DE69602088T2

DE69602088T2 - Regelungsvorrichtung für eine aufhängung, wie eine hydropneumatische aufhängung für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69602088T2
Application number: DE69602088T
Authority: DE
Inventors: Yves F-57700 Hayange Ney; Alain F-92290 Chatenay-Malabry Tranzer
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1999-08-05
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: FR2732271B1; JPH11502486A; FR2732271A1; EP0812271A1; ES2131937T3; WO1996030224A1; DE69602088D1; EP0812271B1

Description

Die Erfindung hat eine Regelungsvorrichtung zum Gegenstand, für eine Aufhängung wie eine hydropneumatische Aufhängung und insbesondere eine aktive hydropneumatische Aufhängung eines Kraftfahrzeugs.
Sie hat ebenfalls ein Fahrzeug irgendeines Typs zum Gegenstand, das eine solche Vorrichtung aufweist.
Die Druckschrift FR-A-2625711 beschreibt eine aktive hydropneumatische Aufhängung eines Kraftfahrzeugs, die einen hydraulischen Stelltrieb aufweist, der einem jeden der Räder zugeordnet ist und mit einer Hauptkammer versehen ist, die durch einen Stoßdämpfer mit einem hydropneumatischen Hauptsammler verbunden ist, wie auch mit drei Höhenreglern, die jeweils einem der Stelltriebe vorne und zwei Stelltrieben an der Hinterachse zugeordnet sind. Jeder Regler ist zum einen mit einer unter Druck stehenden Fluidquelle durch einen hydropneumatischen Ausgleichssammler und einem Auslaßvorrat oder Sammelbehälter verbunden und zum anderen mit der Hauptkammer des zugeordneten Stelltriebs bzw. der zugeordneten Stelltriebe.
Diese Regler sind Betätigungselemente wie hydraulische Schieber oder Elektroventile, die geeignet sind, Flüssigkeit in einen Kreislauf, der eine Hauptkammer des zugeordneten Stelltriebs einschließt, zu schicken oder aus diesem herauszunehmen, um die Höhenunterschiede des Fahrzeuggehäuses zu korrigieren. Man erhält so eine Aufhängung, die nicht nur auf klassische Weise auf normale Unregelmäßigkeiten der Straße reagiert, sondern die außerdem die senkrechten Durchfederungswege der Elemente der Aufhängung aus gleicht, wenn diese auf dauerhafte Weise durch Druckablaß oder Druckaufbau beansprucht werden, auf die Weise, daß das Fahrzeug seine Stabilität und seine Anordnung bezüglich des Bodenprofils behält, insbesondere bei der Rollbewegung in der Kurve oder der Tauchschwingung bei Beschleunigung und Bremsen.
Die Federungswege des Gehäuses werden unter Berücksichtigung der Höhe der Federungswege und der verschiedenen typischen Parameter des Schwingungszustandes des Fahrzeugs korrigiert. Jedoch geht es um eine hydromechanische Regelung: Die Korrektur findet ständig mit dem gleichen Rhythmus statt und riskiert, je nach Fall, zu langsam oder zu schnell zu sein, um eine gute Stabilität des Fahrzeugs zu gewährleisten.
Die Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteil zu überwinden, dadurch daß sie eine Regelungsvorrichtung für eine aktive hydropneumatische Aufhängung eines Kraftfahrzeugs vorschlägt, die eine exzellente Stabilität des Kraftfahrzeugs erlaubt, unabhängig von den Umständen oder dem Fahrstil des Fahrers.
Genauer hat die Erfindung eine Regelungsvorrichtung für eine Aufhängung, wie eine hydropneumatische Aufhängung eines Kraftfahrzeugs zum Gegenstand, die mehrere unabhängige Kreisläufe aufweist, von denen jeder einem Betätigungselement zugeordnet ist, das geeignet ist, Flüssigkeit in diesen Kreislauf zu schicken oder aus diesem herauszunehmen, gemäß einem vorbestimmten Regelungsgesetz in Abhängigkeit von der Lage des Gehäuses und den Veränderungen der Lage des Gehäuses über die Zeit, wobei das Gesetz wenigstens eine der folgenden Variablen berücksichtigt: Durchfederungsgeschwindigkeit des Gehäuses, Federungsbeschleunigung desselben und die zeitliche Ableitung dieser Beschleunigung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesetz wiedergegeben ist durch die Formel:
q = A (X - X&sub0;) + BX' + Cγ + Dγ'
in der:
q der Regelungsvektor der Betätigungselemente ist
X der Lagevektor des Gehäuses ist
X&sub0; der Vektor ist, der die Bezugsposition des Gehäuses wiedergibt
X' der Vektor der Federungsgeschwindigkeit des Gehäuses ist
γ der Federungsbeschleunigungsvektor des Gehäuses ist
γ' der Vektor der zeitlichen Ableitung dieser Beschleunigung ist, und
A, B, C, D die Matrizen sind, deren Terme die vorherbestimmten Konstanten sind.
Diese Konstanten können zu Beginn der Installation des Systems festgelegt werden oder sie können im Laufe des Gebrauchs geändert werden, wenn sich ergibt, daß dies die Korrektur verbessern kann.
In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Ausdruck "Regelungsvektor der Betätigungselemente" einen Vektor, dessen Komponenten die charakteristischen Parameter des Flüssigkeitsflusses jedes entsprechenden Betätigungselements sind.
Der "Lagevektor des Gehäuses" ist ein Vektor, dessen Komponenten typische Parameter der Lage des Fahrzeugs im Raum sind, und die Komponenten der Vektoren X', γ und γ' sind jeweils die ersten, die zweiten und die dritten zeitlichen Ableitungen der Komponenten des Vektors X.
Im Fall eines Aufbaus, so wie jener, der in der oben genannten Druckschrift FR-A-2625711 beschrieben ist oder so wie er nachfolgend beispielhaft beschrieben wird, können die Matrizen A, B, C, D diagonale Matrizen sein, um das Steuerungs- bzw. Regelungsgesetz zu vereinfachen.
Die Betätigungselemente sind druckgesteuert oder vorzugsweise mengengesteuert.
Vorzugsweise werden die Matrizenterme A, B, C, D durch Wertetabellen verändert, um Unsicherheiten in den Regelungsvariablen zu berücksichtigen, der Ausdruck "Regelungsvariablen" bezeichnet hier die Komponenten der Vektoren X, X', γ und γ'.
In diesem Fall ist die Wertetabelle für jeden Freiheitsgrad auf die Weise festgelegt, daß insbesondere die entgegengesetzten Schwingungen verhindert werden.
Der Ausdruck "Wertetabelle", der in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bezeichnet eine Tabelle, in der die Koeffizienten dargestellt sind, mit denen man die Matrizenterme A, B, C, D beeinflussen kann.
Der Ausdruck "entgegengesetzte Schwingungen" bedeutet, daß eine Regelungsvariable und ihre Ableitung entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Anders gesagt, tendiert die Änderung dieser Variablen zum Dämpfen, was in manchen Fällen eine "natürliche" Korrektur ergibt. Würde man dieses Phänomen nicht berücksichtigen, würde die Korrektur mit Hilfe der Betätigungselemente riskieren, zu groß zu sein und die Stabilität des Fahrzeugs schädigen. Der Gebrauch einer Wertetabelle erlaubt es, die Stabilität erheblich zu verbessern, wobei sie bestens die Korrektur den Bewegungen des Gehäuses anpaßt.
Gemäß weiterer Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich:
- die Lage des Gehäuses ist durch drei Parameter festgelegt, die durch drei Freiheitsgrade derselben wiedergegeben werden;
- die drei Freiheitsgrade sind: die Rollbewegung, die Tauchschwingung bzw. Nickschwingung und das Pendeln;
- die Regelungsvariablen werden entweder gemessen, errechnet oder geschätzt.
Der Ausdruck "gemessen", der hier gebraucht wird, erstreckt sich auf eine direkte Messung der berücksichtigten Größe.
Der Ausdruck "errechnet" bezeichnet eine indirekte Bestimmung dieser Größe aus anderen Messungen, ohne Risiko eines Fehlers, der aus externen Gründen herrührt.
Der Ausdruck "geschätzt" bezeichnet eine indirekte Bestimmung der besagten Größe, aber mit einem Risiko eines Fehlers, der aus einem nicht in Betracht gezogenen Grund herrührt.
Vorzugsweise werden die Lage des Gehäuses und seine Federungsgeschwindigkeit gemessen oder errechnet, die Federungsbeschleunigung des Gehäuses wird gemessen oder geschätzt und die zeitliche Ableitung dieser Beschleunigung wird errechnet oder geschätzt.
Gemäß weiteren Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich schließlich:
- die Federungsbeschleunigung des Gehäuses wird in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Parameter geschätzt: Winkel und Geschwindigkeit des Lenkrads, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Druck innerhalb des Bremskreislaufs, Position des Gaspedals oder der Drosselklappe;
- die Betätigungselemente sind Elektroventile oder Servoventile, die proportional zum Druck, oder vorzugsweise zur Menge sind;
- die Vorrichtung weist Fühler auf, die die Position von verschiedenen Punkten des Gehäuses und gewisse repräsentative Parameter des Schwingungszustandes des Fahrzeugs angeben und die mit einem Rechner verbunden sind, der geeignet ist, zum einen die repräsentativen Parameter der Position des Gehäuses und zum anderen die benötigte Menge für den benötigten Druck in jedem Betätigungselement als Funktion dieser Parameter und anderer Regelungsvariablen festzulegen.
Schließlich kann das Gesetz vereinfacht werden, um eine aktive Korrektur wenigstens von einem der Freiheitsgrade und eine langsame Korrektur des einen weiteren bzw. der weiteren Freiheitsgrade durchzuführen, beispielsweise eine aktive Korrektur der Rollbewegung und eine langsame Korrektur der Tauchschwingung bzw. der Nickschwingung und des Pendelns.
Der Ausdruck "aktive Korrektur" bezeichnet hier eine Korrektur unter Berücksichtigung der aufeinanderfolgenden zeitlichen Ableitungen eines repräsentativen Parameters der Position des Gehäuses, wie oben gezeigt, während der Ausdruck "langsame Korrektur" eine Korrektur bezeichnet, die auf langsame Weise vor den Bewegungsschwingungen des Gehäuses durchgeführt wird.
Die Erfindung ergibt sich noch besser bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, die exemplarisch und nicht einschränkend gegeben wird und die bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aktiven hydropneumatischen Aufhängung eines Kraftfahrzeugs ist, das eine erfindungsgemäße Regelungsvorrichtung aufweist; und
- Fig. 2 ein Funktionsschema der Regelungsvorrichtung dieser Aufhängung ist.
Es wird zunächst bezug genommen auf Fig. 1, aus der zu entnehmen ist, daß diese Aufhängung Stelltriebe 1a, 1b, 1c, 1d aufweist, die dem Rad vorne rechts, vorne links, hinten rechts bzw. hinten links zugeordnet sind.
Jeder Stelltrieb 1a, 1b der Vorderachse weist einen Zylinder 2a, 2b auf, der in seinem Inneren einen mit einer Stange bzw. einem Schaft 4a, 4b verbundenen Kolben 3a, 3b aufweist, der an seinem unteren Teil eine Hauptkammer 5a, 5b und an seinem oberen Teil eine ringförmige Kammer 6a, 6b definiert bzw. ausbildet. Die Hauptkammer 5a, 5b ist mit einem hydropneumatischen Hauptsammler 7a, 7b über eine Leitung 8a, 8b, die in dem Kolben und in der Stange ausgebildet ist, und einem Stoßdämpfer 9a, 9b verbunden. Der Zylinder 2a, 2b ist mit einem Radarm (nicht dargestellt) verbunden, während der Kolben 3a, 3b, die Stange 4a, 4b, der Stoßdämpfer 9a, 9b und der Sammler 7a, 7b mit dem Gehäuse des Fahrzeugs (nicht dargestellt) verbunden sind.
Um den Gegen-Achssturz der Vorderachse sicherzustellen, ist eine Leitung 10a vorgesehen, die die Hauptkammer 5a des Stelltriebs vorne rechts mit der ringförmigen Kammer 6b des Stelltriebs vorne links verbindet, und es ist eine Leitung 10b vorgesehen, die die Hauptkammer 5b des Stelltriebs vorne links mit der ringförmigen Kammer 6a des Stelltriebs vorne rechts verbindet.
Zwei Betätigungselemente wie Elektroventile oder Servoventile E1 und E2 sind zum einen mit der Leitung 10a bzw. 10b und zum anderen mit einem hydropneumatischen Ausgleichsstoßdämpfer 11 durch Leitungen 12a und 12b verbunden. Darüber hinaus können die Betätigungselemente in einen Vorratsbehälter oder einen Sammelbehälter (nicht gezeigt) münden.
Jeder Stelltrieb 1c, 1d der Hinterachse weist im wesentlichen einen Zylinder 2c, 2d auf, in dessen Innerem eine Stange 4c, 4d geleitet wird. Die Form des Zylinders und der Stange sind so, daß sie eine Hauptkammer 5c, 5d im oberen Teil des Zylinders bilden, in der der obere Teil geführt wird, der den Kolben der Stange 4c, 4d bildet: Die Hauptkammer 5c, 5d steht mit dem hydropneumatischen Hauptsammler 7c, 7d durch einen Stoßdämpfer 9c, 9d in Verbindung.
Außerdem trägt die Stange 4c, 4d einen Zylinder 3c, 3d, der in einem anderen Teil des Zylinders geführt wird, wo er eine obere Kammer 6c, 6d von einer unteren Kammer 5c, 8d trennt.
Die Stange 4c, 4d ist mit einem Radträgerarm (nicht dargestellt) verbunden, während der Zylinder 2c, 2d, der Stoßdämpfer 9c, 9d und der Sammler 7c, 7d mit dem Gehäuse des Fahrzeugs verbunden sind.
Die Hauptkammern 5c, 5d sind durch eine Leitung 13 verbunden. Ein drittes Betätigungselement E3, das den beiden ersten gleicht, steht zum einen mit dieser Leitung 13 und zum anderen über eine Leitung 12c mit dem Ausgleichssammler 11 in Verbindung und kann ebenfalls in den oben genannten Vorratsbehälter münden.
So gewährleisten die Hauptkammern 5c, 5d, daß die Hinterachse nicht pendelt, sowie ihre Höhenkontrolle durch das Betätigungselement E3 erfolgt. Schließlich kann ein hydropneumatischer Zusatzsammler 14, der mit einem Stoßdämpfer 15 verbunden ist mit der Leitung 13 durch ein Elektroventil E4 in Verbindung gebracht werden oder auch nicht, um die Eigenschaften der Steifheit und der Dämpfung der Hinterachse zu verändern.
Was die oberen Kammern 6c, 6d und die unteren Kammern 8c, 8d anbelangt, so gewährleisten sie den Gegen-Achssturz der Hinterachse aufgrund einer Leitung 10c, die die untere Kammer 8c des Stelltriebs hinten rechts mit der oberen Kammer 6d des Stelltriebs hinten links verbindet und einer Leitung 10d, die die untere Kammer 8d des Stelltriebs hinten links mit der oberen Kammer 6c des Stelltriebs hinten rechts verbindet. Die Leitungen 10c und 10d stehen mit den hydropneumatischen Sammlers 14c und 14d jeweils durch die Stoßdämpfer 15c und 15d in Verbindung.
Die Funktion einer Achse dieses Typs ist an sich bekannt und ist beispielsweise in den Druckschriften FR-A-2625711 und FR-A-2581596 beschrieben und soll hier nicht näher beschrieben werden.
Der Gegen-Achssturz wird durch eine Kreuzung zwischen dem Stelltriebe vorne und hinten dank einer Leitung 16 vervollständigt, die die Leitungen 10c und 10b verbindet, und durch eine Leitung 17, die die Leitungen 10d und 10a verbindet.
Man hat auf diese Weise eine Aufhängung mit drei unabhängigen Kreisläufen verwirklicht:
Der erste Kreislauf C1 weist die Kammern 5a und 6b, die Leitung 8a, den Stoßdämpfer 9a, den Sammler 7a, die Leitungen 10a, 17, 10d, die Kammern 6c und 8d, den Stoßdämpfer 15d und den Sammler 14d auf.
Der zweite Kreislauf C2 weist die Kammern 5b und 6a, die Leitung 8b, den Stoßdämpfer 9b, den Sammler 7b, die Leitungen 10b, 16, 10c, die Kammern 8c und 6d, den Stoßdämpfer 15c und den Sammler 14c auf.
Der dritte Kreislauf C3 weist die Kammern 5c und 5d, die Leitung 13, die Sammler 7c und 7d, die Stoßdämpfer 9c und 9d und eventuell den Sammler 14, den Stoßdämpfer 15 und das Betätigungselement E4 auf.
Man sieht, daß die Betätigungselemente E1, E2, E3 auf die Weise angeordnet sind, daß sie Flüssigkeit in jeden der entsprechenden Kreisläufe C1, C2, C3 hineinschicken oder aus diesen herausnehmen können.
Die Betätigungselemente E1, E2, E3 sind Elektroventile oder Servoventile, die proportional zum Druck oder, vorzugsweise zur Menge sind, während das Elektroventil E4 ein Zweistellungs-(Offen/Geschlossen)-Elektroventil ist, das ermöglicht, die Verbindung mit dem Sammler 14 und dem Stoßdämpfer 15 herzustellen oder zu unterbrechen.
Die Betätigungselemente E1, E2, E3 werden durch einen Rechner 18 gesteuert, der seinerseits mit einer Aufnehmeranordnung c&sub1; bis cn verbunden ist, von denen drei die Höhe der verschiedenen Punkte des Gehäuses angeben, die mit den drei Kreisläufen C1, C2 bzw. C3 in Verbindung stehen und von denen die anderen die verschiedenen repräsentativen Parameter des Schwingungszustandes des Fahrzeugs angeben, die dazu dienen, die Komponenten der oben genannten Vektoren X', γ und γ' festzulegen. So steuert der Rechner 18 die Betätigungselemente auf eine Weise, die weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
In diesem Beispiel ist das Regelungsgesetz vereinfacht, um eine aktive Korrektur der Rollbewegung und eine langsame Korrektur der Tauchschwingung bzw. Nickschwingung und des Pendelns zu erreichen. Tatsächlich haben die Erfinder erreicht, daß man eine ausreichende Stabilität des Fahrzeugs erhalten kann, wobei eine aktive Korrektur nur bei einem Parameter ausgeführt wird, was den Vorteil der Vereinfachung der Vorrichtung darstellt.
In dem Aufbau bzw. der Architektur der Aufhängung, die in der Zeichnung dargestellt ist, kann die Rollbewegung mit Hilfe der zwei vorderen Betätigungselemente E1 und E2 kontrolliert werden. Die Tauchschwingung bzw. die Nickschwingung und die Höhe des Fahrzeugs können durch die Kontrolle des Pendelns der Hinterachse durch das Betätigungselement E3 kontrolliert werden, das die Höhe der Hinterachse kontrolliert. Das Pendeln der Vorderachse kann schließlich mit Hilfe der vorderen Betätigungselemente E1 und E2 kontrolliert werden.
In dem hier beschriebenen Beispiel reduziert sich das Regelungsgesetz auf die zwei folgenden Formeln:
R = aφ + b dγ/dt + cγt + d dγt/dt (1)
P = K (p - M) + L dp/dt(2)
in denen:
φ der Winkel der Rollbewegung ist
γt die schräg verlaufende Beschleunigung ist
p das Pendeln wiedergibt
R und P die mengenmäßigen Korrekturen der Rollbewegung bzw. der Tauchschwingung/Nickschwingung d9/dt sind,
dγt/dt und dp/dt die zeitlichen Ableitungen von φ, γt und p sind;
a, b, c, d, K, M und L die vorher festgelegten Konstanten sind, wobei M die Bezugsanordnung des Fahrzeugs wiedergibt.
Der Ausdruck "mengenmäßige Korrekturen der Rollbewegung" (oder des Pendelns) bezeichnet die einzige benötigte Menge in dem betrachteten Betätigungselement um die Rollbewegung (oder das Pendeln) zu korrigieren, die zu den anderen Mengen, die in dem Betätigungselement zirkulieren, hinzukommt. Für die Korrektur der Rollbewegung sind die entsprechenden Mengen in E1 und E2 gleich und entgegengesetzt.
Beim Winkel der Rollbewegung verhält sich das System, das durch das Gehäuse auf seiner Aufhängung gebildet ist, wie eine dritte Ordnung gesehen von der Kraftquelle, die durch den Ausgleichssammler 11 gebildet wird.
Genauer erzeugt eine Menge in den Betätigungselementen eine Volumenänderung in einem elastischen Element, so wie den Sammlers 1a, 1b und somit eine Erhöhung des Gegenreaktionsmoments auf das Moment der Rollbewegung, die durch die seitliche Beschleunigung erzeugt wird, die sie durch das Fahrzeug erfährt: Somit ist in der Theorie eine Mengensteuerung, die exakt proportional ist zur zeitlichen Ableitung des Moments der Rollbewegung, die auf das Fahrzeug übertragen wird, ausreichend, um die Korrektur sicherzustellen.
Eine wirksame Schätzfunktion dieser Variablen ist die zeitliche Ableitung der querverlaufende Beschleunigung γt, die der dritten Ableitung bezüglich der Zeit eines Parameters entspricht, der der Position des Gehäuses entspricht.
Die Quer-Beschleunigung kann direkt mit Hilfe eines Beschleunigungsmessers gemessen oder geschätzt werden, d. h. wiedergebildet durch Rechnung aus den Variablen, die den Schwingungszustand des Fahrzeugs repräsentieren, z. B. Geschwindigkeit und Winkel des Lenkrades und Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Wenn diese Verfahrensweise ungenauer ist als die direkte Messung, so bietet sie den Vorteil, im voraus die Kenntnis der Beschleunigung einzubeziehen, weil, wegen der Verformung der Reifen, eine gewisse Zeit zwischen dem Moment, wo der Fahrer beginnt, das Lenkrad zu drehen, und dem Moment, wo das Fahrzeug beginnt, eine querverlaufende Beschleunigung zu erfahren, vergeht.
Jedoch können die Fehler, die durch diese Bestimmung erhalten wurden, zu einer unangepaßten Ausstoßmenge in den Betätigungselementen und damit zu einer unangemessenen Korrektur führen: Das ist der Grund, warum die Terme der unteren zeitlichen Ordnung berücksichtigt werden müssen. Um jedoch eine zu große Komplexität des Systems zu vermeiden, kann man sich auf die querverlaufende Beschleunigung, den Winkel und auf die Winkelgeschwindigkeit der Rollbewegung beschränken, was zu der oben genannten Formel (1) führt. Wie bereits oben erwähnt, kann die querverlaufende Beschleunigung durch einen Beschleunigungsmesser aus dem Winkel und der Geschwindigkeit des Lenkrades und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen oder geschätzt werden. Was die Roll bewegung betrifft, kann sie aus den Angaben der Fühler errechnet werden, die die Höhe des Federungsweges zwischen dem Rad und dem Gehäuse angeben (beispielsweise ein Fühler für jedes Vorderrad und ein Fühler für die Hinterachse).
In dem beschriebenen Beispiel weist das zweite Glied der Formel (1) vier Terme auf, weil man eine aktive Korrektur der Rollbewegung durchführt. Das zweite Glied der Formel (2) weist nur Terme p und dp/dt auf, weil man eine langsame Korrektur des Pendelns durchführt.
In dem Fall, wo die Variablen wie die querverlaufende oder längsverlaufende Beschleunigung geschätzt werden, d. h. aus den äußerlichen Variablen des Systems Aufhängung-Gehäuse errechnet werden, wie beispielsweise dem Winkel und der Geschwindigkeit des Lenkrades, können die erzielten Ergebnisse nicht der Wirklichkeit entsprechen, da man Elemente wie die Höhe des Schwerpunktes bezüglich des Bodens, die Masse des Fahrzeugs, die Trägheit der Rollbewegung und vor allem den Haftungskoeffizienten der Reifen nicht berücksichtigt hat. Beispielsweise läuft das Fahrzeug auf einer vereisten Straße, in dem am wenigsten erwünschten Fall, Gefahr trotz des Lenkeinschlags des Fahrer weiterhin geradeaus zu fahren: Die Berechnung würde eine seitliche Beschleunigung ergeben, wohingegen sie tatsächlich 0 sein würde.
Erfindungsgemäß korrigiert man diesen Nachteil auf einfache Weise durch die Veränderung der gegebenen Werte durch die Komponenten der Matrizen A, B, C, D. Diese Veränderung erfolgt, indem man sie mit Koeffizienten zwischen 0 und 1 beaufschlägt.
Wie oben gezeigt, geht es darum, die entgegengesetzten Schwingungen und alle Überempfindlichkeiten auf die Regulierung, d. h. eine zu große Korrektur zu vermeiden. Somit wird verständlich, daß die vorgenannten Koeffizienten von den Zeichen entsprechend den Regelungsvariablen abhängen.
Aus Gründen der Vereinfachung können sie gleich 0 oder 1 ausgewählt werden. Für den Fall des vereinfachten, hier beschriebenen Regelungsgesetzes, weist die Wertetabelle die folgende Form auf:
In der die Zahlen in eckigen Klammern von links nach rechts die Koeffizienten sind, mit denen die Konstanten b, c bzw. d in der obigen Formel (1) beeinflußt werden.
Im folgenden wird nunmehr die Regelungsvorrichtung unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher beschrieben. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß der Rechner 18 mit den Fühlern bzw. Aufnehmern c1 bis c7 verbunden ist, die die Position der verschiedenen Punkte des Gehäuses und verschiedener Parameter angeben, die dem Schwingungszustand des Fahrzeugs entsprechen.
Die Fühler c1 und c2 geben die Höhe rechts vorne XD bzw. die Höhe vorne links XG an, während c3 die Höhe XAR der Hinterachse angibt. Das Wort "Höhe", das hier verwendet wird, bezeichnet die Höhe eines Punktes, der mit dem Gehäuse verbunden ist bezüglich eines Punktes, der mit dem Rad verbunden ist. Die Bezeichnungen XD und XG sind zuerst auf eine erste Einheit 19 übertragen worden, die die Differenz XD- XG errechnet, die die Rollbewegung p wiedergibt und die Summe XD + XG, die das Pendeln p der Vorderachse wiedergibt. Die jeweiligen Signale, nachdem sie von einem Niedrigfrequenzfilter 20 gefiltert wurden, werden auf eine Einheit 21 übertragen, die die Mengenkorrekturen R und P gemäß den obengenannten Formeln (1) und (2) und die vorher beschriebene Wertetabelle festlegt. Die Rolle des Filters 20 besteht insbesondere darin, die Störungen aufgrund der Unregelmäßigkeiten der Straße zu eliminieren.
Die Einheit 21 ist mit einer Untereinheit 22 (die in die Einheit 21 integriert sein kann) verbunden, die einerseits die Konstanten a, b, c, d, K, M, L dieser Formeln bestimmt und andererseits die zeitlichen Ableitungen dφ/dt und dp/dt von p bzw. p, sowie die Quer-Beschleunigung γ und die zeitliche Ableitung dγ/dt dieser Beschleunigung bestimmt. Diese Berechnungen werden ausgehend von Signalen ausgeführt, die durch die Aufnehmer c4, c5 und c6 geliefert werden, die die Geschwindigkeit V des Fahrzeugs (c4), den Winkel AV und die Geschwindigkeit VV des Lenkrads (c5) bzw. die Größen (A, F) ergeben, die der Beschleunigung und dem Bremsen(c6) entsprechen. Die Terme dφ/dt und dp/dt werden durch Ableitun gen erhalten. Die Beschleunigung γ wird errechnet aus dem Winkel des Lenkrads und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, während dγ/dt bestimmt wird aus der Geschwindigkeit des Lenkrads und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Diese letzten Berechnungen werden hier nicht weiter erklärt, weil sie an sich bekannt sind und beispielsweise in der Druckschrift FR-A-2680139 beschrieben sind.
Weiterhin werden die Signale R und P auf eine Einheit 23 übertragen, die P + R und P - R berechnet, die die Korrekturen wiedergeben, die durch die Betätigungselemente E1 und E2 auf die entsprechenden Kreisläufe C1 bzw. C2 aufgebracht werden. Tatsächlich ist die Korrektur des Pendelns die gleiche für zwei Räder einer Achse, während die Korrekturen der Rollbewegung gleich und entgegengesetzt sind. Die entsprechenden Signale Ud und Ug werden zur Regelungseinheit 24 der vorderen Elektroventile (die, im vorliegenden Fall die proportionalen Elektroventile sind) übertragen, die diese numerischen Signale in Regelungssignale Yd und Yg umwandelt, die den Mengen entsprechen und auf die Elektroventile E1 bzw. E2 übertragen werden, wobei die Signale Yd und Yg sind elektrische Energiesignale sind.
Die Vorrichtung stellt ebenfalls die langsame Korrektur der Höhe der Hinterachse sicher. Dazu durchquert das Signal XAR, das durch den Aufnehmer c3 geliefert wird, zunächst einen Niederfrequenzfilter 25, um nur die der Höhe signifikanten Veränderungen zu korrigieren. Das so gefilterte Signal wird auf eine Einheit 26 übertragen, die die aufzubringenden Korrekturen bestimmt, unter Ausführen der Diffe renz zwischen der Referenzhöhe XREF und der gemessenen Höhe XAR. Die Referenzhöhe hängt von der Position des Hebels der manuellen Höhenwahl ab, mit der die meisten Fahrzeuge, die eine hydropneumatische Aufhängung aufweisen, ausgestattet sind, und gegebenenfalls von der Geschwindigkeit V des Fahrzeugs, die durch den Aufnehmer c4 angegeben wird. Sie wird festgelegt und auf die Einheit 26 durch die Untereinheit 22 übertragen, in Abhängigkeit der Angaben des Aufnehmers c7 der Position dieses Hebels und gegebenenfalls des Fühlers c4. Der Korrekturwert Ear wird anschließend in einem Vergleicher 26a mit einem Schwellenwert Sar verglichen, der vorher festgelegt und ebenfalls durch die Untereinheit 22 angegeben wurde, unterhalb dessen die Korrektur nicht durchgeführt wird. Das entsprechende Signal Uar wird anschließend zu einer Regelungseinheit 27 des hinteren Betätigungselements E3 übertragen. Dieses kann ein proportionales Elektroventil oder es kann aus zwei Zweistellungs- Elektroventilen gebildet sein, nämlich einem Einlaßelektroventil E3a und einem Auslaßelektroventil E3b. In diesem Fall wird das Signal Yar durch die Einheit 27 auf das eine oder auf das andere Elektroventil E3a und E3b übertragen, je nachdem, ob man Flüssigkeit in den Kreislauf C3 hineinschicken oder aus diesem herausnehmen möchte.
In dem Fall schließlich, wo die Hinterachse mit einem hydropneumatischen Zusatzsammler 14 ausgestattet ist, wie in Fig. 1 dargestellt, um bei ihr die Eigenschaften der Steifheit und der Stoßdämpfung zu verändern, ist der Rechner 18 mit einer Regelung 28 ausgestattet, die das Elektroventil E4 in Abhängigkeit eines Signals T steuert, das durch die Untereinheit 22 übertragen wird, wobei dieses Si gnal abhängig von Parametern ist, die durch die Aufnehmer c4 bis c6 gemäß einem vorbestimmten Gesetz geliefert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde somit eine Regelungsvorrichtung einer aktiven Aufhängung für ein Kraftfahrzeug geschaffen, die eine exzellente Stabilität von diesem ermöglicht, da die Korrektur nicht nur die Position des Gehäuses berücksichtigt, sondern auch die zeitlichen Ableitungen des ersten, zweiten und dritten Grades von dieser, was eine konstante Anpassung erlaubt. Außerdem kann gemäß der Architektur bzw. dem Aufbau der verwendeten Aufhängung das Gesetz vereinfacht werden, was die Komplexität und die Kosten der Vorrichtung verringert. Was die Fehler betrifft, die aufgrund der schlechten Schätzung verschiedener Variablen entstehen, so werden ihre Folgen auf eine sehr einfache Weise eliminiert, dank der Modulation der Werte durch eine Wertetabelle.
Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die eine beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt ist, sondern daß sie im Gegenteil alle Varianten im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche umfaßt. So kann sie beispielsweise auf eine Steuerung einer aktiven "anti"- Tauchschwingung angewendet werden. Letztere findet bei einem Aufbau einer Aufhängung Anwendung, in dem die Stelltriebe der Räder, die auf der gleichen Seite der Vorderachse und der Hinterachse angebracht sind, überkreuzt sind, um eine "anti"-Tauchschwingung zu erhalten. In diesem Fall ist es die längsgerichtete Beschleunigung, die zu berücksichtigen ist, wobei diese aus Parametern wie der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, dem Druck auf das Bremspedal und der Position des Beschleunigers gemessen oder geschätzt werden kann. Schließlich kann die Erfindung, obwohl die Beschreibung auf eine hydropneumatische Aufhängung bezug nimmt, ebenfalls bei einer pneumatischen Aufhängung verwendet werden.

Claims

1. Regelungsvorrichtung für eine Aufhängung wie eine hydropneumatische Aufhängung eines Kraft- bzw. Motorfahrzeuges, die mehrere unabhängige Kreisläufe (C1, C2, C3) aufweist, von denen jeder einem Betätigungselement (E1, E2, E3) zugeordnet ist, das geeignet ist, Fluid in diesen Kreislauf zu schicken oder aus diesem herauszunehmen, gemäß einem vorbestimmten Steuerungs- bzw. Regelungsgesetz in Abhängigkeit von der Lage des Gehäuses und den Veränderungen der Lage des Gehäuses über die Zeit, wobei das Gesetz wenigstens eine der folgenden Variablen berücksichtigt: Durchfederungsgeschwindigkeit des Gehäuses, Federungsbeschleunigung desselben und zeitliche Ableitung dieser Beschleunigung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesetz wiedergegeben ist durch die Formel:

q = A (X - X&sub0;) + BX' + Cγ + Dγ'

in der:

q der Regelungsvektor der Betätigungselemente ist

X der Lagevektor des Gehäuses ist

X&sub0; der Vektor ist, der die Bezugsposition des Gehäuses wiedergibt

X' der Vektor der Federungsgeschwindigkeit des Gehäuses ist

γ der Federungsbeschleunigungsvektor des Gehäuses ist

γ' der Vektor der zeitlichen Ableitung dieser Beschleunigung ist, und

A, B, C, D Matrizen sind, deren Terme vorherbestimmte Konstanten sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemente druckgesteuert oder vorzugsweise mengengesteuert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrizenterme A, B, C, D durch eine Wertetabelle verändert werden, um Unsicherheiten in den Regelungsvariablen zu berücksichtigen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Gehäuses durch drei Parameter festgelegt ist, die durch drei Freiheitsgrade derselben wiedergegeben werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Freiheitsgrade die Rollbewegung, die Tauchschwingung bzw. Nickschwingung und das Pendeln sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder S. dadurch gekennzeichnet, daß die Wertetabelle für jeden Freiheitsgrad in der Weise festgelegt wird, daß insbesondere die entgegengesetzten Schwingungen verhindert werden.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungsvariablen entweder gemessen, errechnet oder geschätzt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Gehäuses und seine Federungsgeschwindigkeit gemessen oder errechnet werden, die Federungsbeschleunigung des Gehäuses gemessen oder geschätzt wird und die zeitliche Ableitung dieser Beschleunigung errechnet oder geschätzt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federungsbeschleunigung des Gehäuses geschätzt wird in Abhängigkeit wenigstens eines der folgenden Parameter: Winkel und Geschwindigkeit des Lenkrades, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Druck innerhalb des Bremskreislaufs, Position des Gaspedals oder der Drosselklappe.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesetz in einer vereinfachten Form vorliegt, um eine aktive Korrektur wenigstens von einem der Freiheitsgrade und eine langsame Korrektur des einen weiteren bzw. der weiteren Freiheitsgrade durchzuführen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesetz geeignet ist, eine aktive Korrektur der Rollbewegung und eine langsame Korrektur der Tauch schwingung bzw. der Nickschwingung und des Pendelns durchzuführen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesetz durch die zwei folgenden Formeln wiedergegeben wird:

R = aφ + b dγ/dt + cγt + d dγt/dt (1)

P = K(p - M) + L dp/dt (2)

in denen:

φ der Winkel der Rollbewegung ist

γt die schräg verlaufende Beschleunigung ist

p das Pendeln wiedergibt

R und P die mengenmäßigen Korrekturen der Rollbewegung bzw. der Tauchschwingung/Nickschwingung dφ/dt sind, dγt/dt und dp/dt die zeitlichen Ableitungen von φ, γt und p sind;

a, b, c, d, K, M und L die vorher festgelegten Konstanten sind, wobei M die Bezugsanordnung des Fahrzeugs wiedergibt.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertetabelle durch die folgende Tabelle wiedergegeben wird:

in der die Zahlen in eckigen Klammern von links nach rechts die Koeffizienten sind, die die Konstanten b, c bzw. d der obigen Formel (1) beeinflussen.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungselemente (E1, E2, E3) Elektroventile oder Servoventile sind, die proportional zum Druck, oder vorzugsweise, zur Menge sind.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Positionsfühler (c1 bis cn) aufweist, die die Position von verschiedenen Punkten des Gehäuses angeben und die mit einem Rechner (18) verbunden sind, der geeignet ist, zum einen die repräsentativen Parameter der Position des Gehäuses und zum anderen die benötigte Menge oder den benötigten Druck in jedem Betätigungselement gemäß dieser Parameter und den anderen Regelungsvariablen, festzulegen.

16. Kraftfahrzeug, das eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.