WO1990014240A1 - Verfahren zur fahrwerksregelung - Google Patents

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Rainer Kallenbach
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    • B60G2600/18—Automatic control means
    • B60G2600/184—Semi-Active control means

Definitions

  • the invention relates to a method for chassis control, in particular for passenger and utility vehicles, in which - according to the type of the main claim - the chassis properties are changed by the control as a function of the respective sensor-determined driving state.
  • the chassis properties are optimized for a medium-sized operating case.
  • the properties are determined by the construction and - apart from signs of aging - remain unchanged during driving. Since this in extreme operating cases, for example when empty or fully loaded vehicle and / or extremely changing driving conditions (fast cornering, heavy braking or accelerating) may not meet high safety requirements, it is known to switch between different damper settings. An independent adjustment to different road conditions or driving styles in a fine adjustment is not possible since the damping properties are only adjusted in rough steps.
  • a damper which is active or semi-active.
  • the active damper has a cylinder which is divided into two working chambers by means of a piston.
  • the damper properties can be controlled by active pressure medium supply or by releasing the pressure medium.
  • a bypass which can be controlled in cross section.
  • the piston can have a valve which can be controlled in the passage cross section. In the semi-active system there is no active pressure medium flow control.
  • the method according to the invention shows the possibility of how, in a simple manner and without inertia, depending on the dynamics of the driving process, a chassis adjustment to the different requirements regarding driving comfort and driving safety can be made automatically. This is done by varying the controller parameters accordingly.
  • the respective transmission function of the controller is therefore adapted to the dynamics of the driving process, so that - in the case of uncritical driving conditions the greatest possible comfort and in critical driving conditions there is a tight chassis adjustment which serves to ensure safety.
  • the longitudinal and vehicle dynamics of the vehicle are preferably recorded for the detection of the driving state.
  • the longitudinal vehicle speed and / or the longitudinal vehicle acceleration is used to detect the longitudinal vehicle dynamics. From these parameters, which are characteristic of the longitudinal dynamics, an approximate value for the longitudinal tire forces can be determined. For example, an approximation of the longitudinal tire forces can be obtained by differentiating the vehicle speed.
  • To detect the vehicle transverse dynamics provision is preferably made to use the vehicle transverse acceleration and / or the yaw rate and / or the steering angle. An approximate value for the tire lateral forces can then be determined from the transverse vehicle dynamics.
  • the slip angle and the tire slip rigidity must be taken into account.
  • the approximate values of the longitudinal and lateral tire forces are used to determine the controller parameters.
  • the approximate values of the longitudinal and lateral tire forces can be converted into the controller parameters using a stored table of values or an arithmetic operation.
  • the overall system is characterized in that the controller parameters are fed to a controller of the control circuit, which receives as input variables one or more speeds of the vehicle body in the vertical direction and / or one or more spring travel of the chassis and with its Aus ⁇ gear size regulates the damping properties of at least one damper of the chassis.
  • the adaptation of the controller parameters to the respective driving state according to the invention enables coupling with almost any suspension control system, it being possible to use actuators which can be adjusted discretely or continuously. Critical driving maneuvers are recognized and lead to a chassis tuning which increases safety, the greatest possible comfort being present in uncritical situations.
  • simple and physically interpretable decision criteria for the characterization of the driving behavior and the adaptation of the controller parameters are fed to a controller of the control circuit, which receives as input variables one or more speeds of the vehicle body in the vertical direction and / or one or more spring travel of the chassis and with its Aus ⁇ gear size regulates the damping properties of at least one damper of the chassis.
  • FIG. 1 shows a block diagram which illustrates the method for chassis control according to the invention
  • Figure 2 is a diagram showing the comfort figure of a chassis as a function of the wheel load, wherein a limit curve is shown, the values of which can be assumed by varying the controller parameters of the chassis control.
  • the method according to the invention is to be explained on the basis of the block diagram in FIG.
  • Two measuring and evaluation devices 1 and 2 are provided, to which input variables 3 are fed and whose outputs 4 and 5 are connected to a conversion circuit 6.
  • the output 7 of the conversion circuit 6 is connected to a controller 8 to which input variables 9 are supplied and which has an output 10.
  • the controller 8 is part of a control circuit, not shown, of a chassis control of a motor vehicle.
  • the measuring and evaluation device 1 is a device that detects the longitudinal dynamics of the motor vehicle. Sensors are provided which determine the longitudinal vehicle speed and / or the longitudinal vehicle acceleration. In FIG. 1, the vehicle longitudinal velocity 11 is fed to the measuring and evaluation device 1 as an input variable 3. Differentiation can be used to obtain an approximate value for the longitudinal tire forces F_. The relationship applies:
  • mges denotes the mass of the vehicle and vL ⁇ the longitudinal velocity of the vehicle.
  • Other input variables 3 are supplied to the measuring and evaluation device 2. These are the steering angle 12, the yaw rate 13 and the vehicle lateral acceleration 14. Not all input variables may be required. The input variables 3 mentioned are also determined by suitable sensors. The measurement and evaluation device 2 forms an approximate value for the tire lateral forces F_ from the input variables 3.
  • the tire longitudinal forces F ⁇ and the tire lateral forces F_ are supplied to the conversion circuit 6.
  • the conversion circuit 6 is a stored value table which provides controller parameters RP at the output 7 as a function of the input variables, which are fed to the controller 8.
  • the input variables 9 are preferably given as Skyhook controller trained controller 8, the speed 15 of the body of the vehicle and the compression travel 16. The latter means the displacement of an axle of the motor vehicle relative to the chassis or body.
  • the controller provides a signal for the position of suitable actuators with which the chassis properties are coordinated. These can be active or semi-active dampers.
  • the chassis properties can be set in accordance with the respective operating state.
  • the controller parameters are set in uncritical driving conditions in such a way that there is a comfortable chassis design.
  • critical driving conditions a continuous transition to a safety-oriented design of the controller parameters is provided.
  • These critical driving conditions are thus recognized by the sensors of the measuring and evaluation devices 1 and 2 and the conversion circuit 6 is supplied with corresponding values for the longitudinal tire forces F and / or tire lateral forces F g .
  • Corresponding controller parameters RP are then output at the output 7 of the conversion circuit 6, which influence the controller 8 with regard to its transmission function in such a way that the signal output at the output 10 which controls the actuators of the undercarriage is a tauter one which serves to improve driving safety Chassis tuning.
  • the transition takes place from a comfort-oriented chassis design to the tight coordination mentioned above.
  • the return to higher driving comfort is also continuous.
  • FIG. 2 shows a limit curve for a semi-actively controlled system with sky hook control and frequency-dependent damping.
  • the comfort number KA provides information about the chassis tuning. The greater the comfort figure, the worse the comfort becomes; consequently, driving safety increases.
  • the wheel load RL which is plotted on the abscissa decreases. Arrow 17 thus shows the tendency of the limit curve shown for greater driving safety and arrow 18 shows the direction for greater driving comfort.
  • the values of the limit curve can be assumed by varying the controller parameters RP. It is therefore clear that the method according to the invention can be used to tune the chassis for greater safety or greater driving comfort by varying the controller parameters RP.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrwerksregelung von Fahrzeugen, insbesondere von Personen- und Nutzkraftwagen, bei dem die Fahrwerkseigenschaften in Abhängigkeit von dem jeweiligen sensorisch ermittelten Fahrzustand durch die Regelung verändert werden. Für eine Anpassung der Fahrwerksabstimmung an die unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrsicherheit wird vorgeschlagen, daß die Reglerparameter (RP) des Regelkreises in Abhängigkeit von der Dynamik des Fahrvorganges selbstätig verändert werden.

Description

Verfahren zur Fahrwerksreqelung
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrwerks- regelung, insbesondere von Personen- und Nutzkraft¬ wagen, bei dem - entsprechend der Gattung des Haupt¬ anspruchs - die Fahrwerkseigenschaften in Abhängig¬ keit von dem jeweiligen sensorisch ermittelten Fahr¬ zustand durch die Regelung verändert werden.
Bei den heute gebräuchlichen Fahrzeugtypen, insbeson¬ dere Personenkraftwagen, werden die Fahrwerkseigen¬ schaften auf einen mittleren Betriebsfall optimiert. Die Eigenschaften sind durch die Konstruktion festge¬ legt und bleiben - abgesehen von Alterungserschei¬ nungen - im Fahrbetrieb unverändert. Da diese in ex¬ tremen Betriebsfällen, beispielsweise bei leerem oder voll beladenem Fahrzeug und/oder sich extrem ändern¬ den Fahrzuständen (schnelle Kurvenfahrt, starkes Bremsen bzw. Beschleunigen) hohen Sicherheitsanforde¬ rungen ggf. nicht genügen kann, ist es bekannt, zwischen unterschiedlichen Dämpfereinstellungen umzu¬ schalten. Eine selbständige Einstellung auf ver¬ schiedene Fahrbahnzustände oder Fahrweisen in einer feinen Anpassung ist nicht möglich, da lediglich in groben Stufen eine Verstellung der Dämpfereigen¬ schaften erfolgt.
Ferner ist es bekannt, einer zwischen Achse und Chassis (Fahrzeugaufbau) angeordneten Feder einen Dämpfer parallel zu schalten, der aktiv oder semi¬ aktiv arbeitet. Der aktive Dämpfer weist ein Zylinder auf, der mittels eines Kolbens in zwei Arbeitskammern unterteilt ist. Durch aktive Druckmittelspeisung oder ein Ablassen des Druckmittels können die Dämpfereigenschaften gesteuert werden. Alternativ ist es bei einem semiaktiven System möglich, die Dämpfereigenschaften durch einen im Querschnitt steuerbaren Bypaß zu variieren. Beispielsweise kann der Kolben ein im Durchlaßguerschnitt steuerbares Ventil aufweisen. Beim semiaktiven System erfolgt keine aktive Druckmittelfluß-Steuerung.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Hauptan¬ spruch genannten Merkmalen zeigt demgegenüber die Möglichkeit auf, wie auf einfache Weise und träg¬ heitslos in Abhängigkeit von der Dynamik des Fahrvor¬ ganges eine Fahrwerksabstimmung an die unterschied- liehen Anforderungen hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrsicherheit selbstätig vorgenommen werden kann. Dieses erfolgt durch eine entsprechende Variation der Reglerparameter. Mithin wird die jeweilige Übertra¬ gungsfunktion des Reglers der Dynamik des Fahrvor¬ ganges angepaßt, so daß - bei unkritischen Fahrzu¬ ständen der größt mögliche Komfort und bei kritischen Fährzuständen eine der Sicherheit dienende, straffe Fahrwerksabstimmung vorliegt.
Vorzugsweise wird zur Fahrzustandserkennung die Fahr- zeugslängs- und Fahrzeugquerdynamik erfaßt.
Ausgehend von unkritischen Fahrzuständen erfolgt beim Auftreten kritischer Fahrzustände ein kontinuier¬ licher oder stufiger Übergang zu einer fahrsicher- heitsorientierten Auslegung der Reglerparameter. So¬ mit ist eine kontinuierliche Einflußnahme gegeben, die mittels entsprechend kontinuierlich verstellbarer Aktuatoren realisiert wird. Dabei kann das zuvor be¬ schriebene aktive oder semiaktive System eingesetzt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird zur Er¬ fassung der Fahrzeuglängsdynamik die Fahrzeuglängsge¬ schwindigkeit und/oder die Fahrzeuglängsbeschleuni¬ gung herangezogen. Aus diesen für die Längsdynamik charakteristischen Größen läßt sich ein Näherungswert für die Reifenlängskräfte ermitteln. So kann bei¬ spielsweise durch Differentiation der Fahrzeugge¬ schwindigkeit ein Näherungswert für die Reifenlängs¬ kräfte erhalten werden. Zur Erfassung der Fahrzeugquerdynamik ist vorzugs¬ weise vorgesehen, die Fahrzeugquerbeschleunigung und/oder die Giergeschwindigkeit und/oder den Lenk¬ winkel heranzuziehen. Aus der Fahrzeugquerdynamik läßt sich dann ein Näherungswert für die Reifen¬ seitenkräfte ermitteln. Hierbei sind gegebenenfalls der Schräglaufwinkel und die Reifenschräglaufsteifig- keit zu berücksichtigen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Näherungswerte der Reifenlängs- und Reifenseiten¬ kräfte zur Festlegung der Reglerparameter herange¬ zogen. Dabei kann die Umwandlung der Näherungswerte der Reifenlängs- und Reifenseitenkräfte in die Reg¬ lerparameter über eine gespeicherte Wertetabelle oder eine Rechenoperation erfolgen.
Das Gesamtsystem zeichnet sich dadurch aus, daß die Reglerparameter einem Regler des Regelkreises zuge¬ führt werden, der als Eingangsgrößen eine oder mehrere Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus in ver¬ tikaler Richtung und/oder einen oder mehrere Ein¬ federwege des Fahrwerks erhält und mit seiner Aus¬ gangsgröße die Dämpfungseigenschaften mindestens eines Dämpfers des Fahrwerkes regelt. Die erfindungs¬ gemäße Adaption der Reglerparameter an den jeweiligen Fahrzustand ermöglicht die Kopplung mit nahezu jedem Fahrwerkregelungssystem, wobei diskret oder kontinu¬ ierlich verstellbare Aktuatoren verwendet werden kön¬ nen. Kritische Fahrmanöver werden erkannt und führen zu einer die Sicherheit erhöhenden Fahrwerksabstim¬ mung, wobei in unkritischen Situationen der größtmög¬ liche Komfort vorliegt. Überdies werden einfache und physikalisch interpretierbare Entscheidungskriterien für die Charakterisierung des Fahrverhaltens und die Adaption der Reglerparameter gegeben.
Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild, das das erfindungsge¬ mäße Verfahren zur Fahrwerksregelung ver¬ deutlicht und
Figur 2 ein Diagramm, das die Komfortziffer eines Fahrwerks in Abhängigkeit von der Radlast zeigt, wobei eine Grenzkurve dargestellt ist, deren Werte durch Variation der Reglerparameter der Fahrwerkregelung ange¬ nommen werden können.
Anhand des Blockschaltbilds der Figur 1 soll das er¬ findungsgemäße Verfahren erläutert werden. Es sind zwei Meß- und Auswerteeinrichtungen 1 und 2 vorge¬ sehen, denen Eingangsgrößen 3 zugeführt werden und deren Ausgänge 4 und 5 mit einer Umsetzschaltung 6 verbunden sind. Der Ausgang 7 der UmsetzSchaltung 6 ist an einen Regler 8 angeschlossen, dem Eingangs¬ größen 9 zugeführt werden und der einen Ausgang 10 aufweist. Der Regler 8 ist Bestandteil eines nicht dargestellten Regelkreises einer Fahrwerksregelung eines Kraftfahrzeuges.
Bei der Meß- und Auswerteeinrichtung 1 handelt es sich um eine die Längsdynamik des Kraftfahrzeuges er¬ fassende Einrichtung. Es sind Sensoren vorgesehen, die die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und/oder die Fahrzeuglängsbeschleunigung ermitteln. In der Figur 1 wird der Meß- und Auswerteeinrichtung 1 als Eingangs¬ größe 3 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit 11 zuge¬ führt. Durch Differentiation läßt sich hieraus ein Näherungswert für die Reifenlängskräfte F_ erhalten. Es gilt die Beziehung:
Figure imgf000008_0001
wobei mges die Masse des Fahrzeuges und vLτ die Fahr- zeuglängsgeschwindigkeit bezeichnet.
Demgemäß steht am Ausgang 4 der Meß- und Auswerteein¬ richtung 1 ein Näherungswert für die Reifenlängs- kräfte FL zur Verfügung.
Der Meß- und Auswerteeinrichtung 2 werden andere Ein¬ gangsgrößen 3 zugeführt. Es handelt sich hierbei um den Lenkwinkel 12, die Giergeschwindigkeit 13 und die Fahrzeugquerbeschleunigung 14. Gegebenenfalls sind nicht alle Eingangsgrößen erforderlich. Die genannten Eingangsgrößen 3 werden ebenfalls durch geeignete Sensoren ermittelt. Die Meß- und Auswerteeinrichtung 2 bildet aus den Einganggrößen 3 einen Näherungswert für die Reifenseitenkräfte F_.
Die Reifenlängskräfte Fτ und die Reifenseitenkräfte F_ werden der Umsetzschaltung 6 zugeführt. Bei der Umsetzschaltung 6 handelt es sich um eine ge¬ speicherte Wertetabelle, die am Ausgang 7 in Ab¬ hängigkeit von den Eingangsgrößen Reglerparameter RP zur Verfügung stellt, die dem Regler 8 zugeführt wer¬ den. Als Eingangsgrößen 9 erhält der vorzugsweise als Skyhook-Regler ausgebildete Regler 8 die Geschwindig¬ keit 15 des Aufbaues des Fahrzeuges und den Einfeder¬ weg 16. Unter letzerem ist der Verlagerungsweg einer Achse des Kraftfahrzeuges relativ zum Chassis bzw. zum Aufbau zu verstehen. An seinem Ausgang 10 stellt der Regler ein Signal zur Stellung geeigneter Aktua- toren zur Verfügung, mit denen die Abstimmung der Fahrwerkseigenschaften vorgenommen wird. Es kann sich hierbei um aktiv oder semiaktiv arbeitende Dämpfer handeln.
Durch die Fahrzustandserkennung der Meß- und Aus¬ werteeinrichtungen 1 und 2 lassen sich in Verbindung mit semiaktiven oder aktiven Fahrwerksregelungen die Fahrwerkseigenschaften nach Maßgabe des jeweils vor¬ liegenden Betriebszustandes einstellen.
Dabei erfolgt eine Einstellung der Reglerparameter in unkritischen Fahrzuständen derart, daß eine kom¬ fortable Fahrwerksauslegung vorliegt. In kritischen Fahrzuständen ist ein kontinuierlicher Übergang zu fahrsicherheitsorientierter Auslegung der Reglerpara¬ meter vorgesehen. Mithin werden diese kritischen Fahrzustände durch die Sensoren der Meß- und Aus¬ werteeinrichtungen 1 und 2 erkannt und der Umsetz- Schaltung 6 entsprechende Werte für die Reifenlängs¬ kräfte F und/oder Reifenseitenkräfte Fg zugeführt. Am Ausgang 7 der Umsetzschaltung 6 werden dann ent¬ sprechende Reglerparameter RP ausgegeben, die den Regler 8 derart im Hinblick auf seine Übertragungs¬ funktion beeinflussen, daß das am Ausgang 10 ausge¬ gebene, die Aktuatoren des Fahrwerks steuernde Signal eine der Fahrsicherheit dienende, straffere Fahr¬ werksabstimmung vornimmt. Dabei erfolgt der Übergang von einer komfortorientierten Fahrwerksauslegung zu der genannten straffen Abstimmung kontinuierlich. Die Rückkehr zu höherem Fahrkomfort erfolgt ebenfalls kontinuierlich.
Die Figur 2 zeigt eine Grenzkurve für ein semiaktiv geregeltes System mit Skyhookregler und frequenzab¬ hängiger Dämpfung. Die Komfortziffer KA gibt über die Fahrwerksabstimmung Aufschluß. Je größer die Komfort¬ ziffer ist, umso schlechter wird der Komfort; mithin erhöht sich die Fahrsicherheit. Gleichzeitig sinkt - wie aus der Figur 2 ersichtlich - die auf der Abszisse abgetragene Radlast RL. Der Pfeil 17 zeigt somit die Tendenz der dargestellten Grenzkurve zu größerer Fahrsicherheit und der Pfeil 18 die Richtung zu größerem Fahrkomfort auf. Die Werte der Grenzkurve können durch Variation der Reglerparameter RP ange¬ nommen werden. Mithin wird deutlich, daß mit dem er¬ findungsgemäßen Verfahren durch die Variation der Reglerparameter RP eine Fahrwerksabstimmung für größere Sicherheit oder größeren Fahrkomfort vorge¬ nommen werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Fahrwerksregelung, insbesondere von Personen- und Nutzkraftwagen, bei dem die Fahrwerks¬ eigenschaften in Abhängigkeit von dem jeweiligen sen¬ sorisch ermittelten Fahrzustand durch die Regelung verändert werden, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Reglerparameter (RP) des Regelkreises in Abhängigkeit von der Dynamik des Fahrvorganges zur Anpassung der Fahrwerksabstimmung an die unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrsicherheit selbstätig verändert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß zur Fahrzustandserken- nung die Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerdynamik er¬ faßt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in unkritischen Fahrzuständen eine Einstellung der Reg¬ lerparameter (RP) für eine komfortorientierte Fahr¬ werksauslegung erfolgt und daß bei kritischen Fahrzu¬ ständen ein kontinuierlicher oder stufiger Übergang zur fahrsicherheitsorientierten Auslegung der Regler¬ parameter (RP) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erfassung der Fahrzeuglängsdynamik die Fahrzeuglängs- geschwindigkeit (11) und/oder die Fahrzeuglängsbe¬ schleunigung herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus der Fahrzeuglängsdynamik ein Näherungswert für die Reifenlängskräfte (FL) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erfassung der Fahrzeugquerdynamik die Fahrzeugquerbe¬ schleunigung (14) und/oder die Giergeschwindigkeit (13) und/oder der Lenkwinkel (12) herangezogen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus der Fahrzeugquerdynamik ein Näherungswert für die Reifenseitenkräfte (F_) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Näherungswerte der Reifenlängs- und Reifenseiten- kräfte (F L'Fs) 2ur Festlegung der Reglerparameter (RP) herangezogen werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umwandlung der Näherungswerte der Reifenlängs- und Reifenseitenkräfte (Fτ,F_) in die Reglerparameter (RP) über eine gespeicherte Wertetabelle (Umsetz¬ schaltung 6) oder eine Rechenoperation erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reglerparameter (RP) einem Regler (8) des Regelkreises zugeführt werden, der als Eingangsgrößen (9) eine oder mehrere Geschwindigkeiten (15) des Fahrzeugaufbaus in vertikaler Richtung und/oder einen oder mehrere Einfederwege (16) des Fahrwerks erhält und mit seiner Ausgangsgröße (Ausgang 10) die Dämpfungseigenschaften mindestens eines Dämpfers des Fahrwerks regelt.
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