DE69731423T2

DE69731423T2 - Radaufhängung-Regelungsgerät mit einem Rechengerät für die relative Geschwindigkeit zwischen gefederter und nicht gefederter Struktur eines Fahrzeuges.

Info

Publication number: DE69731423T2
Application number: DE69731423T
Authority: DE
Inventors: Hajime Toyota-shi Aichi-ken Kamimae; Masashi Toyota-shi Aichi-ken Yamashita; Kazunori Aichi-gun Aichi-ken Yoshida; Hideo Aichi-gun Aichi-ken Nakai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2017-05-22
Also published as: EP0808734B1; EP1477342A1; JPH09309315A; EP0808734A2; DE69737958D1; JP3118414B2; DE69731423D1; EP0808734A3; DE69737958T2; EP1477342B1; US5987368A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Federungs-Regelungsgerät bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung der Federung zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten bzw. Strukturen zur Steuerung einer Dämpfungskraft in einem Federungssystem, wobei ein Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft verwendet wird.
ERLÄUTERUNG DES STANDES DER TECHNIK
Die Federung eines Fahrzeugs ist ein System, um einen gefederten Aufbau wie ein Chassis mit einem ungefederten Aufbau wie einem Rad zu verbinden, wobei das System den gefederten Aufbau unterstützt und Vibration, Fahrkomfort und Fahrstabilität stark beeinflusst. Die Federung weist diverse Teile wie eine Feder zum Ausgleichen von Stößen von einer Straße und einen Stoßdämpfer zum Dämpfen freier Vibrationen der Feder und Steuern der Geschwindigkeit des Übergangs zwischen Lagen bzw. Auslenkungen des Fahrzeugs auf. Wie vorstehend beschrieben gibt es verschiedene Anforderungen an die Federung. Diese Anforderungen stehen jedoch miteinander in Konflikt. Daher wird während der Konzeption ein Versuch gemacht, einen Kompromiss unter Berücksichtigung dieser Anforderungen zu finden.
Die US-A-5-434 782 offenbart ein Fahrzeugfederungssystem, das Folgendes aufweist: eine Feder und einen Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft (der dazu fähig ist, Dämpfungskräfte zu variieren, indem der Ventilöffnungsgrad eines Fluidkanals angepasst wird), die jeweils zwischen einem gefederten Aufbau und einem ungefederten Aufbau eines Fahrzeugs eingebaut sind; eine Sensoreinrichtung, um den relativen Systemzustand y(t) (d. h. die Relativgeschwindigkeit x₁'–x₂' zwischen dem gefederten Aufbau und dem ungefederten Aufbau des Fahrzeugs) zu messen; eine Steuerung, die Folgendes aufweist: eine Einrichtung zur Abschätzung und Berechnung; einen Befehlserzeuger für ein Stellglied, um einen Befehlswert u_s für einen Ventilöffnungsgrad zu entwickeln, um den Ventilöffnungsgrad anzupassen; und eine Einrichtung zur Abschätzung der Dämpfungskraft, um eine Dämpfungskraft unter Nutzung einer vorab gespeicherten Dämpfungskraftcharakteristik abzuschätzen; wobei die Einrichtung zur Abschätzung und Berechnung ein Steuerprogramm aufweist, das den absoluten Systemzustand (wie den Zustand eines Befestigungspunkts des Stoßdämpfers an dem gefederten Aufbau) mittels einer Überwachung in Übereinstimmung mit der erfassten Relativgeschwindigkeit y(t) und der abgeschätzten Dämpfungskraft aufweist, wodurch die Steuerung das Federungssystem in Abhängigkeit von der Abschätzung des Zustands des Federungssystems steuert. Um die teure Notwendigkeit separater Sensoren zur Messung jeder Komponente des Systems an jedem Viertel des Fahrzeugs ebenso wie die Schwierigkeiten, absolute Zustandsmessungen zu erhalten, loszuwerden, schafft die Vorrichtung nach der US-A-5-434 782 eine Einrichtung, um den gesamten Systemzustand abzuschätzen, welche die Eingabe von nur einem Sensor (pro Ecke des Fahrzeugs) benötigt, welcher den relativen Systemzustand (d. h. die relative Position oder Geschwindigkeit der gefederten und ungefederten Massen) misst und dann das Federungssystem als Antwort auf den abgeschätzten Zustand steuert.
Die US-A-5 519 616 lehrt ein aktives Federungssystem, das eine Feedback-Regelung in einer geschlossenen Schleife mit veränderbaren Feedback-Verstärkungen nutzt. Das System nutzt einen Beschleunigungsmesser, der die Größe der senkrechten Beschleunigung misst, welche die Fahrzeugmasse erfährt, und einen Positionssignalgeber, welcher den Positionsfehler des Federbeins anzeigt. Das System berechnet die Befehlsgröße für den Fluss von Fluid zum Stellglied.
David G. Luenberger, Introduction to Dynamic Systems, John Wiley and Sons, gibt eine theoretische Diskussion der Steuerung in dynamischen Systemen wieder.
Um die vorstehend erwähnten Anforderungen an eine Federung in hohem Maße zu erfüllen, ist eine Technik bekannt, die es ermöglicht, die Federungseigenschaften zu variieren. Es gibt beispielsweise eine Technik, um die Dämpfungskräfte eines Stoßdämpfers in Übereinstimmung mit dem Zustand eines Fahrzeugs zu variieren. Beispielsweise wird die Dämpfungskraft in einem Frequenzbereich in der Nähe einer Resonanzfrequenz des gefederten Aufbaus so erhöht, dass sie sich der freien Vibration in ihrem frühen Zustand annähert, in Gebieten außer dem vorstehend genannten Gebiet wird die Dämpfungskraft ansonsten verringert, um einen Einfluss von der Straßenoberfläche durch die Federung viel stärker zu absorbieren.
Diese Art einer Federung mit variabler Dämpfungskraft ist im offiziellen Amtsblatt der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. HEI 6-106937 offenbart. Nach dem in diesem offiziellen Amtsblatt veröffentlichten Stand der Technik erhält man einen variierender Wert der Dämpfungskraft eines Stoßdämpfers, um die Dämpfungskraft zu steuern, indem angenommen wird, dass die Dämpfungskraft proportional zu einem bestimmten Parameter erzeugt wird, der einen Fahrzeugbewegungszustand anzeigt, der durch die vertikale Geschwindigkeit eines gefederten Aufbaus dargestellt ist. Indem die Dämpfungskraft gesteuert wird, ist es möglich, die Anzahl von Sensoren zu verringern, die dazu notwendig ist, den Bewegungszustand des Fahrzeugs zu erfassen. Weiterhin werden Operationen durchgeführt, um die Parameter zu erhalten, welche den Bewegungszustand des Fahrzeugs zeigen, indem angenommen wird, dass sich jeder Faktor in den Operationen linear ändert.
Mit Bezug auf die Eigenschaften der Dämpfungskraft eines Stoßdämpfers wird die Dämpfungskraft abhängig von der Geschwindigkeit und Richtung eines Hubs und vom Öffnungsgrad des Ventils eines Drosselabschnitts erzeugt. In Übereinstimmung mit der in dem offiziellen Amtsblatt offenbarten Technik wird die Dämpfungskraft proportional zu dem Parameter erzeugt. Tatsächlich wird die Dämpfungskraft jedoch nicht proportional zu dem Parameter erzeugt. Daher gibt es ein Problem, dass die Dämpfungskraft nicht unbedingt mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden kann. Weiterhin gibt es ein Problem, dass der Parameter nicht durch eine lineare Überwachung mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, weil sich jeder Vorgangsfaktor tatsächlich in einer nichtlinearen Weise ändert.
ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, und es ist ihre Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung der Federung zu schaffen, welche eine Steuerung hoher Genauigkeit ohne Verwendung eines Relativgeschwindigkeitssensors und nur unter Nutzung der Eingabe von mindestens einem Beschleunigungssensor durchführt, um den Bewegungszustand eines Fahrzeugs zu erfassen.
Ein Aufbau nach der vorliegenden Erfindung weist eine Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung bzw. eine Beschleunigungsberechnungseinrichtung auf, um die Vertikaleschleunigung eines gefederten Aufbaus zu berechnen, und eine Einrichtung zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit bzw. Relativgeschwindigkeitsabschätzungseinrichtung, um die Relativgeschwindigkeit zwischen einem gefederten Aufbau und einem ungefederten Aufbau in Über einstimmung mit der Beschleunigung, die von der Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung berechnet wird, und dem Befehlswert des Grads der Öffnung eines Ventils des Drosselabschnitts eines Stoßdämpfers abzuschätzen. Weiterhin weist eine Einrichtung zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit nach der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum Speichern der Vibrationscharakteristik, eine Einrichtung zur Berechnung einer Abweichung, eine Einrichtung zur Abschätzung eines Dämpfungskoeffizienten, eine Verstärkungseinrichtung und eine Einrichtung zur Analyse von Schwingungen auf. Die Einrichtung zur Abschätzung des Dämpfungskoeffizienten bzw. Dämpfungskoeffizientenabschätzungseinrichtung schätzt einen Dämpfungskoeffizienten auf der Grundlage einer vorab gespeicherten Dämpfungskraftcharakteristik in Übereinstimmung mit einem angewiesenen Öffnungsgrad des Ventils und der Relativgeschwindigkeit zwischen den gefederten und ungefederten Aufbauten ab, die in dem früheren Steuerzyklus, vorzugsweise dem letzten Steuerzyklus, abgeschätzt wurden. Weiterhin berechnet die Einrichtung zur Berechnung der Abweichung bzw. Abweichungsberechnungseinrichtung die Abweichung der Vertikalbeschleunigung des gefederten Aufbaus, die von der Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung berechnet wurde, von einer abgeschätzten Vertikalbeschleunigung des gefederten Aufbaus. Die Verstärkungseinrichtung verstärkt die Abweichung mit einer vorab bestimmten Rate, die einem Dämpfungskoeffizienten entspricht, der von der Einrichtung zur Abschätzung des Dämpfungskoeffizienten abgeschätzt wird. Weiterhin werden vorab Vibrationscharakteristiken des Fahrzeugs in der Einrichtung zur Speicherung der Vibrationscharakteristiken gespeichert. Zu den Vibrationscharakteristiken gehören gefederte Masse, ungefederte Masse und Federkonstante, und sie werden in Übereinstimmung mit diesen Konstanten als Vibrationsmodelle gespeichert.
Die Analyseeinrichtung berechnet die Beschleunigung eines gefederten Aufbaus und die Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten in Übereinstimmung mit der verstärkten Beschleunigungsabweichung und den gespeicherten Vibrationsmodellen. In diesem Fall wird die berechnete Beschleunigung für die Berechnung durch die Einrichtung zur Berechnung der Abweichung genutzt.
In Übereinstimmung mit dem vorstehend genannten Aufbau ist es möglich, eine abgeschätzte Vertikalbeschleunigung eines gefederten Aufbaus mit einer Beschleunigung zu vergleichen, die von der Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung berechnet wurde, und die Abweichung bzw. den Fehler zwischen beiden Beschleunigungen in der nachfolgenden Abschätzung wiederzugeben und weiterhin den Einfluss des Fehlers auf den Abschätzungsvorgang in Übereinstimmung mit dem abgeschätzten Dämpfungskoeffizienten zu variieren. Daher ist es möglich, eine genauere Relativgeschwindigkeit zu berechnen.
In dem Fall des vorstehend beschriebenen Aufbaus der vorliegenden Erfindung kann ein Beschleunigungssensor als die Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung genutzt werden, um die Beschleunigung des Anbringungspunktes des Stoßdämpfers an dem gefederten Aufbau zu erfassen. Nach diesem Aufbau ist es möglich, die Beschleunigung, die durch den Beschleunigungssensor erfasst wird, als die Beschleunigung des gefederten Aufbaus zu nutzen.
Weiterhin ist es möglich, die Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung als einen Aufbau zu nutzen, der eine Vielzahl von Beschleunigungssensoren, die für einen gefederten Aufbau vorgesehen sind, und eine Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung des Anbringungspunkts aufweist, um die Beschleunigung des Anbringungspunkts des Stoßdämpfers an dem gefederten Aufbau in Übereinstimmung mit der Beschleunigung zu berechnen, die von den Beschleunigungssensoren erfasst wird. Die Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung des Anbringungspunkts ist dazu fähig, die Beschleunigung an dem Anbringungspunkt des Stoßdämpfers mittels proportionaler Berechnung aus der Position des Schwerpunkts eines Fahrzeugs, dem Anbringungspunkt des Stoßdämpfers und den Einbaupositionen der Beschleunigungssensoren und aus den Werten, die von den Beschleunigungssensoren erfasst werden, zu berechnen.
Indem zwei Beschleunigungssensoren vorne und hinten angeordnet werden, ist es möglich, nicht nur das Anheben, wobei die Gesamtheit eines Fahrzeugs (der gefederte Aufbau) vertikal verschoben wird, sondern auch das Stampfen, wobei sich das Fahrzeug nach vorn und hinten neigt, zu erfassen. Weiterhin ist es möglich, nicht nur das Anheben, sondern auch das Rollen zu erfassen, wobei sich das Fahrzeug nach rechts und links neigt, indem zwei Beschleunigungssensoren rechts und links angeordnet werden. Weiterhin ist es möglich, Anheben, Stampfen und Rollen zu erfassen, indem drei Beschleunigungssensoren so angeordnet werden, dass sie nicht auf derselben geraden Linie angeordnet sind.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Veranschaulichung, welche einen Teil des Layouts eines Federungssystems eines Fahrzeugs zeigt;
2 ist ein analytisches Modell von Fahrzeugschwingungen;
3 ist ein strukturelles Blockschaubild eines Beispiels, das kein Teil der vorliegenden Erfindung ist;
4 ist ein Blockschaubild, das einen Teil des Aufbaus nach einem Beispiel zeigt, das kein Teil der vorliegenden Erfindung ist;
5 ist eine Veranschaulichung, die ein Beispiel der Dämpfungskrafteigenschaften eines Stoßdämpfers zeigt;
6 ist ein Blockschaubild, das die Berechnung einer Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten zeigt;
7 ist eine Veranschaulichung, welche den Vergleich zwischen einem abgeschätzten Wert von Fahrzeugvibration, der aus der Vorrichtung nach dem vorliegenden Beispiel berechnet wird, und einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration in einem tatsächlichen Fahrzeugtest zeigt;
8 ist eine Veranschaulichung, die ein Beispiel der Dämpfungskraftcharakteristik eines Stoßdämpfers zeigt;
9A ist eine Veranschaulichung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 9B ist eine Veranschaulichung, die einen abgeschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, der berechnet wird, indem angenommen wird, dass die Ermittlungsverstärkung L konstant ist;
10A ist eine Veranschaulichung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 10B ist eine Veranschaulichung, die einen abgeschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, der berechnet wurde, indem angenommen wurde, dass die Ermittlungsverstärkung L konstant ist;
11 ist ein Blockschaubild, das einen Teil des Aufbaus einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12A ist eine Veranschaulichung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 12B ist eine Veranschaulichung, die einen abgeschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, die durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Ändern der Ermittlungsverstärkung L(q) in Übereinstimmung mit dem Dämpfungskoeffizienten Cs berechnet wurde;
13A ist eine Veranschaulichung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 13B ist eine Veranschaulichung, die einen abgeschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, der von der Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zur Änderung der Ermittlungsverstärkung L(q) in Übereinstimmung mit dem Dämpfungskoeffizienten Cs berechnet wurde;
14 ist ein Blockschaubild, das einen Teil des Aufbaus eines Beispiels zeigt, das kein Teil der vorliegenden Erfindung ist;
15A ist eine Veranschaulichung, die einen gemessenen Wert einer Fahrzeugvibration zeigt, und 15B ist eine Veranschaulichung, die einen abgeschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, der von der Vorrichtung nach dem vorliegenden Beispiel zum Ändern der Ermittlungsverstärkung L(p) in Übereinstimmung mit dem Ventilöffnungsgrad ar berechnet wird;
16A ist eine Veranschaulichung, die einen gemessenen Wert einer Fahrzeugvibration zeigt und 16B ist eine Veranschaulichung, die einen abgeschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, der von der Vorrichtung zum Ändern der Ermittlungsverstärkung L(p) nach dem vorliegenden Beispiel in Übereinstimmung mit dem Ventilöffnungsgrad ar berechnet wird;
17 ist eine Veranschaulichung, die den Vergleich zwischen einem abgeschätzten Wert der Fahrzeugvibration, der von der Vorrichtung zur Änderung der Ermittlungsverstärkung L(q) nach dem vorliegenden Beispiel in Übereinstimmung mit dem Dämpfungskoeffizienten Cs berechnet wird, und einem gemessenen Wert der Fahrzeugvibration in einem tatsächlichen Fahrzeugtest zeigt; und
18 ist eine Veranschaulichung, die den Vergleich zwischen einem abgeschätzten Wert der Fahrzeugvibration, der von der Vorrichtung zur Änderung der Ermittlungsverstärkung L(q) nach dem vorliegenden Beispiel in Übereinstimmung mit dem Dämpfungskoeffizienten Cs berechnet wird, und einem gemessenen Wert der Fahrzeugvibration in einem tatsächlichen Fahrzeugtest zeigt.
ERÖRTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die 1, 2, 11, 12A, 12B, 13A, 13B aus den beigefügten Zeichnungen beschrieben, während die 3 bis 10 und 14 bis 18 Beispiele zeigen, die nützlich sind, um die vorliegende Erfindung zu verstehen, die aber keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden. 1 ist eine Veranschaulichung, die das Layout von Teilen eines Fahrzeugs zeigt, das mit einem Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft versehen ist. Ein Chassis 50, das als ein gefederter Aufbau dient, ist mit Rädern 51, die als ungefederte Aufbauten dienen, durch Federungen verbunden, welche Stoßdämpfungssysteme 52a, 52b, 52c und 52d aufweisen. (Nachstehend werden vier stoßdämpfende Systeme nur mit dem Symbol 52 beschrieben, wenn es nicht notwendig ist, zwischen ihnen zu unterscheiden. Das stoßdämpfende System 52 weist weiterhin Federn 54a, 54b, 54c und 54d und Stoßdämpfer 56a, 56b, 56c und 56d auf. Vier Federn und vier Stoßdämpfer werden nachfolgend ebenfalls nur mit den Bezugszeichen 54 und 56 beschrieben, wenn es nicht notwendig ist, zwischen ihnen zu unterscheiden.)
Der Stoßdämpfer 56 erzeugt eine Dämpfungskraft, wobei er einen Widerstand nützt, der erzeugt wird, wenn ein Fluid, das im Inneren des Stoßdämpfers 56 eingeschlossen ist, durch eine Drossel geht. Diese Ausführungsform macht es möglich, eine Dämpfungskraft einzustellen, indem ein Ventilöffnungsgrad gesteuert und dadurch der Kanalquerschnitt der Drossel variiert wird. Das bedeutet, wenn der Ventilöffnungsgrad groß ist und der Kanalquerschnitt groß ist, verringert sich die Dämpfungskraft, weil das Fluid leicht durch den Kanal geht. Wenn der Ventilöffnungsgrad jedoch klein ist, steigt die Dämpfungskraft, weil der Fluidwiderstand steigt. Der Ventilöffnungsgrad kann durch ein Stellglied variiert werden, das in einem Stoßdämpfer vorgesehen ist, und er wird in Übereinstimmung mit einem Befehl gesteuert, der von einer Steuereinheit 58 geschickt wird. Weiterhin berechnet die Steuereinheit 58 die relative Geschwindigkeit zwischen dem Chassis 50 und den Rädern 51 aus der Vertikalbeschleunigung eines Fahrzeugs, die von Beschleunigungssensoren 60a, 60b und 60c in Übereinstimmung mit der nachstehend erwähnten Arithmetikverarbeitung erfasst wird, und gibt in Übereinstimmung mit der Relativgeschwindigkeit einen Befehl an das Stellglied aus.
2 zeigt ein Modell eines einzelnen Rades, das einen Stoßdämpfer mit variabler Dämpfungskraft aufweist. In 2 bezeichnet das Symbol Mu die Masse eines gefederten Aufbaus (im Folgenden als gefederte Masse bezeichnet) und Mw bezeichnet die Masse eines ungefederten Aufbaus (im Folgenden als ungefederte Masse bezeichnet). Die Massen eines Arms und der Feder 54, die eine Aufhängung bilden, und des Stoßdämpfers 5 werden in einem geeigneten Verhältnis auf die gefederte Masse und die ungefederte Masse aufgeteilt. Das Symbol Ks bezeichnet die Federkonstante der Feder 56, Kt bezeichnet die Federkonstante eines Reifens, Cs bezeichnet die feste Dämpfungskraft des Stoßdämpfers 56, und fc bezeichnet die variable Dämpfungskraft eines Stoßdämpfers. Weiterhin bezeichnet das Symbol Zu die vertikale Auslenkung eines gefederten Aufbaus, Zw bezeichnet die vertikale Auslenkung eines ungefederten Aufbaus, und Zr bezeichnet die Auslenkung der Oberfläche einer Straße.
Weiterhin bezeichnet in der nachstehenden Beschreibung ein Symbol ' die Ableitung einer Variablen, die mit dem Symbol versehen ist, nach der Zeit, und ein Symbol '' bezeichnet die zweifache Ableitung nach der Zeit. Daher bezeichnet Zu' die Geschwindigkeit eines gefederten Aufbaus und Zu'' bezeichnet die vertikale Beschleunigung des gefederten Aufbaus. Weiterhin bezeichnet ein Symbol ^T die transponierte Matrix einer Matrix, die mit dem Symbol versehen ist.
Die Vorrichtung zur Berechnung der Relativgeschwindigkeit des gefederten und ungefederten Aufbaus nach dieser Ausführungsform berechnet die Relativgeschwindigkeit zwischen den gefederten und ungefederten Aufbauten eines Fahrzeuges, die durch einen Stoßdämpfer, der dazu fähig ist, Dämpfungskräfte durch Anpassen des Ventilöffnungsgrads eines Fluidkanals zu variieren, und eine Feder verbunden sind, und weist insbesondere den nachstehend beschriebenen Aufbau auf.
3 ist ein Blockschaubild der arithmetischen Verarbeitung der Vorrichtung nach diesem Beispiel, das kein Teil der vorliegenden Erfindung ist. Eine Einrichtung 10 zur Berechnung der Beschleunigung berechnet die Vertikalbeschleunigung eines gefederten Aufbaus. Ein Abschnitt 12 zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit schätzt die Relativgeschwindigkeit zwischen den gefederten und ungefederten Aufbauten in Übereinstimmung mit der Beschleunigung, die durch die Einrichtung zur Berechnung der Beschleunigung berechnet wird, und den Befehlwert für den Öffnungsgrad des Ventils des Drosselabschnitts eines Stoßdämpfers ab.
4 zeigt einen Abschnitt 12A zur Abschätzung einer Relativgeschwindigkeit, der als ein bevorzugter Aufbau des in 3 gezeigten Abschnitts 12 zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit dient. Ein Abschnitt 14 zur Speicherung der Dämpfungskraftcharakteristik speichert die vorab gemessenen Dämpfungskraftcharakteristiken eines Stoßdämpfers für einen Ventilöffnungsgrad und eine Hubgeschwindigkeit in der Form der in 4 gezeigten Abbildungsdaten. Ein Abschnitt 16 zur Abschätzung der Dämpfungskraft erhält den Befehl für die Größe der Ventilöffnung für einen Stoßdämpfer und die Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten, die in einem früheren Steuerzyklus, bevorzugt im letzten Steuerzyklus abgeschätzt wurden, liest die Dämpfungskraft, die auf Grund des Ventilöffnungsgrads zu dieser Zeit und der Relativgeschwindigkeit erzeugt wird, aus den Daten, die im Abschnitt 14 zur Speicherung der Dämpfungskraftcharakteristik gespeichert sind, und schätzt die ausgelesene Dämpfungskraft als die derzeitige Dämpfungskraft des Stoßdämpfers ab. In diesem Fall ist es möglich, die Charakteristiken zu nutzen, die in dem Abschnitt 14 zur Speicherung der Dämpfungskraftcharakteristik gespeichert sind, weil die Relativgeschwindigkeit zwischen den gefederten und ungefederten Aufbauten gleich der Hubgeschwindigkeit des Stoßdämpfers wird. Weiterhin schätzt ein Abschnitt 18 zur Abschätzung und Berechnung die Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten in Übereinstimmung mit der Beschleunigung, die durch einen Abschnitt 10 zur Berechnung der Beschleunigung berechnet wird, und der Dämpfungskraft ab, die durch den Abschnitt 16 zum Abschätzen der Dämpfungskraft abgeschätzt wird.
Insbesondere ist der Abschnitt 12A zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit ein Teil der Steuereinheit 58. Weiterhin ist der Abschnitt 14 zur Speicherung der Dämpfungskraftcharakteristik ein ROM (Nur-Lese-Speicher), der für die Steuereinheit 58 vorgesehen ist. Weiterhin sind der Abschnitt 18 zur Abschätzung und Berechnung und der Abschnitt 16 zur Abschätzung der Dämpfungskraft CPUs (Zentralprozessoreinheiten), um die vorstehend beschriebenen Vorgänge in Übereinstimmung mit einem Programm durchzuführen, das in einem ROM oder einer ähnlichen Vorrichtung gespeichert ist.
Die arithmetische Verarbeitung durch den Abschnitt 12A zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit wird nachstehend genau beschrieben.
Wenn die Bewegungsgleichung des Systems in 2 in der Form einer Gleichung des Zustandsraums gezeigt wird, erhält man die nachstehende Gleichung (1). Xc' = Ac·xc + Bc·u + Gc·w (1),wobei
x_c = (Zu' Zu Zw' Zw)^T,
u = f_c,
w = Z_f, und
A_c, B_c und G_c jeweils Koeffizientenmatrizen sind.
Dies ist die Zustandsgleichung einer Regelstrecke. In diesem Fall bezeichnet x_c einen Parameter, der einen bewegten Zustand des Systems zeigt. Weiterhin erhält man die nachstehende Gleichung (2) als eine Ausgabegleichung, weil die Vertikalbeschleunigung Zu'' eines gefederten Aufbaus eine Variable ist, die in dieser Ausführungsform gemessen werden kann. y1 = Cc1·xc + Cc1·u + v (2),wobei
y₁ = Zu'',
v ein Messrauschen ist, und
sowohl C_c1 als auch D_c1 Koeffizientenmatrizen sind.
Weiterhin wird eine Ausgabegleichung zur Berechnung einer Relativgeschwindigkeit y₂ aus einem Parameter als die nachstehende Gleichung (3) definiert. y2 = Cc2·xc + Cc2·u (3), wobei
y₂ = Zw' – Zu', und
sowohl C_c2 als auch D_c2 Koeffizientenmatrizen sind.
Wenn die vorstehenden Gleichungen (1) bis (3) durch diskrete Systeme wiedergegeben werden, erhält man die nachstehenden Gleichungen (4) bis (6). X(k + 1) = A·x(k) + B·u(k) + G·w(k) (4) y1(k) = C1·x(k) + D1·u(k) + v(k) (5) y2(k) = C2·x(k) + D2·u(k) (6),wobei sowohl A als auch B, C₁, C₂, D₁ und D₂ jeweils Koeffizientenmatrizen sind.
x(k) bezeichnet einen Parameter x_c, der in der Form eines diskreten Systems gezeigt wird.
Dann wird eine Zustandermittlung bzw. -überwachung für das System zum Abschätzen der Relativgeschwindigkeit durch die nachstehenden Gleichungen (7) und (8) definiert. z(k) = (I – L·C1)A·z(k – 1) + L·y1(k) (7) y2h(k) = C2·z(k) + D2·u(k) (8), wobei z(k) einen abgeschätzten Wert des Parameters x(k) bezeichnet, der durch die definierte Zustandsermittlung berechnet wird. Weiterhin bezeichnet y_2h(k) einen abgeschätzten Wert einer Relativgeschwindigkeit y₂(k). 6 zeigt ein Blockschaubild der Ermittlung, die durch die Gleichungen (7) und (8) definiert ist.
Das Symbol L in der Gleichung (7) bezeichnet die Verstärkung eines stationären Kalman-Filters, die man aus den nachstehenden Gleichungen (9) und (10) erhält. P = [(APAT + BVBT)–1 + CTW–1C]–1 (9) L = PC1 TW–1 (10)
Die Matrizen V und W sind Konstruktionsparameter, die von einem Konstrukteur festgelegt werden können, um die Abschätzungsgenauigkeit zu verbessern. Ein Symbol P bezeichnet die einzige Matrix mit positiven konstanten Werten, welche die Gleichung (9) erfüllt.
In den Gleichungen (7) und (8) erhält man die Koeffizientenmatrizen A, B, C₁, C₂, D₁ und D₂ aus den Konstanten wie der Federkonstante, der gefederten Masse und der ungefederten Masse des Systems, das in 2 gezeigt ist.
Weiterhin kann die Vertikalbeschleunigung y₁(k) eines gefederten Aufbaus in Übereinstimmung mit der Ausgabe eines Beschleunigungssensors berechnet werden, der auf dem gefederten Aufbau vorgesehen ist. In dem Fall des in 2 gezeigten Einzelradmodells ist es möglich, einen Beschleunigungssensor für eine gefederte Masse zu verwenden und direkt die Beschleunigung, die von dem Sensor erfasst wird, als die Vertikalbeschleunigung y₁(k) zu nutzen. In dem Fall des in 1 gezeigten wirklichen Fahrzeugs oder einem ähnlichen Fall ist es schwierig, einen Beschleunigungssensor 60 an dem chassisseitigen Befestigungspunkt des Stoßdämpfers 56 anzubringen. Daher ist es notwendig, die Beschleunigung eines gefederten Aufbaus zu erhalten, indem eine vorab bestimmte Korrektur auf einen von dem Beschleunigungssensor 60 erfassten Wert angewendet wird. Insbesondere werden drei Beschleunigungssensoren 60 so angeordnet, dass sie nicht auf derselben geraden Linie angeordnet sind, und die Lage bzw. Auslenkung eines Chassis (eines gefederten Aufbaus) erhält man aus einer Beschleunigung am Anbringungspunkt, um eine Korrektur in Übereinstimmung mit den Abständen zwischen den Anbringungspunkten des Beschleunigungssensors und des Stoßdämpfers und dem Schwerpunkt des Chassis durchzuführen.
Wenn beispielsweise die von drei Beschleunigungssensoren 60 erfassten Werte einander entsprechen, wird festgestellt, dass das Chassis eine Anhebungsbewegung durchführt, bei welcher alle Teile des Chassis sich parallel senkrecht bewegen. In diesem Fall kann der erfasste Wert direkt als die senkrechte Beschleunigung y₁(k) genutzt werden. Wenn weiterhin die Ausgaben der zwei Beschleunigungssensoren 60a und 60b, die in der Nähe der Vorderräder angeordnet sind, einander gleich sind, und die Phase dieser Ausgabe gegenläufig zu der Phase der Ausgabe des Beschleunigungssensors 60c ist, der in der Nähe der Hinterräder angeordnet ist, wird festgestellt, dass das Chassis eine stampfende Bewegung macht. Wenn das Chassis nur eine stampfende Bewegung macht, ist es nur notwendig, eine Ausgabe der Beschleunigungssensoren in Übereinstimmung mit dem Verhältnis des Abstands zwischen dem Schwerpunkt des Chassis und einem Beschleunigungssensor zum Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Chassis und einem Anbringungspunkt des Stoßdämpfers zu korrigieren und die Vertikalbeschleunigung y₁(k) zu berechnen. Dasselbe gilt für den Fall einer rollenden Bewegung.
Weiterhin wird eine Dämpfungskraft u(k) aus dem Ventilöffnungsgrad eines Stoßdämpfers und der Ausgabe y_2h(k) einer Zustandsermittlung abgeschätzt, das bedeutet, die abgeschätzte Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten. Der Ventilöffnungsgrad nützt einen Befehl für den Öffnungsgrad des Ventils, der von der Steuereinheit 58 an jeden Stoßdämpfer 56 geschickt wird. Daher ist es unnötig, einen tatsächlichen Ventilöffnungsgrad zu messen, und daher ist es unnötig, einen Sensor oder Ähnliches zu verwenden. Weiterhin nutzt die Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten die Daten von einem Steuerzyklus zuvor. Wenn ein Steuerzyklus sehr viel kleiner als die Änderung der Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten ist, wird abgeschätzt, dass der Unterschied zwischen den Daten, die einen Steuerzyklus zuvor erfasst wurden, und der tatsächlichen derzeitigen Relativgeschwindigkeit sehr gering ist. Weiterhin wird die Dämpfungskraftcharakteristik eines Stoßdämpfers vorab gemessen, indem eine Hubgeschwindigkeit und ein Ventilöffnungsgrad als Parameter genutzt und in der Form einer Abbildung von Daten der Charakteristik, wie in 5 gezeigt, abgespeichert werden. Wenn ein Ventilöffnungsgrad und eine Hubgeschwindigkeit bekannt sind, ist es möglich, die Dämpfungskraft u(k) eines Stoßdämpfers zu der Zeit aus der Abbildung von Daten der Charakteristik abzuschätzen. Wie vorstehend beschrieben ist es möglich, die Dämpfungskraft zu der Zeit aus diesen Datenstücken abzuschätzen, weil der Ventilöffnungsgrad aus dem angewiesenen Öffnungsgrad des Ventils bekannt ist und die Hubgeschwindigkeit gleich der Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten ist. Genau genommen ist die abgeschätzte Dämpfungskraft die einen Steuerzyklus früher vorherrschende Dämpfungskraft von. Wie vorstehend beschrieben ist es jedoch möglich, den Unterschied zwischen der einen Steuerzyklus früher vorherrschenden Dämpfungskraft und ihrem tatsächlichen Wert sehr gering zu halten, wenn ein Steuerzyklus sehr viel kleiner als der Zyklus der Änderung der relativen Geschwindigkeit ist. Insbesondere herrschen für den Schwingungszyklus, der in einer Federung eines Personenfahrzeugs erzeugt wird, ungefähr 10 Hz, was die Resonanzfrequenz eines ungefederten Aufbaus darstellt, und ungefähr 1 Hz, was die Resonanzfrequenz eines gefederten Aufbaus darstellt, vor. Daher tritt das Problem, das durch Verwenden der Daten von einem Zyklus früher verursacht wird, nicht auf, wenn die Steuerung mit einer viel höheren Frequenz (einem viel kürzeren Zyklus) als die vorab genannten Resonanzfrequenzen durchgeführt wird.
Die Relativgeschwindigkeit y_2h(k) wird abgeschätzt, indem die vorstehend beschriebene senkrechte Beschleunigung y₁(k) eines gefederten Aufbaus und die Dämpfungskraft u(k) in Übereinstimmung mit den Gleichungen (7) und (8) verwendet werden.
7 zeigt eine abgeschätzte Relativgeschwindigkeit (durchgezogene Linie) und eine tatsächliche Relativgeschwindigkeit (gestrichelte Linie) zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten eines Fahrzeugs, an welchem die Vorrichtung dieser Ausführungsform angewendet wird, wobei das Fahrzeug nur in der Anheberichtung vibriert.
In dem Fall der vorstehend beschriebenen Gleichungen (7) und (8) oder der in 6 gezeigten Zustandsermittlung wird ein Modell analysiert, indem angenommen wird, dass eine Ermittlungsverstärkung L konstant ist. Wenn sich jedoch die Steigung der Dämpfungskraft eines Stoßdämpfers, das bedeutet der Dämpfungskoeffizient des Stoßdämpfers abhängig von dem Ventilöffnungsgrad und der Hubgeschwindigkeit des Stoßdämpfers wie in 8 gezeigt stark ändert, ist es nicht unbedingt möglich, im Falle einer Zustandsermittlung mit einer konstanten Ermittlungsverstärkung L, das bedeutet, in dem Falle einer linearen Zustandsermittlung, einen Parameter wie eine Relativgeschwindigkeit mit einer hohen Genauigkeit abzuschätzen. Ein Kalmanfilter ist ein Beispiel einer linearen Zustandsermittlung.
Die 9A, 9B, 10A und 10B zeigen die Ergebnisse von Versuchsberechnungen der Schwingung, wenn ein Stoßdämpfer, der die Dämpfungskraftcharakteristiken aufweist, die in 8 gezeigt sind, für das Einzelradmodell mit zwei Freiheitsgraden, das in 2 gezeigt ist, genutzt wird. In dem Fall dieser Versuchsberechnung wird eine Ermittlungsverstärkung mit einem Dämpfungskoeffizienten von 1000 N·s/m unter Verwendung einer Kalmanfiltertheorie berechnet. In diesem Fall wird die Schwingung durch Sinuswellen mit einer Frequenz von 0,5 bis 5 Hz mit einer Amplitude von 10 mm durchgeführt. Die 9A zeigt die Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten, die tatsächlich bei einem Ventilöffnungsgrad von 100% gemessen wird. Die 9B zeigt einen abgeschätzten Wert unter denselben Bedingungen. Die 10A zeigt einen gemessenen Wert, wenn der Ventilöffnungsgrad in einem Zwischenzustand festgelegt ist, und 10B zeigt einen abgeschätzten Wert unter derselben Bedingung. Obwohl der Dämpfungskoeffizient bei einem Ventilöffnungsgrad von 100% von der Hubgeschwindigkeit abhängt, liegt er ungefähr zwischen 1000 und 2800 N·s/m. Weiterhin liegt der Dämpfungskoeffizient im Zwischenzustand des Ventilöffnungsgrads ungefähr zwischen 1700 und 18000 N·s/m.
In dem Fall der 9A und 9B, welche die Werte in der Nähe des Dämpfungskoeffizienten von 1000 N·s/m zeigen, der eine Konstruktionsbedingung ist, ist der gemessene Wert beinahe gleich dem abgeschätzten Wert und daher erhält man ein zu bevorzugendes Ergebnis. In dem Fall eines Wertes, der sich von der Konstruktionsbedingung unterscheidet, weicht jedoch ein gemessener Wert von einem abgeschätzten Wert ab. Es ist unmöglich, eine hohe Genauigkeit der Abschätzung durch eine lineare Ermittlung, das bedeutet, einen Kalmanfilter, zu erhalten, wenn sich ein Dämpfungskoeffizient wie vorstehend beschrieben stark ändert.
Die Abschätzung einer Relativgeschwindigkeit, die dazu fähig ist, in einem Fall zu funktionieren, in welchem ein Dämpfungskoeffizient stark variiert, wird nachstehend beschrieben.
11 zeigt einen Abschnitt 12B zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, der ein Aufbau des Abschnitts 12 zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit ist, der in 3 gezeigt ist. Ein Abschnitt 28 zur Abschätzung des Dämpfungskoeffizienten schätzt einen Dämpfungskoeffizienten auf der Grundlage der zuvor gespeicherten Dämpfungskrafteigenschaften in Übereinstimmung mit der Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten ab, die in einem früheren Steuerzyklus, bevorzugt dem letzten Steuerzyklus, abgeschätzt wurde. Weiterhin berechnet ein Abschnitt 30 zur Berechnung der Abweichung die Abweichung der vertikalen Beschleunigung des gefederten Aufbaus, die vom Abschnitt 10 zur Berechnung der Beschleunigung berechnet wird, von der abgeschätzten vertikalen Beschleunigung des gefederten Aufbaus. Ein Verstärkungsabschnitt 32 verstärkt die Abweichung mit einer vorab bestimmten Rate, welche dem Dämpfungskoeffizienten entspricht, der von dem Abschnitt 28 zur Abschätzung des Dämpfungskoeffizienten abgeschätzt wird. Ein Abschnitt 34 zur Speicherung von Vibrationseigenschaften speichert vorab Vibrationseigenschaften des Fahrzeugs. Die Vibrationseigenschaften, zu denen eine gefederte Masse, eine ungefederte Masse und eine Federkonstante gehören, werden als Vibrationsmodelle in Übereinstimmung mit diesen Konstanten gespeichert.
Ein Analyseabschnitt 36 berechnet die Beschleunigung eines gefederten Aufbaus und die Relativgeschwindigkeit zwischen dem gefederten und den ungefederten Aufbauten in Übereinstimmung mit der verstärkten Abweichung der Beschleunigung und den gespeicherten Vibrationsmodellen. In diesem Fall wird die berechnete Beschleunigung für Verarbeitungen im Abschnitt 30 zur Berechnung der Abweichung genutzt.
Genauer gesagt ist der Abschnitt 12B zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit ein Teil der Steuereinheit 58. Weiterhin ist der Abschnitt 34 zum Speichern der Vibrationseigenschaften ein ROM, das für die Steuereinheit 58 vorgesehen ist. Weiterhin nutzen der Abschnitt 30 zur Berechnung der Abweichung, der Verstärkungsabschnitt 32 und der Analyseabschnitt 36 eine CPU, die durch ein vorab bestimmtes Programm betrieben wird, und ein Schaltkreiselement, um vorab bestimmte Verarbeitungen durchzuführen.
Die Arithmetikverarbeitung durch den Abschnitt 12B zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit wird nachstehend genau beschrieben.
Wenn die vorstehend beschriebene Bewegungsgleichung des Systems in 2 in der Form einer Zustandsraumgleichung gezeigt wird, erhält man die nachstehende Gleichung (11). Xc' = Ac·xc + Bc·fc + Gc·w (11),wobei
x_c = (Zu' Zu Zw' Zw)^T,
w = Z_r, und
A_c, B_c und G_c jeweils Koeffizientenmatrizen sind.
Dies ist die Zustandsgleichung einer Regelstrecke. In diesem Fall bezeichnet x_c einen Parameter, der einen bewegten Zustand des vorstehend beschriebenen Systems zeigt. Weiterhin erhält man die nachstehende Gleichung (12) als eine Ausgabegleichung, weil die senkrechte Beschleunigung Zu'' eines gefederten Aufbaus eine Variable ist, die in dem in 1 gezeigten Fahrzeug gemessen werden kann. y1 = Cc1·xc + Dc1·fc + v (12)wobei
y₁ = Zu'',
v ein Messrauschen ist, und
sowohl C_c1 als auch D_c1 Koeffizientenmatrizen sind.
Weiterhin wird eine Ausgabegleichung zur Berechnung einer Relativgeschwindigkeit y₂ aus einem Parameter als die nachstehende Gleichung (13) definiert. y2 = Cc2·xc (13)wobei
y₂ = Zw' – Zu', und
C_c2 eine Koeffizientenmatrix ist.
Wenn man einen Dämpfungskoeffizienten als Cs und einen angewiesenen Öffnungsgrad des Ventils als ar ansieht, wird eine Dämpfungskraft f_c durch die nachstehende Gleichung (14) gezeigt. Fc = Cs(Zs', ar)Zs' (14),wobei
Zs = Zw – Zu.
In der Gleichung (14) zeigt Cs(Zs', ar), dass der Dämpfungskoeffizient Cs ein Wert ist, der durch eine Relativgeschwindigkeit Zs und einen Ventilöffnungsgrad ar bestimmt wird. Weiterhin wird angenommen, dass der Minimalwert des Dämpfungskoeffizienten Cs Cs_min und der Maximalwert Cs_max ist.
Wenn man die Gleichungen (11) bis (13) unter Nutzung des Dämpfungskoeffizienten Cs umformt, erhält man die nachstehenden Gleichungen (15), (16) und (17). Xc' = Av(q)xc + Gc·w (15) Y1 = Cv1(q)·xc + v (16) Y2 = Cc2·Xc (17)wobei
Av(q) = q × Avmax + (1 – q) × Avmin Cv1(q) = q × Cv1max + (1 – q) × Cv1min
Sofern jeweils Cs = Cs_max, A_v(q) als A_vmax und C_v1(q) als C_v1max angenommen werden.
Sofern jeweils Cs = Cs_min, A_v(q) als A_vmin und C_v1(q) als C_v1min angenommen werden. Avmax = Ac + Csmax·BcN Avmin = Ac + Csmin·BcN Cv1max = Cc1 + Cc1 + Csmax·DuN Cv1min = Cc1 + Csmin·DuN N = (–1 0 1 0).
Dann wird durch die nachstehenden Gleichungen (19) und (20) eine Zustandsermittlung für das vorstehend beschriebene System zur Abschätzung der vorstehend genannten Relativgeschwindigkeit definiert. Xch' = Av(q)·Xch + L(q)·(y1 – Cv1(q)·Xch) (19) Y2h = Cv2(q)·Xch (20)
In diesem Fall bezeichnet x_ch ein abgeschätztes Signal eines Parameters x_c eines von der definierten Zustandsermittlung zu berechnenden Systems. Weiterhin bezeichnet y_2a ein abgeschätztes Signal einer Relativgeschwindigkeit y₂.
L(q) in der Gleichung (7) zeigt eine Ermittlungsverstärkung und wird wie nachstehend gezeigt definiert. Es wird angenommen, dass die stationäre Kalmanfilterverstärkung für die Gleichungen (15) und (16) L_min ist, wenn ein Dämpfungskoeffizient gleich dem minimalen Wert Cs_min ist, und dass die stationäre Kalmanfilterverstärkung für die Gleichungen (15) und (16) L_max ist, wenn der Dämpfungskoeffizient gleich dem Maximalwert Cs_max ist. Weiterhin werden für Ermittlungsverstärkungen, die an diesen Endpunkten berechnet werden, Ermittlungsverstärkungen in Übereinstimmung mit der nachstehenden Gleichung (21) an Punkten außer den Endpunkten festgelegt: L(q) = q × Lmax + (1 – q) × Lmin (21)
Um den abgeschätzten Wert y_2h, der Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten in Übereinstimmung mit den Überwachungen bzw. Ermittlungen zu berechnen, die von den Gleichungen (19) und (20) definiert werden, ist es notwendig, feste Koeffizientenmatrizen A_c, B_c, G_c, C_c1 und D_c1 abhängig vom charakteristischen Wert eines Systems, der Vertikalbeschleunigung y₁ eines gefederten Aufbaus, und der Dämpfungskraft f_c zu erhalten. In diesem Fall kann man leicht eine Koeffizientenmatrix aus der Masse eines gefederten Aufbaus und einer Federkonstante erhalten, ähnlich wie im vorstehenden Fall, in welchem die Ermittlungsverstärkung konstant ist, und die Beschleunigung y₁ kann man von einem Beschleunigungssensor erhalten, der für einen gefederten Aufbau vorgesehen ist. Weiterhin erhält man die Dämpfungskraft f_c durch Nutzen der vorab gemessenen Dämpfungskrafteigenschaften eines Stoßdämpfers, die in 8 gezeigt sind. Obwohl ein Ventilöffnungsgrad tatsächlich gemessen werden kann, nutzt diese Ausführungsform den Befehl ar des Ventilöffnungsgrads.
Weiterhin ist es möglich, die Dämpfungskraft fc und den Dämpfungskoeffizienten Cs eines Stoßdämpfers auf der Grundlage des charakteristischen Schaubilds in 8 zu erhalten, indem der abgeschätzte Wert y_2h der Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten einen Steuerzyklus früher genutzt wird. Weiterhin ist es möglich, q aus der Gleichung (18) unter Nutzung des Dämpfungskoeffizienten Cs zu erhalten, und die Ermittlungsverstärkung L(q) aus der Gleichung (21) zu erhalten.
Daher ist es möglich, die Relativgeschwindigkeit y_2h zwischen gefilterten und ungefilterten Aufbauten aus den Gleichungen (19) und (20) abzuschätzen.
Im Falle der Erfassung einer gefederten Beschleunigung bzw. einer Beschleuingung der gefederten Masse ist es möglich, die Beschleunigung des chassisseitigen Anbringungspunkts des Stoßdämpfers 56 zu berechnen, indem drei Beschleunigungssensoren so angeordnet werden, dass sie nicht auf derselben geraden Linie liegen.
Die 12A, 12B, 13A und 13B zeigen die Ergebnisse von Versuchsberechnungen der Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten des Einzelradmodells mit zwei Freiheitsgraden, das in 2 gezeigt ist, unter Nutzung der vorstehenden Zustandsermittlungen. Weiterhin zeigt 8 die Dämpfungscharakteristiken eines Stoßdämpfers.
Die 12A, 12B, 13A und 13B zeigen Versuchsberechnungsergebnisse, wenn die Ermittlungsverstärkung L(q) in Übereinstimmung mit dem Dämpfungskoeffizienten Cs berechnet wird. Die Ermittlungsverstärkung L(q) wird berechnet, indem die Theorie des stationären Kalmanfilters bei Dämpfungskoeffizienten von 1000 N·s/m und 65600 N·s/m genutzt wird. Weiterhin zeigen die 12A und 12B den Fall eines Ventilöffnungsgrads von 100% und die 13A und 13B zeigen den Fall der Festlegung eines Ventilöffnungsgrads auf eine Zwischenstufe. Die 12A und 13A zeigen gemessene Werte und die 12B und 13B zeigen abgeschätzte Werte. Die Dämpfungskoeffizienten in dem Fall der 12A und 12B zeigen ungefähr 1000 bis 1800 N·s/m und die in dem Fall der 13A und 13B zeigen ungefähr 1700 bis 18000 N·s/m. Weiterhin wird eine Sinuswellenschwingung bei einer Frequenz von 0,5 bis 5 Hz und bei einer Amplitude von 10 mm ausgeführt. Aus diesen Versuchsberechnungsergebnissen wird festgestellt, dass man ein zu bevorzugendes Abschätzungsergebnis erhalten kann, selbst wenn sich ein Dämpfungskoeffizient stark ändert.
14 zeigt einen Abschnitt 12c zur Abschätzung einer Relativgeschwindigkeit, der ein Beispiel ist, das keinen Teil der Erfindung bildet, und der ein Aufbau des in 3 gezeigten Abschnitts 12 zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit ist. In dem Fall des Abschnitts 12 zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit berechnet zunächst ein Abschnitt 20 zur Berechnung der Abweichung die Abweichung der Vertikalbeschleunigung eines gefederten Aufbaus, die vom Abschnitt 10 zum Berechnen der Beschleunigung berechnet wird, von der abgeschätzten Vertikalbeschleunigung des gefederten Aufbaus. Ein Abschnitt 22 zur Verstärkung der Abweichung verstärkt die Abweichung mit einer vorab bestimmten Rate, welche dem vorab erwähnten angewiesenen Öffnungsgrad des Ventils entspricht. Weiterhin sind die Vibrationscharakteristiken des Fahrzeugs vorab in einem Abschnitt 24 zum Abspeichern der Vibrationscharakteristik gespeichert. Zu den Vibrationscharakteristiken gehören eine gefederte Masse, eine ungefederte Masse und eine Federkosntante, und sie werden als Vibrationsmodelle in Übereinstimmung mit diesen Konstanten gespeichert.
Ein Analyseabschnitt 26 berechnet die Beschleunigung eines gefederten Aufbaus und die Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten in Übereinstimmung mit der verstärkten Abweichung der Beschleunigung und den gespeicherten Vibrationsmodellen. In diesem Fall wird die berechnete Beschleunigung durch den Abschnitt 20 zur Berechnung der Abweichung für Operationen genutzt.
Insbesondere ist der Abschnitt 12C zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit ein Teil der Steuereinheit 58. Weiterhin ist der Abschnitt 24 zur Speicherung der Vibrationseigenschaften ein ROM, das für die Steuereinheit 58 vorgesehen ist. Weiterhin nutzen der Abschnitt 20 zur Berechnung der Abweichung, der Verstärkungsabschnitt 22 und der Analyseabschnitt 36 eine CPU, die durch ein vorab bestimmtes Programm betrieben wird, und ein Schaltkreiselement, um vorab bestimmte Operationen durchzuführen.
Die arithmetische Verarbeitung durch den Abschnitt 12C zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit wird nachstehend genauer beschrieben.
Der Abschnitt 12C zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit berechnet eine Ermittlungsverstärkung L(p), die nur von dem angewiesenen Öffnungsgrad ar des Ventils abhängt. Die Ermittlungsverstärkung L(p) wird in Übereinstimmung mit den nachstehenden Gleichungen (22) und (23) berechnet. L(q) = p × Lmax + (1 – p) × Lmin (22),wobei
In diesem Fall bezeichnet ar_min einen angewiesenen Öffnungsgrad des Ventils, wenn ein Ventil vollständig geöffnet ist, und ar_max bezeichnet einen angewiesenen Öffnungs grad des Ventils, wenn das Ventil vollständig geschlossen ist.
Die anderen Operationen sind dieselben wie jene, die von dem Abschnitt 12B zur Abschätzung der Relativgeschwindigkeit wie in 11 gezeigt durchgeführt werden.
Die 15A, 15B, 16A und 16B zeigen die Ergebnisse von Versuchsberechnungen der Relativgeschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten des Einzelradmodells mit zwei Freiheitsgraden, das in 2 gezeigt wird, indem die vorstehend genannten Ermittlungen genutzt werden. Die Dämpfungscharakteristiken eines Stoßdämpfers sind in 8 gezeigt.
Die 15A, 15B, 16A und 16B zeigen die Ergebnisse der Versuchsberechnung der Ermittlungsverstärkung L(p) in Übereinstimmung mit dem angewiesenen Öffnungsgrad ar des Ventils. Die Ermittlungsverstärkung L(p) wird bei Dämpfungskoeffizienten von 1000 N·s/m und 65600 N·s/m unter Nutzung der stationären Kalmanfiltertheorie berechnet. Weiterhin zeigen die 15A und 15B den Fall eines Öffnungsgrads des Ventils von 100 und die 16A und 16B zeigen den Fall der Einstellung des Ventilöffnungsgrads auf einen Zwischenzustand. Die 15A und 16A zeigen gemessene Werte und die 15B und 16B zeigen abgeschätzte Werte. Die Dämpfungskoeffizienten in dem Fall der 15A und 15B zeigen ungefähr 1000 bis 2800 N·s/m und die in dem Fall der 16A und 16B zeigen ungefähr 1700 bis 6500 N·s/m. Weiterhin wird eine Sinuswellenvibration bei einer Frequenz von 0,5 bis 5 Hz und einer Amplitude von 10 mm durchgeführt. Aus diesen Ergebnissen der Versuchsberechnungen stellt man fest, dass ein zu bevorzugendes Abschätzungsergebnis erhalten werden kann, selbst wenn sich ein Dämpfungskoeffizient stark ändert.
In den 17 und 18 werden die Ergebnisse von Vibrationstests am tatsächlichen Fahrzeug, das in 1 gezeigt wird, in Richtung seiner Hochachse durch durchgezogene Linien gezeigt. Zur Abschätzung einer Relativgeschwindigkeit wird eine Ermittlungsverstärkung L(q) der Gleichung (21) verwendet, die in Übereinstimmung mit einem Dämpfungskoeffizienten berechnet wird, und bei Dämpfungskoeffizienten von 1000 N·s/m und 65600 N·s/m unter Nutzung der stationären Kalmanfiltertheorie berechnet wird. 17 zeigt den Fall eines Ventilöffnungsgrads von 100%, und 18 zeigt den Fall eines Ventilöffnungsgrads von 0%. Der Dämpfungskoeffizient erreicht ungefähr 1000 bis 2800 N·s/m in dem Fall eines Ventilöffnungsgrads von 100 und höchstens 65600 N·s/m in dem Fall eines Ventilöffnungsgrads von 0%. Weiterhin wird eine Sinuswellenschwingung mit einer Amplitude von 10 mm und einer Frequenz von 1 Hz durchgeführt. Die gestrichelten Linien in den 17 und 18 bezeichnen die Werte, die durch Differenzieren bzw. Ableiten der Ausgaben der Fahrzeughöhensensoren erhalten werden, und zeigen tatsächliche Relativgeschwindigkeiten zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten. Aus den 17 und 18 stellt man fest, dass man ein zu bevorzugendes Abschätzungsergebnis erhalten kann, selbst wenn sich ein Dämpfungskoeffizient stark ändert.
Jedes der vorstehend genannten Beispiele schätzt eine Dämpfungskraft aus der Information über den Ventilöffnungsgrad oder der relativen Geschwindigkeit zwischen gefederten und ungefederten Aufbauten ab, die in Übereinstimmung mit der Information für den Ventilöffnungsgrad und in einem früheren Steuerzyklus berechnet wird. Daher erhält man eine hohe Genauigkeit der Abschätzung. Weiterhin kann man eine genauere Relativgeschwindigkeit erhalten, indem die vorstehend genannte Relativgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit einem abgeschätzten Wert der vorstehend genannten Dämpfungskraft abgeschätzt wird.
Weiterhin ist es möglich, nur durch Messung der Beschleunigung eines gefederten Aufbaus in Übereinstimmung mit vorab gemessenen Dämpfungskraftcharakteristiken eines Stoßdämpfers und einem Befehl eines Ventilöffnungsgrads die vorstehend genannte Relativgeschwindigkeit abzuschätzen, und weiterhin eine Dämpfungskraft in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Relativgeschwindigkeit zu erhalten. Daher ist kein Drucksensor oder Fahrzeughöhensensor in einem Stoßdämpfer oder kein Sensor für die Beschleunigung ungefederter Teile notwendig. Daher ist es möglich, die Kosten und das Fahrzeuggewicht zu verringern.

Claims

Federungs-Regelungsgerät zwischen einer gefederten (50) und einer ungefederter Struktur (51) eines Fahrzeugs, wobei die gefederte und die ungefederte Struktur durch eine Feder (54a–54d) und einen Stoßdämpfer (54a–54d) verbunden sind, der in der Lage ist, durch Einstellung des Ventilöffnungsgrades eines Strömungsmittelkanals Dämpfungskräfte zu variieren, gekennzeichnet durch: – eine Beschleunigungs-Berechnungseinrichtung (10) zur Berechnung der Vertikalbeschleunigung eines Stoßdämpfer-Anbringungspunktes der gefederten Struktur aus der Eingabe mindestens eines Beschleunigungssensors (60a–60c), und – eine Relativgeschwindigkeit-Abschätzeinrichtung (12) mit Eingängen für die berechnete Beschleunigung und für einen Ventilöffnungsgrad-Befehlswert zur Einstellung des Ventilöffnungsgrads, wobei die Relativgeschwindigkeit-Abschätzeinrichtung in der Lage ist, die Relativgeschwindigkeit zwischen der gefederten Struktur (50) und der ungefederten Struktur (51) unter Einbeziehung der eingegangenen berechneten Beschleunigung und des eingegangenen Ventilöffnungsgrad-Befehlswertes abzuschätzen und mit – einer Vibrationscharakteristik-Speichereinrichtung (34) zur vorherigen Speicherung der Vibrationscharakteristik des Fahrzeuges, – einer Abweichungsberechnungseinrichtung (30) zur Berechnung der Abweichung der erfassten Beschleunigung aus einer abzeschätzen Vertikalbeschleunigung einer gefederten Struktur, – einer Dämpfungskoeffizient-Abschätzeinrichtung (28) zum Abschätzen des Dämpfungskoeffizienten eines Stoßdämpfers entsprechend des Ventilöffnungsgrad-Befehlswertes und der in einem vorherigen Kontrollzyklus abgeschätzten Relativgeschwindigkeit, – einer Verstärkungseinrichtung (32) zur Verstärkung der Abweichung unter Einbeziehung des Dämpfungskoeffizienten, und – einer Vibrationsanalyseeinrichtung (36) ausgestattet ist, um die Vertikalbeschleunigung der gefederten Struktur und die Relativgeschwindigkeit zwischen der gefederten und der ungefederten Struktur abzuschätzen.
Federungs-Regelungsgerät zwischen einer gefederten und ungefederten Struktur nach Anspruch 1, wobei die Beschleunigungs-Berechnungseinrichtung ein Beschleunigungssensor (60a–c) zur Erfassung der Beschleunigung eines Stoßdämpfer-Anbringungspunktes der gefederten Struktur ist.
Federungs-Regelungsgerät zwischen einer gefederten und ungefederten Struktur nach Anspruch 1, wobei die Beschleunigungs-Berechnungseinrichtung eine Vielzahl von für die gefederte Struktur (50) vorgesehenen Beschleunigungssensoren (60a–c) hat, und eine Anbringungspunkt-Beschleunigungsberechnungseinrichtung zur Berechnung der Beschleunigung von mindestens einem Stoßdämpfer-Anbringungspunkt der gefederten Struktur entsprechend der von den Beschleunigungssensoren erfassten Beschleunigung.