WO2004058523A1 - Einstellbares feder-dämpfer-system in einem fahrzeug - Google Patents

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WO2004058523A1
WO2004058523A1 PCT/EP2003/014307 EP0314307W WO2004058523A1 WO 2004058523 A1 WO2004058523 A1 WO 2004058523A1 EP 0314307 W EP0314307 W EP 0314307W WO 2004058523 A1 WO2004058523 A1 WO 2004058523A1
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spring
variable
damping
adjustable
passive
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PCT/EP2003/014307
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Tobias Schweickhardt
Ralph Streiter
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Daimlerchrysler Ag
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    • B60G17/04—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics
    • B60G17/0416—Spring characteristics, e.g. mechanical springs and mechanical adjusting means fluid spring characteristics regulated by varying the resiliency of hydropneumatic suspensions
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    • B60G17/06—Characteristics of dampers, e.g. mechanical dampers
    • B60G17/08—Characteristics of fluid dampers

Definitions

  • the invention relates to an adjustable spring-damper system in a vehicle according to the preamble of claim 1 or 9.
  • a spring damper system which is used as a shock absorber between the wheel and the vehicle body of a vehicle and as a hydropneumatic system with a hydraulically filled displacer, a hydraulic accumulator and two lines connecting the displacer with the hydraulic accumulator is executed.
  • An adjustable throttle valve is arranged in one of the lines, the other line is encompassed by a magnetic field generating device.
  • the entire system is filled with a magnetorheological fluid, the flow properties of which can be changed by applying a magnetic field in one of the connecting lines.
  • variable damping force can be set in the line encompassed by the magnetic field generating device, whereas a constant damping force is generated in the line running in parallel with the throttle device.
  • a spring force can be set in the system via the hydraulic accumulator, which has a compressible gas volume separated from the hydraulic medium.
  • An additional setting option offers the supply or discharge of hydraulic medium via the throttle device.
  • the volume flow of the hydraulic medium to be supplied or to be discharged represents a manipulated variable via which an actively regulated system is feasible.
  • the supply of hydraulic fluid requires a considerable amount of energy.
  • the invention is based on the problem of creating an adjustable spring-damper system which has essentially comparable properties to an active system, but only requires little energy.
  • the adjustable spring-damper system according to the invention in a vehicle comprises a passive spring element and a damping element connected in parallel, which is designed with variably adjustable damping characteristics, which is determined by comparison with an actively adjustable reference system.
  • the spring-damper system is a semi-active replacement system that is used instead of the active reference system and essentially has the same positive properties as the reference system, but requires considerably less energy.
  • the spring-damper system consists of a software part and a hardware part, the software part representing an interface between a controller for regulating, for example, a chassis and the hardware part.
  • the damping characteristic of the adjustable damping element can be continuously adapted to the current situation during operation. By changing the " damping characteristic, an overall force acting on the spring-damper system can be generated, which is composed of a passive component - without control or regulation - and an active component.
  • the current value of the damping characteristic depends on one Manipulated variable, which equivalent, active reference system installed actuator.
  • this manipulated variable in the spring-damper system according to the invention only flows into the setting of the damping element as a calculation variable, but does not need to be physically implemented in the spring-damper system, there are significant advantages in terms of energy and construction because there is no energy expenditure for the Supply and discharge of the medium corresponding to the manipulated variable and, consequently, no constructive device required for this must be provided. Rather, it suffices to influence the damping element of the system according to the invention in such a way that the damping characteristic is changed.
  • the law, according to which the damping characteristic is to be set results from a comparison of the mathematical behavior of the active reference system with that of the semi-active system.
  • the spring-damper system according to the invention has an equivalent behavior to the active reference system which is to be replaced, existing control strategies and positions can be transferred directly to the system according to the invention. It is not absolutely necessary to develop new or adapted control strategies.
  • the semi-active system In connection with the interface, the semi-active system has the same or at least approximately the same functionality as the corresponding active system.
  • the inventive spring-damper system comprises only a passive spring element and a thereto connected in parallel with a damping element with variable "adjustable damping characteristic to be replaced regardless of the structure of the active spring-damper system.
  • damping element with variable "adjustable damping characteristic to be replaced regardless of the structure of the active spring-damper system.
  • the degree of complexity of the active system to be replaced does not matter here; A different behavior on the part of the active system is taken into account via the interface and the function for the damping characteristics calculated there, so that the semi-active spring-damper system can always have the same structure.
  • a hydropneumatic system with a displacer and a hydropneumatic spring accumulator is advantageously used as the spring element, the hydraulic damper communicating with the hydraulic side of the spring accumulator via a connecting line in which an adjustable throttle is arranged.
  • the damping size can be changed by changing the throttle cross-section.
  • the signal representing the manipulated variable can be subjected to high-pass filtering, in which frequencies in the signal above a predeterminable corner frequency are eliminated.
  • the adjustable spring-damper system according to the invention in a vehicle comprises a spring element and a damping element connected in parallel thereto, one of the elements being adjustable.
  • the spring element is "passive and executed, the damping element with variably adjustable damping characteristic.
  • the semi-active system in accordance with a function of a spring constant of the passive spring element descriptive size and / or a variably adjustable damping size variable describing and / or a variable describing a state variable of the system and / or a force curve that can be used to represent the time derivative of the state variable.
  • the damping element is set in such a way that the damping variable is at least approximately dependent on the variable describing the spring constant of the passive spring element and / or a manipulated variable and / or a variable describing the time derivative of the manipulated variable and / or the variable describing the state of the system and / or the relationship which can be represented and which describes the time derivative of the state variable.
  • This relationship is based on a function that is known from an actively adjustable reference system with an adjustable actuator.
  • the force curve of the reference system can be described in accordance with a relationship which can be described as a function of the manipulated variable and / or the variable describing the time derivative of the manipulated variable and / or the variable describing the state variable of the system and / or the variable describing the temporal derivative of the state variable, the manipulated variable and / or the variable of the adjustable actuator describing the time derivative of the manipulated variable can be determined in a regulating and control unit according to a stored mathematical relationship.
  • the spring-damper system is a semi-active replacement system that is used instead of the active reference system and essentially has the same positive properties as the reference system, but requires considerably less energy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an active reference system in a vehicle and a replacement system, which can be used instead of the active system and includes an interface and a semi-active spring-damper system,
  • Fig. 2 representations of an active reference system and a semi-active spring-damper system, wherein in the active reference system, a spring element and an actuator are connected in series and a damping element is connected in parallel to both the spring and the actuator, whereas the semi-active system a passive spring element and an adjustable damping element connected in parallel with this,
  • FIG. 3 shows a representation corresponding to FIG. 2, the active reference system consisting of a passive spring element and a passive damping element connected in parallel therewith and an active control element connected in series with both elements,
  • FIG. 4 shows a realization designed as a hydropneumatic shock absorber for an active or semi-active system corresponding to FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment for an active and a semi-active spring-damper system, an active subsystem being replaced by a semi-active subsystem.
  • an active spring-damper system which is referred to as reference system 1 and in which an active, controlled setting is dependent on state variables and manipulated variables of the system by means of a stored control strategy is feasible, as well as a replacement system 2, which comprises an interface 3 and a semi-active spring-damper system 4.
  • the replacement system 2 is intended to replace the active reference system 1, the physical or mathematical properties of the reference system 1 essentially also being to be realized in the semi-active replacement system 2.
  • the replacement system 2 should also be controllable with the same control strategies as the reference system 1.
  • the conversion of a control variable u to be supplied, via which the active reference system 1 can be regulated, into the replacement system 2 is carried out via the interface 3, in which the signals of the control variable u are converted into a variable damping variable d u , which is used in the semi-active system 4 variable setting of the damping characteristic is set.
  • the active reference system 1 can be simulated by the replacement system 2.
  • a force F R for the reference system 1 and F s for the semi-active system 4 are entered as an example in FIG. 1, these forces being identical or almost identical when optimally implemented.
  • the reference system 1 with an active spring-damper system shown in the left half of the figure in FIG. 2 comprises a passive spring element 5 with the spring constant c, an active actuator 6 with manipulated variable u connected in series with the spring element 5 and a passive damping element 7 with Damping constant d, which is connected in parallel to both the spring element 5 and the actuator 6.
  • the reference system 1 is designed as an active suspension strut, via which a vehicle wheel 8 of a vehicle is to be connected to the vehicle body.
  • the force F R acts on the reference system 1; z denotes the stroke of the shock absorber, which represents the state variable of the system.
  • the active reference system 1 is replaced by the semi-active replacement system 2.
  • the replacement system 2 consists of a passive spring element 5 and an active damping element 9 connected in parallel therewith, the damping variable d u of which can be adjusted to change the damping characteristic of the damping element.
  • the replacement system 2 is also designed as a spring strut on which the force F s acts.
  • the stroke is also denoted by z, it also takes on the function of a state variable in replacement system 2.
  • the force F R acting on the reference system 1 can be generally according to the relationship
  • the force F s acting on the replacement system 2 can be
  • Fig. 2 shown implementation of the replacement system 2 with the relationships
  • c is the spring constant of the passive spring element 5 (identical to the spring constant or the spring element 5 of the reference system 1)
  • d u the variable damping size of the adjustable damping element 7
  • f (z, z, u, ⁇ ) denotes the function known from the reference system 1.
  • the manipulated variable u or the time derivative ⁇ of the manipulated variable is determined in a regulating and control unit in accordance with a stored regulation or calculation rule.
  • the manipulated variable u in the regulating and control unit can be 'high-pass filtering according to the relationship
  • T HP an amplification factor according to the context 1 HP 2- ⁇ -f HP
  • f HP means the corner frequency of the high pass filter.
  • the high-pass filtered manipulated variable u HP is used to determine the damping variable d u .
  • variable damping quantity d u thus results
  • the active adjustable reference system 1 comprises a passive spring element 5 c with the spring constant, a switched parallel to the passive spring element passive damping element 7 with the damping constant d and a switched with two elements in series • actuator 6 with the Manipulated variable u.
  • the function of the reference system can be according to the context
  • FIG. 4 shows a hydropneumatic suspension strut in a vehicle as a spring-damper system, which basically has the same structure as the system from FIG. 3.
  • the active hydropneumatic reference system 1 shown in the left half of the figure has a hydraulic actuator 6 which can be regulated via an oil volume flow Q AHP which can be supplied or discharged, as a result of which the force F R is to be set.
  • the oil volume flow Q AHP is proportional to the first derivative ⁇ of the manipulated variable:
  • a HK denotes the main chamber surface of the actuator 6 designed as a displacer.
  • the hydraulic chamber of the actuator 6 communicates via a line 11, in which a passive damping element 7 designed as a constant throttle is arranged, with the likewise passively designed spring element 5, designed as a hydropneumatic spring accumulator, which has a pneumatic chamber with the volume V FS and the gas contained therein. or spring-loaded pressure p FS .
  • the hydropneumatic spring element 5 enables the spring strut to spring vertically, the constant throttle 7 with the damping constant d generates a damping force proportional to the volume flow Q D through the throttle.
  • the force F R acting on the reference system 1 is given by the equation
  • a passive displacer 10 is provided, to which the vehicle wheel 8 is attached.
  • the damping element 9 which is designed as an adjustable throttle, is arranged with the adjustable damping variable d u , which by means of a suitable actuating unit acting on the throttle, equating the above-mentioned relationship for the force F R in the reference system 1 and the force F s in the semi-active replacement system 2 according to the relationship
  • the spring stiffness c of the hydropneumatic spring element 5 can be at a known reference pressure p 0 and a known one
  • both the actively adjustable reference system 1 and the semi-active replacement system 2 are each designed as subsystems within an overall system, each subsystem being connected in parallel with an additional, passive spring element 12 with the spring constant c 2 .
  • the subsystem of the reference system 1 is identical to that of the exemplary embodiment from FIG. 3; accordingly, the function / reference subsystem can be according to the context
  • the total force F G of the reference system can also be used
  • c denotes a replacement stiffness for the overall replacement system.

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Abstract

Ein einstellbares Feder-Dämpfer-System in einem Fahrzeug umfasst ein passives Federelement (5) und ein parallel geschaltetes Dämpfungselement (9), das mit veränderlich einstellbarer Dämpfungscharakteristik ausgeführt ist, welche durch einen Vergleich mit einem aktiv einstellbaren Referenzsystem (1) ermittelt wird.

Description

Einstellbares Feder-Dämpfer-System in einem Fahrzeug
Die Erfindung bezieht sich auf ein einstellbares Feder- Dämpfer-System in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder 9.
In der Druckschrift DE 199 61 715 AI wird ein Feder-Dämpfer- System beschrieben, welches als Federbein zwischen dem Rad und dem Fahrzeugaufbau eines Fahrzeuges eingesetzt und als hydropneumatisches System mit einem hydraulisch gefüllten Verdränger, einem Hydrospeicher und zwei den Verdränger mit dem Hydrospeicher verbindenden Leitungen ausgeführt ist. In einer der Leitungen ist ein einstellbares Drosselventil angeordnet, die andere Leitung ist von einer magnetfelderzeugenden Einrichtung umgriffen. Das gesamte System ist mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befüllt, deren Fließeigenschaften durch Aufbringen eines Magnetfeldes in einer der verbindenden Leitungen verändert werden kann. Auf diese Weise kann in der von der magnetfeiderzeugenden Einrichtung umgriffenen Leitung eine veränderliche Dämpfungskraft eingestellt werden, wohingegen in der parallel verlaufenden Leitung mit der Drosseleinrichtung eine konstante Dämpfungskraft erzeugt wird. Über den Hydrospeicher, welcher ein von dem Hydraulikmedium separiertes, kompressibles Gasvolumen aufweist, kann in dem System eine Federkraft eingestellt werden.
Eine zusätzliche Einstellmöglichkeit bietet die Zufuhr bzw. Ableitung von Hydraulikmedium über die Drosseleinrichtung. Der zuzuführende bzw. abzuleitende Volumenstrom des Hydraulikmediums stellt eine Stellgröße dar, über die ein aktiv ge- regeltes System realisierbar ist. Allerdings erfordert die Zufuhr von Hydraulikfluid einen erheblichen Energieaufwand.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein einstellbares Feder-Dämpfer-System zu schaffen, welches im Wesentlichen vergleichbare Eigenschaften wie ein aktives System aufweist, jedoch nur einen geringen Energieaufwand benötigt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder 9 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße, einstellbare Feder-Dämpfer-System in einem Fahrzeug umfasst ein passives Federelement und ein parallel geschaltetes Dämpfungselement, das mit veränderlich einstellbarer Dämpfungscharakteristik ausgeführt ist, welche durch einen Vergleich mit einem aktiv einstellbaren Referenzsystem ermittelt wird. Das Feder-Dämpfer-System stellt ein semiaktives Ersatzsystem dar, welches anstelle des aktiven Referenzsystems verwendet wird und im Wesentlichen die gleichen positiven Eigenschaften wie das Referenzsystem besitzt, jedoch erheblich weniger Energie benötigt.
Das erfindungsgemäße Feder-Dämpfer-System besteht aus einem Softwareteil und einem Hardwareteil, wobei das Softwareteil ein Interface zwischen einem Regler zur Regelung beispielsweise eines Fahrwerks und dem Hardwareteil darstellt . Die Dämpfungscharakteristik des einstellbaren Dämpfungselements kann im laufenden Betrieb kontinuierlich an die aktuelle Situation angepasst werden. Über die Veränderung der" Dämpfungs- charakteristik kann eine an dem Feder-Dämpfer-System wirkende Gesamtkraft erzeugt werden, welche sich aus einem passiven Anteil - ohne Steuerung bzw. Regelung - und einem aktiven Anteil zusammensetzt. Der aktuelle Wert der Dämpfungscharakteristik hängt hierbei von einer Stellgröße ab, die das im ä- quivalenten, aktiven Referenzsystem verbaute Stellglied beaufschlagen würde. Da diese Stellgröße bei dem erfindungsgemäßen Feder-Dämpfer-System lediglich als Rechengröße in die Einstellung des Dämpfungselementes einfließt, jedoch nicht physikalisch in dem Feder-Dämpfer-System umgesetzt zu werden braucht, ergeben sich signifikante Energie- und auch Konstruktionsvorteile, da kein Energieaufwand für die Zufuhr und Ableitung des der Stellgröße entsprechenden Mediums und demzufolge auch keine hierfür erforderliche konstruktive Einrichtung vorgesehen sein uss. Es genügt vielmehr, das Dämpfungselement des erfindungsgemäßen Systems in der Weise zu beeinflussen, dass die Dämpfungscharakteristik verändert wird. Die Gesetzmäßigkeit, gemäß der die Dämpfungscharakteristik einzustellen ist, ergibt sich aus einem Vergleich des mathematischen Verhaltens des aktiven Referenzsystems mit demjenigen des semiaktiven Systems.
Da das erfindungsgemäße Feder-Dämpfer-System ein äquivalentes Verhalten zu dem aktiven Referenzsystem aufweist, welches ersetzt werden soll, können vorhandene Regelstrategien und -ansitze unmittelbar auf das erfindungsgemäße System übertragen werden. Es ist nicht zwingend erforderlich, neue bzw. ange- passte Regelstrategien zu entwickeln. In Verbindung mit dem Interface besitzt das semiaktive System die gleiche oder zumindest annähernd gleiche Funktionalität wie das korrespondierende aktive System.
Das erfindungsgemäße Feder-Dämpfer-System umfasst lediglich ein passives Federelement und ein hierzu parallel geschaltetes Dämpfungselement mit veränderlich" einstellbarer Dämpfungscharakteristik, ungeachtet des Aufbaus des zu ersetzenden, aktiven Feder-Dämpfer-Systems. Es kommen sowohl mechanische als auch hydraulische, pneumatische oder Mischsysteme sowohl aufseiten des aktiven, zu ersetzenden Systems als auch aufseiten des tatsächlich eingesetzten, semiaktiven Feder- Dämpfer-Systems in Betracht. Der Grad der Komplexität des aktiven, zu ersetzenden Systems spielt hierbei keine Rolle; ein unterschiedliches Verhalten aufseiten des aktiven Systems wird über das Interface und die dort berechnete Funktion für die Dämpfungscharakteristik berücksichtigt, so dass das semiaktive Feder-Dämpfer-System immer den gleichen Aufbau aufweisen kann.
Als semiaktives Feder-Dämpfer-System wird vorteilhaft ein hydropneumatisches System mit einem Verdränger und einem hyd- ropneumatisehen Federspeicher als Federelement verwendet, wobei der Hydraulikdämpfer mit der Hydraulikseite des Federspeichers über eine Verbindungsleitung kommuniziert, in der eine einstellbare Drossel angeordnet ist. Durch Veränderung des Drosselquerschnittes kann die Dämpfungsgröße verändert werden.
Um zu vermeiden, dass niederfrequente bzw. quasistationäre Anteile in die Berechnung der Dämpfungscharakteristik einfließen, kann das die Stellgröße repräsentierende Signal einer Hochpassfilterung unterzogen werden, bei der Frequenzen im Signal oberhalb einer vorgebbaren Eckfrequenz eliminiert werden.
In allgemeiner Form sei nochmals der erfindungswesentliche Gedanke dargestellt: Das erfindungsgemäße, einstellbare Feder-Dämpfer-System in einem Fahrzeug umfasst ein Federelement und ein dazu parallel geschaltetes Dämpfungselement, wobei eines der Elemente verstellbar ausgeführt ist. Zur Realisierung eines semiaktiven Systems ist das Federelement " passiv und das Dämpfungselement mit veränderlich einstellbarer Dämpfungscharakteristik ausgeführt. Das semiaktive System ist gemäß eines in Abhängigkeit einer die Federkonstante des passiven Federelements beschreibenden Größe und/oder einer eine veränderlich einstellbare Dämpfungsgröße beschreibenden Größe und/oder einer eine Zustandsgröße des Systems beschreibenden Größe und/oder einer die zeitliche Ableitung der Zustandsgröße beschreibenden Größe darstellbaren Kraftverlaufs beschreibbar. Das Dämpfungselement wird in der Weise eingestellt, dass die Dämpfungsgröße zumindest näherungsweise einer in Abhängigkeit der die Federkonstante des passiven Federelements beschreibenden Größe und/oder einer Stellgröße und/oder einer die zeitliche Ableitung der Stellgröße beschreibenden Größe und/oder der die Zustandsgröße des Systems beschreibenden Größe und/oder der die zeitliche Ableitung der Zustandsgröße beschreibenden Größe darstellbaren Beziehung folgt. Dieser Beziehung liegt hierbei eine Funktion zugrunde, die aus einem aktiv einstellbaren Referenzsystem mit verstellbarem Stellglied bekannt ist. Der Kraftverlauf des Referenzsystems ist gemäß einer in Abhängigkeit der Stellgröße und/oder der die zeitliche Ableitung der Stellgröße beschreibenden Größe und/oder der die Zustandsgröße des Systems beschreibenden Größe und/oder der die zeitliche Ableitung der Zustandsgröße beschreibenden Größe darstellbaren Beziehung beschreibbar, wobei die Stellgröße und/oder die die zeitliche Ableitung der Stellgröße beschreibende Größe des verstellbaren Stellglieds gemäß einem hinterlegten mathematischen Zusammenhang in einer Regel- und Steuereinheit ermittelbar ist. Das Feder-Dämpfer-System stellt ein semiaktives Ersatzsystem dar, welches anstelle des aktiven Referenzsystems verwendet wird und im Wesentlichen die gleichen positiven Eigenschaften wie das Referenzsystem besitzt, jedoch erheblich weniger E- nergie benötigt.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines aktiven Referenzsystems in einem Fahrzeug sowie eines Ersatzsystems, welches anstelle des aktiven Systems eingesetzt werden kann und ein Interface sowie ein semiaktives Feder-Dämpfer-System umfasst,
Fig. 2 Darstellungen eines aktiven Referenzsystems und eines semiaktiven Feder-Dämpfer-Systems, wobei bei dem aktiven Referenzsystem ein Federelement und ein Stellelement in Reihe geschaltet sind und ein Dämpfungselement parallel sowohl zum Feder- als auch zum Stellelement geschaltet ist, wohingegen das semiaktive System aus einem passiven Federelement und einem hierzu parallel geschalteten, einstellbaren Dämpfungselement besteht,
Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung, wobei das aktive Referenzsystem aus einem passiven Federelement und einem hierzu parallel geschalteten, passiven Dämpfungselement und einem mit beiden Elementen in Reihe geschalteten, aktiven Stellelement besteht,
Fig. 4 eine als hydropneumatisches Federbein ausgeführte Realisierung für ein Fig. 3 entsprechendes aktives bzw. semiaktives System,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein aktives und ein semiaktives Feder-Dämpfer-System, wobei ein aktives Subsystem durch ein semiaktives Subsystem ersetzt wird.
In Fig. 1 sind zwei Feder-Dämpfer-Systeme dargestellt: Zum einen ein aktives Feder-Dämpfer-System, welches als Referenzsystem 1 bezeichnet ist und in welchem in Abhängigkeit von Zustandsgrößen und Stellgrößen des Systems mittels einer hinterlegten Regelstrategie eine aktive, geregelte Einstellung durchführbar ist, sowie ein Ersatzsystem 2, welches ein Interface 3 sowie ein semiaktives Feder-Dämpfer-System 4 um- fasst . Das Ersatzsystem 2 soll das aktive Referenzsystem 1 ersetzen, wobei die physikalischen bzw. mathematischen Eigenschaften des Referenzsystems 1 im Wesentlichen auch in dem semiaktiven Ersatzsystem 2 realisiert werden sollen. Das Ersatzsystem 2 soll außerdem mit den gleichen Regelstrategien wie das Referenzsystem 1 ansteuerbar sein.
Die Umsetzung einer zuzuführenden Stellgröße u , über die das aktive Referenzsystem 1 regelbar ist, in das Ersatzsystem 2 wird über das Interface 3 durchgeführt, in welcher die Signale der Stellgröße u in eine veränderliche Dämpfungsgröße du umgerechnet werden, welche in dem semiaktiven System 4 zur veränderlichen Einstellung der Dämpfungscharakteristik eingestellt wird. Auf diese Weise kann das aktive Referenzsystem 1 durch das Ersatzsystem 2 nachgebildet werden. Als Ausgangsgröße sind in Fig. 1 beispielhaft eine Kraft FR für das Referenzsystem 1 bzw. Fs für das semiaktive System 4 eingetragen, wobei diese Kräfte bei optimaler Umsetzung identisch oder nahezu identisch sind.
Das in Fig. 2 in der linken Bildhälfte dargestellte Referenzsystem 1 mit einem aktiven Feder-Dämpfer-System umfasst ein passives Federelement 5 mit der Federkonstante c , ein mit dem Federelement 5 in Reihe geschaltetes aktives Stellglied 6 mit Stellgröße u und ein passives Dämpfungselement 7 mit Dämpfungskonstante d , welches parallel sowohl zum Federelement 5 als auch zum Stellglied 6 geschaltet ist. Das Referenzsystem 1 ist als aktives Federbein ausgeführt, über das ein Fahrzeugrad 8 eines Fahrzeugs mit dem Fahrzeugaufbau zu verbinden ist. Auf das Referenzsystem 1 wirkt die Kraft FR ; mit z ist der Hub des Federbeins bezeichnet, welcher die Zustandsgröße des Systems darstellt. Das aktive Referenzsystem 1 wird durch das semiaktive Ersatzsystem 2. ersetzt. Das Ersatzsystem 2 besteht aus einem passiven Federelement 5 und einem hierzu parallel geschalteten, aktiven Dämpfungselement 9, dessen Dämpfungsgröße du zur Veränderung der Dämpfungscharakteristik des Dämpfungselements einstellbar ist. Auch das Ersatzsystem 2 ist als Federbein ausgeführt, auf das die Kraft Fs wirkt. Der Hub ist ebenfalls mit z bezeichnet, er nimmt auch im Ersatzsystem 2 die Funktion einer Zustandsgröße ein.
Die auf das Referenzsystem 1 einwirkende Kraft FR kann in allgemeiner Weise gemäß der Beziehung
^Λ = -f{z,z,u,ύ)
als Funktion / der Zustandsgröße z , der zeitlichen Ableitung z der Zustandsgröße, der Stellgröße -_ und der zeitlichen Ableitung ύ der Stellgröße beschrieben werden.
Die auf das Ersatzsystem 2 wirkende Kraft Fs kann bei der in
Fig. 2 dargestellten Realisierung des Ersatzsystems 2 mit den Beziehungen
Fs = -c - z - du - z
-c -z + f(z,z,u,ü) d.. =
beschrieben werden, wobei c die Federkonstante des passiven Federelements 5 (identisch mit der Federkonstante bzw. dem Federelement 5 des Referenzsystems 1) , du die veränderliche Dämpfungsgrδße des einstellbaren Dämpfungselements 7 und f(z,z,u,ύ) die aus dem Referenzsystem 1 bekannte Funktion bezeichnet .
Um zu vermeiden, dass bei einem Nulldurchgang der zeitlichen Ableitung z der Zustandsgröße die Dämpfungsgröße du gegen Unendlich geht, wird eine Näherungsfunktion für die Dämpfungsgröße du eingeführt :
-{— <-• ■ z + f(z,z,u,ü) } limit[z2 ]°
Hierin bezeichnet
Figure imgf000010_0001
das zulässige Intervall, innerhalb dem sich das Geschwindigkeitsquadrat der Zustandsgröße bewegen darf, wobei als untere, zulässige Grenze ein Grenzwert v
vorgegeben wird, der beispielsweise beträgt, wohin-
Figure imgf000010_0002
gegen das Intervall nach oben offen ist. Die Stellgröße u bzw. die zeitliche Ableitung ά der Stellgröße wird in einer Regel- und Steuereinheit entsprechend einer hinterlegten Regel- bzw. Berechnungsvorschrift ermittelt.
Um zu gewährleisten, dass niederfrequente und quasistationäre Anteile nicht in die Umrechnung für die Dämpfungsverstellung des Ersatzsystems eingehen, kann die Stellgröße u in der Regel- und Steuereinheit 'einer Hochpassfilterung gemäß der Beziehung
T H, P
*flP
THP - ύ + u
unterzogen werden, wobei mit THP ein Verstärkungsfaktor gemäß dem Zusammenhang 1 HP 2-π-f HP
bezeichnet wird. fHP bedeutet die Eckfrequenz des Hochpassfilters. Die Hochpass-gefilterte Stellgröße uHP fließt in die Ermittlung der Dämpfungsgröße du ein.
Im Beispielsfall gemäß Fig: 2 berechnet sich die auf das Referenzsystem 1 einwirkende Kraft FR gemäß dem Zusammenhang
FR = -f =-d-z- c(z - u) .
Die veränderliche Dämpfungsgrδße du ergibt sich hiermit zu
-z + f c-u d =- = d
bzw. unter Anwendung der Näherungs funkt ion zu
c-u-z d.. « d ■ li it[z2f
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 umfasst das aktiv einstellbare Referenzsystem 1 ein passives Federelement 5 mit der Federkonstanten c , ein parallel zum passiven Federelement geschaltetes passives Dämpfungselement 7 mit der Dämpfungs- konstanten d und ein mit beiden Elementen in Reihe geschaltetes • Stellglied 6 mit der Stellgröße u . Die Funktion des Referenzsystems kann gemäß dem Zusammenhang
f = d(z — ü) + c(z - u) beschrieben werden, wobei in diese Beziehung nun auch die zeitliche Ableitung ύ der Stellgröße einfließt. Damit ergibt sich die einstellbare Dämpfungsgrδße du des Dämpfungselements 9 des Ersatzsystems 2 zu
d - ύ + c - ä„ =- -^ - = d
bzw . als Näherungs funkt ion zu
- (d -ύ +c - u )z du & d -- — γJ— .
X Xiψ
In Fig. 4 ist als Feder-Dämpfer-System ein hydropneumatisches Federbein in einem Fahrzeug dargestellt, das prinzipiell den gleichen Aufbau wie das System aus Fig. 3 aufweist. Das in der linken Bildhälfte gezeigte aktive hydropneumatische Referenzsystem 1 weist ein hydraulisches Stellglied 6 auf, welches über einen zuführbaren bzw. ableitbaren Ölvolumenstrom QAHP zu regulieren ist, wodurch die Kraft FR einzustellen ist. Der Ölvolumenstrom QAHP ist proportional zur ersten Ableitung ύ der Stellgröße:
Figure imgf000012_0001
wobei AHK die Hauptkammerfläche des als Verdränger ausgeführten Stellglieds 6 bezeichnet. Für die Stellgröße u besteht der Zusammenhang:
u = —— JQAHPdt .
AHK Die Hydraulikkammer des Stellgliedes 6 kommuniziert über eine Leitung 11, in der ein als Konstantdrossel ausgeführtes passives Dämpfungselement 7 angeordnet ist, mit dem ebenfalls passiv ausgeführten, als hydropneumatischer Federspeicher ausgeführten Federelement 5, das eine Pneumatikkammer mit dem Volumen VFS und dem darin herrschenden Gas- bzw. Federspeicherdruck pFS aufweist . Das hydropneumatisehe Federelement 5 ermöglicht ein vertikales Federn des Federbeins, die Konstantdrossel 7 mit der Dämpfungskonstante d erzeugt eine zum Volumenstrom QD durch die Drossel proportionale Dämpfungs- kraft . Die auf das Referenzsystem 1 einwirkende Kraft FR wird durch die Gleichung
Figure imgf000013_0001
beschrieben.
Bei dem in der rechten Bildhälfte der Fig. 4 dargestellten Ersatzsystem wird kein Ölvolumenstrom in das System eingeleitet oder abgeführt, sondern nur zwischen den Komponenten des Systems umgeleitet. Vorgesehen ist ein passiver Verdränger 10, an dem das Fahrzeugrad 8 angebracht ist. In der Leitung 11 zwischen dem Verdränger 10 und dem hydropneumatisehen Federelement 5 ist das als verstellbare Drossel ausgeführte Dämpfungselement 9 mit der einstellbaren Dämpfungsgröße du angeordnet, die mittels einer geeigneten, auf die Drossel einwirkenden Stelleinheit unter Gleichsetzung der oben aufgeführten Beziehung für die Kraft FR im Referenzsystem 1 und der Kraft Fs im semiaktiven Ersatzsystem 2 gemäß der Beziehung
einzustellen ist.
Die Federsteifigkeit c des hydropneumatisehen Federelements 5 kann bei einem bekannten Referenzdruck p0 und einer bekannten
Federsteifigkeit c0 bei diesem Referenzdruck als Funktion des Drucks pFS im Gasspeicher des Federelements 5 und des Isentro- penexponenten k des Gases im Gasspeicher gemäß der Beziehung
Figure imgf000014_0002
berechnet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind sowohl das aktiv einstellbare Referenzsystem 1 als auch das semiaktive Ersatzsystem 2 jeweils als Subsystem innerhalb eines Gesamtsystems ausgeführt, wobei jedes Subsystem parallel zu einem zusätzlichen, passiven Federelement 12 mit der Federkonstanten c2 geschaltet ist. Das Subsystem des Referenzsystems 1 ist mit demjenigen des Ausführungsbeispieles aus Fig. 3 identisch; dementsprechend kann die Funktion / des Referenz-Subsystems gemäß dem Zusammenhang
/ = d(z — ύ) +c, (z - u)
beschrieben werden, wobei mit cx die Federkonstante des passiven Federelements 5 innerhalb des Referenz-Subsystems 1 bezeichnet ist. Die Dämpfungsgröße du des Dämpfungselements 9 im Ersatz-Subsystem 2 ergibt sich hiermit zu
Figure imgf000015_0001
Bezogen auf das Gesamtsystem kann die Gesamtkraft FG des Referenzsystems mit
FG = —d (z -ύ) - cx(z — u) — c2 • z
und des Ersatzsystems mit
F G =-du-z-(cλ+cz)z = -du-z-CXz
angegeben werden, wobei c eine Ersatzsteifigkeit für das Ge- samt-Ersatzsystem bezeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Einstellbares Feder-Dämpfer-System in einem Fahrzeug, mit einem Federelement (5) und einem parallel geschalteten Dämpfungselement (9) , wobei eines der Elemente verstellbar ausgeführt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Realisierung eines semiaktiven Systems (4) das Federelement (5) passiv und das Dämpfungselement (9) mit veränderlich einstellbarer Dämpfungscharakteristik ausgeführt ist und das semiaktive System (4) gemäß dem Kraftverlauf (Fs)
Fs=-c-
beschreibbar ist, wobei c eine Federkonstante des passiven Federelements (5) du eine veränderlich einstellbare Dämpfungsgrδße z • eine Zustandsgröße des Systems i die zeitliche Ableitung der Zustandsgröße bezeichnet, und dass das Dämpfungselement (9) in der Weise eingestellt wird, dass die Dämpfungsgröße (du) zumindest näherungsweise der Beziehung
-c-z + f(z,z,u,ü) du = z: folgt, wobei u eine Stellgröße ύ die zeitliche Ableitung der Stellgröße
/ eine bekannte Funktion bezeichnet, die Funktion ( ) aus einem aktiv einstellbaren Referenzsystem (1) mit verstellbarem Stellglied (6) bekannt ist und der Kraftverlauf ( FR ) des Referenzsystems (1) gemäß der Beziehung
FR =-f(z,z,u,ύ)
beschreibbar ist, wobei die Stellgröße ( u ) bzw. die zeitliche Ableitung (ύ) der Stellgröße des verstellbaren Stellglieds (6) gemäß einem hinterlegten mathematischen Zusammenhang in einer Regel- und Steuereinheit ermittelbar ist.
2. Feder-Dämpfer-System 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 die Dämpfungsgröße ( du ) gemäß der Näherungsfunktion
d ■{—<-■• z + f(z,z,u,ύ) } limit[z2t
eingestellt wird, wobei limit[z2j die untere, zulässige Grenze (v) sowie die obere Grenze ( oo ) für das Geschwindigkeitsquadrat der Zustandsgröße (z) bezeichnet.
3. Feder-Dämpfer- System nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Federsteifigkeit (c) des passiven Federelements (5) im Falle einer Gasfeder der Beziehung
Figure imgf000017_0001
folgt, worin pQ einen Referenzdruck c0 die Federsteifigkeit bei dem Referenzdruck pFS den Druck im Gasspeicher des Federelements (5) k den Isentropenexponenten des Gases im Gasspeicher bezeichnet .
4. Feder-Dämpfer-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Falle eines aktiv einstellbaren Referenzsystems (1) , das ein passives Federelement (5) , ein mit dem passiven Federelement (5) in Reihe geschaltetes Stellglied (6) und ein parallel zum passiven Federelement (5) und dem Stellglied (6) geschaltetes passives Dämpfungselement (7) umfasst und durch die Funktion
/ = d • z + c(z - u)
beschreibbar ist, die Dämpfungsgröße ( du ) des einstellbaren Dämpfungselements (9) gemäß der Beziehung
-c-z + f c-u d.. = d-
eingestellt wird.
5. Feder-Dämpfer- System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im Falle eines aktiv einstellbaren Referenzsystems (1) , das ein passives Federelement (5) , ein parallel zum passiven Federelement (5) geschaltetes passives Dämpfungselement (7) und ein mit beiden Elementen (5, 7) in Reihe geschaltetes Stellglied (6) umfasst und durch die Funktion / = d(z — ύ) + c(z - u)
beschreibbar ist, die Dämpfungsgröße ( du ) des einstellbaren Dämpfungselements (9) gemäß der Beziehung
-c-z + f d •« + -_• u d.. =■ d
eingestellt wird.
6. Feder-Dämpfer- System nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Realisierung eines semiaktiven, hydropneumatisehen Federbeins als verstellbares Dämpfungselement (9) eine einstellbare Drossel vorgesehen ist, die in einer Leitung (11) zwischen einem Verdränger (10) und der Hydraulikseite eines hydropneumatisehen Federspeichers als Federelement (5) angeordnet ist, wobei durch Verstellung der Drossel die Dämpfungsgröße [du) einstellbar ist.
7. Feder-Dämpfer-System nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Ableitung ( ύ ) der Stellgröße proportional zu einem Ölvolumenstrom (QAHP) durch das einstellbare Stellglied (6) des Referenzsystems (1) ist:
Figure imgf000019_0001
wobei
AHK die Hauptkammerfläche des Verdrängers (10) bezeichnet .
8. Feder-Dämpfer-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stellgröße (u) in der Regel- und Steuereinheit gemäß der Beziehung
lHP
'-HP
THP -ύ + u
Hochpass-gefiltert wird, wobei
THP einen Verstärkungsfaktor bezeichnet, der gemäß dem Zusammenhang
-HP
2-π-f HP
ermittelt wird, worin fHP die Eckfrequenz des Hochpassfilters bezeichnet .
9. Einstellbares Feder-Dämpfer-System in einem Fahrzeug, mit einem Federelement (5) und einem parallel geschalteten Dämpfungselement (9) , wobei eines der Elemente verstellbar ausgeführt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Realisierung eines semiaktiven Systems (4) das Federelement (5) passiv und das Dämpfungselement (9) mit veränderlich einstellbarer Dämpfungscharakteristik ausgeführt ist und das semiaktive System (4) gemäß eines in Abhängigkeit einer die Federkonstante (c) des passiven Federelements (5) beschreibenden Größe und/oder einer eine veränderlich einstellbare Dämpfungsgrδße ( du ) beschreibenden Größe und/oder einer eine Zustandsgröße ( z ) des Systems beschreibenden Größe und/oder einer die zeitliche Ableitung (z) der Zustandsgröße beschreibenden Größe darstellbaren Kraftverlaufs ( Fs ) beschreibbar ist und dass das Dämpfungselement (9) in der Weise eingestellt wird, dass die Dämpfungsgröße ( du ) zumindest näherungsweise einer in Abhängigkeit der die Federkonstante (c) des passiven Federelements (5) beschreibenden Größe und/oder einer Stellgröße ( u ) und/oder einer die zeitliche Ableitung ( ύ ) der Stellgröße beschreibenden Größe und/oder der die Zustandsgröße (z) des Systems beschreibenden Größe und/oder der die zeitliche Ableitung (z) der Zustandsgröße beschreibenden Größe darstellbaren Beziehung folgt, wobei, dieser Beziehung eine Funktion (/) zugrunde liegt, die aus einem aktiv einstellbaren Referenzsystem (1) mit verstellbarem Stellglied (6) bekannt ist und der Kraftverlauf ( FR ) des Referenzsystems (1) gemäß einer in Abhängigkeit der Stellgröße ( u ) und/oder der die zeitliche Ableitung ( ύ ) der Stellgröße beschreibenden Größe und/oder der die Zustandsgröße (z) des Systems beschreibenden Größe und/oder der die zeitliche Ableitung (z) der Zustandsgröße beschreibenden Größe darstellbaren Beziehung beschreibbar ist, wobei die Stellgröße ( u ) und/oder die die zeitliche Ableitung ( ύ ) der Stellgröße beschreibende Größe des verstellbaren Stellglieds (6) gemäß einem hinterlegten mathematischen Zusammenhang in einer Regel- und Steuereinheit ermittelbar ist.
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