WO1991016213A1 - Fahrzeug-abstützsystem - Google Patents

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WO1991016213A1
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Karl Jaeker
Ruediger Rutz
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle support system according to the preamble of the main claim.
  • a support system is known (literature: Voy, Christian: “The implementation of a frequency-modulated damping of chassis vibrations, automobile industry 33 (1988) 6, pp. 697-708).
  • the invention is based on the object of avoiding these disadvantages and of creating a vehicle support system of the type mentioned at the outset with which a largely largely dynamic damping of the vehicle wheel and vehicle body movement can be achieved.
  • Any power laws should be able to be installed independently of one another between the vehicle wheel and the absorber or between the vehicle wheel and the vehicle body.
  • a vehicle support system is designed as a so-called hydropneumatic shock absorber and as such represents an active support system. It is arranged between a vehicle wheel 1 and a vehicle body 2. It has an actuating cylinder 3 (actuator) which engages wheel 1 on the one hand and body 2 on the other hand. In the actuating cylinder 3, a piston 4 separates an upper working chamber 5 from a lower working chamber 6. Both working chambers 5 and 6 are connected via lines 7 and 8 to a 4/3-way control valve 9, which is connected to a pressure source 10 (pump) and has a discharge point 11 (reservoir).
  • a hydro-pneumatic accumulator as spring element 12 or 13 is connected to each line 7 and 8, and a throttle 14 or 15 is inserted in each line 7 and 8.
  • the active support system 3 to 16 works in a manner known per se in such a way that the pressure in the actuating cylinder 3 increases with a large body load and is reduced with a small body load.
  • the body load contains static and dynamic force components. In particular, dynamic wheel load fluctuations impair driving safety and driving comfort of the vehicle.
  • an "active absorber mass” is coupled to the active support system.
  • This consists of an additional mass 18, which is connected via a hydraulic actuating cylinder 19 to a mass 18A Vehicle wheel 1 is articulated.
  • the actuating cylinder 19 has two working chambers 20 and 21 which are connected via lines 22 and 23 to a 4/3-way control valve 24 which is connected to a pressure source 25 (pump) and a relief point 26 (reservoir).
  • the 4/3 way control valve 24 has an actuating magnet 27 for its adjustment, which is also connected to the electronics (not shown).
  • the spring and damping capacity of a wheel tire between the mass 18A and the road 17 is represented by the reference number 28.
  • the two actuating cylinders 3 and 19 from the active support system 3 to 16 and from the active damper 18 to 27 are acted upon in driving operation in accordance with a force law which is implemented in the electronics as a control device.
  • a force law which is implemented in the electronics as a control device.
  • feedback variables one or more measured or observed variables are used in each case, which characterize the state of motion of wheel 1, damper 18 to 27 and body 2.
  • the support system is hierarchically structured on three levels:
  • variables are returned or switched on that describe the state of the wheel or the axle and primarily improve the dynamics of the wheel or the axle (eg increase damping, improve wheel load fluctuation; can also be used for ver ⁇ improve driving comfort). This can be
  • the required sizes can be measured or e.g. with the help of acceleration measurements on the body.

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Abstract

Es wird ein Fahrzeug-Abstützsystem vorgeschlagen, das zwischen einem Fahrzeugrad (1) und dem Fahrzeugaufbau (2) angeordnet ist. Das System enthält ein aktives Abstützsystem (3 bis 16), dem ein aktiver Tilger (18 bis 27) zugeordnet is zu dem Zweck, eine dynamisch weitgehend unabhängige Dämpfung der Rad- und Aufbaubewegung zu realisieren.

Description

Fahrzeuσ-Abstützsystem
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug-Abstützsystem nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Abstützsystem ist bekannt (Literatur: Voy, Christian: "Die Realisierung einer frequenzmodu¬ lierten Dämpfung von FahrwerksSchwingungen, Automobil-Industrie 33 (1988) 6, S. 697 - 708).
Bei diesem bekannten Fahrzeug-Abstützsystem ist ein passiver Tilger verwendet. Mit einem solchen passiven Tilger ist aber eine dynamisch unabhängige Dämpfung der Fahrzeugrad- und Aufbaubewegung nicht zu erreichen. Außerdem ist es nicht möglich, unabhängig voneinander beliebige Kraftgesetze zwischen Fahrzeugrad und Tilger bzw. zwischen Fahrzeugrad und Fahrzeugaufbau zu installieren. Sollen z. B. Dämpfungskräfte für den Fahrzeugaufbau generiert werden, so muß sich das System am Fahrzeug abstützen. Umgekehrt muß sich zur Dämpfung des Fahrzeugrades das Abstützsystem am Aufbau abstützen. Die Auf¬ baubeschleunigung als Maß für den Fahrkomfort läßt sich demnach nicht unabhängig von der dynamischen Radlast als Maß für die Fahr- sicherheit einstellen. Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu ver¬ meiden und ein Fahrzeug-Abstützsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine dynamisch weitgehend unabhängige Dämpfung der Fahrzeugrad- und Fahrzeugaufbaubewegung realisierbar ist. Dabei sollen unabhängig voneinander beliebige Kraftgesetze zwischen Fahr¬ zeugrad und Tilger bzw. zwischen Fahrzeugr d und Fahrzeugaufbau installiert werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem gattungsgemäße Fahrzeug-Abstützsystem durch die kennzeichnenden Merkmale des Haupt¬ anspruchs gelöst.
Konventionelle Federungssysteme sind heute so weit entwickelt, daß einer weiteren Verbesserung enge Grenzen gesteckt sind. Aktive Federungssysteme erschließen ein zusätzliches Verbesserungspotential hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrsicherheit. Dies vergrößert sich nochmals beträchtlich, wenn erfindungsgemäß aktive FederungsSysteme mit aktiven Tilgern kombiniert werden, weil dann die Dämpfung des Rades nicht mehr ausschließlich über die AbStützung am Aufbau, sondern zusätzlich über die an der Tilgermasse erfolgt. Damit ist für einen großen Frequenzbereich der sonst nicht zu umgehende Kompromiß zwischen Fahrkomfort und Fahrsicherheit nicht notwendig, d.h. die Aufbaubeschleunigung als Maß für den Fahrkomfort und die dynamische Radlastschwankung als Maß für die FahrSicherheit lassen sich weitgehend unabhängig voneinander einstellen.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeipsiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge¬ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Fahrzeug-Abstützsystem ist als sogenanntes hydropneumatisches Federbein ausgebildet und stellt als solches ein aktives Abstütz¬ system dar. Es ist zwischen einem Fahrzeugrad 1 und einem Fahrzeug¬ aufbau 2 angeordnet. Es hat einen Stellzylinder 3 (Aktuator), der einerseits am Rad 1 und andererseits auf Aufbau 2 angreift. Im Stellzylinder 3 trennt ein Kolben 4 eine obere Arbeitskammer 5 von einer unteren Arbeitskammer 6. Beide Arbeitskammern 5 und 6 sind über Leitungen 7 und 8 an ein 4/3-Wege-Steuerventil 9 angeschlossen, das Verbindung mit einer Druckquelle 10 (Pumpe) und einer Ent¬ lastungsstelle 11 (Reservoir) hat. An jede Leitung 7 und 8 ist ein hydro-pneumatischer Speicher als Federelement 12 bzw. 13 ange¬ schlossen, und in jede Leitung 7 und 8 ist eine Drossel 14 bzw. 15 eingesetzt.
Das 4/3-Wege-Steuerventil 9 hat zu seiner Verstellung einen Stell¬ magneten 16, der an eine nicht dargestellte Elektronik angeschlossen ist. Ebenfalls nicht dargestellte Sensoren geben an die Elektronik Signale ab, die dort verarbeitet werden, um den Stellmagneten 16 entsprechend anzusteuern.
Das aktive Abstützsystem 3 bis 16 arbeitet in an sich bekannter Weise derart, daß bei großer Aufbaulast der Druck im Stellzylinder 3 erhöht und bei kleiner Aufbaulast verringert wird. Die Aufbaulast enthält statische und dynamische Kraftanteile. Insbesondere dynamische Radlastschwankungen beeinträchtigen aber die Fahrsicher¬ heit und den Fahrkomfort des Fahrzeuges.
Mit dem aktiven Abstützsystem ist beispielsweise eine "aktive Tilgermasse" gekoppelt. Diese besteht aus einer Zusatz-Masse 18, die über einen hydraulischen Stellzylinder 19 an eine Masse 18A des Fahrzeugrades 1 angelenkt ist. Der Stellzylinder 19 hat zwei Ar¬ beitskammern 20 und 21, die über Leitungen 22 und 23 an ein 4/3-Wege-Steuerventil 24 angeschlossen sind, das Verbindung mit einer Druckquelle 25 (Pumpe) und einer Entlastungsstelle 26 (Reservoir) hat. Das 4/3 Wege-Steuerventil 24 hat zu seiner Ver¬ stellung einen Stellmagneten 27, der ebenfalls an die nicht darge¬ stellte Elektronik angeschlossen ist. Es ist noch zu bemerken, daß das Feder- und Dämpfungsvermögen eines Rad-Reifens zwischen der Masse 18A und der Fahrbahn 17 mit der Bezugszahl 28 dargestellt ist.
Neben den von diesem Abstützsystem zu tragenden statischen Lastan¬ teilen des Aufbaus können von diesem Abstützsystem auch noch ein Teil der dynamischen Lastanteile übernommen werden. Damit wird der Tilger von dynamischen Lastanteilen entlastet.
Der Tilger kann auch teil- oder semiaktive Dämpferelemente umfassen. Insbesondere kann ein Drosselquerschnitt im ArbeitsZylinder 19 ver¬ änderbar ausgeführt sein. Schließlich ist es auch möglich, einen der Arbeitsräume mit einem Speichervolumen zu koppeln. Schließlich kann anstelle eines doppeltwirkenden Stellzylinders 19 auch ein einfach wirkender Stellzylinder eingesetzt werden. Zur Ansteuerung ist dann nur ein 3/3-Wege-Steuerventil erforderlich.
Wirkungsweise
Die beiden Stellzylinder 3 und 19 von dem aktiven Abstützsystem 3 bis 16 und von dem aktiven Tilger 18 bis 27 werden im Fahrbetrieb entsprechend einem Kraftgesetz, das in der Elektronik als Regelein¬ richtung realisiert wird, beaufschlagt. Als Rückführgrößen werden. jeweils eine oder mehrere gemessene oder beobachtete Größen verwendet, die den Bewegungzustand vom Rad 1, vom Tilger 18 bis 27 und vom Aufbau 2 kennzeichnen. Diese Größen sind z.B.
Relativweg oder Relativgeschwindigkeit zwischen Tilger und Rad, Relativweg oder Relativgeschwindigkeit zwischen Aufbau und Rad, Tilgerkraft oder äquivalente Drücke im zugehörigen Stellzylinder, Kraft des Abstützsystems zwischen Aufbau und Rad oder äquiva¬ lente Drücke im zugehörigen Stellzylinder, - Rad-Vertikalbeschleunigung,
Aufbau-Vertikalbeschleunigung.
Durch die Verwendung eines aktiven Tilgers 18 bis 27 in Verbindung mit dem aktiven Abstützsystem 3 bis 16 ergibt sich die Möglichkeit innerhalb der bestehenden Systemgrenzen nahezu unabhängig vonein¬ ander beliebige Kraftgesetze zwischen dem Fahrzeugrad 1 und dem Auf¬ bau 2 wirken zu lassen. Auf diese Weise kann die Radmasse 18A weit¬ gehend unabhängig vom Fahrzeug-Aufbau 2 bedämpft werden, da die Dämpfungs r fte für das Fahrzeugrad 1 durch ihre AbStützung an der Tilgermasse 18 generierbar sind. Dadurch können dynamische Radlast¬ schwankungen und damit verbundene Beeinträchtigungen der Fahrsicher¬ heit sowie des Fahrkomforts erheblich reduziert werden. Im Gegensatz zu einer Bauart ohne den aktiven Tilger 18 bis 27 kann die Auslegung der Abstützung zwischen dem Fahrzeug-Aufbau 2 und dem Fahrzeugrad 1 demzufolge stärker komfortorientiert werden.
Zur Realisierung des Kraftgesetzes ist das Abstützsystem hierarchisch in drei Ebenen aufgebaut:
Auf der untersten Ebene werden nur Größen zurückgeführt, die den Zu¬ stand der Stellsyteme beschreiben (Stellzylinder des Abstützsystems, Stellzylinder für Tilgermasse) und zur Stabilisierung der Stell¬ systeme dienen. Zurückgeführt werden können
- der Relativweg und auch die Relativgeschwindigkeit zwischen Til¬ ger- und Radmasse, der Relativweg und auch die Relativgeschwindigkeit zwischen Auf¬ bau- und Radmasse,
- die Tilgerkraft oder äquivalente Drücke im zugehörigen Stell¬ zylinder, die Kraft des Abstützsystems oder äquivalente Drücke im zugehö¬ rigen Stellzylinder.
Diese Größen können entweder gemessen oder mit Hilfe von Schätzfil¬ ter bzw. Beobachtern ermittelt werden.'
Auf der mittleren Eene werden Größen zurückgeführt bzw. aufgeschal¬ tet, die den Zustand des Rades bzw. der Achse beschreiben und in er¬ ster Linie die Dynamik des Rades bzw. der Achse verbessern (z.B. Dämpfung erhöhen, RadlastSchwankung verbessern; kann auch zur Ver¬ besserung des Fahrkomforts führen) . Dies können sein
- die Rückführung der Rad- bzw. Achsbeschleunigung,
- die Rückführung der Rad- bzw. Achsgeschwindigkeit,
- die Rückführung des Rad- bzw. Achsweges, die AufSchaltung des Straßenverlaufes (kann über Kraftmessung am Abstützsystem und Beschleunigungsmessung am Rad bzw. an der Achse geschätzt werden) .
Diese Größen können auch hier entweder gemessen oder mit Hilfe von Schätzfilter bzw. Beobachtern ermittelt werden.
Auf der obersten Ebene werden Größen zurückgeführt bzw. aufgeschal¬ tet, die den Zustand des Aufbaus (Karosserie) beschreiben und in er¬ ster Linie die Dynamik der Aufbaus verbessern (z.B. Aufbaudämpfung erhöhen (Skyhook-Dämpfer), um Fahrkomfort zu verbessern; kann auch zur Verbesserung der Fahrsicherheit führen) . Dies kann bedeuten
die Hubgeschwindigkeit und/oder den- weg zurückzuführen, die Wank- bzw. Nickwinkelgeschwindigkeit und/oder den -winkel zurückzuführen, die Längs- und Querbeschleunigung aufzuschalten, um Bremsnicken und Kurvenneigung zu vermeiden.
Die benötigten Größen können gemessen oder z.B. mit Hilfe von Beschleunigungsmessungen am Aufbau geschätzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Fahrzeug-AbstutzSystem, das zwischen einem Fahrzeugrad und einem Fahrzeugaufbau angeordnet ist und das als aktives (voll- oder teil- oder semiaktives) System ausgebildet ist, dadurch gekennzeich¬ net, daß eine Fahrzeugrad-Masse (18a) gekoppelt ist mit einer Til¬ germasse (18), die Bestandteil eines aktiven Systems (18 bis 27) ist und eine eigene Druckguelle (25) ein eigenes Steuerventil (24) und einen eigenen Stellzylinder (19) aufweist.
2. Fahrzeug-AbstutzSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße der Relativweg oder die Relativ¬ geschwindigkeit zwischen der Tilgermasse (18) und der Fahrzeug¬ rad-Masse (18A) verwendet ist.
3. Fahrzeug-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße der Relativweg oder die Relativ¬ geschwindigkeit zwischen dem Fahrzeugaufbau (2) und dem Fahrzeugrad (1) verwendet ist.
4. Fahrzeug-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße die Tilgerkraft oder äquivalente Werte im zugehörigen Stellzylinder (19) verwendet ist (sind).
5. Fahrzeugrad-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße die Kraft des Ab¬ stützsystems zwischen Fahrzeugaufbau (2) und Fahrzeugrad (1) oder äquivalente Drücke im zugehörigen Stellzylinder (3) verwendet ist (sind) .
6. Fahrzeugrad-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße die Fahrzeugrad-Ver¬ tikalbeschleunigung verwendet ist.
7. Fahrzeugrad-Abstützsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Tilgermasse (18) das Fahrzeugrad (1) bei dessen Auslenkung abstützt und daß als Rückführgröße die Fahrzeugauf¬ bau-Vertikalbeschleunigung verwendet ist.
8. Fahrzeug-Abstützsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) Bestandteil eines teilak¬ tiven Systems mit zum aktiven Stelleingriff gekoppelten mechanischen oder hydropneumatischen Feder- /Dämpfungselementen ist.
9. Fahrzeug-Abstützsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) Bestandteil eines teil¬ aktiven Systems mit zum aktiven Stelleingriff gekoppelten mechanischen oder hydropneumatischen Federelementen und semiaktiven Dämpfungseiemeten ist.
10. Fahrzeug-Abstützsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (18) Bestandteil eines Systems mit semiaktiven Feder- /Dämpfungselementen ist.
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