SE461140B - Anordning foer raeknarstoedd, av vaegbanan beroende reglering av daemporgan i en fordonsfjaedring - Google Patents

Description

461 140 Därvid regleras dämparna i motsvarighet till storleken av acce- leratíonen liksom storleken av avståndet, nämligen på sådant sätt att den faktiska accelerationen hos karosseriet ändras i riktning mot ett börvärde, vilket är beroende av storleken av avståndet.

I GB-PS 16 04 416 beskrivs ett system med hydropneu- matiska hjulupphängningar. Dessas reglering sker i beroende av signalerna från givare för hydraulíktrycket liksom givare för relativhastigheten mellan hjulet eller axeln och karosseriet.

Därvid får man möjlighet till att reglera dämpningen av de hydro- pneumatiska hjulupphängningarna i motsvarighet till en förut- lxætäüfir relation mellan tryck och hastighet. men i denna patentskrift icke närmare beskriven DB-A 34 26 014 visar en anordning med accelerations- givare på karosscriet liksom på hjulupphängningarna. Signalerna från dessa givare bearbetas i en räknare som reglerar dämparna i fordonsfjädringen. Därvid skall man särskilt uppnå en speciellt liten dämpning om hjul och karosseri rör sig i samma riktning, dvs. utsätts för en acceleration i samma riktning. Detta är framförallt önskvärt om dessutom hastigheten hos hjulaxeln är större än den för karosseriet därför att i denna svängningsfas kan vid en alltför stark dämpning rörelsen hos karosseriet ytterligare förstärkas.

Föreliggande uppfinning avser nu att åstadkomma en sådan förbättring av en av vägbanan beroende, räknarstödd reg- lering av dämparna i en fordonsfjädring att dämparna kan inställas optimalt under praktiskt taget alla tänkbara körbetingelser, varvid särskilt skall tas hänsyn till om och eventuellt i vilken mån genom vägbanans ojämnheter kan inítieras svängningar inom karosseriets och/eller axlarnas resonansomráden.

Detta uppnås enligt uppfinningen vid en anordning av det inledningsvis nämnda slaget i huvudsak genom att utvärderings- eller räknarkretsen är anordnad att omforma givarsignalerna till signaler, av vilka en motsvarar höjdmedelvärdet för vägbanans ojämnheter tillsammantagna och en motsvarar det som vågighet betecknade förhållandet mellan de var för sig besüàfla höjdmedel- värdena för de lángvågiga respektive de kortvàgiga vägbane- ojämnheterna, och att ur dessa signaler medelst ytkarakteristikor 3 461 14Û bilda omställningssignalerna för reglersystemet till dämparna på sådant sätt att stryptvärsnittet och/eller ventilstängnings- trycket uppfyller följande funktioner: P = ao F = bo + b1H + b2 + a1H + azw + a3H w w + b3H w varvid ao till a3 och bo till b3 är förutbestämbara konstanter.

Tack vare uppfinningen kan man nu ta hänsyn till att med avseende på smá karosserirörelser är det principiellt önskvärt med en relativt stark dämpning vid svängningar inom karosseriresonansområdet men en svag dämpning vid svängningar i axelresonansomrâdet. Om svängningarna i karosseriresonansomràdet kraftigt överväger är värdet på vàgigheten w stort, vid starkt övervägande svängningar inom axelresonansomràdet har vágigheten w i stället ett làgt värde. Enligt uppfinningen anordnar man nu så att dämparna blir hårdare eller mjukare i motsvarighet till den stigande eller sjunkande nivån hos vågigheten, nämligen genom att stryptvärsnittet eller ventilstängningstrycket och företrädes- vis båda dessa varieras i riktning mot en hårdare dämpning (minskat strflxwärsnitt, ökat stängningstryck) eller mjukare dämpning (ökat stryptvärsnitt och minskat stängningstryck). Därvid utgör det en särskilt fördel hos uppfinningen att speciellt stängnings- trycket blir beroende också av produkten mellan medelhöjden för vägbanans ojämnhctcr och vâgighcten, dvs. förhållandet mellan de långvågiga och kortvågiga ojämnheterna i vägbanan.

För att dels bestämma höjden av ojämnheterna i väg- banan eller åstadkomma en signal som återger denna höjd och dels bestämma vågigheten uflx:iordningställa motsvarande signaler före- slås vid en föredragen utföringsform av uppfinningen att både på karosseriet och en av hjulaxlarna eller hjulupphàrmingarna är anonhmd en accelerationsgivare, vars utsignaler i och för alstrande av en signal som återger höjden pá den momentant passerade ojämnheten i vägbanan korrelerar dessa.medvanæm&arxh ~additivt med den i en integreringskrets alstrade dubbelinter- gralen med avseende på tiden för utsignalen från den vid hjulupp- hängningen eller hjulaxeln anordnade accelerationsgivaren och att ur 461 140 4 ojämnheter återgivande utsignalerna från summeringssteget i räknaren bildas en mot höjdmedelvärdet och vágigheten hos ojämn- \k. » heterna i vägbanans svarande signal.

Därvid underkastas de tidsmässigt på varandra följande signalerna, som återger den respektive höjden hos ojämnheterna i körbanan, företrädesvis en direkt expxæntkfll medelvärdes- beräkning i räknaren i och för bildande av den mot höjdmedel- värdet svarande signalen och parallellt därmed för bildande av den mot vägigheten svarande signalen förs de förstnämnda signal- erna via ett för frekvensområdet föraxelresonansen hos fordonet genomsläppligt högpassfilter och parallellt därmed också till ett för frekvensområdet för karosseríresonansen genomsläppligt lågpassfilter, vars utsignaler likaså medelvärdesbestäms expo- nentiellt och sedan i ett divisionssteg korreleras med varandra för utförande av en division.

I detta sammanhang är det lämpligt att man för den exponentiella medelvärdesbildningen för de motsvarande signalerna till ett kvadreringssteg vars utgång via ett ingångsmotstánd är förbunden med ingången till ett summeringssteg, vars andra in- gång är återkopplad med utgången via ett motstånd, som är något större än ingångsmotståndet och efter vilket är kopplat ett rot- utdragningssteg.

För att möjliggöra en snabb reaktion pá växlande väg- baneförhàllanden är det lämpligt att den till hjulupphängningen eller en av hjulaxlarna hörande accelerationsgivaren vid höger trafik är anordnad i närheten av det högra och vid vänstertrafiken i närheten av det vänstra framhjulet.

Därutöver skall den på karosseriet anordnade accelera- tionsgivaren vara anordnad i den främre delen av fordonet. Be- träffande övriga föredragna särdrag hos uppfinningen hänvisas till de efterföljande underkraven.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken fig. 1 visar ett tvåmassesystem, som pá ett modellartat sätt representerar ett fordon, fig. 2 är ett diagram, som i starkt förenklad form återger beroendet hos den medelvärdesbestämda ojämnhetshöjden av alstringsfrekvensen ' eller våglängden hos ojämnheterna, fig. 3 är ett diagram som visar 461 140 förbiledningstvärsnittet i beroende av effektivvärdet av höjden av ojämnheterna i vägbanan liksom vágigheten, fig. 4 är ett mot- svarande diagram över stängningstrycket, fig. 5 är en schematisk vy av ett fordon med dämparreglering enligt uppfinningen och fig. 6 är ett kopplingsschema för en anordning för alstrande av signaler vilka dels representerar höjdmedelvärdet för ojämnheterna och dels förhållandet mellan långvàgiga och kortvàgiga ojämnheter.

Såsom framgår av fig. 1 kan ett fordon förenklas till en av tvâ massor bestående modell med karosserimassan mA och hjul- massan mR. Därvid är mellan karosserimassan mA och hjulmassan m anordnad en fjäder med fjäderkonstanten cA liksom parallellt R därmed en dämpare med dämpningsmotståndet kA. hjulmassan mR är avfjädrad gentemot underlaget med hjälp av däcken. Detta be- tecknas med hjälp av däckfjädern med fjäderkonstanten cR. Gentemot en referensnivà har en vägojämnhet höjden h och karosserimassan mA liksom hjulmassan mR har ett vertikalt avstánd« zA respektive z från denna referensnivà. För de pà karosseriet respektive ka- R rosserimassan mA verkande krafterna gäller: mA;A + kA(åA - åR) + cA(zA - ZR) = 0 (I) För dem på hjulen respektive hjulmassan mR verkande krafterna gäller: - k (å -á > m ZR A A R " °A(ZA - z ) + c z = c h (II) R R R R R Genom addition av ekvationerna I och II och upplösning med avseende pá h erhålls då för ojämnhetshöjden h n = ZR + (mAäà + mRšR>/CR (111) Följaktligen kan ojämnhetshöjden h bestämmas ur karosseri- accelerationenen åA liksom ur hjulaccelerationen ER, varvid mæiskall beakta att avståndet zR för hjulmassan mR från referensniván kan bestämmas genom en dubbelintegrering av hjulaccelerationen z med avseende på tiden i enlighet med följande: R 2 ZR ñf/'ZRÖÉ . (IV) Om man nu uppritar ojämnheterna h i beroende av tiden t 461 140 så skulle man få en kurva som låter sig beskrivas såsom en additiv överlagring av svängningar med olika frekvens och [asläge eller som en additiv överlagring av sinuskurvor medolika våglängd och faslägen.

Ur tidsförloppet för ojämnheterna h (t) kan nu ut- filtreras tre för ínitieríng av fordonssvängningar i huvudsak intressanta frekvensomrâden, nämligen 0,5 - 20 Hz, i vilket omrâde ligger hjulaxel- och karosseriresonans, 0,5 - 2 Hz, i vilket område ligger karosseriresonansen och 8,0 - 20 Hz, i vilket område axelresonansen ligger.

I dessa tre frekvensområden fastställer man var för sig de medelvärdesberäknade effektivvärdena H före ojämnhetshöjderna h.

Denna effektivvärdesbildning sker exponentiellt. glidande med fritt Valbar medelvärdesvaraktighet Tm enligt följande: \ _JåT_L_ _Å%t_ 2 e m t(i-1) 2 m h ti(1 - e ) + H 'CE ll ti (V) Därvid utgör ti med ett tidsintervall av exempelvis A.t = 10 ms enligt en avkänningsfrekvens av 100 Hz på varandra följande tidpunkter. Den visade exponentiella medelvärdesberäk- ningen är fördelaktig därför att härvid ingår de respektive sist avkända värdena med förstärkning i medelvärdesbildningen.

Medelvärdet blir härigenom alltid aktuellt och motsvarar på ett väl reproducerbart sätt den momentana vägproíilen. Aktuali- teten hos medelvärdet blir därmed klart bättre än vid en i och för sig möjlig linjär medelvärdesbestämning.

Enligt fig. 2 bildar de medelvärdesbestämda effektiv- värdena H för ojämnheterna i vägbanan räta linjer vid grafisk framställning i beroende av alstringsfrekvensen respektive våg- längden hos vägbaneojämnheterna vid användning av en dubbel- logaritmisk skala. Detta är liktydigt med att làngvàgiga ojämnheter i spektrumet för vägojämnheterna har större amplituder än kort- vâgiga ojämnheter.

Pig. 2 återger nu förhållandena för tre godtyckligt 7 valda vägbanor, vars ojämnhetsspektra representeras èaräsfjfxo rät linje. Därvid kan varje linje på omvändbart entydigt sätt visas medelst två parametrar, nämligen det medelvärdesbestämda effekttivvärdet för frekvensområdet mellan 0,5 och 20 Hz liksom vågighetsstorleken w vilket kan definieras som kvoten mellan det medelvärdesbestämda effektivvärdet för vägbanans ojämnheter inom frekvensbandet mellan 0,5 och 2 Hz och det medelvärdes- bestämda effektivvärdet för vägbanans ojämnheter inom frekvens- bandet mellan 8 och 20 Hz. Vàgighetsmåttet w motsvarar tydligt stigningen hos de räta linjerna i fig. 2. För övrigt utvisar vàgighetsmåttet w vilket förhållande som råder mellan initiering av karosseriresonanserna och av axelresonanserna vid den respektive körhastigheten och den aktuella ojämnhetsprofilen hos vägbanan.

Lämpligen måste hastigheten hos fordonet icke bestämmas för sig eftersom inom det aktuella frekvensbandet ojämnheterna i vägbanan med olika långa våglängder blir verksamma i beroende av hastig- heten.

Fig. 3 och 4 visar nu de lämpliga inställningarna av stryptvärsnittet F liksom av stängningstrycket P för fordons- dämparna i beroende av det medelvärdesbestämda effektivvärdet H för höjden av vägbaneojämnheterna liksom i beroende av vàgighets- måttet w. Därvid har vid praktiska försök konstaterats att ett linjärt samband mellan dämparinställningarna och effektivvärdena för ojämnhetshöjderna leder till de subjektivt bästa resultaten.

För förverkligande av de ovan beskrivna sambanden är enligt fig. 5 vid framaxeln till ett fordon, som gentemot fordonets karosseri är uppburen medelst en fjädring med fjäder- konstanten cA, anordnad- en accelerationsgivare 1 och vid den främre delen av fordonskarosseriet en accelerationsgivare 2 för att detektera hjulaecelerationen zR liksom karosseriaceelerationen z i beroende av tiden t. Dessa signaler bearbetas sedan medelst räknaren till omställningssignaler för ett hydrauliskt reglersystem 3, nämligen pá sådant sätt att dämpningsmotståndet kA för stöt- dämparen 4 anpassas till de aktuella vägbaneförhållandena genom att en utsignal F reglerar stryptvärsnittet och utsignalerna pz och pD reglerar stängningstrycket för en stryp- och ventilanordning i förbiledningen till stötdämparen 4 vid drag- respektive tryck- påkänningar.

Fig. 6 visar nu en digital kretsutformning med vars 461 140 hjälp signaler H och w kan alstas i beroende av utsignalerna från accelerationsgivarna 1 och 2, vilka signaler representerar det medelvärdesbestämda effektivvärdet för höjden av vägbanans ojämnheter liksom det ovan definierade vågighetsmàttet.

Utsignalerna från accelerationsgivarna 1 och 2 kommer via förstärkare 5 och bandpassfilter 3, vilka släpper igenom svängningar mellan 0,5 och omkring 20 Hz, till en analog-digital- omvandlare 7, så att de hittills analoga signalerna kommer att föreligga i motsvarande digitaliserad form. Från analog-digital- omvandlaren 7 förs signalerna ;A, sun motsvarar karosseriaccelera~ tionen, via ett ingângsmotstånd A1=mA/cR till en ingång till ett additions- eller summeringssteg 8. Signalerna zR, som representerar hjulaccelerationen, förs dels via ett ytterligare ingångsmotstånd A2=mR/CR till en ytterligare ingång till summeringssteget 8 och dels till två integreringssteg 9 och 9' i seriekoppling, så att vid utgången av det sista integreríngssteget 9' föreligger en signal svarande mot avståndet zR för hjulet från ett referensplan. Pâ utgángssidan av summeringssteget 8 föreligger följaktligen vid varje tidpunkt p en signal h som svarar mot den aktuella ojämnhets- höjden hos vägbanan.

Denna signal förs till tre parallella kretsgrenar, vid vilka den dels över ett lågpassfilter 10 förs till ett kvadrerings- steg 11, dels via ett högpassfilter 12 förs till ett kvadrerings- steg 11' liksom direkt till ett kvadreringssteg 11".

Utgàngen från vart och ett av kvadreringsstegen 11, 11'och 11" leder via ett ingàngsmotstând A3=1-exp(1¿Ät/Tm) till en ingång av ett av de summeringssteg 13, 13' respektive 13", vars utgång via ett àterkopplingsmotstånd A4=exp(wAt/Tm) är återkopplad till den andra ingången hos det respektive summeringssteget 13, 13' respektive 13"l Vid utgången från summeringsstegen 13, 13' och 13" erhålls sålunda signaler, som motsvarar kvadraten på det i ekva- tionen V angivna medelvärdet för den effektiva höjden hos väg~ banans ojämnheter, varvid utgången från summeringssteget 13 alstar kvadraten på effektivvärdet för ojämnheterna, som initierar kanxßeri- resonansen, medan vid utgången från summeringssteget 13' kan ut- hämtas kvadraten på effektivvärdet för sådana ojämnheter, vilka 9 461 140 initierar axelresonansen. Vid utgången från summeringssteget 13" finns den över hela ojämnhetsspektrumet (inom frekvensbandet mellan 0,5 och 20 Hz) medelvärdesbestämda kvadratcn på effektiv- värdet hos vägbanans ojämnheter.

Utgángarna från summringsstegen 13 och 13' leder sedan till ingångarna hos ett divisionssteg 14, som på utgàngssidan följaktligen alstar en mot kvadraten på vågighetsmåttet w svarande signal. Utsignalerna från summeringssteget 13" liksom divisions- steget 14 förs därefter till varsitt rotutdragningssteg 15, vars utgångar leder till en avkodningskrets 16, som i beroende av de vid ingången föreliggande signalerna alstar utsignaler F,pZ och pD som sedan enligt fig. 5 kan tjäna till reglering av dämparen 4.

Till skillnad från den i fig- 6 visade utföringsformen kan summeringsstegen 13, 13' och 13" också vara förbundna med olika ingångs- och áterkopplingsmotstånd A A * respektive A3** 3' 3 liksom även A4, A * respektive A **,så att medelvärdena bildas över olika mcdelvärdesvaraktigheâer Tm, Tm* och Tm** (jämför ekvation V).

För övrigt är det också möjligt att istället för det visade utförandet inom analogtekniken åstadkomma en motsvarande anordning i digitalteknik och detta föredrar man med hänsyn till reproducerbarheten hos resultaten vid växlande inflytanden från omgivningen.

Den speciella fördelen hos uppfinningen ligger däri att med mycket små konstruktiva åtgärder kan uppnås en till den aktuella körbaneprofilen liksom även till den aktuella körhastig- heten optimalt anpassad dämpning.

Utsignalerna från accelerationsgivarna på hjulaxlarna och karosseriet innehåller exakta, av uppfinningen utnyttjade informationer om den aktuella vägbanan. Den spektrala samman- sättningen hos utsignalerna ändrar sig med körhastígheten, dvs. ojämnheten med förutbestämd våglängd i rummet medför alltefter körhastigheten utsignaler med olika frekvens. Då låga och höga frekvenser enligt uppfinningen bearbetas var för sig - medelst hög- och lâgpassfilter - tar man också nödvändigtvis hänsyn till att beroende på körhastigheten leder körbaneojämnheter med olika våglängder i rummet liksom i regel olika höjd till svängningar

Claims (8)

461 140 10 inom resonansomràdena för hjulaxlarna eller karosseriet. Också kritiska förarmanövrer såsom exempelvis abrupta styr- eller bromsmanövrer tar man tvàngsvis hänsyn till då dessa leder till liknande signaler som de som alstras av kraftiga vägbane- ojämnheter och som medför svängningar i området för karosseri- resonansen. I motsvarighet härtill förstyvas dämpningen vid kritiska situationer eller då karosseriet råkar i svängningar i längd- och tvärriktningen. _De i fig. 6 visade filtren 7, 10 och 12 kan ha en upp- byggnad son framgàr av sid. 9 i DE-A 3316011. P a t e n t k r a v

1. Anordning för räknarstödd, av vägbanan beroende reglering av dämporganen i en fordonsfjädring och med vid fordonet anbragta givare, som avger för vägbanans ojämnheter karaktäristiska elek- triska signaler, en utvärderingskrets; avsedd att mottaga givar- signalerna och därur alstra till medelvärdet av höjderna av de làngvàgiga och de kortvágiga ojämnheterna i vägbanan olika av- stämda omställningssignaler för dämparna, och med dämpare, som uppvisar minst två via en reglerbar förbiledning med varandra kommunicerande kamrar, av vilka den ena minskas vid infjädríng och den andra vid utfjädring och i vars förbiledningar är an- ordnade medelst omställningssignalenæzfrån utvärderingskretsen reglerbara stryp- och/eller ventilanordningar med reglerbara stryp- tvärsnitt och/eller reglerbara ventilstängningstryck, k ä n n e- t e c k n a d a v att utvärderings- eller räknarkretsen är an- ordnad att omforma givarsignalerna (EA, ÉR) till signaler av vilka en motsvarar höjdmedelvärdet (H) för vägbanans ojämheter till- sammantagna och en motsvarar det som vågighet (w) betecknade för- hållandet mellan de var för sig bestämda höjdmedelvärdena för de långvàgiga respektive de kortvágiga vägbaneojämnheterna, och att ur dessa signaler medelst ytkarakteristikor bilda omställnings- signalerna för reglersystemet (3) till dämparna (4) på sådant sätt att stryptvärsnittet (F) och/eller ventilstängningsstycket (P) uppfyller följande funktioner: P = a0+a1H + azw + 3351 w H 461 140 F = bo + b1H + bzw + b3H w .varvid ao till a3 och bo till b3 är förutbestämbara konstanter.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att vid karosseriet (mA) liksom vid ett hjulbärorgan eller en hjulaxel (mR) är anordnad en accelerationsgivare (1, 2) vars ut- signaler (ZA, ER) för alstrande av en för höjden (h) hos en momentant passerad vägbaneojämnhet representerande signal korre- leras med varandra och additivt med en i ett integreringssteg (9, 9') alstrad dubbelintegral med avseende på tiden av ut- signalen (äR) från en vid hjulbärorganet eller hjulaxeln (mR) anordnad accelerationsgivare (1) och att av dessa tidsmässigt på varandra följande och höjderna (h) hos vägbanans ojämnheter representerande utsignaler hos summeringssteget (8) i räknaren är avsett att bildas en signal som svarar mot höjdmedelvärdet (H) och vågigheten (w) hos vägbanans ojämnheter.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e- t e c k n a d a v att de tidsmässigt på varandra följande och den aktuella höjden (h) hos vägbanans ojämnheter representerande signalerna i räknaren underkastas en direkt exponentiell medel- värdesbestämning för bildande av höjdmedclvärdet (H) och förs därmed parallellt i och för bildande av en mot vågigheten (w) svarande signal via en inom frekvensområdet för axelresonansen hos fordonet genomsläppligt högpassfilter (12) och dessutom paral- lellt via en i frekvensområdet för karosseriresonansen genomsläpp- ligt lågpassfilter, vars utsignaler likaså medelvärdesbestäms ekponentíellt och sedan korreleras med varandra i ett divisions- steg (14) i ändamål att divideras med varandra.

4. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k- n a d a v att för exponentiell medelvärdesbildning förs de mot- svarande signalerna till ett kwadreringssteg (11, 11',11"), vars utgång via ett ingângsmotstànd (A3) är förbunden med en ingång till ett summeringssteg (13, 13', 13"), vars andra ingång är återkopplad med utgången via ett motstånd (A4), som är något större än ingángsmotståndet (A3) och efter vilket är anslutet 461 140 12 ett rotutdragningssteg (15).

5. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k- n a d a v att divisionssteget (14) är inkopplat mellan summerings- stågen (13, 13') och rotutdragningssteget (15).

6. Anordning enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e- t e c k n a d a v att den till ett hjulbärorgan eller en hjul- axel hörande accelerationsgivaren U) är anordnad vid framaxeln eller ett bärorgan för ett framhjul.

7. Anordning- enligt något av patentkraven 1-6, k ä n n e- t e c k n a d a v att en till ett hjulbärorgan eller en hjul- axel hörande accelerationsgivaren (1) vid högertrafík är anordnad intill det högra och vid vänstertrafik intill det vänstra fram- hjulet.

8. Anordning enligt något av patentkraven 1-7, k ä n n e- t e c k n a d a v att den på karosseriet anordnade accelerations- givaren (2) är belägen i fordonets främre del. J)