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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf den Bereich steuerbare
Einrichtungen und Systeme. Im besonderen bezieht sie sich auf steuerbare
Systeme und Vorrichtungen, die Dämpfer
einsetzen, welche steuerbare Dämpfungs- und/oder Steifigkeitscharakteristika
aufweisen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Dämpfer, Stoßdämpfer, Bremsen
und Kupplungen sind bekannt, bei welchen ein Fluid als Arbeitsmedium
zum Einsatz kommt, um Dämpfungskräfte/-Drehmomente
zu erzeugen zur Steuerung der Vibration (translatorisch oder rotatorisch).
Eine Klasse dieser Einrichtungen wird bezeichnet als "steuerbar" und setzt elektrorheologische
steuerbare Fluide (ER), elektrophoretische Fluide (EP), magnetorheologische
Fluide (MR) oder hydraulische Fluide (semi-aktiv elektromechanisch)
usw. ein. Von besonderem Interesse sind "steuerbare Fluideinrichtungen" (auch bekannt als
auf ein Feld ansprechende Einrichtungen) d. h. Einrichtungen, die
ein Fluid enthalten, welches auf ein angelegtes Feld (elektrisch
oder magnetisch) anspricht. Ein besonderer Typ einer "steuerbaren Fluideinrichtung" ist eine magnetorheologische
(MR) Fluideinrichtung. MR Fluideinrichtungen können rotatorisch oder linear
(translatorisch) wirken, wie etwa steuerbare Fluid MR-Dämpfer, MR-Bremsen oder MR-Kupplungen.
Sie verwenden ein steuerbares MR-Fluid mit feinen weichmagnetischen
Partikeln, die innerhalb eines flüssigen Trägers dispergiert sind. Typische
Partikel umfassen Carbonyleisen mit verschiedenen Formen, wobei
diese jedoch vorzugsweise angenähert
sphärisch
sind und die mittlere Dimensionen besitzen von etwa 0,1 bis 500 μm, und stärker bevorzugt
zwischen 1 und 100 μm.
Die Trägerfluide
umfassen verschiedene bekannte Hydrauliköle, Silikonöle und ähnliches.
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MR-Fluide
zeigen ein "Eindickungs"-Verhalten (eine
Rheologieänderung),
die manchmal auch als "scheinbare
Viskositätsänderung" bezeichnet wird,
nachdem sie einem magnetischen Feld von ausreichender Stärke ausgesetzt
werden. Je höher die
magnetische Feldstärke
ist, welcher das MR-Fluid ausgesetzt ist, umso höher ist die Dämpfungskraft, die
erreicht werden kann mit der speziellen MR-Einrichtung. Beispiele herkömmlicher
MR-Fluide finden sich in der gemeinsam übertragenen WO 94/10694. Es
ist anzuführen,
dass MR-Fluid-Einrichtungen einer leichten Steuerbarkeit unterliegen
durch einfache Veränderungen
des zugeführten
elektrischen Stromes. Im besonderen haben MR-Fluide und -Einrichtungen
eine ausgezeichnete Dauerhaftigkeit erwiesen verglichen mit ER-Einrichtungen
(ER-Fluide zeigen eine Rheologieänderung,
nachdem sie einem elektrischen Feld ausgesetzt wurden) sowie eine
Einfachheit, die zuvor unerreichbar war mit steuerbaren semi-aktiven
Hydraulikeinrichtungen (die elektromechanisch betätigte Ventile
einschließen.)
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Beschreibungen
von herkömmlichen MR-steuerbaren
Fluideinrichtungen finden sich in der gemeinsam übertragenen US S/N 08/674,179
mit dem Titel "Controllable
Vibration Apparatus",
und den amerikanischen Patentschriften 5 547 049, 5 492 312, 5 398
917, 5 284 330, sowie 5 277 281. Es ist herauszustellen, dass diese
Einrichtungen echtzeitvariable Steuerkräfte bereitstellen.
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Allgemein
bekannte Führerhausaufhängungen
umfassen ein Führerhaus,
ein Chassis oder Rahmen, Luftfedern, die das Führerhaus relativ zum Rahmen
flexibel abstützen,
sowie eine Mehrzahl von "passiven" hydraulischen Dämpfern (die
allgemein als Stoßdämpfer bezeichnet
werden), um stabilisierende Dämpfungskräfte zwischen
dem Führerhaus und
dem Rahmen bereitzustellen. Auf der einen Seite werden Luftfedern
benötigt,
die niedrige Federraten für
eine gute Isolation bereitstellen. Siehe beispielsweise
US 4 029 305 (Schubert),
die ein pneumatisches Isolator- und Suspensionssystem lehrt. Auf
der anderen Seite müssen
die hydraulischen Dämpfer hochgedämpft sein,
um Bewegungen zu begrenzen beim Auftreten größerer Übergangslasten zwischen dem
Führerhaus
und dem Rahmen, wie etwa aufgrund von Schlingerbewegungen des Führerhauses. Dementsprechend
kann durch die Ausgestaltung das Fahrgefühl nicht so gut sein wie es
erreicht werden könnte,
wenn niedrigere Dämpfungsraten
eingesetzt werden könnten.
Zusammengefasst besitzt die Notwendigkeit im Hinblick auf niedrigere
Steifigkeit zur Erzeugung einer ausgezeichneten Vibrationsisolation
den Nachteil des Zulassens großer Übergangsbewegungen
beim Eintreten großer Übergangskräfte, wodurch
eine Instabilität
verursacht werden kann.
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Um
dieses Problem zu lösen,
fügten
die vorerwähnten
Systeme nach dem Stand der Technik hochgedämpfte passive Dämpfer ein,
wodurch allgemein die Qualität
des Fahrgefühls
verschlechtert wurde. Dies beruht auf der Tatsache, dass sehr hohe Dämpfungsraten
in den passiven Dämpfern
nicht eingesetzt werden können,
ohne das mitlaufende Ergebnis der Erzeugung eines rauen Fahrgefühls. Obwohl
darüber
hinaus diese Systeme eine gute Vibrationsisolation bereitstellen,
können
sie nicht in adäquater
Weise große Übergangsbewegungen
dämpfen.
Beispielsweise gestatten Aufhängesysteme
mit passiven Dämpfern
nach wie vor große
Führerhausschlingerbewegungswinkel
während
der Kurvenfahrt oder abrupte Manövern,
insbesondere bei Lastkraftwagen, die einen hohen Schwerpunkt besitzen.
Darüber
hinaus können
nach wie vor große
Kipp-(eintauch)Winkel eintreten, während eines abrupten Bremsen,
insbesondere bei Aufbauten mit dem Führerhaus auf dem LKW. Darüber hinaus
kann das Führerhaus
kränken
bei einer raschen Beschleunigung oder beim Auftreten eines unebenen
Geländes (Schlaglöcher, unebene
oder verschmutzte Parkplätze
oder allgemein unebene Strassen). Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit
hinsichtlich eines einfachen kostengünstigen Aufhängesystems,
welches diese Übergangsbewegungen
ohne eine Verschlechterung des Fahrgefühls zu steuern vermögen.
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Manche
Systeme wurden entwickelt, die pneumatische Einrichtungen einsetzen,
um ein Drosselventil in dem Dämpfer
zu repositionieren zur Steuerung des Niveaus der Dämpfung von
einem hohen Dämpfungsniveau
auf ein niedriges Dämpfungsniveau
durch die Einstellung der Ventilposition in dem Dämpfer von
einem hohen Dämpfungsstatus
auf einen niedrigen Dämpfungsstatus.
Ein solches System, welches bezeichnet wird als LINK RIDE COMMAND
fahrergesteuertes Fahrsystem, welches handelsüblich verfügbar ist von Link Mfg. Ltd.
Sioux Center, IA. Andere Systeme mit einem bewegbaren Dämpfungsventil,
welches den Fluidstrom in einer Richtung unterbricht, wird gelehrt
von der US-4 506 751 (Stephens). Es ist herauszustellen, dass es
bei diesen Systsemen schwierig ist, das Führerhaus füllig zu verriegeln beim Auftreten
derartiger Übergangszustände. Darüber hinaus befinden
sich bewegbare Teile in dem Ventil, die dazu neigen, teuer und unzuverlässig zu
sein.
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Kompliziertere
völlig
aktive Systeme sind ebenfalls eingesetzt worden, um das Stampfen
aufgrund von Bremsen und Führerhausschlingerbewegungen
zu lösen.
Manche dieser Systeme finden sich in der
US-PS 4 483 409 (Fun), der
US-PS 5 044 455 (Tecco et
al) und
US-PS 5 555 501 (Furihata
et al.). Obwohl völlig
aktive Systeme manche dieser Probleme zu lösen vermögen, sind sie sehr teuer, erfordern große Leistungen
und sind sehr kompliziert. Dementsprechend besteht eine lang andauernde
und unverfüllte
Notwendigkeit hinsichtlich eines Führerhausaufhängesystems,
welches die vorgenannten Probleme zu lösen vermag, die verbunden sind
mit den herkömmlichen
passiv gedämpften
Aufhängesystemen, welches
trotzdem kostengünstig
ist, niedrigere Leistungsanforderungen stellt und einfach nachzurüsten ist
bei bestehenden Aufbauten.
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Das
Dokument JP-A 09 109 921 beschreibt ein Aufhängesystem zum Aufhängen eines
Fahrzeugführerhauses
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bei diesem Aufhängesystem
stellt die Steuerung die Dämpfungskraft
des Dämpfers elektromechanisch
ein und in Abhängigkeit
von einem Signal indikativ für
die Beschleunigung des Führerhauses.
Darüber
hinaus ist jeder Auslenkungssensor mechanisch an eine entsprechende
Luftfeder angeschlossen, wodurch der interne Druck der Luftfeder
direkt gesteuert wird unabhängig
von der Dämpfungskraftsteuerung.
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Das
Dokument US-A-5 390 121 beschreibt ein Aufhängesystem zum Aufhängen eines
Fahrzeugführerhauses
an einem Fahrzeugrahmen mit einem flexiblen Element, um das Fahrzeugführerhaus flexibel
aufzuhängen
relativ zum Rahmen, wobei ein Dämpfer
ein auf ein Magnetfeld ansprechendes magnetorheologisches Fluid
aufnimmt, welches angeschlossen ist zwischen der Führerhauskabine
und dem Rahmen, wobei eine Steuerung zur Steuerung der Bewegung
des Führerhaus
relativ zum Rahmen vorgesehen ist durch die Steuerung der Dämpfung des
Dämpfers,
indem das Magnetfeld geändert
wird, welches an das auf das Magnetfeld ansprechende Gehäuse angelegt
wird.
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Ein
steuerbares Führerhausaufhängesystem gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
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Dementsprechend
liegt ein Vorteil gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem steuerbaren Führerhausaufhängesystem,
dass die Dämpfung
vom Benutzer eingestellt werden kann von einem Zustand eines "weichen" Fahrgefühls zu einem
Zustand eines "harten" Fahrgefühls, wobei
die Fahrgefühleinstellung übersteuert
wird im Fall des Auftretens großer Übergangsbewegungen.
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Es
liegt auch ein Vorteil darin, dass das steuerbare Führerhausaufhängesystem
eine bessere Vibrationsisolation erreichen lässt, verglichen mit den passiv
gedämpften
Aufhängesystemen
mit einem einfachen, wirkungsvollen und kostengünstigen System.
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Es
ist ein Vorteil gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung, dass ein Durchschlagen zwischen dem
Führerhaus
und dem Rahmen und ein Herausschwingen des Dämpfers in großem Maße reduziert
werden kann über
eine entsprechende Endanschlagsteuerung.
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Es
liegt ein Vorteil gemäß einem
weiteren Aspekt darin, dass die Bewegung des Führerhauses im wesentlichen
verriegelt werden kann relativ zum Rahmen, derart, dass es hierzwischen
nur eine geringe oder keine Relativbewegung gibt.
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Es
liegt auch ein Vorteil des steuerbaren Führerhausaufhängesystems
darin, dass die relative Übergangsbewegung
zwischen dem Führerhaus
und dem Rahmen während
Schlingerbewegungen, Bremsen oder Beschleunigen (Kippen) dramatisch reduziert
werden kann.
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Es
liegt ein weiterer Vorteil darin, dass das steuerbare Führerhausaufhängesystem
Schlingerbewegungen proaktiv zu steuern vermag basierend auf Sensoreingängen, die
das Schlingerbewegungsphänomen
verursachen, wie etwa Geschwindigkeits- und Steuerwinkelsensoreingänge.
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Es
liegt ein Vorteil des steuerbaren Führerhausaufhängesystems
darin, dass Schlingerbewegungen und Fahrgefühl, Neigung und Fahrgefühl oder
alle drei gleichzeitig gesteuert werden können.
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Es
liegt ein Vorteil des steuerbaren Führerhausaufhängesystems
darin, dass sich das Führerhausniveau
ebenfalls durch das System steuern lässt.
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Es
liegt ein Vorteil gemäß einem
weiteren Aspekt des steuerbaren Führerhausaufhängesystems
darin, dass ein kleines Ausmaß von
Schlingerbewegungen des Führerhauses,
Neigung oder Kränken
gesteuert werden kann, ohne das Fahrgefühl vollständig zu verschlechtern.
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Die
vorerwähnten
und weiteren Merkmale, Vorteile und Charakteristika der vorliegenden
Erfindung werden deutlich aus der begleitenden Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsformen
und der beigefügten
Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden, illustrieren
verschiedene Schlüsselausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Die Zeichnungen und die Beschreibung
dienen zusammen der vollständigen
Erläuterung
der Erfindung. In den Zeichnungen sind
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1 eine Teilseitenansicht
einer ersten Ausführungsform
eines steuerbaren Führerhausaufhängesystems,
welches an einem Lastwagenführerhaus
installiert ist mit einer Schlafkabine,
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2 eine Rückansicht des steuerbaren Führerhausaufhängesystems
gemäß 1,
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3 eine Rückansicht einer weiteren Ausführungsform
des Aufhängesystems,
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4 eine Rückansicht einer weiteren Ausführungsform
des Aufhängesystems,
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5a eine Rückansicht
einer weiteren Ausführungsform
des Aufhängesystems,
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5b eine Rückansicht
einer weiteren Ausführungsform
des Aufhängesystems,
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6 eine Teilquerschnittsseitenansicht
eines magnetorheologischen (MR)-Dämpfers,
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7 ein Ablaufdiagramm zur
Erläuterung einer
bevorzugten Steuerung für
das Aufhängesystem,
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8 ein schematisches Blockdiagramm zur
Erläuterung
einer Ausführungsform
des steuerbaren Aufhängesystems
und zur Erläuterung
der hierfür
eingesetzten Komponenten,
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9 ein schematisches Blockdiagramm
einer alternativen Ausführungsform,
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10 ein Diagramm des normierten
Stromes über
das normierte Schlingerbewegungsausmaß,
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11 ein Diagramm der normierten
Kraft über
das normierte Schlingerbewegungsausmaß,
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12a ein Diagramm der normierten
und konditionierten Δ-Position über dem
normierten Strom,
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12b ein Blockdiagramm zur
Erläuterung der
Verarbeitung der Positionssensorinformation,
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13 ein Zeitdomänendiagramm
der Auslenkung für
den rechten und linken Positionssensor zur Anzeige eines Nicht-Schlingerbewegungsereignisses,
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14a ein Zeitdomänendiagramm
für die Positionssensoren,
die ein Schlingerbewegungsereignis anzeigen,
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14b ein Zeitdiagramm der
Widerstandswerte des rechten und linken Positionssensors, die ein
Rollbewegungsereignis anzeigen,
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15a ein Diagramm der normierten
und konditionierten Beschleunigung über den normalisierten Strom,
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15b ein Blockdiagramm zur
Erläuterung der
Bearbeitung des Seitenbeschleunigungssignals,
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16a ein Diagramm der normierten
und konditionierten Vertikal-Δ-Beschleunigung über den normierten
Strom,
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16b eine Erläuterung
der Bearbeitung des rechten und linken Vertikalbeschleunigungssignals,
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17 ein Zeitdomänendiagramm
der vertikalen Führerhausbeschleunigung
an den Positionen des rechten und linken Accelerometers,
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18 ein Zeitdomänendiagramm
der vertikalen Führerhausbeschleunigung
unter Anzeige eines Schlingerbewegungsereignisses,
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19a ein Zeitdomänendiagramm
des normierten Drosselpositionssignals,
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19b ein Blockdiagramm zur
Erläuterung der
Bearbeitung des Drosselpositionssignals,
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19c ein Diagramm des normierten
und konditionierten Drosselpositionssignals über den normierten Strom,
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20a ein Diagramm des normierten
und konditionierten Bremsdrucksignals über den normierten Strom,
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20b ein Blockdiagramm zur
Erläuterung der
Bearbeitung des Bremsdrucksignals, und
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21 eine Nachschlagtabelle.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern
die gleichen Elemente bezeichnen, zeigen die 1 und die 2 allgemein
mit der Bezugsziffer 20 eine erste Ausführungsform des steuerbaren
Führerhausaufhängesystems zur
flexiblen Aufhängung
eines Führerhaus 22 relativ zu
miteinander in Verbindung stehenden Rahmenelementen 24, 24' innerhalb eines
Fahrzeuges 18, wie etwa eines Lastwagens, eines Traktors,
eines Baufahrzeuges oder ähnlichem.
Das System 20 eignet sich zur Steuerung entweder der Fahrgefühlsqualität des Führerhauses 22 oder
alleine oder in Kombination mit der Steuerung großer Übergangsbewegungen wie
etwa Führerhausschlingerbewegungen
oder Stampfen, welches verursacht wird durch abrupte Manöver und/oder
raue Geländezustände.
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Insbesondere
kann die vorliegende Erfindung wahlweise Übergangsbewegungen steuern aufgrund
rascher Fahrbahnwechsel, abruptem Bremsen, rascher Beschleunigung,
raue Strassen, Auftreffen auf Schlaglöcher und andere ähnliche
Ereignisse, die große Übergangsbewegungen
verursachen. Das steuerbare Führerhaussystem 20 kommt
vorzugsweise zum Einsatz in Kombination mit anderen Befestigungssystemen
wie etwa einem Paar von quer eingebauten vorderen Schwenkhalterungen 42 (von
denen nur eine gezeigt ist), die einen Teil des Gewichtes des Führerhauses
abstützen
und um welche das Führerhaus 22 vorzugsweise
schwenkend zu stampfen vermag, um eine Querachse. Im allgemeinen
ist ein Schwenkpunkt an einem Punkt vorgesehen, vor dem steuerbaren
Führerhausaufhängesystem 20 und
vorzugsweise soweit vorne, wie dies praktisch ist. Dieser Schwenkpunkt
kann wahlweise ausgebildet sein als weiche oder harte Schwenkpunkte,
Luftfedern usw.
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In
größerem Detail
umfasst das steuerbare Führerhausaufhängesystem 20 mindestens
ein flexibles Element und bevorzugt zwei seitliche (quer) in einem
Abstand voneinander angeordnete flexible Elemente 26, 26', die weich
in Vertikalrichtung sind und flexibel das Vertikalgewicht des Führerhauses 22 abstützen, während Vibrationen
zwischen den Rahmenschienen 24, 24' und der Kabine 22 isoliert
werden. Die flexiblen Elemente 26, 26' sind Luftfedern oder
andere ähnliche
weiche Federelemente und befinden sich im Abstand voneinander auf
jeder Seite der sich nach vorn erstreckenden Längsschlingerbewegungsachse
A-A und sind starr an ihren Enden befestigt zwischen dem Führerhaus 22 und
den Rahmen 24, 24'.
Wie nachfolgend noch erläutert
werden wird, wird der innere Druck in den flexiblen Elementen (Luftfedern) 26, 26' eingestellt,
um die Fahrhöhe zu
steuern, d. h. eine Niveaueinstellung des Führerhauses 22 zu erzielen,
welche erforderlich ist aufgrund von Gewichtsvariationen usw.
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Das
steuerbare Aufhängesystem 20 umfasst auch
mindestens einen steuerbaren Dämpfer,
dessen Dämpfungscharakteristika
schnell einstellbar sind (vorzugsweise in der Größe von 15 Millimetersekunden
oder weniger, sowie vorzugsweise zwei steuerbare Fluiddämpfer 28, 28', bei welchen
es sich gemäß der Erfindung
um magnetorheologische Fluiddämpfer
handelt (nachfolgend als MR-Dämpfer
bezeichnet). Die steuerbaren Dämpfer 28, 28' sind ebenfalls
voneinander beabstandet und auf jeder Seite der Längsschlingerbewegungsachse
A-A angeordnet. Vorzugsweise sind die steuerbaren Dämpfer 28, 28' in einer Position
beabstandet seitlich außerhalb
der flexiblen Elemente (Luftfedern) 26, 26' derart, dass
ihre Fähigkeit
Schlingerbewegungen des Führerhauses 22 zu
unterbinden maximiert wird. Vorzugsweise sind die Dämpfer 28, 28' in einem Abstand
voneinander angeordnet, der etwa 90 cm (3 Fuß) oder mehr ausmacht.
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Eine
Beschreibung eines steuerbaren MR-Dämpfers findet sich in Bezug
auf
6. Vollständigere
Beschreibungen finden sich in der
US-PS 5
277 281 (Carlson et al.) mit dem Titel "Magnetorheological Fluid Dampers" und in der amerikanischen Anmeldung
Nr. 08/674,179 mit dem Titel "Controllable
Vibration Apparatus".
Steuerbare Dämpfer,
wie etwa MR-Dämpfer
besitzen die Fähigkeit,
rasch umgeschaltet zu werden (innerhalb von 15 Millimetersekunden
oder weniger), und können
große
Dämpfungskräfte erzeugen
auch bei sehr geringen Geschwindigkeiten, wobei eine große Leistung
mit passiven hydraulischen Dämpfern
nicht möglich
ist. Die Erfinder fanden heraus, dass steuerbare Fluiddämpfer, wie
etwa die MR-Dämpfer, die
hier beschrieben werden, wirkungsvoll die Relativbewegung verriegeln können zwischen
dem Führerhaus
22 und
den Rahmenelementen
24,
24', wenn entsprechende elektrische
Befehle hieran angelegt werden. Dementsprechend sind steuerbare
Fluiddämpfer
besonders vorteilhaft zur Steuerung von Schlingerbewegungen und Stampfen
usw. in Führerhäusern. Andere
semi-aktive elektromechanische hydraulische Dämpfer, die im Stand der Technik
in Primäraufhängesystemen
eingesetzt werden, sind hierzu unfähig. Der Begriff steuerbarer
Fluiddämpfer
bedeutet, dass er MR-, ER-, EP- und andere ähnliche steuerbare Fluiddämpfer einschließt, wobei
die Dämpfungscharakteristika
geändert
werden durch Anliegen eines Feldes (entweder elektrisch oder magnetisch)
an ein steuerbares Fluid.
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Das
Führerhausaufhängesystem 20 umfasst auch
mindestens einen Sensor zur Bereitstellung einer das Führerhaus 22 betreffenden
Vibrationsinformation. Dieser mindestens eine Sensor umfasst einen
Positionssensor 30, der ein Signal bereitstellt, welches
repräsentativ
ist für
die relative vertikale Auslenkung zwischen dem Führerhaus 22 und dem Rahmen 24 und
vorzugsweise zentral angeordnet ist. Ein Drehtopf, welcher von der
CTS-Corporation von Elkhart, IN verfügbar ist, wird bevorzugt. Dieses
Vertikalvibrationssignal von dem Positionssensor 30 wird
entsprechend konditioniert und erarbeitet durch den an Bord befindlichen,
vorzugsweise digitalen Computer 36, um ein Fahrgefühlsteuersignal
bereitzustellen für
mindestens einen steuerbaren Dämpfer und
stärker
bevorzugt zwei im Abstand vonein ander befindliche MR-Dämpfer 28, 28'. Vorzugsweise
befindet sich der Auslenkungssensor 30 im wesentlichen direkt
benachbart und in einer im wesentlichen vertikalen Ausrichtung auf
die Stampfachse A-A (CG oder Stampfzentrum) derart, dass die Sensorinformation von
dem Auslenkungssensor 30 minimal beaufschlagt wird durch
irgendwelches Stampfen des Führerhauses 22 relativ
zu den Rahmen 24, 24'. Wahlweise können ein Vertikalaccelerometer 40 oder
Vertikalaccelerometer 40', 40'' Beschleunigungsinformation der
Steuerung 36 bereitstellen, welche durch die Steuerung
eingesetzt werden kann, um weiterhin die vertikale Fahrgefühlsqualität des Führerhauses 22 zu unterstützen.
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Wahlweise
kann die Information hinsichtlich des Stampfzustandes des Fahrzeuges 18 empirisch abgeleitet
werden von Signalen, die man erhält
von einem Geschwindigkeitssensor 32 und einem Steuerwinkelsensor 34.
Die Geschwindigkeitsinformation von dem Geschwindigkeitssensor 32 zusammen
mit der Lenkwinkelinformation von dem Lenkwinkelsensor 34 kommen
vorzugsweise in einer Sequenz zum Einsatz wie etwa einer Kalkulation,
um die Stampfkraftabschätzung
RFE des Führerhauses 22 zu
bestimmen. Vorzugsweise würde
der Geschwindigkeitssensor 32 einen Halleffektrotationssensor
an der Antriebsachse oder ähnliches
umfassen, während die
Lenkwinkelinformation abgeleitet würde von einem Lenkwinkelsensor 34,
der befestigt ist zwischen der Lenksäule und dem Rahmen 24 oder
zwischen dem Rahmen 24 und irgendeiner anderen Aufhängekomponente,
die sich als Ergebnis des Lenkvorganges bewegt. Im besonderen wird
der Lenkwinkel von der Lenkwelle abgenommen, derart, dass jedes
Spiel des Lenksystems (und dementsprechend die Variation des Ausgangssignals)
minimiert wird.
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Die
Abschätzung
der Schlingerbewegungskraft RFE wird vorzugsweise bestimmt nach
der Gleichung: RFE
= kS2/A Egn.1worin
RFE
die Stampfkraftabschätzung,
k
eine Konstante,
A der Lenkwinkel, und
S die Vorwärtsgeschwindigkeit
des Fahrzeuges ist.
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Nachdem
die Schlingerbewegungsabschätzung
bestimmt wurde, wird der Wert des Schlingerbewegungsstromes (des
Schlingerbewegungssteuersignals), welches bereitzustellen ist, abgeleitet
von einer Gleichung oder einer Nachschlagtabelle. Die Gleichungen
oder Tabellenwerte können
ein Versetzungs- oder Nullband einschließen, derart, dass das System 20 nicht
reagiert auf kleine Werte der Schlingerbewegungskraftabschätzung, aber
dann hochfährt
nachdem der Nullwert überschritten
wurde. Alternativ kann die Information hinsichtlich des Schlingerbewegungszustandes
des Fahrzeugführerhauses 22 bestimmt
werden durch Ableiten der Seitenbeschleunigung von dem seitlichen
Beschleunigungssensor 44 (siehe 15) oder der Differenz (Δ) zwischen
den Vertikalbeschleunigungswerten (siehe 16–18), die man erhält von den
im Abstand voneinander angeordneten Beschleunigungssensoren 40' und 40''. Es wird jedoch bevorzugt, Lenk-
und Geschwindigkeitsinformation einzusetzen, da dies die beste und
proaktivste Näherung
darstellt zur Bestimmung des Zustandes der Schlingerbewegung des Führerhauses 22.
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Das
Schlingerbewegungssteuersignal steigt allgemein an, vorzugsweise
in einer ausgeglichenen Art und Weise, wenn die Schlingerbewegungskraftabschätzung ansteigt.
Dieses Schlingerbewegungssteuersignal wird vorzugsweise summiert
mit jedem Fahrgefühlsteuersignal,
welches anwesend ist, oder anderen Übergangssteuersignalen (beispielsweise Bremsen
oder Kränken-,
welches später
noch zu beschreiben sein wird) zum Erhöhen des Gleichstromes der den
Dämpfern 28, 28' zugeführt wird.
Wenn dementsprechend nur eine leichte Schlingerbewegung des Führerhauses 22 vorliegt,
wie etwa bei einer leichten Kurvenfahrt, wird das Fahrgefühl nicht
so signifikant abgewertet als wenn ein maximaler Strom den Dämpfern 28, 28' zugeführt würde beim
Auftreffen auf einen Schwellenwert. Wenn im Gegensatz hierzu eine
starke Manövrierung
erfahren wird, wie etwa bei einem radikalen Fahrbahnwechselmanöver, wird
der maximale Strom den Dämpfern 28, 28' rasch zugeführt und
die Schlingerbewegung wird minimiert durch eine Verriegelung der
relativen Bewegung zwischen dem Führerhaus und den Rahmen 24, 24'. Es ist hierbei
herauszustellen, dass ein gewisses Ausmaß der Führerhaus schlingerbewegung stets
eintritt, da die Rahmen und ihre Verbindungen inhärent eine gewisse
Flexibilität
bereitstellen.
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Wahlweise
kann das System 20 auch eine Fahrgefühlsmoduseinstellung 49 einschließen, welche
bedienerauswählbare
Einstellungen umfasst, wie etwa eine weiche, eine harte sowie eine
verriegelte Einstellung. Diese Einstellungen stellen ein variables
Führerhausaufhängungsgefühl bereit.
In einer ähnlichen
Weise kann das Führerhaus 22 durch
den Willen des Benutzers verriegelt werden bei Situationen, wie
sie etwa auftreten beim Manövrieren
auf unebenen Parkplätzen.
Bei diesem Merkmal, welches bei Systemen nach dem Stand der Technik
fehlt, funktioniert das System 20 derart, dass eine Bewegung
verriegelt wird, als wenn das Führerhaus 22 im wesentlichen "fest montiert" an dem Rahmen 24 wäre. Die
Batterie 38 des Fahrzeuges stellt die Leistung bereit für alle elektrischen
Komponenten. Das gesamte System erfordert lediglich wenige Ampere Strom
für den
Betrieb und zeigt dementsprechend wesentlich geringere Leistungsanforderungen
als voll aktive Systeme.
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Die
Isolations- oder Fahrgefühlscharakteristika
des Führerhausaufhängesystems 20 können gesteuert
werden durch das sogenannte "Ausmaßsteuerverfahren", welches beschrieben
ist in der amerikanischen Anmeldung mit dem Aktenzeichen Nr. 08/534,078
(Catanzarite) mit dem Titel "Controllable Seat
Damper System and Control Method Therefor". Die Steuerung 36 nimmt die
entsprechende Information von dem Positionssensor 30 und
verarbeitet diese, um eine Auslenkungsausmaßinformation zu erhalten. Hieraus
wird das entsprechende Fahrgefühlsteuersignal
abgeleitet und dem steuerbaren Dämpfer
zugeführt
und vorzugsweise beiden MR-Dämpfern 28, 28'. Es ist herauszustellen,
dass der Auslenkungssensor 30 zum Einsatz kommen kann,
ohne die entsprechenden Signale bereitzustellen, die für das Erreichen
der Niveaueinstellung des Führerhauses erforderlich
sind. Die Auslenkungsinformation von dem Sensor 30 wird
der Steuerung 36 bereitgestellt und Luft wird entweder
(von einem Luftvorrat 47) zugeführt, um die Luftbälge 26, 26' aufzublasen,
oder von dem Abgasschalldämpfer 53 abgelassen,
wodurch die Luftfedern 26, 26' entlüftet werden über ein Dreiwegeluftventil 51 in
Abhängigkeit,
ob die Fahrhöhe
hoch oder niedrig ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Ventil 51 um
ein pneumatisch wirkendes Dreiwegeventil, welches verfügbar ist
von NU MATECH der Fa. Wixon, Michigan. Die allgemein übertragene
amerikanische Anmeldung mit dem Aktenzeichen 08/639,139 (Catanzarite)
mit dem Titel "Control
Method for semi-active Damper" beschreibt
ein Steuerverfahren (welches nachfolgend als "Modifizierte Ausmaßsteuerung" bezeichnet wird), das angesetzt werden
kann, um sowohl die vertikale Beschleunigungs- als auch Auslenkungsinformation
zur Steuerung der Dämpfer 26, 26' zu bearbeiten,
wie etwa von dem Vertikalbeschleunigungssensor 40 oder 40' und 40'' und dem Auslenkungssensor 30.
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Wie
zuvor erwähnt
wurde, ist das Führerhausaufhängesystem 20 auch
in der Lage das Stampfen des Führerhauses 22 zu
steuern. Stampfen wird vorzugsweise gesteuert durch Berechnung eines
Stampfungssteuersignals, basierend auf der Bremsensensorinformation,
die durch einen Bremsdrucksensor 46 bereitgestellt wird.
Der Bremsdrucksensor 46 ist in den Bremshauptzylinder,
eine Bremsleitungsverbindung oder sonst wo angeschlossen, wie dies
für das
System geeignet ist, um ein Signal bereitzustellen, welches indikativ
ist für
das Ausmaß des
Bremsdruckes, welcher durch den Fahrer aufgebracht wird. Wiederum
kann das Stampfsteuersignal berechnet werden entsprechend einer
Gleichung oder abgeleitet werden von einer Nachschlagtabelle (siehe 20b und 21). Das Stampfsteuersignal wird summiert
mit den Fahrgefühlsteuersignalen
und den Schlingerbewegungssteuersignalen (und irgendwelchen anderen
Steuersignalen), um die entsprechenden gesamten Steuersignale den
MR-Dämpfern 28, 28' zur Verfügung zu
stellen, entsprechend der Darstellung in 7. Es ist zu erwähnen, dass obwohl das Fahrgefühlsteuersignal
das Stampfen bis zu einem gewissen Ausmaß steuert, der Einsatz des Einganges
des Bremsdrucksensors 46 eine schnellere Reaktionszeit
ermöglicht
durch das Ansprechen auf dem Bremseingang anstatt der Bewegung des Führerhauses 22,
welche sich aus dem Bremsen ergibt. Dies ist insbesondere vorteilhaft
bei oben aufgebauten Führerhäusern, die
ein signifikantes Stampfen zeigen können als Folge eines scharfen
Bremsens.
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Das
System 20 ist auch in der Lage ein Kränken zu steuern aufgrund einer
rapiden Beschleunigung. Kränken
ist ein Zustand, welcher eintritt, wenn der Fahrer rapide beschleunigt,
was bewirkt, dass das Fahrzeugführerhaus 22 schwingt
bei oder in der Nähe
der Stampfresonanzfrequenz. Ein Kränken tritt im allgemeinen lediglich
bei niedrigen Geschwindigkeiten auf. Die 19 illustriert den Typ der Steuerung,
welcher eingesetzt werden kann beim Versuch, das Kränken zu
steuern.
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3 illustriert eine alternative
Ausführungsform
des Führerhausaufhängesystems 20a.
Dieses System 20a unterscheidet sich von der vorangehenden
Ausführungsform
dadurch, dass mehrere Auslenkungssensoren 30a, 30a' in der Nähe beider
flexibler Elemente 26a, 26a' und den MR-Dämpfern 28a, 28a' positioniert
sind. Diese Ausgestaltung kann eine etwas bessere Fahrgefühlsteuerung
in dem Führerhaus 22a bereitstellen,
verglichen mit der vorangehenden Ausführungsform, da die Sensoren 30a, 30a' näher an den
Dämpfern 26a, 26a' positioniert sind
und hierdurch eine Querführerhausdynamik oder
Systemflexibilität
berücksichtigen.
Vorzugsweise wird eine Niveaueinstellung erzielt durch eine Durchschnittsbildung
der Positionsinformation von den Sensoren 30a, 30a' und die Einstellung
des Niveaus basiert auf diesem berechneten Durchschnitt. Fahrgefühlsteuersignale
werden abgeleitet für
jeden Dämpfer 28a, 28a' über das
vorerwähnte "Ausmaßsteuerverfahren". Wahlweise können Vertikalbeschleunigungssensoren 40a, 40a' bearbeitet
werden durch die Steuerung 36a, um die Fahrgefühlsteuerung
durch das kompliziertere "Modifizierte
Ausmaßsteuerungs"-Verfahren zu unterstützen. Schlingerbewegungen
und Stampfbewegungen (sowohl Bremsen als auch Kränken) können gesteuert werden, wie dies
in den Ausführungsformen
gemäß 1 und 2 beschrieben wurde, indem die Eingänge von dem
Geschwindigkeitssensor 32a, dem Lenksensor 34a,
dem Bremssensor 56a und dem Drosselsensor 48a bearbeitet
werden. Alternativ kann die Positionssensorinformation von den Sensoren 30a, 30a' oder die seitliche
Beschleunigung von dem Sensor 44a ebenfalls eingesetzt
werden, um die Schlingerbewegung zu bestimmen. Beispielsweise können die
konditionierte Differenz (Δ-Position)
zwischen der Vertikalpositionssensorinformation wie auch die Bewegungsrichtung
zum Einsatz kommen, um die Schlingerbewegung zu bestimmen und zu
steuern. Dementsprechend kann dieses konditionierte Δ-Positionssignal
eingesetzt werden bei einer Berechnung oder aus einer Nachschlagtabelle,
um das Schlingerbewegungssteuersignal abzuleiten (siehe 12–14b).
Der Fahrgefühlwahlmodus-Einstellschalter 49a umfasst
einen Dreipositionsschalter, um die Dämpfer 28a, 28a' auf weich,
hart oder vollständige
Verriegelung einzustellen, auf den Befehl des Fahrers wie dies zuvor
erwähnt
wurde.
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Die 4 illustriert eine alternative
Ausführungsform
des Führerhausaufhängesystems 20b. Bei
dieser Ausführungsform
sind die flexiblen Elemente 26b, 26b' und Dämpfer 28b, 28b' eingeschlossen
zwischen Klammeranordnungen 55b, 55b'. Die Klammeranordnungen 55b, 55b' sind jeweils
befestigt oder angeschlossen an das Führerhaus 22b oder
die Rahmen 24b, 24b' oder
ein Querstützelement.
Das System 20b umfasst mindestens einen Sensor, wie etwa
den zentral angeordneten Vertikalauslenkungssensor 30b,
zur Bereitstellung eines Signals, welches indikativ ist für die Vibration zwischen
dem Rahmen 24b, 24b' und
dem Führerhaus 22b zu
der Steuerung 36b. Der optionale vertikale Beschleunigungssensor 40b kann
zum Einsatz kommen, um die Fahrgefühlsteuerung zu unterstützen durch
den Einsatz des zuvor erwähnten "modifizierte Ausmaßsteuerung"-Algorithmus. Die
Fahrgefühlmoduseinstellung 49b kommt
zum Einsatz, um den Fahrgefühlmodus
zu steuern (weich, hart oder verriegelt) des Führerhauses 22b relativ
zum Rahmen 24b, 24b'.
Der Bremsdrucksensor 46b kann zum Einsatz kommen, wie dies
in 20b beschrieben wurde
zur besseren Steuerung der Stampfbewegung. Der Drosselpositionssensor 48b wird
eingesetzt wie in 19b beschrieben
zur Steuerung des Führerhauskränkens. Eine
Hebelanordnung 56b ist befestigt zwischen den Klammeranordnungen 55b, 55b', um die seitliche
Bewegung zu behindern. Im allgemeinen wird irgendeine Art einer
seitlichen Einschränkung
angestrebt für
alle hier beschriebenen Systeme, wird jedoch als peripher zu der
hier beschriebenen Erfindung angesehen und ist dementsprechend nicht
in den Ausführungsformen
gemäß den 1 bis 2, 3 und 5a, 5b gezeigt.
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Die 5a illustriert eine alternative
Ausführungsform
des Führerhausaufhängesystems 20c. Dieses
System 20c unterscheidet sich von den vorangehenden Ausführungsformen
dadurch, dass ein einziges flexibles Element 26c zentral
unterhalb des Schlingerbewegungszentrums positioniert ist. Die steuerbaren
Dämpfer 28c, 28c' und die Vertikalpositionssensoren 30c, 30c' sind im Abstand
voneinander angeordnet seitlich von der Längsschlingerbewegungsachse
und sind angeschlossen zwischen dem Führerhaus 22c und den
Rahmen 24c, 24c'.
Durch die Steuerung kann ein angestrebtes Fahrgefühl, eine
Verriegelung, eine Schlingerbewegung, ein Stampfen oder ein Kränken erzielt
werden, wie dies zuvor beschrieben wurde. Alternativ kann ein einziger
zentralisierter Positionssensor zum Einsatz kommen, wie dies beschrieben
wurde unter Bezugnahme auf 1 und 2. Optionale Accelerometer 40c, 40c' können eingesetzt
werden, falls ein "modifizierter
Ausmaßsteuerungs-"Algorithmus zum Einsatz kommt.
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Die 5b illustriert eine weitere
alternative Ausführungsform
des Führerhausaufhängesystems 20e.
Dieses System 20e unterscheidet sich von den vorangehenden
Ausführungsformen
dahingehend, dass zwei flexible Elemente 26e, 26e' in seitlichem Abstand
voneinander angeordnet sind von der Längsschlingerbewegungsachse
und angeschlossen sind zwischen dem Führerhaus 22e und den Rahmen 24e, 24e'. Ein einziger
steuerbarer Dämpfer 28e und
ein Vertikalpositionssensor 30e sind mittig positioniert
unterhalb des Schlingerbewegungszentrums und sind angeschlossen
zwischen dem Führerhaus 22e und
den Rahmen 24e, 24e'.
Jede der vorerwähnten
Steuerungen kann zum Einsatz kommen.
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Die 6 erläutert eine Ausführungsform
eines steuerbaren MR-Fluiddämpfers 28c,
der zum Einsatz kommen kann bei dem vorerwähnten steuerbaren Führerhausaufhängesystems 20 (1 und 2), 20a (3), 20b (4), 20c ( 5a) und 20e (5b). Der steuerbare Dämpfer 28c umfasst einen
vorzugsweise zylindrischen hohlen Dämpferkörper 50c, der teilweise
geschlossen ist an einem ersten Ende durch eine Endkappe 52c und
vollständig
geschlossen ist am zweiten Ende durch eine Endkappe 52c'. Eine schlanke
starre Kolbenstange 64c ist gleitend und abdichtend in
einer Öffnung 54c aufgenommen,
die ausgebildet ist innerhalb der Lagerhülse 59c und abgedichtet
durch die Dichtung 58c, wobei beide abgestützt sind
innerhalb der Endkappe 52c. Die Endkappe 52c ist
gehalten und eingeschränkt
von einer Axialbewegung über
ein Umfalzen des Dämpferkörpers 50c über die
Endkappe 52c. Die Kolbenstange 64c ist an einer
Kolbenanordnung 62c an einem von ihren Enden gehalten über Gewindezüge oder ähnliches.
Das Stangenende 66c ist fest am anderen Ende der Kolbenstange 64 über (nicht
dargestellte) Gewindezüge
gehalten oder ähnliches. Das
Kolbenende 66c und die Endkappe 52c' sind an das Führerhaus 22c und dem
Rahmen 24c über Klammern 68c, 68c' und Haltemittel 70c, 70c' oder andere
geeignete Befestigungsverfahren angeschlossen. Vorzugsweise ist
irgendeine Art von bewegungszulassenden Verbindungen vorgesehen
an jedem Ende des Dämpfers.
Beispielsweise können polymere
Hülsen 45c, 45c' eingeschlossen
sein am Stangenende 66c und der Kappe 52c, um
ein Schwenken zu ermöglichen
und die Seitenbelastungen auf die Stange 64c zu reduzieren.
In gleicher Weise kann jeder Typ einer sphärischen oder elastomeren Verbindung,
der ein Verkämmen/Schwenkbewegung
zulässt,
zum Einsatz kommen.
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Der
steuerbare Dämpfer 28c schließt einen Akkumulator 72c ein,
welcher eine Unterteilung 76c umfasst, wie etwa eine Membran,
sowie eine Gaskammer 74c. Der Akkumulator wirkt zur Aufnahme des
verdrängten
Fluids 88c, wenn die Kolbenstange 64c in die innere
Kammer 65c eintritt. Ein Füllventil 51c kommt
zum Einsatz, um die Kammer 74c unter Druck zu setzen. Andere
Typen von Akkumulatoren können
Verwendung finden, wie sie dem Sachverständigen auf diesem Gebiet geläufig sind.
Die Kolbenanordnung 62c trennt die innere Kammer 65c in eine
erste und eine zweite Fluidkammer 67c, 67c'.
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Die
Kolbenanordnung 62c umfasst vorzugsweise eine sich axial
erstreckende ringförmige
Passage 84c, durch welche das steuerbare Fluid, wie etwa
das MR-Fluid 88c, zu strömen vermag. Die Kolbenanordnung 62c umfasst
ein Abnutzungsband 86c oder Abnutzungsbänder, die aus einem geeigneten reibungsreduzierenden
Material hergestellt sind mit dem entsprechenden Durchmesser, so
dass die Kolbenanordnung 62c veranlasst werden kann, als
Kolben zu wirken und das MR-Fluid 88c zwischen
den Kammern 67c, 67c' unter Druck zu verschieben als Folge
der Relativbewegung zwischen dem Führerhaus 22c und dem
Rahmen 24c. Ein magnetisches Feld wird erzeugt durch die
Zufuhr des Steuersignals zu den Leitungen 89c, die elektrisch
angeschlossen sind an die um den Umfang gewundene Spule 78c, die
innerhalb der Kolbenanordnung 62c gehalten ist. Speziell
wird der Strom I der Spule 78c über doppelte einphasige Drähte 63c, 63c' zugeführt. Einer
ist für den
eingehenden Strom und der andere ist für den ausgehenden Strom. Geeignete
elektrische Anschlüsse
und Isolatoren sind zwischen den Drähten 63c, 63c' angeordnet
und sich axial erstreckende Stifte sind an jedem Ende der Spule 78c gehalten. Eine
ins größere Detail
gehende Beschreibung der MR-Dämpfer
findet sich in der gemeinsam übertragenen
amerikanischen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 08/674,179 mit dem
Titel "Controllable
Vibration Apparatus".
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Das
magnetische Feld (eine Feldlinie ist durch die dargestellten gestrichelten
Linien illustriert) ist ausgerichtet durch die Polstücke 80c, 80c' und wirkt über das
MR-Fluid 88c, welches in der ringförmigen Passage 84c enthalten
ist. Dies bewirkt eine Rheologieänderung
(ein Verdicken oder eine scheinbare Viskositätsänderung), die den Strom des MR-Fluid 88c durch
die Passage 84c einschränkt. Wenn
der Strom hoch genug ist, wird die Strömung zusammen unterbrochen,
so dass der MR-Dämpfer 28c im
wesentlichen verriegelt ist, und die sich ergebende Verriegelung
verhindert eine Bewegung zwischen dem Führerhaus 22c und dem
Rahmen 24c. Es ist herauszustellen, dass der Strom I vorzugsweise
rasch umgeschaltet wird von einem hohen Stromwert auf einen niedrigen
Stromwert (in Abhängigkeit von
den Sensoreingängen),
um Echtzeitänderungen bei
der Dämpfung
zu erzielen, wenn eine Fahrgefühlsteuerung
durchgeführt
wird. Andere Kolbenausgestaltungen von MR-Dämpfern finden sich in den amerikanischen
Patentschriften Nrn. 5 277 281 und 5 284 330.
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Die 7 illustriert einen Programmablaufplan,
der die Schritte beschreibt bei der Ableitung des totalen Steuersignals,
welches den vorerwähnten Dämpfern (z.
B. 28, 28' in 1) zur Verfügung gestellt
wird. Die Steuerungsroutine empfängt
und verarbeitet kontinuierlich die Eingangssignale von den verschiedenen
Sensoren, wie etwa den Schlingerbewegungssensoren (Geschwindigkeit
und Lenkung, seitliche Beschleunigung, Vertikalbeschleunigungen oder
Vertikalpositionen), Fahrgefühlsensoren
(Vertikalposition oder Vertikalposition und Vertikalbeschleunigung),
dem Drosselpositionssensor und dem Bremsdrucksensor innerhalb der
Eingangsblöcke 90–90c.
Basierend auf diesen Eingängen
werden verschiedene Parameter bestimmt, wie etwa die Schlingerbewegungskraftabschätzung, der
Dämpfungszustand,
die Kränkung
und das Stampfen durch die Berechnungs-/Filterblöcke 91–91c.
Aus diesen Berechnungs- und/oder Filtervorgängen werden die verschiedenen
Steuersignale abgeleitet in den Ableitungsblöcken 92–92c.
Die Ableitung kann erfolgen durch eine zusätzliche Berechnung, wobei die
Parameter-Eingänge
in eine Gleichung oder eine Entnahme aus einer Nachschlagtabelle
sind, wobei der Wert der dem Parameter entspricht, aus der Tabelle
herausgenommen wird. Jeder wird im größeren Detail unter Bezugnahme
auf die 10–21 beschrieben.
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Es
ist herauszustellen, dass das Fahrgefühlsteuersignal abgeleitet werden
kann entsprechend jedem der bekannten Steueralgorithmen, wie dem vorerwähnten "Ausmaßsteuerverfahren" oder dem "modifizierten Ausmaßsteuer-"Verfahren oder durch andere
bekannte Verfahren, wie sie etwa beschrieben sind in den amerikanischen
Patentschriften Nrn. 3 807 678, 4 821 849, 4 881 172, 4 887 699,
4 936 425, 5 276 623 oder 5 390 121. Darüber hinaus kann die Fahrgefühlsteuerung
auch eine Endanschlagssteuerung einschließen, wie sie beschrieben ist
in den amerikanischen Patentschriften 5 276 622 oder 5 276 623.
Jedes der Steuersignale (Schlingerbewegung, Fahrgefühl, Kränken und
Stampfen) werden summiert an einem Summierungsblock 93,
um das Gesamtsteuersignal abzuleiten. Dieses Gesamtsteuersignal
wird dann den Dämpfern
in dem Treibersignalblock 94 zur Verfügung gestellt. Es ist herauszustellen,
dass nachdem das Steuersignal einmal abgeleitet ist, das Verfahren
wiederholt wird, so dass das Steuersignal konstant in Echtzeit aktualisiert wird.
Die Aktualisierung tritt sehr rasch ein und wird jeweils nach einigen
Millisekunden wiederholt. Der Fahrgefühlmodus-Einstellschalter 49 bestimmt,
welche vorprogrammierte Einstellung angestrebt wird, wie beispielsweise
eine geringe Dämpfung,
eine hohe Dämpfung
oder ein komplettes Verriegeln.
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Die 8 ist ein Blockdiagramm,
welches die Komponenten des Führerhausaufhängesystems 20 illustriert,
welches in 1 und 2 dargestellt ist. Die Eingänge von
den verschiedenen Sensoren in dem Sensorblock 61 und von
dem Verdrängungssensor 30 und
der Fahrgefühlmoduseinstellung 49 werden
konditioniert in den Konditionierern 69, 69', 69'', umgesetzt in den Analag-zu-Digital-(A/D)Konvertern 71', 71'' und als Eingänge dem Mikroprozessor 73 bereitgestellt.
Die hier beschriebenen Konditionierern 69, 69', 69'' können Niedrigpassfilter, Hochpassfilter
oder Bandpassfilter sein, wie sie als anwendbar bestimmt werden
für jeden
Einsatz, um das geeignete saubere Eingangssignal bereitzustellen. Das
Konditionieren ist vorzugsweise eingeschlossen in die Steuerung 36,
kann jedoch wahlweise eingeschlossen sein in den Sensor/elektrischen
Schalter. Bei den dargestellten elektrischen Sensoren/Schaltern
handelt es sich vorzugsweise um analoge Einrichtungen, so dass dementsprechend
A/D-Konverter 71, 71', 71'' erforderlich
sind. Der Mikroprozessor 73 kann einen residenten oder
wahlweise peripheren Speicher 75 einschließen. Beispielsweise
kann ein 68HC 705 b16 von Motorola mit einem residenten Speicher
zum Einsatz kommen. Der Mikroprozessor 73 bearbeitet die
digitalen Eingangssignale und leitet ein digitales Gesamtsteuersignal
ab, welches umgesetzt wird in einer analogen Form über die
Digital-zu-Analog-(D/A)-Konverter 77, 77', und stellt Stromtreiber 57, 57' bereit, die
das Gesamtsteuersignal den steuerbaren Dämpfern 28, 28' zur Verfügung stellen.
Das Gesamtsteuersignal kann Einflussgrößen bereitstellen zur Steuerung
des Fahrgefühls,
der Schlingerbewegung, des Stampfens oder des Kränkens. Die Fahrgefühlmoduseinstellung 49 gestattet es
der Bedienungsperson, die Parametereinstellungen zu ändern, um
die augenblicklichen Dämpfungsbefehle
zu steuern, die den Dämpfern 28, 28' zugesandt werden,
so dass hierdurch der Fahrer in die Lage versetzt wird, das Führerhausfahrgefühl zu ändern oder
das Führerhaus
zu verriegeln.
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Der
Mikroprozessor 73 kann auch eine Niveaueinstellung bewirken
durch die Zuführung
eines Nivellierungssignals zum Stromtreiber 57'', wodurch ein Nivellierungssignal
bereitgestellt wird für
das Steuerdreiwegepneumatikventil 51. Das Ventil 51 wird
geöffnet
in eine von drei Positionen. Eine erste offene Position führt Luft
von einem Vorrat 47 in die Luftfeder 26, 26' hinein, um
diese aufzublasen. Die zweite offene Position im Ventil 51 lässt Luft
von den Luftfedern 26,26' ab zum Abgasschalldämpfer 53, um
diese zu entlüften.
Die dritte (geschlossene Position) hält den angestrebten Druck in
den Luftfedern 26, 26' aufrecht, um das System bei dem
entsprechenden Niveau zu halten (allgemein im Mittelzyklus der durchschnittlichen
Verdrängung
der Dämpfer 28, 28'). Im allgemeinen
liegt ein Nullband- und Niedrigbandfilter der Positionssignale derart
vor, dass die Nivellierungsroutine nicht auf dynamische Störungen anspricht.
Zwei Stromtreiber 57, 57' sind dargestellt, die jeweils
getrennt zum Einsatz kommen, um den Dämpfern 28, 28' ein Gesamtsteuersignal
zur Verfügung
zu stellen. Wahlweise kann auch nur ein Treiber 57d zum
Einsatz kommen, um beide Dämpfer 28d, 28d' entsprechend
der Darstellung in 9 zu
steuern, wobei die Dämpfer 28d, 28d' elektrisch
in Reihe verdrahtet sind. Die Leistung für das System 20 wird durch
die Batterie 38 des Fahrzeuges bereitgestellt, welche konditioniert
wird durch den Leistungskonditionierer 79 (siehe 8).
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Die 10 und die 11 beschreiben die Profile des normierten
Stromes und der normierten Kraft als Funktion der normierten Schlingerbewegungskraftab schätzung. Dieser
Typ der Schlingerbewegungssteuerung kommt zum Einsatz, wenn die Schlingerbewegungskraftabschätzung bestimmt
wird über
den vorerwähnten
Lenkwinkel und die Geschwindigkeitsinformation. Wie sich aus 10 ergibt, variiert der
Strom, der den Dämpfern
zugeführt wird,
als Funktion der Schlingerbewegungskraftabschätzung. Zunächst wird die Schlingerbewegungskraftabschätzung bestimmt
entsprechend der empirischen Gleichung 1, dann wird der Wert des
Stromes aus einer Gleichung oder der Nachschlagtabelle (siehe 21) extrahiert, wobei die
Spalte A die normierte Schlingerbewegungskraftabschätzung und
die Spalte B der normierte Strom sind. Der normierte Strom über die
normierte Schlingerbewegungskraftabschätzung ist in 10 aufgetragen und illustriert das Ansteigen
des Stromes, der zugeführt
wird mit dem Ansteigen der Schlingerbewegungskraftabschätzung. Die
sich ergebende normierte Kraft über die
normierte Schlingerbewegungskraftabschätzung ist in 11 aufgetragen. Wie ersichtlich ist,
ergibt sich ein Nullband für
die Schlingerbewegungskraftabschätzung,
so dass kleine Werte der Schlingerbewegungskraftabschätzung zu
keiner Reaktion führen.
Wenn jedoch der vorbestimmte Nullbandwert überschritten wird, steigt der
zugeführte
Strom rasch an entsprechend dem vorbestimmten Profil, welches in
der Nachschlagtabelle (siehe 21)
angegeben ist.
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Die 12a und 12b beschreiben das Profil, welches angelegt
wird für
die Steuerung der Schlingerbewegung, wenn die Signale zur Ableitung
des Einleitens der Schlingerbewegung erhalten werden von den Verdrängungssensoren
(3). Die Signale von
den Sensoren 30a, 30a' (3)
werden gefiltert durch individuelle Niedrigpass-Antialiasierungsfilter 83, 83a.
Das Ergebnis wird dann digitalisiert in einem A/D-Konverter. Die
gefilterten und digitalisierten Signale werden dann an der Subtraktionsverbindung 81 subtrahiert,
um das gefilterte Differenzsignal (gefilterte Δ-Position) abzuleiten. Das Signal
wird dann durch einen digitalen Integrierfilter 82 geleitet,
um jeglichen Gleichstromanteil zu entfernen, der verursacht worden
sein könnte
durch gehaltene Bindungen, unausgeglichene Belastungen usw. Der
Filter 82 schließt eine
Zeitkonstante ein, die eingestellt wird zwischen 1 bis 5 s in Abhängigkeit
von den speziellen Charakteristika des Führerhaussystems. Das gefilterte
und integrierte Differenzsignal kann dann normiert werden etwa derart,
dass 0 das minimale und 1 das maximale Signal von den Sensoren repräsentiert.
Dieses normierte, integrierte und gefilterte Δ-Positionssignal (die normierte
und konditionierte Δ-Position) wird
dann eingesetzt, um einen Stromwert von einer Nachschlagtabelle,
wie der in 21 gezeigten,
herauszunehmen, wobei die Spalte A die gefilterte Differenz (normierte
und konditionierte Δ-Position)
und die Spalte B den normierten Stromwert repräsentieren würden. Der normierte Stromwert
würde multipliziert
mittels einer geeigneten Verstärkung,
um das Schlingerbewegungssteuersignal zu erhalten, welches beiden
Dämpfern 28a, 28a' (z. B. 3) bereitgestellt wird.
Wahlweise könnte
das normierte und konditionierte Δ-Positionssignal eingesetzt
werden in einer Gleichung zur Ableitung des Schlingerbewegungssteuersignals.
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Die 13 illustriert die Zeitdomänenaufzeichnung
der Verschiebung an den Stellen der Sensoren 30a, 30a', wenn kein
Schlingerbewegungsereignis an das Führerhaus angelegt wird. Die
Kurve 41 gibt die Auslenkung am rechten Sensor 30a an und
die Kurve 41' zeigt
die Auslenkung am linken Sensor 30a' (3).
Die 14a zeigt die Divergenz
der Kurve 41, 41' der
Auslenkung, wenn ein Schlingerbewegungsereignis eingetreten ist.
Speziell zeigen die Werte eine im Gegenuhrzeigersinn gerichtete
Schlingerbewegung des Führerhauses 22 (3). Die 14b ist eine entsprechende Zeitdomänenaufzeichnung
der aktuellen digitalisierten Sensorwerte, die in einem Bereich
von einem minimalen Widerstandswert von 0 bis zu einem maximalen
Wert von 255 liegen.
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Die 15a illustriert ein Profil,
welches die Schlingerbewegung steuert basierend auf den Eingängen von
einem Seitenaccelerometer, wie etwa dem Seitenaccelerometer 44 (2), 44a (3). Beispielsweise wird
die Seitenbeschleunigung von dem Accelerometer 44 gefiltert
durch den Anti-Aliasierungsfilter 83'. Das Erregungssignal wird konvertiert
innerhalb eines A/D-Konverters und dann durch einen integrierenden
Filter 82' hindurch
geleitet entsprechend der Darstellung in 15b. Wahlweise kann das Signal dann normiert
werden. Sein entsprechender Ausgangswert wird extrahiert aus einer Nachschlagtabelle,
wie sie etwa in 21 gezeigt
ist, wobei die Spalte A die normierte und konditionierte Seitenbeschleunigung
und die Spalte B den normierten Strom darstellen. Wiederum wird
ein Nullband eingesetzt, um die Reaktion auf kleine Werte der normierten
und konditionierten Beschleunigung zu begrenzen.
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Die 16a beschreibt ein Profil,
welches eingesetzt wird zur Steuerung der Schlingerbewegung, wenn
die Signale von den optionalen Vertikalbeschleunigungssensoren 40', 40'' (2)
zum Einsatz kommen, um den Anfang der Führerhausschlingerbewegung abzuleiten.
Das rechte und das linke Signal von dem rechten und dem linken Sensor 40', 40'' (2)
werden gefiltert durch Anti-Aliasierungsfilter 83'', 83a'' entsprechend
der Darstellung in 16b und
dann durch einen A/D-Konverter geleitet. Die gefilterten und digitalisierten
Signale werden dann in einer Subtraktionsverbindung 81' subtrahiert, um
ein gefiltertes Beschleunigungsdifferenzsignal abzuleiten. Das gefilterte
Differenzsignal wird dann durch einen integrierten Filter 82'' geleitet, um DC-Komponenten zu
entfernen. Die Zeitkonstante würde
eingestellt zwischen 1 bis 5 s in Abhängigkeit von dem speziellen
Führerhaussystem.
Die integrierten und gefilterten Vertikal-Δ-Beschleunigungswerte werden dann vorzugsweise
normiert, derart, dass 0 das minimale und 1 das maximale Signal
von den Sensoren repräsentieren.
Dieses normierte und konditionierte Δ-Beschleunigungssignal wird
dann eingesetzt, um einen normierten Stromwert aus der Nachschlagtabelle
zu entnehmen, wie etwa derjenigen, wie sie in 21 gezeigt ist, wobei die Spalte A die normierten
und konditionierten Δ-Beschleunigungswerte
und die Spalte B den normalisierten Stromwert repräsentieren
würden.
Der Stromwert würde
multipliziert durch eine entsprechende Verstärkung, um das Schlingerbewegungssteuersignal
zu erhalten, welches bei den Dämpfern 28, 28' (2) zur Verfügung gestellt
wird. Wahlweise könnte
das normierte und konditionierte Δ-Beschleunigungssignal
in einer Gleichung eingesetzt werden, um das Schlingerbewegungssteuersignal
abzuleiten.
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Die 17 erläutert die Zeitdomänenaufzeichnung
der Beschleunigungssignale an den Stellen der Vertikalbeschleunigungssensoren 40', 40'', wenn kein Schlingerbewegungsereignis
an das Führerhaus
angelegt wird. Die Kurve 41a zeigt die Beschleunigung am
rechten Sensor 40' und
die Kurve 41a' zeigt
die Beschleunigung am linken Sensor 40'' (2). Die 18 erläutert die Divergenz der Beschleunigungskurven 41a, 41a', wenn ein Schlingerbewegungsereignis
angetroffen wird, wobei die Δ-Beschleunigung
die Differenz repräsentiert.
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Die 19a illustriert ein repräsentatives normiertes
Drosselpositionssensorsignal über
die Zeit, das einen Fahrer repräsentiert,
der beschleunigt und das Getriebe schaltet. Dieser Typ einer raschen Beschleunigung
durch den Fahrer kann ein Kränken bewirken
in Abhängigkeit
von der Position des Schlingerbewegungszentrums des Fahrzeuges,
dessen Getriebe, der beförderten
Last usw. Dementsprechend kann ein Führerhauskränken (ein Typ der Stampfbewegung)
minimiert werden durch einen Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Im besonderen dann, wenn ein Fahrer rasch beschleunigt durch schnelles
Betätigen
des Gaspedals sendet der Drosselsensor 48–48c (1–5)
ein Signal zur Steuerung. Beispielsweise wird ein Drosselpositionssignal von
dem Drosselsensor (z. B. 48) zunächst gefiltert durch einen
Anti-Aliasierungsfilter (AAF) 83''', dann digitalisiert
durch einen A/D-Konverter,
dann integriert in einen Digitalintegrationsfilter 82''' mit
einer Zeitkonstante zwischen 1–5
s (ausgewählt
basierend auf der Führerhauskinematik
und -dynamik). Das Signal wird dann weiter multipliziert mit einem
Faktor entsprechend der Darstellung in 19 und wird dann vorzugsweise normiert.
Vorzugsweise wird die Geschwindigkeitssensorinformation von dem
Geschwindigkeitssensor 32 durch eine Funktion hindurchgeleitet
(Gleichung, Nachschlagetabelle usw.), um einen Multiplikationsfaktor
zu bestimmen, welcher variiert als Funktion der Geschwindigkeit
in Block 85. Dieser Multiplikationsfaktor wird multipliziert
mit dem gefilterten und integrierten Drosselsensorsignal derart,
dass das Kränkungssteuersignal
effektiv deaktiviert wird für
eine hohe Geschwindigkeit, jedoch aktiviert wird bei einer niedrigen
Geschwindigkeit. Vorzugsweise beginnt der Multiplikationsfaktor bei
einer niedrigen Geschwindigkeit und fällt ab auf 0 bei hohen Geschwindigkeiten.
Das normierte, multiplizierte, gefilterte und integrierte Signal
kommt dann zum Einsatz, um einen entsprechenden Wert aus einer Nachschlagtabelle,
wie sie in 21 gezeigt
ist, zu entnehmen, wobei die Spalte A die normierte und konditionierte
Drosselposition und die Spalte B den normierten Strom repräsentieren.
Das sich ergebende Profil einschließlich des Nullbandes ist in 19c dargestellt.
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Die
Steuerung des Stampfens aufgrund eines Bremsvorganges würde in einer ähnlichen
Weise verlaufen wie die Kränkungssteuerung
entsprechend der Darstellung in den 20a und 20b. Das Bremssensorsignal
von dem Bremssensor (z. B. 46) wird gefiltert durch einen
Anti-Aliasierungsfilter 83b und dann integriert in einem
Digitalintegrationsfilter 82b. Das Signal würde dann
vorzugsweise normiert. Das normierte und konditionierte Signal kann
dann zum Einsatz kommen, um aus einer Nachschlagtabelle das Stromsignal
zu entnehmen, wie etwa aus der Nachschlagtabelle, wie sie die 21 zeigt, wobei die Spalte
A den normierten und gefilterten Bremsdruck und die Spalte B den
normierten Strom repräsentieren
würden.
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Während verschiedene
Ausführungsformen einschließlich der
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden sind, sind
verschiedene Modifikationen, Abänderungen, Änderungen
und Anpassungen zum vorerwähnten
möglich,
ohne den Rahmen der Erfindung wie sie in den beigefügten Zeichnungen
definiert ist, zu verlassen. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen,
Abänderungen
und Änderungen
als Teil der vorliegenden Erfindung anzusehen sind.