Längsbeschleunigungskompensationskraftterms zur Beeinflussung des Kraftbetätigersteuersignals an jedem Fahrzeugrad.

17. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des kontinuierlichen Änderns der Rollwiderstandskraft den Schritt des kontinuierlichen Änderns der Verteilung der ersten und zweiten Rollmomente zwischen dem Vorderende und Hinterende des Fahrzeugs aufweist.