DE19600724C2 - Verfahren zur Ermittlung von zur Quer- und/oder Längsbeschleunigung eines Fahrzeuges analogen Signalen - Google Patents

Verfahren zur Ermittlung von zur Quer- und/oder Längsbeschleunigung eines Fahrzeuges analogen Signalen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von zur Quer- und/oder Längs­ beschleunigung des Aufbaus eines gefederten und schwingungsgedämpften Fahrzeugs analo­ gen Signalen, wo bei die beiden Räder jeder Achse über Feder-/Dämpferelemente mit dem Fahrzeugaufbau verbunden sind.
Zur Verbesserung des Fahrkomforts insbesondere von Personenkraftwagen, ist es bekannt, während der Fahrt je nach Fahrzustand die Charakteristik der Fede­ rungs- und/oder Dämpfungssysteme verändern zu können. Dabei wird das Fahr­ werk entweder härter oder weicher eingestellt.
Das Wohlbefinden der Fahrzeuginsassen hängt stark ab von den Bewegungen des Fahrzeugaufbaus. Der Fahrzeugaufbau wird zum einen angeregt durch Fahr­ bahnunebenheiten und zum anderen durch Veränderungen des Fahrzustandes. Beispielsweise beim Beschleunigen bzw. Bremsen führt der Fahrzeugaufbau eine Nickbewegung um die Querachse aus. Bei Kurvenfahrt wankt der Fahrzeugaufbau um die Längsachse. Je geringer diese Nick- und Wankbewegungen sind, umso höher wird der Komfort empfunden.
Bei der Fahrwerkssteuerung bzw. -regelung wird nun zur Erhöhung des Fahrkom­ forts diesen Bewegungen entgegengewirkt. Bei sogenannten passiven Fahr­ werkssystemen wird keine Energie in den Dämpfer gegeben, sondern der Dämp­ fer wird einfach verstellt. Bei sogenannten aktiven Systemen, die in Verbindung mit hydraulischen bzw. hydropneumatischen Feder-/Dämpfersystemen zusam­ menwirken, wird durch entsprechende Aktuatoren hydraulische bzw. hydrop­ neumatische Energie dem System zugeführt.
Zur Fahrwerksregelung müssen folglich die Aufbaubewegungen sensiert werden, damit eine entsprechende Beeinflussung möglich ist. Zur Ermittlung der Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus ist es notwendig, die diese Bewe­ gungen verursachenden Quer- und Längsbeschleunigungen zu ermitteln.
Die DE 40 39 629 A1 offenbart ein System zur Erzeugung von Signalen zur Steuerung oder Regelung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren bzw. regelbaren Fahrwerks, bei dem die Signale der Quer- und Längsbeschleunigung beispielsweise durch geeignete Beschleunigungssensoren ermittelt werden. Be­ schleunigungssensoren sind aber relativ teuer. Aus diesem Grund wird alternativ vorgeschlagen, anstelle von Beschleunigungssensoren die Fahrzeug-Quer­ beschleunigung aus den Signalen eines Lenkwinkelsensors zu benutzen, was ins­ besondere dann vorteilhaft sein soll, wenn diese Signale beispielsweise zu einer Servolenkungsteuerung oder -regelung verwendet werden. Die Längsbeschleuni­ gung des Fahrzeugs soll aus Raddrehzahlsensoren ermittelt werden, die bei­ spielsweise in einem Antiblockiersystem Verwendung finden. Zur weiteren Korn­ fortsteigerung müssen auch die aus Fahrbahnunebenheiten resultierenden Auf­ baubewegungen beeinflußt werden. Damit die Feder-/Dämpfereinheit jedes durch die Fahrbahnunebenheiten zu Schwingungen angeregten Fahrzeugrades und die daraus resultierende Aufbaubewegung beeinflußt werden kann, werden außer­ dem die relativen Einfederwege zwischen den Rädern und dem Fahrzeugaufbau gemessen. Entsprechend der ermittelten Werte wird dann die Feder- /Dämpfungscharakteristik beeinflußt.
Bei dem bekannten System sind folglich eine Vielzahl von Sensoren notwendig, so daß das Regelungssystem relativ aufwendig und kostenintensiv ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Ermittlung der Quer- und Längsbe­ schleunigungen eines Fahrzeugaufbaus zu vereinfachen, wobei insbesondere die Meßwertermittlung vereinfacht und die notwendige Anzahl an Sensoren zur Signalaufbereitung minimiert werden soll.
Die Lösung des Problems erfolgt bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch folgende Schritte:
  • - in einer mit dem Fahrzeug verbundenen elektronischen Auswerteeinheit werden die Aufbaumasse, der Abstand zwischen dem Aufbauschwerpunkt und der Wankachse, der Abstand zwischen dem Aufbauschwerpunkt und der Nickachse, die vorderen und hinteren Federsteifigkeiten und die vorde­ ren und hinteren Dämpfungskoeffizienten der Feder-/Dämpferelemente so­ wie der Radstand und die Spurweite des Fahrzeugs gespeichert,
  • - an mindestens drei der Feder-/Dämpferelemente wird über Wegaufnehmer der zurückgelegte Relativweg zwischen dem Dämpferkolben und dem Dämpferrohr ermittelt,
  • - die resultierenden Werte der Wegsignale werden der Auswerteeinheit zuge­ führt und dort gespeichert,
  • - sofern nur drei Relativwege zwischen dem Dämpferkolben und dem Dämp­ ferrohr ermittelt wurden, wird der zurückgelegte Relativweg zwischen dem vierten Dämpferkolben und Dämpferrohr in der Auswerteeinheit aus dem bereits gespeicherten Werten errechnet und ebenfalls gespeichert,
  • - über einen Differentiator werden die Wegsignale in Geschwin­ digkeitssignale transformiert und die erhaltenen Werte in der Auswerteein­ heit gespeichert,
  • - die gespeicherten Werte werden in der Auswerteeinheit zur Ermittlung der Querbeschleunigung (AY) gemäß der Gleichung AY = -U/(2·M·HW) * [CV(SVL-SVR) + CH(SHL-SHR) + KV(VVL + VVR) + KH(VHL + VHR)]und/oder zur Ermittlung der Längsbeschleunigung (AX) gemäß der Glei­ chung:AX = -R/(2·M·HN) * [-CV(SVR-SVL) + CH(SHR + SHL)-KV(VVR + VVL) + KH(VHR + VHL)]verarbeitet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Ausgangssignale, aus denen die weiteren Signale zur Regelung der Nick- und Wankbewegung eines Fahrzeugaufbaus gebildet werden, mit nur drei kostengünstig erhältlichen Wegs­ ensoren zu ermitteln.
Damit auch aus den Fahrbahnunebenheiten resultierende Aufbaubewegungen, das heißt die Relativbewegung zwischen jedem Rad und dem Fahrzeugaufbau beeinflußbar sind, werden vorzugsweise die zwischen dem Dämpferkolben und dem Dämpferrohr zurückgelegten Relativwege aller Feder-/Dämpferelemente über Wegsensoren ermittelt.
Wenn in der Auswerteeinheit Filterelemente vorgesehen werden, die beim Diffe­ rentieren der Wegsignale entstehende Frequenzen über 3 Hz herausfiltern (abschneiden), werden beim Differenzieren auftretende Fehler eliminiert. Da ins­ besondere Frequenzen unter 3 Hz als besonders unangenehm empfunden wer­ den, kann die Ungenauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens toleriert werden.
Bei der Ermittlung und Speicherung der spezifischen Fahrzeugdaten in der Aus­ werteeinheit werden vorzugsweise bereits werkseitig Mittelwerte gebildet, da diese ja stark abhängig sind vom Beladungszustand des Fahrzeuges sind und eine individuelle Meßwertermittlung nicht oder nur mit einem hohen Kosten- und Schaltungsaufwand möglich ist.
Anhand einer Prinzipskizze soll das erfindungsgemäße Verfahren nachfolgend nä­ her erläutert werden.
Fig. 1 zeigt das Simulationsmodell eines zweiachsigen gefederten und gedämpf­ ten Kraftfahrzeuges. Die Feder-/Dämpferelemente D1, D2, D3, D4 bestehen je­ weils aus einer Feder mit der Federkonstanten C und einem Dämpfer mit dem Dämpfungskoeffizient Ki. Dabei bezeichnet der Index i entweder die Vorderachse V oder die Hinterachse H. Die Räder 1, 2, 3, 4 sind als Massen an das Feder- /Dämpfungssystem angehängt. Die Spurweite ist mit U bezeichnet. R ist der Wert für den Radstand. Im Schwerpunkt S greift die Aufbaumasse M an. Der Abstand zwischen dem Aufbauschwerpunkt S und der Wankachse WA wird mit HW bezeichnet. Mit HN wird der Abstand des Aufbauschwerpunkts S zur Nick­ achse NA bezeichnet. In der weiteren Erläuterung steht der Index j für rechts (R) bzw. links (L).
Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung des Dämpfers Dÿ mit dem Dämpfer­ rohr DRÿ und dem Dämpferkolben DKÿ.
Jeder Dämpfer DVR, DVL; DHR, DHL ist mit einem hier nicht näher dargestellten an sich bekannten Wegaufnehmer versehen, der den jeweiligen zurückgelegten Re­ lativweg SVR, SVL, SHR, SHL zwischen dem jeweiligen Dämpferkolben DKVR, DKVL, DKHR, DKHL und dem Dämpferrohr DRVR, DRVL, DRHR, DRHL ermittelt.
Mit dem Fahrzeug verbunden ist eine hier nicht näher dargestellte elektronische Auswerteeinheit. In dieser elektronischen Auswerteeinheit werden die fahrzeugs­ pezifischen Werte zuvor gespeichert.
Über die zurückgelegten Relativwege Sÿ in den einzelnen Dämpfern Dÿ, die in be­ kannter Weise zu solchen Signalen aufbereitet werden, daß jedes Feder- /Dämpferelement D1, D2, D3, D4 zur Fahrwerksregelung beeinflußt wird, können außerdem die Aufbauquerbeschleunigung AY und die Aufbaulängsbeschleunigung AX bestimmt werden. Dabei ergibt sich aus dem Drallsatz um die Wankachse WA die Querbeschleunigung des Aufbauschwerpunktes aus folgender Gleichung:
AY = -U/(2·M·HW) * [CV(SVL-SVR) + CH(SHL-SHR) + KV(VVL + VVR) + KH(VHL + VHR)]
Die Aufbaulängsbeschleunigung des Aufbauschwerpunktes ergibt sich aus dem Drallsatz um die Nickachse HN des Fahrzeugs gemäß der Gleichung:
AX = -R/(2·M·HN) * [-Cv(SVR-SVL)+CH(SHR+SHL)-KV(VVR+VVL)+KH(VHR+VHL]

Claims (3)

1. Verfahren zur Ermittlung von zur Quer- und/oder Längsbeschleunigung des Aufbaus eines gefederten und schwingungsgedämpften Fahrzeugs analo­ gen Signalen, wobei die beiden Räder (1, 2; 3, 4) jeder Achse (V, H) über Feder-Dämpferelemente (D1 D2, D3, D4) mit dem Fahrzeugaufbau (5) ver­ bunden sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • - in einer mit dem Fahrzeug verbundenen elektronischen Auswerte­ einheit werden die Aufbaumasse (M), der Abstand (HW) zwischen dem Aufbauschwerpunkt (S) und der Wankachse (WA), der Abstand (HN) zwischen dem Aufbauschwerpunkt (S) und der Nickachse (NA), die vorderen (CV) und hinteren (CH) Federsteifigkeiten und die vorde­ ren (KV) und hinteren (KH) Dämpfungskoeffizienten der Feder- /Dämpferelemente (D1, D2, D3, D4) sowie der Radstand (R) und die Spurweite (U) des Fahrzeugs gespeichert,
  • - an mindestens drei der Feder-Dämpferelemente (D1, D2, D3, D4), wird über Wegaufnehmer der zurückgelegte Relativweg (Sÿ) zwi­ schen dem Dämpferkolben (DKÿ) und dem Dämpferrohr (DRÿ) ermit­ telt (i = Vorderachse (V), Hinterachse (H), j = links (L), rechts (R)),
  • - die resultierenden Werte (SVj,SHj) der Wegsignale werden der Aus­ werteeinheit zugeführt und dort gespeichert,
  • - sofern nur drei Relativwege zwischen den Dämpferkolben (DKÿ) und dem Dämpferrohr (DRÿ) ermittelt wurden, wird der zurückgelegte Relativweg zwischen dem vierten Dämpferkolben (DK) und Dämpfer­ rohr (DR) in der Auswerteeinheit aus dem bereits gespeicherten Wer­ ten (SVj, SHj) errechnet und ebenfalls gespeichert,
  • - über einen Differentiator werden die Wegsignale in Ge­ schwindigkeitssignale transformiert und die erhaltenen Werte (VVj, VHj) in der Auswerteeinheit gespeichert,
  • - die gespeicherten Werte werden in der Auswerteinheit zur Ermittlung der Querbeschleunigung (AY) gemäß der Gleichung AY = -U/(2·M·HW) * [CV(SVL-SVR) + CH(SHL-SHR) + KV(VVL + VVR) + KH(VHL + VHR)]und/oder zur Ermittlung der Längsbeschleunigung (AX) gemäß der GleichungAX = -R/(2·M·HN) * [-CV(SVR-SVL) + CH(SHR + SHL)-KV(VVR + VVL) + KH(VHR + VHL)]verarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Dämpferkolben (DK) und dem Dämpferrohr (DR) zurückgelegten Relativ­ wege in allen Feder-/Dämpferelementen (D1, D2, D3, D4) über Wegsenso­ ren ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über in der Auswerteeinheit vorgesehene Filterelemente beim Differenzieren der Wegsignale entstehende Frequenzen oberhalb von 3 Hz herausgefiltert werden.
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