DE69737958T2

DE69737958T2 - Rechengerät für die relative Geschwindigkeit zwischen gefederter und nicht gefederter Struktur eines Fahrzeuges.

Info

Publication number: DE69737958T2
Application number: DE69737958T
Authority: DE
Inventors: Hajime Kamimae; Masashi Yamashita; Kazunori Yoshida; Hideo Nakai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2017-05-22
Also published as: JP3118414B2; EP0808734B1; DE69731423T2; US5987368A; EP0808734A3; DE69731423D1; EP1477342B1; EP1477342A1; JPH09309315A; DE69737958D1; EP0808734A2

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federungssteuervorrichtung zwischen einer abgefederten und einer nicht abgefederten Struktur für die Steuerung der Dämpfkraft in einem Federungssystem unter Verwendung eines Stoßdämpfers mit variabler Dämpfkraft.
STAND DER TECHNIK
Die Federung eines Fahrzeugs ist ein System zum Verbinden einer abgefederten Struktur, wie einer Karosserie, mit einer die abgefederte Struktur unterstützenden nicht abgefederten Struktur, wie einem Rad, welches die Vibration, den Fahrkomfort und die Manövrierstabilität erheblich beeinflusst. Zur Federung gehören solche Teile wie eine Feder zum Abmildern von Stößen von einer Straße und ein Stoßdämpfer zum Dampfen der Vibration der Feder und zum Steuern der Geschwindigkeit des Lagenübergangs des Fahrzeugs. Wie oben beschrieben, gibt es zahlreiche Anforderungen an die Federung. Diese Anforderungen stehen jedoch im Widerspruch zueinander. Beim Aufbau wird daher ein Versuch unternommen, einen Kompromiss zu finden, der diese Anforderungen berücksichtigt.
Aus US-A-5,434,782 ist ein Fahrzeugfederungssystem bekannt, umfassend: eine Federung und einen Stoßdämpfer mit variabler Dämpfkraft (der in der Lage ist, die Dämpfkraft durch Anpassen des Ventilöffnungsgrads eines Fluidkanals zu variieren), welche beide zwischen einer abgefederten und einer nicht abgefederten Struktur eines Fahrzeugs verbunden sind; Sensormittel zum Messen des relativen Systemzustands y(t) (d.h. die relative Geschwindigkeit x₁' – x₂' zwischen der abgefederten Struktur und der nicht abgefederten Struktur des Fahrzeugs); eine Steuerung, umfassend: ein Schätzungsberechnungsmittel; einen Stellgliedbefehlserzeuger zum Entwickeln eines Ventilöffnungsgradbefehlswerts u_s zum Anpassen des Ventilöffnungsgrads; und Dämpfkraftschätzmittel zum Schätzen einer Dämpfkraft unter Verwendung einer zuvor gespeicherten Dämpfkraftkennlinie, wodurch das Schätzungsberechnungsmittel eine Steuerroutine umfasst, welche den absoluten Systemzustand schätzt (wie den Zustand eines Aufhängungspunkts des Stoßdämpfers an der abgefederten Struktur) mittels eines Beobachters in Übereinstimmung mit der erfassten relativen Geschwindigkeit y(t) und der geschätzten Dämpfkraft, wodurch die Steuerung das Federungssystem in Reaktion auf die Schätzung des Federungssystemzustands steuert. Um das kostenaufwändige Erfordernis getrennter Sensoren zum Messen jeder Komponente des Autoviertelsystems sowie die Schwierigkeiten beim Erhalten absoluter Zustandsmessungen zu umgehen, stellt die Vorrichtung nach US-A-5,434,782 ein Mittel zum Schätzen des gesamten Systemzustands bereit, welches die Eingabe nur eines Sensors (für jede Ecke des Fahrzeugs) erfordert, welcher den relativen Systemzustand misst (d.h. relative Position oder Geschwindigkeit der abgefederten und nicht abgefederten Massen) und dann das Federungssystem in Reaktion auf den geschätzten Zustand steuert.
US-A-5,519,612 lehrt ein aktives Federungssystem, das eine Regelkreisfeedbacksteuerung mit abstimmbaren Feedbackverstarkungen verwendet. Das System verwendet einen Beschleunigungsmesser, der den durch die Fahrzeugsmasse erfahrenen Betrag vertikaler Beschleunigung erfasst, und einen Positionsmessfühler, der den Strebenpositionsfehler anzeigt. Das System berechnet den Betrag des Stellgliedfluidstrombefehls.
In David. G. Luenberger, Introduction to Dynamic Systems, John Wiley and Sons, wird eine theoretische Erläuterung der Steuerung in dynamischen Systemen bereitgestellt.
Um die obigen Anforderungen an die Federung auf hohem Niveau zu erzielen, ist eine Technik bekannt, die das Variieren der Federungskennlinie möglich macht. Es besteht beispielsweise eine Technik zum Variieren der Dämpfkräfte eines Stoßdämpfers in Übereinstimmung mit dem Zustand eines Fahrzeugs. In einem Frequenzbereich nahe einer Resonanzfrequenz der abgefederten Struktur wird die Dämpfkraft beispielsweise erhöht, um die freie Vibration in einem frühen Stadium zu konvergieren, in anderen Bereichen als den oben genannten wird die Dämpfkraft dagegen verringert, um eine Eingabe von der Straßenoberfläche durch die Federung viel mehr zu absorbieren.
Diese Art von variabler Dämpfkraftfederung wird in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 6-106937 offengelegt. Gemäß der in dieser Offenlegungsschrift offenbarten Technik wird ein variierender Wert der Dämpfkraft eines Stoßdämpfers erhalten, um die Dämpfkraft dadurch zu steuern, dass angenommen wird, dass die Dämpfkraft proportional zu einem bestimmten, einen Bewegungszustand eines Fahrzeugs, welcher durch die vertikale Geschwindigkeit einer abgefederten Struktur gezeigt wird, anzeigenden Parameter erzeugt wird. Durch Steuern der Dämpfkraft ist es möglich, die Anzahl von zum Erfassen des Fahrzeugbewegungszustands erforderlichen Sensoren zu verringern. Zum Erhalten des den Fahrzeugbewegungszustand zeigenden Parameters werden außerdem Vorgänge ausgeführt, in denen angenommen wird, dass jeder Betriebsfaktor linear variiert.
Wie die Kennlinien der Dämpfkraft eines Stoßdämpfers wird die Dämpfkraft abhängig von der Geschwindigkeit eines Hubs erzeugt, einschließlich der Richtung und des Ventilöffnungsgrads eines Öffnungsabschnitts. Gemäß der in der Offenlegungsschrift offenbarten Technik wird die Dämpfkraft proportional zu dem Parameter erzeugt. Die Dämpfkraft wird jedoch tatsächlich nicht proportional zu dem Parameter erzeugt. Daher besteht ein Problem darin, dass die Dämpfkraft nicht notwendigerweise mit höherer Genauigkeit gesteuert werden kann. Außerdem besteht das Problem, dass der Parameter nicht durch einen linearen Beobachter mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, da jeder Betriebsfaktor tatsächlich auf nicht lineare Weise variiert.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgt, um die obigen Probleme zu lösen, und ihre Aufgabe ist die Bereitstellung einer verbesserten Federungssteuervorrichtung, welche eine Steuerung mit hoher Genauigkeit ausführt, ohne einen Relativgeschwindigkeitssensor und nur die Eingaben von mindestens einem Beschleunigungssensor zum Erfassen des Bewegungszustands eines Fahrzeugs zu erfordern.
Eine Auslegung der vorliegenden Erfindung weist Beschleunigungsberechnungsmittel zum Berechnen der vertikalen Beschleunigung einer abgefederten Struktur und Relativgeschwindigkeitsschätzmittel zum Schätzen der relativen Geschwindigkeit zwischen einer abgefederten und einer nicht abgefederten Struktur in Übereinstimmung mit der durch die Beschleunigungsberechnungsmittel berechneten Beschleunigung und dem Ventilöffnungsgradbefehlswert des Öffnungsabschnitts eines Stoßdämpfers auf. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Relativgeschwindigkeitsschätzmittel außerdem mit Vibrationskennlinienspeichermitteln, Abweichungsberechnungsmitteln, Verstärkungsmitteln und Vibrationsanalysationsmitteln versehen. Diese Mittel werden im Folgenden beschrieben. Im Fall der Relativgeschwindigkeitsschätzmittel wird zunächst die Abweichung der vertikalen Beschleunigung der abgefederten Struktur durch die Beschleunigungsberechnungsmittel aus der geschätzten vertikalen Beschleunigung einer abgefederten Struktur berechnet. Die Abweichung wird mit einer vorbestimmten Rate verstärkt, welche dem Ventilöffnungsgradbefehl von den Abweichungsverstärkungsmitteln entspricht. Die Vibrationskennlinien des Fahrzeugs werden vorher in den Vibrationskennlinienspeichermitteln gespeichert. Die gespeicherten Vibrationskennlinien enthalten die abgefederte Masse, die nicht abgefederte Masse und die Federkonstante und werden als Vibrationsmodelle in Übereinstimmung mit diesen Konstanten gespeichert.
Die Beschleunigung einer abgefederten Struktur und die relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur werden durch die Analysationsmittel in Übereinstimmung mit der verstärkten Beschleunigungsabweichung und den gespeicherten Vibrationsmodellen berechnet. Die berechnete Beschleunigung wird in diesem Fall für Vorgänge durch die Abweichungsberechnungsmittel verwendet.
Gemäß der obigen Struktur kann die geschätzte vertikale Beschleunigung der abgefederten Struktur mit der durch die Beschleunigungsberechnungsmittel berechneten Beschleunigung verglichen werden und der Fehler zwischen beiden Beschleunigungen in nachfolgenden Schätzungen reflektiert werden und außerdem kann der Einfluss des Fehlers auf den Schätzvorgang in Übereinstimmung mit einem Ventilöffnungsgrad variieren. Daher kann eine genauere relative Geschwindigkeit berechnet werden.
Bei der oben beschriebenen Auslegung der vorliegenden Erfindung können die Beschleunigungsberechnungsmittel als ein Beschleunigungssensor zum Erfassen der Beschleunigung des Aufhängungspunktes des Stoßdämpfers der abgefederten Struktur verwendet werden. Gemäß dieser Struktur kann die durch den Beschleunigungssensor erfasste Beschleunigung als Beschleunigung der abgefederten Struktur verwendet werden.
Die Beschleunigungsberechnungsmittel können auch als eine Struktur verwendet werden, die mit einer Vielzahl von für eine abgefederte Struktur bereitgestellten Beschleunigungssensoren und mit Aufhängungspunktbeschleunigungsberechnungsmittel zum Berechnen der Beschleunigung des Aufhängungspunktes des Stoßdämpfers der abgefederten Struktur in Übereinstimmung mit der durch die Beschleunigungssensoren erfassten Beschleunigungen versehen ist. Die Aufhängungspunktbeschleunigungsberechnungsmittel sind in der Lage, die Beschleunigung an dem Stoßdämpferaufhängungspunkt aus der Position des Fahrzeugschwerpunkts, dem Stoßdämpferaufhängungspunkt und den Beschleunigungssensorinstallationspositionen mittels proportionaler Berechnung und aus den durch die Beschleunigungssensoren erfassten Werten zu berechnen.
Durch Positionieren zweier Beschleunigungssensoren vorne und hinten kann nicht nur die Hebung erfasst werden, bei der das gesamte Fahrzeug (die abgefederte Struktur) vertikal verschoben wird, sondern auch das Nicken, bei dem das Fahrzeug vor- und zurücknickt. Durch Positionieren zweier Beschleunigungssensoren rechts und links kann nicht nur die Hebung sondern auch das Kippen erfasst werden, bei dem das Fahrzeug nach rechts und links kippt. Durch Positionieren dreier Beschleunigungssensoren, so dass sie nicht auf derselben geraden Linie positioniert sind, kann die Hebung, das Nicken und das Kippen verhindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung, die zum Teil die Anordnung eines Federungssystems eines Fahrzeugs zeigt;
2 ist ein analytisches Modell der Fahrzeugvibration;
3 ist ein strukturelles Blockdiagramm eines Beispiels, das keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet;
3 ist ein Blockdiagramm, das einen Teil der Struktur eines Beispiels zeigt, das keinen Teil der Erfindung bildet;
5 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für Dämpfkraftkennlinien eines Stoßdämpfers zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das die Berechnung der relativen Geschwindigkeit zwischen abgefederter und nicht abgefederter Struktur zeigt;
7 ist eine Darstellung, die den Vergleich zwischen einem geschätzten Wert der Fahrzeugvibration, die durch die Vorrichtung des vorliegenden Beispiels berechnet wurde, und einem gemessenen Wert der Vibration in einem tatsächlichen Fahrzeugtest zeigt;
8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für Dämpfkraftkennlinien eines Stoßdämpfers zeigt;
9A ist eine Darstellung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 9B ist eine Darstellung, die einen geschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, welcher unter der Annahme, dass die Beobachterverstärkung L konstant ist, berechnet worden ist;
10A ist eine Darstellung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 10B ist eine Darstellung, die einen geschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, welcher unter der Annahme, dass die Beoabachterverstärkung L konstant ist, berechnet worden ist;
11 ist ein Blockdiagramm, das einen Teil der Struktur eines nicht zu der vorliegenden Erfindung gehörenden Beispiels zeigt;
12A ist eine Darstellung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 12B ist eine Darstellung, die einen geschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, welcher durch die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Ändern der Beobachterverstärkung L(q) in Übereinstimmung mit dem Dämpfkoeffizienten Cs berechnet worden ist;
13A ist eine Darstellung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 13B ist eine Darstellung, die einen geschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, der durch die Vorrichtung des vorliegenden Beispiels zum Ändern der Beobachterverstärkung L(q) in Übereinstimmung mit dem Dämpfkoeffizienten Cs berechnet wurde;
14 ist ein Blockdiagramm, das einen Teil der Struktur einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15A ist eine Darstellung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 15B ist eine Darstellung, die einen geschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, welcher durch die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Ändern der Beobachterverstärkung L(p) in Übereinstimmung mit dem Ventilöffnungsgrad ar berechnet wurde;
16A ist eine Darstellung, die einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration zeigt, und 16B ist eine Darstellung, die einen geschätzten Wert der Fahrzeugvibration zeigt, welcher durch die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Ändern der Beobachterverstärkung L(p) in Übereinstimmung mit dem Ventilöffnungsgrad ar berechnet wurde;
17 ist eine Darstellung, die den Vergleich zwischen einem geschätzten Wert der Fahrzeugvibration, welcher durch die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Ändern der Beobachterverstärkung L(q) in Übereinstimmung mit dem Dämpfkoeffizienten Cs berechnet wurde, und einen gemessenen Wert der Fahrzeugvibration in einem tatsächlichen Fahrzeugtest zeigt; und
18 ist eine Darstellung, die den Vergleich zwischen einem geschätzten Wert der Fahrzeugvibration, der durch die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zum Ändern der Beobachterverstärkung L(q) in Übereinstimmung mit dem Dämpfkoeffizienten Cs und einem gemessenen Wert der Fahrzeugvibration in einem tatsächlichen Fahrzeugtest zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1, 2, 14–18 der beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei 3–13B Bespiele zeigen, welche für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich sind, jedoch keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden. 1 ist eine Darstellung, die die Anordnung von Teilen eines Fahrzeugs zeigt, welches mit einem Stoßdämpfer mit variabler Dämpfkraft versehen ist. Eine Karosserie 50, die als abgefederte Struktur dient, ist mit den Rädern 51, die als nicht abgefederte Struktur dienen, durch Federungen verbunden, welche Stoßdämpfsysteme 52a, 52b, 52c und 52d enthalten. (Im Folgenden werden vier Stoßdämpfsysteme mit nur einem Symbol 52 beschrieben, wenn eine Unterscheidung unter ihnen unnötig ist). Das Stoßdämpfsystem 52 enthält ferner Federn 54a, 54b, 54c und 54c und Stoßdämpfer 56a, 56b, 56c und 56d. (Im Folgenden werden auch die vier Federn und vier Stoßdämpfer nur mit jeweils einem Symbol 54 und 56 beschrieben, wenn eine Unterscheidung unter ihnen unnötig ist).
Der Stoßdämpfer 56 erzeugt eine Dämpfkraft unter Verwendung eines Widerstands, der erzeugt wird, wenn in dem Stoßdämpfer 56 abgedichtetes Fluid durch eine Öffnung geleitet wird. Diese Ausführungsform ermöglicht das Anpassen einer Dämpfkraft, indem ein Ventilöffnungsgrad gesteuert wird und dadurch der Kanalquerschnitt der Öffnung variiert wird, d.h. wenn der Ventilöffnungsgrad groß ist und der Kanalquerschnitt groß ist, nimmt die Dämpfkraft ab, da das Fluid leicht durch den Kanal passiert. Wenn der Ventilöffnungsgrad jedoch klein ist, nimmt die Dämpfkraft zu, da der Fluidwiderstand sich erhöht. Der Ventilöffnungsgrad kann durch ein Stellglied variiert werden, das in einem Stoßdämpfer bereitgestellt ist und in Übereinstimmung mit einer von einer Steuereinheit 58 gesendeten Anweisung gesteuert wird. Die Steuereinheit 58 berechnet außerdem die relative Geschwindigkeit zwischen der Karosserie 50 und den Rädern 51 aus der vertikalen Beschleunigung eines Fahrzeugs, die von den Beschleunigungsgssensoren 60a, 60b und 60c erfasst worden ist, außerdem in Übereinstimmung mit der arithmetischen. Verarbeitung, die später erläutert wird, und gibt eine Anweisung an das Stellglied in Übereinstimmung mit der relativen Geschwindigkeit aus.
2 zeigt ein Einzelradmodell, das einen Stoßdämpfer mit variabler Dämpfkraft enthält. In 2 bezeichnet das Symbol Mu die Masse einer abgefederten Struktur (die im Folgenden als abgefederte Masse bezeichnet wird und Mw bezeichnet die Masse einer nicht abgefederten Struktur (im Folgenden als nicht abgefederte Masse bezeichnet). Die Masse eines Arms und die Feder 54, die eine Federung und den Stoßdämpfer 5 bilden, sind in einem geeigneten Verhältnis auf die abgefederte und die nicht abgefederte Masse verteilt. Das Symbol Ks bezeichnet die Federkonstante der Feder 56, Kt bezeichnet die Federkonstante eines Reifens, Cs bezeichnet die feste Dämpfkraft des Stoßdämpfers 56 und fc bezeichnet die variable Dämpfkraft eines Stoßdämpfers. Symbol Zu bezeichnet außerdem die vertikale Verschiebung einer abgefederten Struktur, Zw bezeichnet die vertikale Verschiebung einer nicht abgefederten Struktur und Zr bezeichnet die Verschiebung der Oberfläche einer Straße.
In der folgenden Beschreibung bezeichnet ein Symbol ' außerdem die Zeitdifferenzierung einer Variablen, die mit dem Symbol versehen ist, und ein Symbol '' bezeichnet die doppelte Zeitdifferenzierung. Daher bezeichnet Zu' die Geschwindigkeit einer abgefederten Struktur und Zu'' bezeichnet die vertikale Beschleunigung der abgefederten Struktur. Ein Symbol ^T bezeichnet außerdem die transponierte Matrix einer mit dem Symbol versehenen Matrix.
Die Berechnungsvorrichtung der relativen Geschwindigkeit der abgefederten und nicht abgefederten Struktur dieser Ausführungsform berechnet die relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur eines Fahrzeugs, die über einen Stoßdämpfer miteinander verbunden sind, der in der Lage ist, die Dämpfkräfte durch Anpassen des Ventilöffnungsgrads eines Fluidkanals und einer Feder zu variieren und insbesondere die folgende Struktur aufweist.
3 ist ein Blockdiagramm der arithmetischen Verarbeitung der Vorrichtung dieses nicht zu der Erfindung gehörenden Beispiels. Die Beschleunigungsberechnungsmittel 10 berechnen die vertikale Beschleunigung einer abgefederten Struktur. Ein Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12 schätzt die relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und nicht abgefederten Struktur in Übereinstimmung mit der Beschleunigung, die durch die Beschleunigungsberechnungsmittel berechnet worden ist, und dem Ventilöffnungsgradbefehlswert des Öffnungsabschnitts eines Stoßdämpfers.
4 zeigt einen Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12A, der als eine bevorzugte Struktur des in 3 gezeigten Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12 dient. Ein Dämpfkraftkennlinienspeicherabschnitt 14 speichert die zuvor gemessenen Dämpfkraftkennlinien eines Stoßdämpfers für einen Ventilöffnungsgrad und eine Hubgeschwindigkeit in Form der in 4 gezeigten Abbildungsdaten. Ein Dämpfkraftschätzabschnitt 16 erhält den Ventilöffnungsgradbefehl für einen Stoßdämpfer und die relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur, die in einem vorherigen Steuerzyklus, vorzugsweise in dem letzten Steuerzyklus, erhalten worden ist, liest die aufgrund des Ventilöffnungsgrads zu dieser Zeit und der relativen Geschwindigkeit erzeugte Dämpfkraft in dem Dämpfkraftkennlinienspeicherabschnitt 14 und schätzt die Dämpfkraft als die gegenwärtige Dämpfkraft des Stoßdämpfers. Da die relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur gleich der Hubgeschwindigkeit des Stoßdämpfers wird, kann in diesem Fall die in dem Dämpfkraftkennlinienspeicherabschnitt 14 gespeicherte Kennlinie verwendet werden. Ein Schätzberechnungsabschnitt 18 schätzt außerdem die relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und nicht abgefederten Struktur in Übereinstimmung mit der durch einen Beschleunigungsberechnungsabschnitt 10 berechneten Beschleunigung und der durch den Dämpfkraftschätzabschnitt 16 geschätzten Dämpfkraft.
Der Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12A ist insbesondere ein Teil der Steuereinheit 58. Bei dem Dämpfkraftkennlinienspeicherabschnitt 14 handelt es sich außerdem um ein für die Steuereinheit 58 bereitgestellten ROM (Read Only Memory). Bei dem Schätzberechnungsabschnitt 18 und dem Dämpfkraftschätzabschnitt 16 handelt es sich außerdem um CPUs (Central Processing Units) zum Ausführen der oben beschriebenen Vorgänge in Übereinstimmung mit einem in einem ROM oder dergleichen gespeicherten Programm.
Die arithmetische Verarbeitung durch den Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12A wird unten ausführlich beschrieben.
Wenn die Gleichung der Bewegung des Systems in 2 in Form eines Zustandsraumausdrucks gezeigt wird, ergibt sich die folgende 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
jedes A_c, B_c und G_c eine Koeffizientenmatrix ist.
Dies ist die Zustandsgleichung einer Anlage. In diesem Fall bezeichnet x_c einen Parameter, der einen Bewegungszustand des Systems zeigt. Da die vertikale Beschleunigung Zu'' einer abgefederten Struktur eine Variable ist, die in dieser Ausführungsform gemessen werden kann, wird außerdem die folgende Gleichung (2) als eine Ausgabegleichung erhalten. y1 = Cc1·xc + Cc1·u + v (2)wobei
y₁ = Zu'',
v ein Messrauschen ist und
jedes C_c1 und D_c1 eine Koeffizientenmatrix ist.
Eine Ausgabegleichung zum Berechnen einer relativen Geschwindigkeit y₂ aus einem Parameter wird außerdem als die folgende Gleichung (3) definiert. y2 = Cc2·xc + Cc2·u (3)wobei
y₂ = Zw' – Zu' und
jedes C_c2 und D_c2 ein Koeffizientenmatrix ist.
Wenn die obigen Gleichungen (1) bis (3) durch diskrete Systeme dargestellt sind, ergeben sich die folgenden 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 jedes A, B, C₁, C₂, D₁ und D₂ eine Koeffizientenmatrix ist.
x(k) bezeichnet einen Parameter x_c, der in Form eines diskreten Systems gezeigt ist.
Dann wird ein Zustandsbeobachter für das System zum Schätzen der relativen Geschwindigkeit durch die folgenden 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 geschätzten Wert des Parameters x(k) bezeichnet, der durch den definierten Zustandsbeobachter berechnet worden ist. Außerdem bezeichnet y_2h(k) einen geschätzten Wert der relativen Geschwindigkeit y₂(k). 6 zeigt ein Blockdiagramm des durch die Gleichungen (7) und (8) definierten Beobachters.
Das Symbol L in der Gleichung (7) bezeichnet die Verstärkung eines stationären Kalmanfilters, welche aus den folgenden Gleichungen (9) und (10) erhalten werden kann. P = [(APAT + BVBT)–1 + CTW–1C]–1 (9) L = PC1 TW–1 (10)
Die Matrizen V und W sind Konstruktionsparameter, die durch einen Konstrukteur eingestellt werden, um die Schätzgenauigkeit zu verbessern. Ein Symbol P bezeichnet die einzige positive konstante Wertmatrix, die die Gleichung (9) erfüllt.
In den Gleichungen (7) und (8) können die Koeffizientenmatrizen A, B, C₁, D₁ und D₂ aus den Konstanten, wie der Federkonstante, der abgefederten Masse und der nicht abgefederten Masse des in 2 gezeigten Systems erhalten werden.
Die vertikale Beschleunigung y₁(k) einer abgefederten Struktur kann außerdem in Übereinstimmung mit der Ausgabe eines an der abgefederten Struktur bereitgestellten Beschleunigungssensors berechnet werden. Im Fall des in 2 gezeigten Einzelradmodells kann ein Beschleunigungssensor für eine abgefederte Struktur bereitgestellt werden und die durch den Sensor erfasste Beschleunigung direkt als die vertikale Beschleunigung y₂k verwenden. Im Fall des in 1 gezeigten wirklichen Fahrzeugs oder dergleichen ist es schwierig, einen Beschleunigungssensor 60 auf den karosserieseitigen Einstellpunkt des Stoßdämpfers 56 einzustellen. Daher muss die Beschleunigung einer abgefederten Struktur durch Anlegen einer vorbestimmten Korrektur an dem durch den Beschleunigungssensor 60 erfassten Wert erhalten werden. Insbesondere sind drei Beschleunigungssensoren 60 so angeordnet, dass sie nicht auf derselben geraden Linie positioniert sind und die Haltung einer Karosserie (abgefederte Struktur) wird von einer Beschleunigung an dem Eintstellpunkt erhalten, um die Korrektur in Übereinstimmung mit den Abständen zwischen dem Beschleunigungssensor und den Aufhängungspunkten des Stoßdämpfers und dem Schwerpunkt der Karosserie auszuführen.
Wenn die durch die drei Beschleunigungssensoren 60 erfassten Werte beispielsweise gleich sind, erweist sich, dass die Karosserie eine Hebebewegung ausführt, in der alle Teile der Karosserie sich vertikal parallel bewegen. In diesem Fall kann der erfasste Wert direkt als die vertikale Beschleunigung y₁(k) verwendet werden. Wenn die Ausgaben der beiden Beschleunigungssensoren 60a und 60b, die nahe der Vorderräder positioniert sind, gleich sind, und die Phase dieser Ausgabe auf die Phase der Ausgabe des Beschleunigungssensors 60c, der nahe der Hinterräder positioniert ist, umgekehrt wird, erweist sich, dass die Karosserie eine Nickbewegung ausführt. Wenn die Karosserie nur eine Nickbewegung ausführt, ist es nur nötig, eine Beschleunigungssensorausgabe in Übereinstimmung mit dem Verhältnis des Abstands zwischen dem Schwerpunkt der Karosserie und einem Beschleunigungssensor und dem Abstand des Schwerpunkts der Karosserie und einem Aufhängungspunkt eines Stoßdämpfers zu korrigieren und die vertikale Beschleunigung y₁(k) zu berechnen. Dasselbe gilt für den Fall einer Kippbewegung.
Eine Dämpfkraft u(k) wird aus dem Ventilöffnungsgrad eines Stoßdämpfers geschätzt und die Ausgabe y_2h(k) eines Zustandbeobachters, d.h. die geschätzte relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und nicht abgefederten Struktur. Der Ventilöffnungsgrad verwendet einen Ventilöffnungsgradbefehl, der von der Steuereinheit 58 an jeden Stoßdämpfer 56 gesendet wird. Es ist daher nicht nötig, einen tatsächlichen Ventilöffnungsgrad zu messen, und somit ist es nicht nötig, einen Sensor oder dergleichen zu verwenden. Die relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur verwendet außerdem die Daten eines Steuerzyklus zuvor. Wenn ein Steuerzyklus viel kleiner als die Änderung der relativen Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur ist, wird geschätzt, dass der Unterschied zwischen den Daten eines Steuerzyklus zuvor und der gegenwärtigen aktuellen relativen Geschwindigkeit sehr gering ist. Außerdem wird die Dämpfkraftkennlinie eines Stoßdämpfers unter Verwendung einer Hubgeschwindigkeit und eines Ventilöffnungsgrads als Parameter gemessen und in Form der in 5 gezeigten Kennlinienabbildungsdaten gespeichert. Wenn ein Ventilöffnungsgrad und eine Hubgeschwindigkeit bekannt sind, kann die Dämpfkraft u(k) eines Stoßdämpfers zu dieser Zeit aus der Kennlinienabbildungsdaten geschätzt werden. Da der Ventilöffnungsgrad aus dem Ventilöffnungsgradbefehl bekannt ist und die Hubgeschwindigkeit der relativen Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur entspricht, ist es wie oben beschrieben möglich, die Dämpfkraft zu dieser Zeit aus diesen Daten zu schätzen. Genauer gesagt handelt es sich bei der geschätzten Dämpfkraft um die Dämpfkraft eines Steuerzyklus zuvor. Wenn ein Steuerzyklus, wie oben beschrieben, viel geringer als der Zyklus der relativen Geschwindigkeitsänderung ist, ist jedoch möglich, den Unterschied zwischen der Dämpfkraft eines Steuerzyklus zuvor und ihrem aktuellen Wert sehr gering zu halten. Für den Zyklus der in einer Federung eines Personenwagens erzeugten Vibration herrschen ungefähr 10 Hz, welches die Resonanzfrequenz einer nicht abgefederten Struktur ist, und ungefähr 1 Hz, welches die Resonanzfrequenz einer abgefederten Struktur ist, vor. Durch Ausführen einer Steuerung bei einer viel höheren Frequenz (mit einem viel kürzeren Zyklus) als die obigen Resonanzfrequenzen tritt das durch Verwendung der Daten eines Zyklus zuvor verursachte Problem daher nicht auf.
Die relative Geschwindigkeit y_2h(k) wird durch Verwendung der oben beschriebenen vertikalen Beschleunigung y₁(k) einer abgefederten Struktur und der Dämpfkraft u(k) in Übereinstimmung mit den Gleichungen (7) und (8) geschätzt.
7 zeigt die geschätzte relative Geschwindigkeit (durchgezogene Linie) und die aktuelle relative Geschwindigkeit (gestrichelte Linie) zwischen abgefederter und nicht abgefederter Struktur eines Fahrzeugs, auf das die Vorrichtung dieser Ausführungsform angewendet wird, wenn das Fahrzeug nur in der Heberichtung vibriert wird.
Im Fall der oben beschriebenen Gleichungen (7) und (8) oder des in 6 gezeigten Statusbeobachters wird ein Modell analysiert, in dem angenommen wird, dass eine Beobachterverstärkung L konstant ist. Wenn die Steigung der Dämpfkraft eines Stoßdämpfers, d.h. der Dämpfkoeffizient des Stoßdämpfers, sich jedoch abhängig von dem Ventilöffnungsgrad und der Hubgeschwindigkeit des Stoßdämpfers erheblich ändert, wie in 8 gezeigt, ist es nicht notwendigerweise möglich, im Fall eines linearen Zustandsbeobachters mit einer konstanten Verstärkung L, d.h. im Fall eines linearen Zustandsbeobachters, einen Parameter mit hoher Genauigkeit zu schätzen. Ein Kalmanfilter ist ein Beispiel eines linearen Zustandsbeobachters.
9A, 9B, 10A und 10B zeigen die Ergebnisse von Versuchsberechnungen der Vibration, wenn ein Stoßdämpfer mit den in 8 gezeigten Dämpfkraftkennlinien verwendet wird, für das Einfachradmodell mit zwei Graden von Freiheit, in 2 gezeigt. Im Fall dieser Versuchberechnung wird eine Beobachterverstärkung bei einem Dämpfkoeffizienten von 1,000 N·s/m unter Verwendung einer Kalmanfiltertheorie berechnet. In diesem Fall wird Vibration durch Sinuswellen und mit einer Frequenz von 0,5 bis 5 Hz und einer Amplitude von 10 mm ausgeführt. 9A zeigt die relative Geschwindigkeit zwischen abgefederter und nicht abgefederter Struktur, die tatsächlich bei einem Ventilöffnungsgrad von 100 % gemessen wird. 9B zeigt einen geschätzten Wert unter derselben Bedingung. 10A zeigt einen gemessenen Wert, wenn der Ventilöffnungsgrad auf eine Zwischenstufe festgelegt ist, und 10B zeigt einen geschätzten Wert unter derselben Bedingung. Obwohl der Dämpfkoeffizient bei einem Ventilöffnungsgrad von 100 % von der Hubgeschwindigkeit abhängt, bewegt er sich zwischen 1000 und 2800 N·s/m. Der Dämpfkoeffizient bei der Zwischenstufe des Ventilöffnungsgrads bewegt sich außerdem zwischen ungefähr zwischen 1700 und 18000 N·s/m.
Bei den in 9A und 9B gezeigten Werten nahe des Dämpfkoeffizienten von 1000 N·s/m, wobei es sich um eine Konstruktionsbedingung handelt, ist der gemessene Wert beinahe gleich dem geschätzten Wert und daher wird ein bevorzugtes Ergebnis erhalten. Im Fall eines Wertes, welcher von der Konstruktionsbedingung abweicht, ist ein gemessener Wert von einem geschätzten Wert verschieden. Wenn ein Dämpfkoeffizient sich sehr ändert, wie oben beschrieben, ist es unmöglich, eine hohe Genauigkeit der Schätzung durch einen linearen Beobachter zu erhalten. Die Schätzung einer relativen Geschwindigkeit, die in der Lage ist, einem Fall zu entsprechen, in dem ein Dämpfkoeffizient stark variiert, wird unten beschrieben.
11 zeigt einen Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12B, bei dem es sich um eine weitere Beispielstruktur des Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitts 12 handelt, der in 3 gezeigt wird und keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Ein Dämpfkoeffizientschätzabschnitt 28 schätzt einen Dämpfkoeffizienten basierend auf den zuvor gespeicherten Dämpfkraftkennlinien in Übereinstimmung mit der relativen Geschwindigkeit zwischen einer abgefederten und einer nicht abgefederten Struktur, die in einem vorherigen Steuerzyklus geschätzt worden ist, vorzugsweise im letzten Steuerzyklus. Außerdem berechnet ein Abweichungsberechnungsabschnitt 30 die Abweichung der vertikalen Beschleunigung der abgefederten Struktur, die durch den Beschleunigungsberechnungsabschnitt 10 aus der geschätzten vertikalen Beschleunigung der abgefederten Struktur berechnet worden ist. Ein Verstärkungsabschnitt 32 verstärkt die Abweichung bei einer vorbestimmten Rate entsprechend dem Dämpfkoeffizienten, der durch den Dämpfkoeffizientenschätzabschnitt 28 geschätzt worden ist. Ein Vibrationskennlinienspeicherabschnitt 34 speichert die Vibrationskennlinien des Fahrzeugs vorher. Die Vibrationskennlinien enthalten eine abgefederte Masse, eine nicht abgefederte Masse und eine Federkonstante und werden als Vibrationsmodelle in Übereinstimmung mit diesen Konstanten gespeichert.
Ein Analysationsabschnitt 36 berechnet die Beschleunigung einer abgefederten Struktur und die relative Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur in Übereinstimmung mit der verstärkten Beschleunigungsabweichung und den gespeicherten Vibrationsmodellen. In diesem Fall wird die berechnete Beschleunigung für Vorgänge durch den Abweichungsberechnungsabschnitt 30 verwendet.
Der relative Geschwindigkeitsschätzabschnitt 12B ist insbesondere ein Teil der Steuereinheit 58. Der Vibrationskennlinienspeicherabschnitt 34 ist außerdem ein ROM, der für die Steuereinheit 58 bereitgestellt ist. Der Abweichungsberechnungsabschnitt 30, der Verstärkungsabschnitt 32 und der Analysationsabschnitt 36 verwenden außerdem eine CPU, die durch ein vorbestimmtes Programm und ein Schaltungselement zum Ausführen vorbestimmter Vorgänge betrieben werden.
Die arithmetische Bearbeitung durch den relativen Geschwindigkeitsschätzabschnitt 12B wird nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Wenn die oben beschriebene Bewegungsgleichung des Systems in 2 in Form eines Zustandsraumausdrucks gezeigt wird, ergibt sich die folgende Gleichung (11). xc' = Ac·xc + Bc·fc + Gc·w (11)wobei
x_c = (Zu' Zu Zw' Zw)^T,
w = ·Z_r, und
jedes A_c, B_c und C_c eine Koeffizientenmatrix ist.
Dies ist die Zustandsgleichung einer Anlage. In diesem Fall bezeichnet x_c einen Parameter, der einen Bewegungszustand des oben beschriebenen Systems bezeichnet. Da die vertikale Beschleunigung Zu" einer abgefederten Struktur eine Variable ist, die in dem in 1 gezeigten Fahrzeug gemessen werden kann, wird die folgende Gleichung (12) als eine Ausgabegleichung erhalten. y1 = Cc1·xc + Dc1·fc + v (12)wobei
y₁ = Zu'',
v ein Messrauschen ist und
jedes C_c1 und D_c1 eine Koeffizientenmatrix ist.
Eine Ausgabegleichung zum Berechnen einer relativen Geschwindigkeit y₂ aus einem Parameter wird außerdem als die folgende Gleichung (13) definiert y2 = Cc2·xc (13)wobei
y₂ = Zw' – Zu' und
C_c2 eine Koeffizientenmatrix ist.
Wenn ein Dämpfkoeffizient als Cs und ein Ventilöffnungsgradbefehl als ar angenommen wird, wird die Dämpfkraft f_c durch die folgende Gleichung (14) gezeigt. fc = Cs(Zs',ar)Zs' (14)wobei
Zs = Zw – Zu.
In der Gleichung (14) bezeichnet Cs(Zs', ar), dass der Dämpfkoeffizient Cs ein Wert ist, der durch eine relative Geschwindigkeit Zs und einen Ventilöffnungsgrad ar bestimmt wird. Außerdem wird angenommen, dass der Mindestwert des Dämpfkoeffizienten Cs Cs_min und der Höchstwert Cs_max ist.
Wenn die Gleichungen (11) bis (13) unter Verwendung der Dämpfkoeffizienten Cs neu geschrieben werden, ergeben sich die folgenden Gleichungen (15), (16) und (17) xc' = Av(q) xc + Gc·w (15) y1 = Cv1(q)·xc + v (16) y2 = Cc2·Xc (17)wobei
q = Cs – Cs_min Csmax – Csmin (18) Av(q) = q × Avmax + (1 – q) × A Cv1(q) = q × Cv1max + (1 – q) × Cv1min.wenn Cs = Cs_max, A_v(q) und C_v1(q) als A_vmax bzw. C_v1max angenommen werden.
Wenn Cs = Cs_min, A_v(q) und C_v1(q) als A_vmin bzw. C_v1min angenommen werden. Avmax = Ac + Csmax·BcN Avmin = Ac + Csmin·BcN Cv1max = Cc1 + Csmax·DuN Cv1min = Cc1 + Csmin·DuNN = (–1 0 1 0)
Dann wird ein Zustandsbeobachter für das oben beschriebene System zum Schätzen der obigen relativen Geschwindigkeit durch die folgenden Gleichungen (19) und (20) definiert. Xch' = Av(q)·xch + L(q) (y1 – Cv1(q) xch) (19) y2h = Cv2(q) xch (20)
In diesem Fall bezeichnet x_ch ein geschätztes Signal eines Parameters x_c eines durch den definierten Zustandsbeobachter zu berechnenden Systems. Außerdem bezeichnet y_2h ein geschätztes Signal einer relativen Geschwindigkeit y₂.
In der Gleichung (7) zeigt L(q) eine Beobachterverstärkung und wird wie unten gezeigt definiert. Es wird angenommen, dass die stationäre Kalmanverstärkung für die Gleichungen (15) und (16), wenn ein Dämpfkoeffizient gleich dem Mindestwert Cs_min ist, L_min ist, und die stationäre Kalmanfilterverstärkung für die Gleichungen (15) und (16), wenn der Dämpfkoeffizient gleich dem Höchstwert Cs_max ist, L_max ist. Für bei diesen Endpunkten berechnete Beobachterverstärkungen werden Beobachterverstärkungen in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung (21) an anderen als den Endpunkten eingestellt. L(q) = q × Lmax + (1 – q) × Lmin (21)
Um den geschätzten Wert y_2h der relativen Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur in Übereinstimmung mit den durch die Gleichungen (19) und (20) definierten Beobachtern zu berechnen, ist es nötig, feste Koeffizientenmatrixen A_c, B_c, D_c, C_c1, C_c2 und D_c1 abhängig von dem charakteristischen Wert eines Systems der vertikalen Beschleunigung y₁ einer abgefederten Struktur und der Dämpfkraft f_c zu erhalten. In diesem Fall kann eine Koeffizientenmatrix leicht aus der Masse einer abgefederten Struktur erhalten werden und eine Federkonstante ist ähnlich dem obigen Fall, in dem die Beobachterverstärkung konstant ist, und die Beschleunigung y₁ kann aus einem für eine abgefederte Masse bereitgestellten Beschleunigungssensor erhalten werden. Die Dämpfkraft f_c wird außerdem unter Verwendung der zuvor gemessenen Dämpfkraftkennlinien eines Stoßdämpfers, wie in 8 gezeigt, erhalten. Obwohl ein Ventilöffnungsgrad tatsächlich gemessen werden kann, verwendet diese Ausführungsform den Ventilöffnungsgradbefehl ar.
Außerdem kann die Dämpfkraft f_c und der Dämpfkoeffizient Cs eines Stoßdämpfers basierend auf dem Kennliniendiagramm aus 8 unter Verwendung des geschätzten Werts y_2h der relativen Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur ein Steuerzyklus zuvor erhalten werden. Außerdem kann q aus der Gleichung (18) unter Verwendung des Dämpfkoeffizienten Cs erhalten werden und die Beobachterverstärkung L(q) aus der Gleichung (21).
Daher ist es möglich, die relative Geschwindigkeit y_2h zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur aus den Gleichungen (19) und (20) zu erhalten.
Im Fall der Erfassung einer abgefederten Beschleunigung ist es möglich, die Beschleunigung des karosserieseitigen Einstellpunkts des Stoßdämpfers 56 zu berechnen, indem drei Beschleunigungssensoren so angeordnet sind, dass sie sich nicht auf derselben geraden Linie befinden.
12A, 12B, 13A und 13B zeigen die Ergebnisse von Testberechnungen der relativen Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur des Einfachradmodells mit zwei Freiheitsgraden, wie in 2 gezeigt, unter Verwendung der obigen Zustandsbeobachter. 8 zeigt außerdem die Dämpfkennlinien eines Stoßdämpfers.
12A, 12B, 13A und 13B zeigen Testberechungsergebnisse beim Berechnen der Beobachterverstärkung L(q) in Übereinstimmung mit dem Dämpfkoeffizienten Cs. Die Beobachterverstärkung L(q) wird unter Verwendung der stationären Kalmanfiltertheorie bei Dämpfkoeffizienten von 1000 N·s/m und 65600 N·s/m berechnet. 12A und 12B zeigen außerdem den Fall eines Ventilöffnungsgrads von 100 % und 13A und 13B zeigen den Fall des Festlegens eines Ventilöffnungsgrads auf eine Zwischenstufe. 12A und 13A zeigen gemessene Werte und 12B und 13B zeigen geschätzte Werte. Die Dämpfkoeffizienten im Fall der 12A und 12B zeigen ungefähr 1000 bis 2800 N·s/m und jene in dem Fall aus 13A und 13B zeigen ungefähr 1700 bis 18000 N·s/m. Sinuswellenvibration wird außerdem bei einer Frequenz von 0,5 bis 5 Hz und einer Amplitude von 10 mm ausgeführt. Aus diesen Testberechnungsergebnissen ergibt sich, dass ein bevorzugtes Schätzergebnis auch dann erhalten werden kann, wenn ein Dämpfkoeffizient erheblich variiert.
14 zeigt einen Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12c gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem es sich um den in 3 gezeigten Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12 handelt. Im Fall des Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitts 12 berechnet ein Abweichungsberechnungsabschnitt 20 zunächst die Abweichung der vertikalen Beschleunigung einer abgefederten Struktur, welche durch den Beschleunigungsberechnungsabschnitt 10 berechnet worden ist, aus der geschätzten vertikalen Beschleunigung der abgefederten Struktur. Ein Abweichungsverstärkungsabschnitt 22 verstärkt die Abweichung bei einer vorbestimmten Rate entsprechend der obigen Ventilöffnungsgradanweisung. Die Vibrationskennlinie des Fahrzeugs wird außerdem zuvor in einem Vibrationskennlinienspeicherabschnitt 24 gespeichert. Die Vibrationskennlinie enthält eine abgefederte Masse, eine nicht abgefederte Masse und eine Federkonstante und wird als Vibrationsmodelle in Übereinstimmung mit diesen Konstanten gespeichert.
Ein Analysationsabschnitt 26 berechnet die Beschleunigung einer abgefederten Struktur und die relative Geschwindigkeit zwischen abgefederter und nicht abgefederter Struktur in Übereinstimmung mit der verstärkten Beschleunigungsabweichung und den verstärkten Vibrationsmodellen. In diesem Fall wird die berechnete Beschleunigung für Vorgänge durch den Abweichungsberechnungsabschnitt 20 verwendet.
Der Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12C ist insbesondere ein Teil der Steuereinheit 58. Der Vibrationskennlinienspeicherabschnitt 24 ist außerdem ein ROM, der für die Steuereinheit 58 bereitgestellt wird. Der Abweichungsberechnungsabschnitt 20, der Verstärkungsabschnitt 22 und der Analysationsabschnitt 36 verwenden außerdem eine CPU, die durch ein vorbestimmtes Programm und ein Schaltungselement zum Ausführen vorbestimmter Vorgänge betrieben wird.
Die arithmetische Verarbeitung durch den Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12C wird unten ausführlicher beschrieben.
Der Relativgeschwindigkeitsschätzabschnitt 12C berechnet eine Beobachterverstärkung L(p) in Übereinstimmung nur mit dem Ventilöffnungsgradbefehl ar. Die Beobachterverstärkung L(p) wird in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen (22) und (23) berechnet L(q) = p × Lmax + (1 – p) × Lmin (22)wobei
In diesem Fall bezeichnet ar_min einen Ventilöffnungsgradbefehl, wenn ein Ventil vollkommen geöffnet wird, und ar_max bezeichnet einen Ventilöffnungsgradbefehl, wenn das Ventil vollkommen geschlossen wird.
Andere Vorgänge sind dieselben, wie sie durch den in 11 gezeigten Relativgeschwindigkeitsabschnitt 12B ausgeführt werden.
15A, 15B, 16A und 16B zeigen die Ergebnisse von Testberechnungen der relativen Geschwindigkeit zwischen der abgefederten und der nicht abgefederten Struktur des Einfachradmodells mit zwei Freiheitsgraden, wie in 2 gezeigt, unter Verwendung der obigen Beobachter. Die Dämpfkennlinien eines Stoßdämpfers werden in 8 gezeigt.
15A, 15B, 16A und 16B zeigen die Ergebnisse von Testberechnungen der Beobachterverstärkung L(p) in Übereinstimmung mit Ventilöffnungsgradbefehl ar. Die Beobachterverstärkung L(p) wird bei Dämpfkoeffizienten von 1000 N·s/m und 65600 N·s/m unter Verwendung der stationären Filtertheorie berechnet. 15A und 15B zeigen außerdem dem Fall eines Ventilöffnungsgrads von 100 % und 16A und 16B zeigen den Fall des Festlegens des Ventilöffnungsgrads auf eine Zwischenstufe. 15A und 16A zeigen jeweils gemessene Werte und 15B und 16B zeigen geschätzte Werte. Die Dämpfkoeffizienten in dem Fall der 15A und 15B zeigen ungefähr 1000 bis 2800 N·s/m und jene im Fall der 16A und 16B zeigen ungefähr 1700 bis 6500 N·s/m. Außerdem Sinuswellenvibration bei einer Frequenz von 0,5 bis 5 Hz und einer Amplitude von 10 mm ausgeführt. Aus diesen Testberechnungsergebnissen ergibt sich, dass ein bevorzugtes Schätzergebnis auch dann erhalten werden kann, wenn ein Dämpfkoeffizient erheblich variiert.
In 17 und 18 werden die das in 1 gezeigte wirkliche Fahrzeug in seiner Heberichtung angelegten Ergebnisse der Vibrationstests mit durchgezogenen Linien gezeigt. Zum Schätzen einer relativen Geschwindigkeit wird eine Beobachterverstärkung L(q) der Gleichung (21) in Übereinstimmung mit einem Dämpfkoeffizienten berechnet und bei Dämpfkoeffizienten von 1000 N·s/m und 65600 N·s/m unter Verwendung der stationären Kalmanfiltertheorie berechnet. 17 zeigt den Fall eines Ventilöffnungsgrads von 100 % und 18 zeigt den Fall eines Ventilöffnungsgrads von 0 %. Der Dämpfkoeffizient erreicht ungefähr 1000 bis 2800 N·s/m im Fall eines Ventilöffnungsgrads von 100 % und höchstens 65600 N·s/m im Fall eines Ventilöffnungsgrads von 0 %. Sinuswellenvibration wird außerdem bei einer Amplitude von 10 mm und einer Frequenz von 1 Hz ausgeführt. Die gestrichelten Linien in 17 und 18 bezeichnen die Werte, die erhalten werden, wenn die Ausgaben der Fahrzeughöhensensoren differenziert werden, und zeigen aktuelle relative Geschwindigkeiten zwischen abgefederter und nicht abgefederter Struktur. Aus 17 und 18 ergibt sich, dass ein bevorzugtes Schätzergebnis auch dann erhalten werden kann, wenn ein Dämpfkoeffizient erheblich variiert.
Jedes der obigen Beispiele schätzt eine Dämpfkraft aus der Information über den Ventilöffnungsgrad oder die relative Geschwindigkeit zwischen abgefederter und nicht abgefederter Struktur, welche in Übereinstimmung mit der Information für den Ventilöffnungsgrad und in einem vorherigen Steuerzyklus berechnet worden ist. Daher wird eine hohe Genauigkeit der Schätzung erreicht. Durch Schätzen der obigen relativen Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit einem geschätzten Wert der obigen Dämpfkraft kann außerdem eine genauere relative Geschwindigkeit erhalten werden.
Durch Messen nur der Beschleunigung einer abgefederten Struktur in Übereinstimmung mit zuvor gemessenen Dämpfkraftkennlinien eines Stoßdämpfers und einer Ventilöffnungsgradanweisung ist es außerdem möglich, die obige relative Geschwindigkeit zu schätzen und außerdem eine Dämpfkraft in Übereinstimmung mit der geschätzten relativen Geschwindigkeit zu erhalten. Daher ist kein Drucksensor oder Fahrzeughöhensensor in einem Stoßdämpfer und kein nicht abgefederter Beschleunigungssensor notwendig. Somit können die Kosten und das Gewicht des Fahrzeugs verringert werden.

Claims

Federungssteuervorrichtung zwischen einer abgefederten Struktur (50) und einer nicht abgefederten Struktur (51) eines Fahrzeugs, wobei die abgefederte Struktur und die nicht abgefederte Struktur über eine Feder (54a–54d) und einen Stoßdämpfer (56a–56d) mit der Fähigkeit, durch Anpassen des Ventilöffnungsgrads eines Fluidkanals die Dämpfkräfte zu variieren, verbunden sind, wobei die Vorrichtung umfasst: – Beschleunigungsberechnungsmittel (10) zum Berechnen der vertikalen Beschleunigung der Federstruktur; – Relativ-Geschwindigkeits-Schätzmittel (12), umfassend: Eingaben für die berechnete Beschleunigung und für einen Ventilöffnungsgrad-Befehlswert zum Anpassen des Ventilöffnungsgrads, wobei die Relativ-Geschwindigkeits-Schätzmittel dazu ausgelegt sind, die Relativ-Geschwindigkeit zwischen der gefederten Struktur (50) und der nicht gefederten Struktur (51) in Übereinstimmung mit der eingegebenen berechneten Beschleunigung und dem eingegebenen Ventilöffnungsgrad-Befehlswert zu schätzen, wobei die Relativ-Geschwindigkeits-Schätzmittel (12C) versehen sind mit – Vibrationskennlinienspeichermittel (24) zum vorherigen Speichern der Vibrationskennlinie des Fahrzeugs, – Abweichungsberechnungsmittel (20) zum Berechnen der Abweichung der detektierten Beschleunigung von einer geschätzten vertikalen Beschleunigung einer gefederten Struktur, – Verstärkungsmittel (22) zum Verstärken der Abweichung in Übereinstimmung nur mit dem Ventilöfnungsgrad-Befehlswert; und – Vibrationsanalysationsmittel (26) zum Schätzen der vertikalen Beschleunigung der gefederten Struktur und der relativen Geschwindigkeit zwischen gefederten und nicht gefederten Struktur.
Federungssteuervorrichtung zwischen einer gefederten Struktur und einer nicht gefederten Struktur nach Anspruch 1, wobei es sich bei den Beschleunigungsberechnungsmitteln um einen Beschleunigungssensor (60a–60c) zum Detektieren der Beschleunigung eines Aufhängungspunkts des Stoßdämpfers der gefederten Struktur handelt.
Federungssteuervorrichtung zwischen einer gefederten Struktur und einer nicht gefederten Struktur nach Anspruch 1, wobei die Beschleunigungsberechnungsmittel eine Vielzahl von Beschleunigungssensoren (60a–60c), die für eine gefederte Struktur (50) bereitgestellt sind, und Aufhängungspunkt-Beschleunigungs-Berechnungsmittel zur Berechnung der Beschleunigung mindestens eines Aufhängungspunkts des Stoßdämpfers der gefederten Struktur in Übereinstimmung mit der durch die Beschleunigungssensoren detektierten Beschleunigung, aufweist.