DE10361377A1

DE10361377A1 - Fahrzeugaufhängung und Verfahren zur Steuerung derselben

Info

Publication number: DE10361377A1
Application number: DE10361377A
Authority: DE
Inventors: Jeong Hoon Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2005-03-17
Also published as: US20050038584A1; KR100534700B1; JP2005059835A; KR20050017376A; CN1579823A; US7174244B2; CN100363194C; JP3850830B2

Abstract

Fahrzeugaufhängungssystem und Verfahren zur Steuerung desselben, wobei das Verfahren aufweist: Formalisieren des Fahrzeugaufhängungssystems mittels einer Gleichung 1, wobei das Fahrzeugaufhängungssystem eine Mehrzahl von Federn, eine Mehrzahl von Dämpfern, die jeweils einer der Federn zugeordnet sind, und eine Mehrzahl p von Stellgliedern aufweist, die Gleichung 1 eine lineare Matrixgleichung mit einer Mehrzahl n von Freiheitsgraden ist, und die lineare Matrixgleichung eine Dämpfungsmatrix für eine Viskosedämpfung aufweist, Berechnen von Eigenvektoren einer Steifigkeitsmatrix K aus Gleichung 1, Normalisieren der Eigenvektoren in Bezug auf eine Massenmatrix M aus Gleichung 1, Berechnen einer Ähnlichkeitstransformationsmatrix S, die aus den normalisierten Eigenvektoren besteht, und Normalisieren der Gleichung 1 unter Verwendung der Ähnlichkeitstransformationsmatrix S.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Fahrzeug, und insbesondere eine Fahrzeugaufhängung und ein Verfahren zur Steuerung derselben.

Eine Fahrzeugaufhängung reagiert auf unterschiedliche Fahrbahnstöße, die während des Fahrens eines Fahrzeugs auftreten, und steuert die Dynamik des Fahrzeugs bei Beschleunigung/Verzögerung und Kurven. Eine wichtige Funktion einer derartigen Fahrzeugaufhängung ist es, die Übertragung von Geräuschen und Vibrationen in die Fahrzeugkarosserie zu reduzieren.

Bei einer üblichen Fahrzeugaufhängung ist ein Satz einer Feder und eines Dämpfers (auch Stoßdämpfer genannt) an jedem Rad montiert. Ein Federkoeffizient (auch als Federrate oder Federkonstante bezeichnet) einer Feder, ein Dämpfungskoeffizient eines Dämpfers und Montagepositionen der Federn und Dämpfer werden in einem Konstruktionsprozess für die Aufhängung bestimmt. Daher muss viel Forschung betrieben werden, um die Leistungsfähigkeit einer derartigen Fahrzeugaufhängung durch effizientes Bestimmen solcher Konstruktionsfaktoren zu erhöhen.

Jedoch ist der Betrag möglicher Erhöhung der Leistungsfähigkeit einer Fahrzeugaufhängung durch einfaches Ändern solcher Konstruktionsfaktoren begrenzt. Deshalb wurde in jüngster Zeit neue Forschung unternommen, um Vibrationen in der Fahrzeugaufhängung durch Vorsehen einer Mehrzahl von Erregungsstellgliedern aktiv zu eliminieren, die in einem Fahrzeugaufhängungssystem montiert sind. Solche Erregungsstellglieder können an jeder(m) Feder/Dämpfer für jedes Rad angeordnet sein.

Beispielsweise kann durch ein Verfahren, das direkte Geschwindigkeitsregelung (Direct Velocity Feedback Control) genannt wird, Vibrationsenergie durch Erhöhung des Dämpfungseffekts in einem Fahrzeugaufhängungssystem verbraucht werden, das mehrere Freiheitsgrade aufweist. Eine solche Technik hat den Vorteil, dass asymptotische Stabilität erreicht wird.

Jedoch sind, um die asymptotische Stabilität durch eine solche direkte Geschwindigkeitsregelung zu erreichen, viele Sensoren und Erregungsstellglieder erforderlich. Dies ist problematisch, da Bewegungsgleichungen einer Fahrzeugaufhängung während des Entwerfens der Fahrzeugaufhängung durch Bewegungsgleichungen eine Wechselbeziehung zueinander aufweisen.

Daher wurde in jüngster Zeit einige Forschung unternommen, um eine Fahrzeugaufhängung so zu konstruieren, dass deren Bewegungsgleichungen unabhängig voneinander werden, oder um zu bestimmen, welche Betätigungskräfte auf eine so konstruierte Fahrzeugaufhängung aufgebracht werden sollten.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Fahrzeugaufhängung, die einfacher herstellbar ist und Vibrationen steuert, sowie ein Verfahren zum Konstruieren derselben und ein Verfahren zum Steuern derselben bereitzustellen.

Dies wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren zum Konstruieren eines Fahrzeugaufhängungssystems erreicht, wobei das Verfahren aufweist: Formalisieren des Fahrzeugaufhängungssystems mittels einer Gleichung 1, wobei das Fahrzeugaufhängungssystem eine Mehrzahl von Federn, eine Mehrzahl von Dämpfern, die jeweils einer der Federn zugeordnet sind, und eine Mehrzahl p von Stellgliedern aufweist, die Gleichung 1 eine lineare Matrixgleichung mit einer Mehrzahl n von Freiheitsgraden ist, und die lineare Matrixgleichung eine Dämpfungsmatrix für eine Viskosedämpfung aufweist, Berechnen von Eigenvektoren einer Steifigkeitsmatrix K aus Gleichung 1, Normalisieren der Eigenvektoren in Bezug auf eine Massenmatrix M aus Gleichung 1, Berechnen einer Ähnlichkeitstransformationsmatrix S, die aus den normalisierten Eigenvektoren besteht, und Normalisieren der Gleichung 1 unter Verwendung der Ähnlichkeitstransformationsmatrix S.

Gemäß einem solchen Konstruktionsprozess ist bei einem derartig konstruierten Fahrzeugaufhängungssystem dessen Bewegungsgleichung anpassbar für eine Modusnormalisierung. Gleichung 1 ist Mẍ(t) + C(ẋ(t) – u .(t)) + K(x(t) – u(t)) = Pf(t).

Hier stellen n und p die Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems bzw. die Anzahl von unabhängigen Stellgliedern dar.

M, C und K stellen eine Massenmatrix, eine Dämpfungsmatrix bzw. eine Steifigkeitsmatrix dar, von denen jede symmetrisch n×n ist. Die Massenmatrix M ist eine positivdefinite Matrix, die Dämpfungsmatrix C ist eine positivsemidefinite Matrix, und die Steifigkeitsmatrix K ist eine positivdefinite Matrix.

P stellt eine n×p Realmatrix dar, die Positionen der Stellglieder entspricht.

x(t) und u(t) stellen einen n×1 Zustands- bzw. einen Störgrößenvektor dar, und f(t) stellt einen p×1 Externkraft-(d.h. einen Betätigungskraft-)Vektor dar.

Bei einer anderen Ausführungsform wird bei dem Normalisieren der Gleichung 1 eine Proportionalbeziehung k_j = α×c_j zwischen jedem Paar eines Federkoeffizienten k_j einer j-ten Feder und einem Dämpfungskoeffizienten c_j eines der j-ten Feder zugeordneten j-ten Dämpfers gebildet.

Ein Fahrzeugaufhängungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist auf: eine Mehrzahl von Federn, eine Mehrzahl von Dämpfern, die jeweils einer der Federn zugeordnet sind, und eine Mehrzahl p von Stellgliedern zum Erzeugen einer Steuerungskraft für das Fahrzeugaufhängungssystem. Das Fahrzeugaufhängungssystem ist mittels der oben genannten Gleichung 1 formalisiert, und die Gleichung 1 ist in n Modalgleichungen entkoppelt, wobei die Gleichung 1 eine lineare Matrixgleichung mit einer Mehrzahl n von Freiheitsgraden ist, und wobei die lineare Matrixgleichung eine Dämpfungsmatrix für eine Viskosedämpfung aufweist.

In der gleichen, wie oben beschriebenen Weise ist bei einer anderen Ausführungsform eine Proportionalbeziehung k_j = α×c_j zwischen jedem Paar eines Federkoeffizienten k_j einer j-ten Feder und einem Dämpfungskoeffizienten c_j eines der j-ten Feder zugeordneten j-ten Dämpfers erfüllt.

Wenn die Anzahl n und die Anzahl p gleich sind, ist es bevorzugt, dass das Fahrzeugaufhängungssystem ferner aufweist: eine Erfassungseinheit zum Erfassen von zumindest dem Zustandsvektor x(t) und/oder dessen Geschwindigkeit ẋ(t), und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Stellglieder auf der Basis des erfassten Zustandsvektors x(t) oder dessen Geschwindigkeit ẋ(t).

Hierbei steuert die Steuereinrichtung die Stellglieder mittels einer Betätigungskraft von f = Q^–1 f ^.

Q = S^TP, f ^_i = –C_Siξ ._i, und x(t) = Sξ(t) sind erfüllt.

C_Si ist ein Dämpfungskoeffizient eines Skyhook-Dämpfers, der mit einem i-ten Modus verbunden ist.

S ist eine Matrix, die aus Eigenvektoren der Steifigkeitsmatrix K besteht und in Bezug auf die Massenmatrix M normalisiert ist.

Wenn die Anzahl p geringer als die Anzahl n ist, es bevorzugt, dass das Fahrzeugaufhängungssystem ferner aufweist: eine Erfassungseinheit zum Erfassen von zumindest dem Zustandsvektor x(t) und/oder dessen Geschwindigkeit ẋ(t), und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Stellglieder auf der Basis des erfassten Zustandsvektors x(t) oder dessen Geschwindigkeit ẋ(t), wobei die Steuereinrichtung die Stellglieder mittels einer Betätigungskraft von f(t) steuert, die

erfüllt.

Hierbei sind Q = S^TP und x(t) = Sξ(t) erfüllt.

F_Si ist eine Reibungskraft eines Skyhook-Coulomb-Reibungsdämpfers, der mit einem i-ten Modus verbunden ist.

Im Einzelnen erfüllt die Betätigungskraft f(t) vorzugsweise

in Bezug auf i = 1, ..., n und j = 1, ..., p.

Hierbei ist F_A ein Wert in einem Bereich von Null (0) bis F_P.

F_B ist ein Wert in einem Bereich von Null (0) bis F_N.

F_k für k = 1, ..., (2ⁿ – 2) ist ein Wert zwischen F_P und F_N.

F_P und F_N stellen eine positive Maximalkraft bzw. eine negative Maximalkraft dar, die ein j-tes Stellglied erzeugen kann.

Im Einzelnen erfüllt die Betätigungskraft f(t) vorzugsweise

in Bezug auf i = 1, ..., n und j = 1, ..., p.

Es ist ferner bevorzugt, dass die Werte von F_A und F_P gleich sind, und dass die Werte von F_B und F_N gleich sind.

Ein Fahrzeugaufhängungssystem, das mittels eines Verfahrens gemäß der Erfindung gesteuert wird, weist eine Mehrzahl von Dämpfern und eine Mehrzahl von Stellgliedern auf, wird durch die oben erwähnte Gleichung 1 formalisiert, und wird in eine entkoppelte Gleichung 2 umgewandelt.

Ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Fahrzeugaufhängungssystems weist auf: Berechnen eines Geschwindigkeitsvektors ẋ(t) eines Zustandsvektors x(t) der oben genannten Gleichung 1, Berechnen einer Betätigungskraft f(t) derart, dass die Betätigungskraft f(t)

erfüllt, wobei C_Si ein Dämpfungskoeffizient eines Skyhook-Dämpfers ist, der mit einem i-ten Modus verbunden ist, und Betätigen der Stellglieder mittels der berechneten Betätigungskraft f(t).

Hierbei ist Gleichung 2

Hierbei ist I eine n×n Einheitsmatrix.

S ist eine Matrix, die aus Eigenvektoren der Steifigkeitsmatrix K besteht und in Bezug auf die Massenmatrix M normalisiert wird.

Q = S^TP, f ^ = Qf(t), x(t) = Sξ(t), u(t) = Sη(t), S^TKS = diag[ω_i ²] = Λ_K und
S^TCS = C ^ = diag[2ζ_iω_i] werden von der Matrix S erfüllt.

Ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugaufhängungssystems kann aufweisen: Berechnen eines Geschwindigkeitsvektors ẋ(t) eines Zustandsvektors x(t) einer Gleichung 1, Berechnen einer Betätigungskraft f(t) derart, dass die Betätigungskraft f(t)

in Bezug auf i = 1, ..., n und j = 1, ..., p erfüllt, und
Betätigen der Stellglieder mittels der berechneten Betätigungskraft f(t).

Hierbei ist F_A ein Wert in einem Bereich von Null (0) bis F_P.

F_B ist ein Wert in einem Bereich von Null (0) bis F_N.

F_k für k = 1, ..., (2ⁿ – 2) ist ein Wert zwischen F_P und F_N.

Es ist bevorzugt, dass die Betätigungskraft f(t)

in Bezug auf i = 1, ..., n und j = 1, ..., p erfüllt.

Es ist ferner bevorzugt, dass Werte von F_A und F_P gleich sind, und Werte von F_B und F_N gleich sind.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockschema eines Fahrzeugaufhängungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein beispielhaftes dynamisches Modell für entkoppelte Modalgleichungen;
3 ein beispielhaftes dynamisches Modell für ein Fahrzeugaufhängungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, mit einem Skyhook-Modaldämpfer, der entkoppelte Modalgleichungen erfüllt;
4 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugaufhängungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, das mittels einer Steuereinrichtung durchgeführt wird, wenn eine Anzahl n von Freiheitsgraden von Bewegungsgleichungen des Fahrzeugaufhängungssystems gleich einer Anzahl p von Stellgliedern ist;
5 ein beispielhaftes dynamisches Modell für ein Fahrzeugaufhängungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, mit einem Skyhook-Coulomb-Modalreibungsdämpfer, der entkoppelte Modalgleichungen erfüllt;
6 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugaufhängungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, das mittels einer Steuereinrichtung durchgeführt wird, wenn eine Anzahl n von Freiheitsgraden von Bewegungsgleichungen des Fahrzeugaufhängungssystems größer als eine Anzahl p von Stellgliedern ist.
Mit Bezug auf die Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
1 ist ein Blockschema eines Fahrzeugaufhängungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Fahrzeugaufhängungssystem gemäß der Erfindung kann bei einem Fahrzeug unabhängig von dessen Anzahl von Rädern (und demzufolge dessen Anzahl von Federn und Dämpfern) angewendet werden. Jedoch zeigt für den Zweck der Erläuterung die 1 ein Fahrzeugaufhängungssystem, bei dem vier Räder 120 vorgesehen sind und eine dementsprechende Anzahl von Federn 140 und Dämpfern 130 an einer Fahrzeugkarosserie 100 montiert sind.
Eine Sensoreinheit 110 ist an der Fahrzeugkarosserie 100 montiert, um Bewegungsparameter der Fahrzeugkarosserie 100 zu messen.
Der Bewegungsparameter umfasst jedes Element in einem Zustandsvektor x(t) (vorzugsweise dessen Zeitableitung ẋ(t), durch den eine Bewegungsgleichung der Fahrzeugkarosserie gebildet wird. Die Elemente des Zustandsvektors x(t) können in unterschiedlicher Weise entsprechend Analysetechniken von Festkörperbewegung vorgegeben werden. Als ein bevorzugtes Beispiel umfassen die Elemente des Zustandsvektors x(t) sechs Parameter für die Translations- und Rotationsbewegung der Fahrzeugkarosserie 100. Die Reihenfolge des Zustandsvektors, der mittels der Sensoreinheit 110 gemessen wird, bezieht sich auf Freiheitsgrade in gekoppelten Bewegungsgleichungen des Fahrzeugaufhängungssystems.
Ein Fahrzeugaufhängungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eine vordere linke (FL), eine vordere rechte (FR), eine hintere linke (RL) und eine hintere rechte (RR) Aufhängung auf.
Ein Stellglied 160 ist an jeder der FL, FR, RL und RR Aufhängungen montiert, um eine Betätigungskraft an einer entsprechenden Aufhängung zu erzeugen und aufzubringen. 1 zeigt vier Stellglieder 140, jedoch muss die Anzahl der Stellglieder nicht gleich der Anzahl der Räder 120 sein.
Ein Verfahren zum Konstruieren eines Fahrzeugaufhängungssystems und ein Aufhängungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden nachfolgend ausführlicher beschrieben. Für den Zweck des besseren Verständnisses der Erfindung wird die Anzahl von Freiheitsgraden in einer Bewegungsgleichung des Aufhängungssystems mit n bezeichnet, und die Anzahl von unabhängigen Stellgliedern wird mit p bezeichnet.
Eine Bewegungsgleichung der Fahrzeugkarosserie 100 entsprechend einem linearen Aufhängungssystem mit Viskosedämpfung kann als folgende Gleichung 1 beschrieben werden. Mẍ(t) + C(ẋ(t) – u .(t)) + K(x(t) – u(t)) = Pf(t) (Gleichung 1).
Hierbei stellen M, C und K eine Massenmatrix, eine Dämpfungsmatrix bzw. eine Steifigkeitsmatrix dar, wobei diese jeweils symmetrisch n×n sind. Die Massenmatrix M ist eine positivdefinite Matrix, die Dämpfungsmatrix C ist eine positivsemidefinite Matrix, und die Steifigkeitsmatrix K ist eine positivdefinite Matrix.
P stellt eine n×p Realmatrix dar, die Positionen der Stellglieder entspricht, und f(t) stellt einen p×1 Externkraft-(d.h. einen von dem Stellglied 160 erzeugten Betätigungskraft-)Vektor dar.
x(t) und u(t) stellen einen n×1 Zustands- bzw. einen Störgrößenvektor dar. u(t) bedeutet die Störgröße, die während der Bewegung des Rades 120 entlang einer Fahrbahnoberfläche verursacht wird.
Das Arbeiten mit einer Bewegungsgleichung für ein vorgegebenes Aufhängungssystem in Form der obigen Gleichung 1, sowie vorgegebene spezifische Werte der Matrizen M, C, K und P der Gleichung 1, die physikalische Merkmale des Aufhängungssystems entsprechend der Gleichung 1 extrahieren, sind für einen auf diesem Gebiet tätigen Fachmann bekannt.
Ein Entkopplungsvorgang der Gleichung 1 wird nachfolgend zuerst beschrieben.
Eine Matrix S, welche die folgende Gleichung 2 erfüllt, kann durch Darstellen von Eigenvektoren der Steifigkeitsmatrix K und anschließendes Normalisieren des Eigenvektors in Bezug auf die Massenmatrix M erlangt werden. STMS = I und STKS = diag[ωi 2] (Gleichung 2)
Hierbei stellt diag[ω_i ²] eine Diagonalmatrix dar, deren (i, i) Element ω_i ² ist. Im folgenden ist Λ_K definiert als S^TKS (d.h. Λ_k = S^TKS).
I stellt eine n×n Einheitsmatrix dar.
ω_i ², das ein Quadrat einer natürlichen Frequenz ω ist, ist ein i-ter Eigenwert der Steifigkeitsmatrix K.
Gleichung 2 definiert eine Orthonormalität der Matrix S.
Gleichung 2 bedeutet, dass entsprechend einer Ähnlichkeitstransformation durch eine Ähnlichkeitstransformationsmatrix S die Massenmatrix M zu einer Einheitsmatrix und die Steifigkeitsmatrix K zu einer Diagonalmatrix transformiert werden können.
Entsprechend der Ähnlichkeitstransformation durch die Ähnlichkeitstransformationsmatrix S kann eine Ähnlichkeitsmatrix C ^(nachfolgend als Modaldämpfungsmatrix bezeichnet) der Dämpfungsmatrix C als folgende Gleichung 3 dargestellt werden. STCS = C ^ (Gleichung 3)
Die Modaldämpfungsmatrix C ist eine n×n symmetrische positivsemidefinite Matrix und nicht unbedingt eine Diagonalmatrix.
Durch Multiplizieren der Ähnlichkeitstransformationsmatrix S mit der linken Seite der Gleichung 1 und durch Substitutionen von x(t) = Sξ(t) und u(t) = Sη(t) wird Gleichung 1 in die folgende Gleichung 4 umgewandelt.
Daher wird, wenn die Modaldämpfungsmatrix S^TCS = C ^ diagonalisiert werden kann, die linke Seite der Gleichung 4 durch eine Ähnlichkeitstransformation eine diagonalisierte Matrixgleichung, d.h. Modalgleichungen.
Eine derartige Modaldämpfungsmatrix C ^ kann in verschiedener Weise diagonalisiert werden. Als ein Beispiel kann eine Bedingung der folgenden Gleichung 5 dem Aufhängungssystem auferlegt werden. kj = α×cj (j = 1, ..., Anzahl von Federn) (Gleichung 5).
Hierbei ist α eine Konstante, und k_j und c_j stellen einen j-ten Federkoeffizienten (oder äquivalent eine Federrate) und einen j-ten Dämpfungskoeffizienten dar.
Bei einem Fahrzeugaufhängungssystem werden üblicherweise eine Feder zur Bewegungssteuerung der Fahrzeugkarosserie und ein Dämpfer zur Dämpfung der Vibrationen der Feder an ein und derselben Stelle montiert. Daher weisen die Steifigkeitsmatrix K und die Dämpfungsmatrix C dieselben Werte in Bezug auf die Positionen vor, obwohl deren Federkoeffizienten und Dämpfungskoeffizienten unterschiedlich sein können.
Daher bedeutet Gleichung 5, dass ein Fahrzeugaufhängungssystem derart konstruiert ist, dass k_j = α×c_j für jedes j = 1, ..., Anzahl von Federn erfüllt ist. Das heißt, ein Verhältnis von Feder- und Dämpfungskoeffizienten einer Feder und eines Dämpfers ist dasselbe, unabhängig von der Position der Aufhängung, wie FL, FR, RL und RR.
Entsprechend der Bedingung von Gleichung 5 kann die Modaldämpfungsmatrix C ^ in derselben Weise wie die Ähnlichkeitsmatrix Λ_K = S^TKS der Steifigkeitsmatrix K diagonalisiert werden. Die Modaldämpfungsmatrix C , die als solche diagonalisiert ist, kann als folgende Gleichung 6 geschrieben werden. STCS = C ^ = diag[2ζiωi] (Gleichung 6)
Hierbei stellt ζ_i ein i-tes Modaldämpfungsverhältnis dar.
Gleichung 1 (oder Gleichung 4) unter der Bedingung von Gleichung 5 umgeschrieben, kann die folgende Gleichung 7 abgeleitet werden.
Hierbei sind f ^ = Qf(t) und Q = S^TP. In Bezug auf x(t) und u(t) sind x(t) = Sξ(t) und u(t) = Sη(t).
Wie aus Gleichung 7 ersichtlich ist, ist die linke Seite der Bewegungsgleichung eines Fahrzeugaufhängungssystems vollständig diagonalisiert.
Daher können n (i = 1, ..., n) Modalgleichungen von der obigen Gleichung 7 in Form der folgenden Gleichung 8 abgeleitet werden.
Zur Erwähnung ist in 2 ein beispielhaftes dynamisches Modell für entkoppelte Modalgleichungen dargestellt.
Wie aus Gleichung 8 ersichtlich, ist die Bewegungsgleichung eines Aufhängungssystems außer der rechten Seite, die sich auf eine erzwungene Betätigung bezieht, vollständig entkoppelt. Nun war das Aufhängungssystem für die Bestimmung einer Betätigungskraft der Stellglieder 160 zur Vibrationssteuerung und/oder die Aufbringung der bestimmten Betätigungskraft auf das Aufhängungssystem geeignet.
Das oben beschriebene Verfahren zur Konstruktion eines Aufhängungssystems kann wie folgt zusammengefasst werden: Formalisieren des Fahrzeugaufhängungssystems durch Gleichung 1, Berechnen von Eigenvektoren einer Steifigkeitsmatrix K aus Gleichung, Normalisieren der Eigenvektoren in Bezug auf eine Massenmatrix M aus Gleichung 1, Berechnen einer Ähnlichkeitstransformationsmatrix S, die aus den normalisierten Eigenvektoren besteht, und Normalisieren der Gleichung 1 unter Verwendung der Ähnlichkeitstransformationsmatrix S.
Gemäß einem derartigen Verfahren zum Konstruieren eines Fahrzeugaufhängungssystems wird eine Bewegungsgleichung eines Aufhängungssystems im Stadium der Konstruktion modusnormalisiert. Daher können dynamische Verhaltenscharakteristika eines solchen Aufhängungssystems leicht durch bessere Steuerungslogik verbessert werden, die durch eine Analysisforschung der Fahrzeugdynamik erlangt werden kann.
Die Bestimmung aktiver Dämpfung von Ausführungsformen der Aufhängungsbewegung dafür, wann und wie lange eine Betätigungskraft durch die Stellglieder 160 erzeugt werden soll, wird nun ausführlich in Bezug auf Fälle mit unterschiedlicher Anzahl von Stellgliedern beschrieben.
Damit eine aktive Dämpfung der Aufhängungsbewegung eintritt, weist ein Aufhängungssystem gemäß einer Ausführungsform ferner, wie in 1 gezeigt ist, eine Steuereinrichtung 150 zum Empfangen von Signalen von der Sensoreinheit 110 und dementsprechend zur Steuerung der Stellglieder 160 auf deren Basis auf.
Die Steuereinrichtung 150 kann durch einen oder mehrere Prozessoren realisiert werden, die durch eine vorbestimmte Software betätigt werden, die derart programmiert werden kann, dass sie jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform durchführt.
Im folgenden wird eine erste Ausführungsform in Bezug auf einen Fall beschrieben, bei dem die Stellglieder 160 in derselben Anzahl n der Modalgleichungen (d.h. Modi) vorgesehen sind, und eine zweite Ausführungsform wird in Bezug auf einen Fall beschrieben, bei dem die Anzahl p der Stellglieder 160 geringer als die Anzahl n der Modi ist.
Zuerst wird der erstere Fall ausführlich beschrieben. In diesem Falle ist die Anzahl p der Stellglieder 160 gleich der Anzahl n von Modi, und ein Skyhook-Modaldämpfer wird vorzugsweise als ein Dämpfer für aktive Dämpfung angenommen. Ein beispielhaftes dynamisches Modell für ein Fahrzeugaufhängungssystem mit einem Skyhook-Modaldämpfer, der entkoppelte Modalgleichungen erfüllt, ist in 3 dargestellt.
Während ein herkömmlicher Viskosedämpfer die Dämpfungskraft proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen einer vibrierenden Masse (d.h. Fahrzeugkarosserie) und einer Tragebene (d.h. Fahrbahnoberfläche) bildet, bildet der Skyhook-Dämpfer eine Dämpfungskraft proportional zu einer Absolutgeschwindigkeit der Masse (d.h. unabhängig von der Welligkeit der Fahrbahnoberfläche).
Daher kann eine aktive Dämpfungskraft (d.h. eine Modalsteuerungskraft) f ^_i, die für einen solchen Skyhook-Dämpfer bestimmt ist, als folgende Gleichung 9 dargestellt werden. f ^i = –CSiξ .i (Gleichung 9)
Hierbei ist C_Si ein Dämpfungskoeffizient eines Skyhook-Dämpfers, der mit einem i-ten Modus verbunden ist, und ξ ._i ist eine Absolutgeschwindigkeit des i-ten Modus.
Wenn die Anzahl p der Stellglieder 160 gleich der Anzahl n der Modi ist (n = p), ist die Matrix Q eine reguläre Matrix (oder eine nicht singuläre Matrix), die umkehrbar ist, und daher kann die Betätigungskraft f als folgende Gleichung 10 geschrieben werden. f = Q–1 f ^ (Gleichung 10)
Unter Verwendung der obigen Gleichung 10 kann die Bewegungsgleichung des Aufhängungssystems in die folgende Gleichung 11 umgewandelt werden.
Wie aus Gleichung 11 ersichtlich, ist die Bewegungsgleichung eines Aufhängungssystems vollständig entkoppelt. Daher kann, wenn eine Betätigungskraft aus Gleichung 10 auf die Stellglieder 160 aufgebracht wird, eine modale Vibration in jedem Modus der Bewegungsgleichung des Aufhängungssystems leicht vermindert werden.
Die Steuereinrichtung 150 kann die Betätigungskraft aus Gleichung 10 auf die Stellglieder 160 in dem nachfolgend beschriebenen Prozess aufbringen.
Wie aus 4 ersichtlich, berechnet zuerst die Steuereinrichtung 150 in Schritt S410 die Zeitableitung (d.h. Geschwindigkeit) ẋ(t) des Zustandsvektors x(t) auf der Basis von Signalen von der Sensoreinheit 110.
Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 150 in Schritt S420 eine Geschwindigkeit ξ .(t) eines modalen Zustandsvektors ξ(t) auf der Basis der Geschwindigkeit ẋ(t) des Zustandsvektors x(t). Die Geschwindigkeit ξ .(t) des modalen Zustandsvektors ξ(t) wird durch x(t) = Sξ(t) unter Verwendung der Ähnlichkeitstransformationsmatrix S und der Steifigkeitsmatrix K berechnet, die in einem Stadium der Konstruktion des Aufhängungssystems vorbestimmt wird. Im Einzelnen wird die Geschwindigkeit ξ .(t) des modalen Zustandsvektors ξ(t) als ein Wert gemäß
berechnet.
Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 150 in Schritt S430 einen Betätigungskraftvektor f(t) für die Stellglieder 160 unter Verwendung der Geschwindigkeit ξ .(t) des modalen Zustandsvektors ξ(t).
Im Einzelnen wird der Betätigungskraftvektor f(t) durch eine Gleichung
äquivalent zu Gleichung 10 unter Verwendung der Ähnlichkeitstransformationsmatrix S und der Matrix P entsprechend den Positionen der Stellglieder 160 berechnet, der in einem Stadium der Konstruktion des Aufhängungssystems vorbestimmt wird. Der Betätigungskraftvektor f(t), der als solcher berechnet wird, wird als ein Wert gemäß
berechnet.
Anschließend bringt die Steuereinrichtung 150 in Schritt S440 den derartig berechneten Betätigungskraftvektor f(t) auf die Stellglieder 160.
Bezüglich der obigen Beschreibung werden die folgenden Hinweise gegeben.
Zuerst ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Sensoreinheit 110 den Zustandsvektor x(t) erfasst und die Steuereinrichtung 150 dessen Geschwindigkeit ẋ(t) berechnet. Als eine modifizierte Ausführungsform kann die Sensoreinheit 110 die Geschwindigkeit ẋ(t)des Zustandsvektors x(t) direkt erfassen, so dass die Steuereinrichtung 150 die erfasste Geschwindigkeit ẋ(t) einfach aufnehmen kann. Daher sollte die Berechnung der Geschwindigkeit ẋ(t) des Zustandsvektors x(t) so verstanden werden, dass sie jeden Schritt zum Erlangen des Wertes der Geschwindigkeit ẋ(t) des Zustandsvektors x(t) abdeckt.
Außerdem wurde ein Prozess zum Berechnen des Betätigungskraftvektors f(t) in Bezug auf eine Mehrzahl von Schritten in der obigen Beschreibung beschrieben, jedoch sollte dies als ein beispielhafter Prozess verstanden werden, um einen Wert von
endgültig zu berechnen.
Als eine einfache Variation kann, wenn ein Wert von
in der Steuereinrichtung 150 gespeichert ist, die Steuereinrichtung 150 den Betätigungskraftvektor f(t) durch einfaches Multiplizieren der gespeicherten Matrix
mit dem Geschwindigkeitsvektor ẋ(t) nach dem Schritt S410 erlangen.
Ein Aufhängungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl p der Stellglieder 160 geringer als die Anzahl n von Modi (oder äquivalent zu der Anzahl von Modalgleichungen).
In diesem Falle wird vorzugsweise ein Skyhook-Coulomb-Modalreibungsdämpfer als ein Dämpfer für aktive Dämpfung angenommen. Ein beispielhaftes dynamisches Modell für ein Fahrzeugaufhängungssystem mit einem Skyhook-Coulomb-Modalreibungsdämpfer, der entkoppelte Modalgleichungen erfüllt, ist in 5 dargestellt.
Wenn die Anzahl p der Stellglieder 160 geringer als die Anzahl n der Modi, kann die Bewegungsgleichung des Fahrzeugaufhängungssystems einschließlich deren rechter Seite (d.h. der Betätigungskraftseite) nicht ganz entkoppelt werden.
In diesem Falle, wenn eine Betätigungskraft proportional zu einer Modusgeschwindigkeit auf die Stellglieder 160 gebracht wird, um einen Wert eines diagonalen Elements der Modaldämpfungsmatrix C ^ zu erhöhen, werden auch die Werte ihrer nicht diagonalen Elemente erhöht. Das heißt, die Dämpfungswirkung kann nicht unabhängig in Bezug auf einen spezifischen Modus erhöht werden, und eine Erhöhung der Dämpfung für einen spezifischen Modus kann eine negative Wirkung (d.h. Erhöhung von Vibrationsenergie) für die Dämpfung in einem anderen Modus verursachen.
Daher wird in einem solchen Falle, in dem die Anzahl p der Stellglieder 160 geringer als die Anzahl n der Modi ist, ein Skyhook-Coulomb-Modalreibungsdämpfer als ein Dämpfer für eine aktive Dämpfung angenommen, so dass eine negative Wirkung auf andere Modi ausgeübt wird, wenn die Dämpfung eines spezifischen Modus ansteigend gesteuert wird.
Im Falle eines Skyhook-Coulomb-Modalreibungsdämpfers erfüllt die Modalsteuerungskraft f ^ die folgende Gleichung 12.
Hierbei stellt F_Si eine Reibungskraft eines Skyhook-Coulomb-Reibungsdämpfers dar, der mit einem i-ten Modus verbunden ist. Wie zuvor beschrieben ist, stellt p die Anzahl der Stellglieder dar, und die Matrix Q ist als Q = S^TP definiert. ξ ._i bedeutet eine Absolutgeschwindigkeit eines i-ten Modus, und sign(ξ ._i) stellt ein sign davon dar.
Um die obige Gleichung 12 zu erfüllen, wird eine j-te Betätigungskraft f_j (j = 1, ..., p) wie die folgende Gleichung 13 berechnet.
Hierbei stellen F_P und F_N eine positive Maximalkraft bzw. eine negative Maximalkraft dar, die ein j-tes Stellglied erzeugen kann. F_k für k = 1, ..., (2ⁿ – 2) ist ein Wert zwischen F_P und F_N.
Gemäß der obigen Gleichung 13 wird, wenn Fk nicht Null (0) für k = 1, ..., (2ⁿ – 2) ist, die Bewegung der Fahrzeugkarosserie 100 für verschiedene Modi reduziert und für verschiedene andere Modi erhöht. Zum Beispiel sollte zum Reduzieren der Bewegung des ersten Modus F₁ einen positiven Wert haben, aber in diesem Falle steigt die Bewegung in einen n-ten Modus an. Daher werden gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung die Werte F_k für alle k = 1, ..., (2ⁿ – 2) auf Null (0) gesetzt, so dass die Bewegungen in jedem Modus unabhängig voneinander reduziert werden können.
Das heißt, die Steuereinrichtung 150 berechnet die j-te Betätigungskraft f_j (j = 1, ..., p) wie die folgende Gleichung 14.
Gemäß der obigen Gleichung 14 werden die Stellglieder 160 nur in dem Falle betätigt, in dem Vibrationsenergie in jedem Modus verbraucht werden kann.
Zum Beispiel wird, wenn nur zwei Stellglieder an einem Fahrzeugaufhängungssystem montiert sind, dessen Freiheitsgrade mehr als zwei sind, nur ein erstes Stellglied mit einer Betätigungskraft betätigt, wenn das erste Stellglied Vibrationsenergie in jedem Modus verbraucht, aber ein zweites Stellglied nicht. In anderen Worten wird ein j-tes Stellglied nur betätigt, wenn der Betrieb den Verbrauch von Vibrationsenergie in jedem Modus sicherstellt.
Eine erste Reihe aus Gleichung 14 (oder eine erste Reihe aus Gleichung 13) bedeutet, dass in dem Falle, in dem das j-te Stellglied Vibrationsenergie in jedem Modus verbrauchen kann, das j-te Stellglied mit der positiven Maximalkraft betrieben wird. Das heißt, in diesem Falle dämpft die Aufbringung einer positiven Betätigungskraft auf das j-te Stellglied die Vibration. Somit wird eine solche Vibrationsdämpfungswirkung gesteuert, um durch Aufbringung der positiven Maximalbetätigungskraft auf das j-te Stellglied maximiert zu werden.
Außerdem bedeutet eine zweite Reihe aus Gleichung 14 (oder eine letzte Reihe aus Gleichung 13) einen Fall, in dem ein positiver Wert einer Betätigungskraft des j-ten Stellgliedes eine Erhöhung von Vibrationsenergie in jedem Modus verursacht. Somit wird in diesem Falle das j-te Stellglied auf eine negative Maximalbetätigungskraft gesteuert. Das heißt, da die Aufbringung einer positiven Betätigungskraft auf das j-te Stellglied die Vibration erhöht, kann eine solche Vibration durch Aufbringung einer negativen Betätigungskraft gedämpft werden. Somit wird in diesem Falle die Vibrationsdämpfungswirkung gesteuert, um durch Aufbringung der negativen Maximalbetätigungskraft auf das j-te Stellglied maximiert zu werden.
Reihen zwischen der ersten und der letzten Reihe aus Gleichung 13 betreffen Fälle, in denen der Betrieb des j-ten Stellglieds eine Erhöhung von Vibration für verschiedene Modi und eine Verringerung von Vibration für verschiedene andere Modi verursacht. Eine auf diesem Gebiet tätige Person kann geeignete Werte von F_k auswählen, um einer gewünschten Charakteristik eines spezifischen Aufhängungssystems innerhalb der vorgeschriebenen Bereiche zu entsprechen.
Gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung werden die Werte von F_k auf Null (0) gestellt, so dass keinerlei negative Wirkung (Erhöhung von Vibrationsenergie in irgendeinem Modus) auftreten kann.
Die Steuereinrichtung 150 kann die Betätigungskraft aus Gleichung 14 auf die Stellglieder 160 in dem nachfolgend beschriebenen Prozess aufbringen.
Wie aus 6 ersichtlich, berechnet zuerst die Steuereinrichtung 150 in Schritt S610 die Zeitableitung (d.h. Geschwindigkeit) ẋ(t) des Zustandsvektors x(t) auf der Basis von Signalen von der Sensoreinheit 110.
Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 150 in Schritt S620 eine Geschwindigkeit ξ .(t) eines modalen Zustandsvektors ξ(t) auf der Basis der Geschwindigkeit ẋ(t) des Zustandsvektors x(t). Die Geschwindigkeit ξ .(t) des modalen Zustandsvektors ξ(t) wird durch x(t) = Sξf(t) unter Verwendung der Ähnlichkeitstransformationsmatrix S und der Steifigkeitsmatrix K berechnet, die in einem Stadium der Konstruktion des Aufhängungssystems vorbestimmt wird. Im Einzelnen wird die Geschwindigkeit ξ .(t) des modalen Zustandsvektors ξ(t) als ein Wert gemäß
berechnet.
Anschließend berechnet die Steuereinrichtung 150 in den Schritten S630–640 die j-te Komponente f_j (d.h. eine Betätigungskraft eines j-ten Stellglieds) des Betätigungskraftvektors f(t) für jedes j (j = 1, ..., p) unter Verwendung der Geschwindigkeit ξ .(t) des modalen Zustandsvektors ξ(t).
Um die Betätigungskraft fj für das j-te Stellglied zu berechnen, bestimmt die Steuereinrichtung 150 zuerst in Schritt S630, ob Q_ijsign(ξ ._i) ≥ 0 für jeden i-ten Modus (i = 1, ..., n) erfüllt ist.
Wenn Q_ijsign(ξ ._i) ≥ 0 für jeden i-ten Modus (i = 1, ..., n) erfüllt ist (S630 – Ja), setzt die Steuereinrichtung 150 in Schritt S635 die Betätigungskraft f_j für das j-te Stellglied als –F_P fest.
Außerdem bestimmt die Steuereinrichtung 150 ferner in Schritt S640, ob Q_ijsign(ξ ._i) < 0 für jeden i-ten Modus (i = 1, ..., n) erfüllt ist.
Wenn Q_ijsign(ξ ._i) < 0 für jeden i-ten Modus (i = 1, ..., n) erfüllt ist (S640 – Ja), setzt die Steuereinrichtung 150 in Schritt S645 die Betätigungskraft f_j für das j-te Stellglied als –F_N fest.
Wenn weder Q_ijsign(ξ ._i) ≥ 0 noch Q_ijsign(ξ ._i) < 0 für alle i-ten Modi (i = 1, ..., n) (S630 – Nein und S640 – Nein) voll erfüllt ist, setzt die Steuereinrichtung 150 in Schritt S650 die Betätigungskraft f_j auf Null (0).
Durch rekursive Ausführung der Schritte S630–S650 gemäß dem Schritt S660 berechnet die Steuereinrichtung 150 die Betätigungskraft f_j für das j-te Stellglied (j = 1, ..., p).
Wenn die Betätigungskraft f_j für jedes j = 1, ..., p berechnet ist, ist die Berechnung des Betätigungskraftvektors f(t) abgeschlossen.
Dann betätigt die Steuereinrichtung 150 in Schritt S670 die Stellglieder 160 durch den berechneten Betätigungskraftvektor f(t).
Bezüglich der obigen Beschreibung werden die folgenden Hinweise gegeben.
Zuerst ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Sensoreinheit 110 den Zustandsvektor x(t) erfasst und die Steuereinrichtung 150 dessen Geschwindigkeit ẋ(t) berechnet. Als eine modifizierte Ausführungsform kann die Sensoreinheit 110 die Geschwindigkeit ẋ(t) des Zustandsvektors x(t) direkt erfassen, so dass die Steuereinrichtung 150 die erfasste Geschwindigkeit ẋ(t) einfach aufnehmen kann. Daher sollte die Berechnung der Geschwindigkeit ẋ(t) des Zustandsvektors x(t) so verstanden werden, dass sie jeden Schritt zum Erlangen des Wertes der Geschwindigkeit ẋ(t) des Zustandsvektors x(t) abdeckt.
Gemäß der Ausführungsform der Erfindung kann ein aktiv gesteuertes Fahrzeugaufhängungssystem in dessen aktiver Steuerung einfacher konstruiert werden.
Wenn so viele Stellglieder vorgesehen sind, wie es Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems gibt, kann jeder Vibrationsmodus effizient und unabhängig gesteuert werden.
Außerdem können Vibrationsmodi gesteuert werden, ohne negative Wirkungen auf andere Vibrationsmodi zu verursachen, selbst wenn die Anzahl von Stellgliedern geringer als die Anzahl von Freiheitsgraden des Fahrzeugaufhängungssystems ist.

Claims

Verfahren zum Konstruieren eines Fahrzeugaufhängungssystems, aufweisend: Formalisieren des Fahrzeugaufhängungssystems mittels einer Gleichung 1, wobei das Fahrzeugaufhängungssystem eine Mehrzahl von Federn, eine Mehrzahl von Dämpfern, die jeweils einer der Federn zugeordnet sind, und eine Mehrzahl p von Stellgliedern aufweist, wobei die Gleichung 1 eine lineare Matrixgleichung mit einer Mehrzahl n von Freiheitsgraden ist, wobei die lineare Matrixgleichung eine Dämpfungsmatrix für eine Viskosedämpfung aufweist, Berechnen von Eigenvektoren einer Steifigkeitsmatrix K aus Gleichung 1, Normalisieren der Eigenvektoren in Bezug auf eine Massenmatrix M aus Gleichung 1, Berechnen einer Ähnlichkeitstransformationsmatrix S, die aus den normalisierten Eigenvektoren besteht, und Normalisieren der Gleichung 1 unter Verwendung der Ähnlichkeitstransformationsmatrix S, wobei Gleichung 1 ist Mẍ(t) + C(ẋ(t) – u .(t)) + K(x(t) – u(t)) = Pf(t)wobei: n und p die Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems bzw. die Anzahl von unabhängigen Stellgliedern darstellen, M, C und K eine Massenmatrix, eine Dämpfungsmatrix bzw. eine Steifigkeitsmatrix darstellen, von denen jede symmetrisch n×n ist, die Massenmatrix M eine positivdefinite Matrix ist, die Dämpfungsmatrix C eine positivsemidefinite Matrix ist, und die Steifigkeitsmatrix K eine positivdefinite Matrix ist, P eine n×p Realmatrix darstellt, die Positionen der Stellglieder entspricht, x(t) und u(t) einen n×1 Zustands- bzw. einen Störgrößenvektor darstellen, und f(t) einen p×1 Externkraft-(d.h. einen Betätigungskraft-)Vektor darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Normalisieren der Gleichung 1 eine Proportionalbeziehung k_j = α×c_j zwischen jedem Paar eines Federkoeffizienten k_j einer j-ten Feder und einem Dämpfungskoeffizienten c_j eines der j-ten Feder zugeordneten j-ten Dämpfers bildet.
Fahrzeugaufhängungssystem, aufweisend: eine Mehrzahl von Federn, eine Mehrzahl von Dämpfern, die jeweils einer der Federn zugeordnet sind, und eine Mehrzahl p von Stellgliedern zum Erzeugen einer Steuerungskraft für das Fahrzeugaufhängungssystem, wobei: das Fahrzeugaufhängungssystem mittels einer Gleichung 1 formalisiert ist, und Gleichung 1 in n Modalgleichungen entkoppelt ist, wobei Gleichung 1 eine lineare Matrixgleichung mit einer Mehrzahl n von Freiheitsgraden ist und die lineare Matrixgleichung eine Dämpfungsmatrix für eine Viskosedämpfung aufweist, wobei Gleichung 1 ist Mẍ(t) + c(ẋ(t) – u .(t)) + K(x(t) – u(t)) = Pf(t)wobei: n und p die Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems bzw. die Anzahl von unabhängigen Stellgliedern darstellen, M, C und K eine Massenmatrix, eine Dämpfungsmatrix bzw. eine Steifigkeitsmatrix darstellen, von denen jede symmetrisch n×n ist, die Massenmatrix M eine positivdefinite Matrix ist, die Dämpfungsmatrix C eine positivsemidefinite Matrix ist, und die Steifigkeitsmatrix K eine positivdefinite Matrix ist, P eine n×p Realmatrix darstellt, die Positionen der Stellglieder entspricht, x(t) und u(t) einen n×1 Zustands- bzw. einen Störgrößenvektor darstellen, und f(t) einen p×1 Externkraft-(d.h. einen Betätigungskraft-)Vektor darstellt.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 3, wobei eine Proportionalbeziehung k_j = α×c_j zwischen jedem Paar eines Federkoeffizienten k_j einer j-ten Feder und einem Dämpfungskoeffizienten c_j eines der j-ten Feder zugeordneten j-ten Dämpfers erfüllt.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 4, wobei die Anzahl n und die Anzahl p gleich sind, wobei das Fahrzeugaufhängungssystem ferner aufweist: eine Erfassungseinheit zum Erfassen von zumindest dem Zustandsvektor x(t) und/oder dessen Geschwindigkeit ẋ(t), und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Stellglieder auf der Basis des erfassten Zustandsvektors x(t) oder dessen Geschwindigkeit ẋ(t), wobei die Steuereinrichtung die Stellglieder mittels einer Betätigungskraft von f = Q^–1 f ^ steuert, wobei: Q = S^TP, f ^_i = –C_Siξ ._i und x(t) = Sξ(t) erfüllt sind, C_Si ein Dämpfungskoeffizient eines Skyhook-Dämpfers ist, der mit einem i-ten Modus verbunden ist, und S eine Matrix ist, die aus Eigenvektoren der Steifigkeitsmatrix K besteht und in Bezug auf die Massenmatrix M normalisiert ist.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 4, wobei Anzahl p geringer als die Anzahl n ist, wobei das Fahrzeugaufhängungssystem ferner aufweist: eine Erfassungseinheit zum Erfassen von zumindest dem Zustandsvektor x(t) und/oder dessen Geschwindigkeit ẋ(t), und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Stellglieder auf der Basis des erfassten Zustandsvektors x(t) oder dessen Geschwindigkeit ẋ(t), wobei die Steuereinrichtung die Stellglieder mittels einer Betätigungskraft von f(t) steuert, die
erfüllt, wobei: Q = S^TP und x(t) = Sξ(t) erfüllt sind, F_Si eine Reibungskraft eines Skyhook-Coulomb-Reibungsdämpfers ist, der mit einem i-ten Modus verbunden ist, und S eine Matrix ist, die aus Eigenvektoren der Steifigkeitsmatrix K besteht und in Bezug auf die Massenmatrix M normalisiert ist.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 6, wobei die Betätigungskraft f(t)
in Bezug auf i = 1, ..., n und j = 1, ..., p erfüllt, wobei: F_A ein Wert in einem Bereich von Null (0) bis F_P ist, F_B ein Wert in einem Bereich von Null (0) bis F_N ist, F_k für k = 1, ..., (2ⁿ – 2) ein Wert zwischen F_P und F_N ist, und F_P und F_N eine positive Maximalkraft bzw. eine negative Maximalkraft darstellen, die ein j-tes Stellglied erzeugen kann.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 7, wobei die Betätigungskraft f(t)
in Bezug auf i = 1, ..., n und j = 1, ..., p erfüllt.
Fahrzeugaufhängungssystem nach Anspruch 8, wobei die Werte von F_A und F_P gleich sind und die Werte von F_B und F_N gleich sind.
Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugaufhängungssystems, wobei die Fahrzeugaufhängung eine Mehrzahl von Dämpfern und eine Mehrzahl von Stellgliedern aufweist, wobei das Fahrzeugaufhängungssystem durch eine Gleichung 1 formalisiert wird und in eine entkoppelte Gleichung 2 umgewandelt wird, wobei das Verfahren aufweist: Berechnen eines Geschwindigkeitsvektors ẋ(t) eines Zustandsvektors x(t) aus Gleichung 1, Berechnen einer Betätigungskraft f(t) derart, dass die Betätigungskraft f(t)
erfüllt, wobei C_Si ein Dämpfungskoeffizient eines Skyhook-Dämpfers ist, der mit einem i-ten Modus verbunden ist, und Betätigen der Stellglieder mittels der berechneten Betätigungskraft f(t), wobei: Gleichung 1 ist Mẍ(t) + C(ẋ(t) – u .(t)) + K(x(t) – u(t)) = Pf(t), undGleichung 2 ist
wobei: n und p die Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems bzw. die Anzahl von unabhängigen Stellgliedern darstellen, M, C und K eine Massenmatrix, eine Dämpfungsmatrix bzw. eine Steifigkeitsmatrix darstellen, von denen jede symmetrisch n×n ist, die Massenmatrix M eine positivdefinite Matrix ist, die Dämpfungsmatrix C eine positivsemidefinite Matrix ist, und die Steifigkeitsmatrix K eine positivdefinite Matrix ist, P eine n×p Realmatrix darstellt, die Positionen der Stellglieder entspricht, x(t) und u(t) einen n×1 Zustands- bzw. einen Störgrößenvektor darstellen, f(t) einen p×1 Externkraft-(d.h. einen Betätigungskraft-)Vektor darstellt, I eine n×n Einheitsmatrix ist, S eine Matrix ist, die aus Eigenvektoren der Steifigkeitsmatrix K besteht und in Bezug auf die Massenmatrix M normalisiert ist, und Q = S^TP, f ^ = Qf(t), x(t) = Sξ(t), u(t) = Sη(t), S^TKS = diag[ω_i ²] = Λ_K und S^TCS = C ^ = diag[2ζ_iω_i] von der Matrix S erfüllt werden.
Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugaufhängungssystems, wobei die Fahrzeugaufhängung eine Mehrzahl von Dämpfern und eine Mehrzahl von Stellgliedern aufweist, wobei das Fahrzeugaufhängungssystem durch eine Gleichung 1 formalisiert wird und in eine entkoppelte Gleichung 2 umgewandelt wird, wobei das Verfahren aufweist: Berechnen eines Geschwindigkeitsvektors ẋ(t) eines Zustandsvektors x(t) aus Gleichung 1, Berechnen einer Betätigungskraft f(t) derart, dass die Betätigungskraft f(t)
in Bezug auf i = 1, ..., n und j = 1, ..., p erfüllt, und Betätigen der Stellglieder mittels der berechneten Betätigungskraft f(t), wobei: F_A ein Wert in einem Bereich von Null (0) bis F_P ist, F_B ein Wert in einem Bereich von Null (0) bis F_N ist, F_k für k = 1, ..., (2ⁿ – 2) ein Wert zwischen F_P und F_N ist, F_P und F_N eine positive Maximalkraft bzw. eine negative Maximalkraft darstellen, die ein j-tes Stellglied erzeugen kann, Gleichung 1 ist Mẍ(t) + C(ẋ(t) – u .(t)) +K(x(t) – u(t)) = Pf(t), undGleichung 2 ist
wobei: n und p die Freiheitsgrade des Fahrzeugaufhängungssystems bzw. die Anzahl von unabhängigen Stellgliedern darstellen, M, C und K eine Massenmatrix, eine Dämpfungsmatrix bzw. eine Steifigkeitsmatrix darstellen, von denen jede symmetrisch n×n ist, die Massenmatrix M eine positivdefinite Matrix ist, die Dämpfungsmatrix C eine positivsemidefinite Matrix ist, und die Steifigkeitsmatrix K eine positivdefinite Matrix ist, P eine n×p Realmatrix darstellt, die Positionen der Stellglieder entspricht, x(t) und u(t) einen n×1 Zustands- bzw. einen Störgrößenvektor darstellen, f(t) einen p×1 Externkraft-(d.h. einen Betätigungskraft-)Vektor darstellt, I eine n×n Einheitsmatrix ist, S eine Matrix ist, die aus Eigenvektoren der Steifigkeitsmatrix K besteht und in Bezug auf die Massenmatrix M normalisiert ist, und Q = S^TP, f ^ = Qf(t), x(t) = Sξ(t), u(t) = Sη(t), S^TKS = diag[ω_i ²] = Λ_K und S^TCS = C ^ = diag[2ζ_iω_i] der Matrix S erfüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Betätigungskraft f(t)
in Bezug auf i = 1, ..., n und j = 1, ..., p erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Werte von F_A und F_P gleich sind und die Werte von F_B und F_N gleich sind.