DE19748271A1

DE19748271A1 - Steuersystem und Steuerverfahren einer halbaktiven Aufhängung

Info

Publication number: DE19748271A1
Application number: DE19748271A
Authority: DE
Inventors: Byung-Hak Kwak; Jung-Soo Shim
Original assignee: Mando Machinery Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2017-11-01
Also published as: JP2898949B2; KR0181232B1; DE19748271B9; US5987369A; JPH10217732A; DE19748271B4; KR19980031243A

Description

Die Erfindung betrifft eine an Rädern angebrachte halbaktive Aufhängung zum Absorbieren und Vermindern von unangenehmen Erscheinungen, wie Schwingungen, in einem Fahrzeug, insbesondere ein Steuersystem und Steuerverfahren einer halbaktiven Aufhängung, das geeignet ist, von Beschleunigungssensoren während des Fahrens des Fahrzeugs auf gerader Strecke oder in Kurven ausgegebene Signale zu verarbeiten und auf diese Weise die Bedingungen der Straßenoberfläche und die Fahrzeugschwingungen zu überprüfen und die Dämpfkraft der Dämpfer für alle vier Räder unabhängig voneinander zu steuern.

Um eine komfortable und ruhige Fahrt zu gewährleisten, müssen von der Straßenoberfläche verursachte Schwingungen wirkungsvoll absorbiert und vermindert werden. Im Fall vertikaler Schwingungen, nimmt der Fahrzeuginsasse Schwingungen in einem Frequenzbereich von 5 bis 7 Hz, was dem Resonanzfrequenzband des menscheigenen Nervensystems entspricht, leicht wahr. Der von einer Person wahrgenommene Frequenzbereich horizontaler Schwingungen ist niedriger als der der vertikalen Schwingungen.

Im Hinblick darauf ist es bei einem Fahrzeug erforderlich, daß unangenehme Wirkungen des Fahrens über unebene Straßenoberflächen und ungepflasterte Fahrbahnoberflächen, betonierte Fahrbahnoberflächen oder Verbindungen von Brückenbauteilen vermindert werden. Zu diesem Zweck werden herkömmlicherweise in den unterschiedlichsten Fahrzeugen halbaktive Aufhängungen verwendet, die jeweils eine veränderliche Federkonstante oder veränderliche Dämpfkraft aufweisen.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, aus dem der Aufbau eines typischen automatischen Steuersystems für halbaktive Aufhängungen ersichtlich ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, hat das Steuersystem eine Mehrzahl von Signaleingabebauteilen: einen Vertikalbeschleunigungssensor 10, einen Geschwindigkeitssensor 20, einen Drosselstellungssensor (TPS) 30, einen Lenkwinkelsensor 40 und ein Bremsschalter 50. Der Vertikalbeschleunigungssensor 10 erfaßt die Vertikalbeschleunigung eines Fahrzeugs. Der Geschwindigkeitssensor 20 erfaßt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Der Drosselstellungssensor 30 erfaßt den Öffnungswinkel der Drosselklappe eines Motors. Der Lenkwinkelsensor 40 erfaßt die Lenkwinkelgeschwindigkeit eines Lenksystems. Der Bremsschalter 50 erfaßt die Betätigung eines Bremssystems. Bei Betrieb des oben beschriebenen Steuersystem werden die Signale von den obigen Signaleingabebauteilen 10, 20, 30, 40 und 50 mittels einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 100 gemäß einem voreingestellten Programm verarbeitet. Nach dem Verarbeiten der Signale bestimmt die elektronische Steuereinheit 100 die erstrebenswerten Dämpfkräfte zum Steuern der variierbaren Dämpfer 200, die an den Rädern des Fahrzeugs angebracht sind. Die oben beschriebene halbaktive Aufhängung sorgt somit für ein komfortables Fahren für den Fahrer und die Mitfahrer und stellt die Sicherheit beim Lenken sicher.

Das oben beschriebene automatische Steuersystem steuert den variierbaren Dämpfer in drei Betriebsmodi: weicher Modus, mittlerer Modus und harter Modus. Um den Dämpfungsmodus einzustellen, werden die Steuersignale von der elektronischen Steuereinheit 100 an vier Dämpferbetätigungselemente 210, 220, 230 und 240 abgegeben. Auf das Empfangen der Steuersignale von der elektronische Steuereinheit 100 hin, drehen die Betätigungselemente 210 bis 240 die Steuerstangen der zugeordneten Stoßdämpfer und ändern auf diese Weise die Querschnittsflächen der Ölströmungsdurchlässe, um den Dämpfungsmodus der Stoßdämpfer zu verändern.

Das Referenzzeichen 60 in Fig. 1 bezeichnet einen Modusauswahlschalter.

Die elektronische Steuereinheit 100 des Steuersystems weist eine Mehrzahl von unabhängigen Steuerlogiken auf, die unabhängig voneinander gemäß den nachfolgend beschriebenen Bedingungen die halbaktive Aufhängung in den drei Dämpfmodi steuern.

Erstens erfaßt eine Anti-Rückprall-Steuerlogik der elektronischen Steuereinheit 100 Unebenheiten oder rauhe Straßenoberflächen und wechselt nach Wahl den Dämpfmodus der Dämpfer 200 in den mittleren Modus, um so das Zurückprallen des Fahrzeugs zu verhindern, wenn sowohl die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht geringer als V₁ km/h und die Vertikalbeschleunigung im Fahrzeugschwerpunkt (Armaturenbrett) nicht geringer als G₁ g ist. Nach dem Ablaufen von t₁ Sekunden unter den oben genannten Bedingungen setzt die Anti-Rückprall-Steu erlogik den mittleren Dämpfungsmodus zurück auf den weichen Standard-Dämpfungsmodus.

Zweitens wechselt eine Anti-Schaukel-Steuerlogik der elektronischen Steuereinheit 100 den Dämpfmodus der Dämpfer 200 in den harten Modus, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht höher als V₂ km/h ist, um so ein Schaukeln des Fahrzeugs zu verhindern, wenn ein Passagier in das Fahrzeug ein- oder aus dem Fahrzeug aussteigt oder wenn das Fahrzeug be- oder entladen wird. Wenn das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von nicht weniger als V₂₁ km/h für mindestens t₂ aufrechterhält, setzt die Anti- Schaukel-Steuerlogik den harten Dämpfungsmodus zurück in den Ausgangsmodus.

Der Anti-Schaukel-Modus wechselt den Dämpfungsmodus in den mittleren Modus, wenn das Fahrzeug, das bei hoher Geschwindigkeit fährt, eine Geschwindigkeit von nicht weniger als V₃ km/h für mindestens t₃ aufrechterhält und sorgt somit für eine Sicherheit beim Lenken unter diesen Bedingungen. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht höher als V₃₁ km/h ist, setzt die Anti-Schaukel-Steuerlogik den Dämpfungsmodus zurück in den Ausgangsmodus.

Drittens vermindert eine Anti-Nachgiebigkeits-Steuerlogik der elektronischen Steuereinheit 100 die vertikalen Schwingungen des Vorderendes des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit anfährt. Zu diesem Zweck wechselt die Anti- Nachgiebigkeits-Steuerlogik der elektronischen Steuereinheit 100 den Dämpfmodus in den mittleren Modus, wenn sowohl die Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer als V₄ km/h ist als auch der Öffnungswinkel der Drosselklappe größer als θ₄ Grad ist. Dagegen setzt die Anti-Nachgiebigkeits-Steuerlogik den Dämpfungsmodus zurück in den Ausgangsmodus, wenn entweder t₄ Sekunden verstrichen sind oder die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als V₄₁ km/h ist.

Viertens reduziert eine Anti-Tauch-Steuerlogik der elektronischen Steuereinheit 100 das Abtauchen des Vorderendes des Fahrzeugs, wenn das bei mittlerer oder hoher Geschwindigkeit fahrende Fahrzeug plötzlich anhält. Zu diesem Zweck wechselt die Anti-Tauch-Steuerlogik den Dämpfmodus in den harten Modus, wenn das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit von nicht weniger als V₅ km/h gebremst wird und ein Bremslichtschalter betätigt wird. Allerdings setzt die Anti-Tauch-Steuerlogik den Dämpfungsmodus zurück in den Ausgangsmodus, falls nach dem Eintreten der oben genannten Bedingungen mindestens t₅ Sekunden verstrichen sind.

Fünftens ist eine Anti-Schlinger-Steuerlogik der elektronischen Steuereinheit 100 zum Herstellen der Sicherheit beim Lenken des Fahrzeugs vorgesehen. Zu diesem Zweck wechselt die Anti- Schlinger-Steuerlogik den Dämpfmodus der Dämpfer 200 in den harten Modus, wenn der Lenkwinkel höher ist als ein Referenzwinkel, wobei die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht höher als V₆ km/h ist. Allerdings setzt die Anti-Schlinger-Steu erlogik den harten Dämpfungsmodus zurück in den Ausgangsmodus, falls nach Eintritt der oben angegebenen Bedingungen t₆ Sekunden vergangen sind.

Das oben beschriebene automatische Steuersystem ist jedoch insofern problematisch, als es eine geringe Dämpfkraft zum Steuern der Aufhängungen eines Fahrzeugs zur Verfügung stellt und somit entweder versagt, die Aufhängungen präzise zu steuern, oder, unangenehme Fahrerscheinungen wirkungsvoll zu reduzieren. Ein anderes bei herkömmlichen Systemen auftretendes Problem liegt darin, daß es langsam reagiert und es daher nicht schafft, schnell auf den abrupten Wechsel der Fahrzeugbedingungen zu reagieren. Das typische automatische Steuersystem für halbaktive Aufhängungen schafft es im Vergleich zu typischen manuellen Steuersystemen für halbaktive Aufhängungen weder, eine komfortablere Fahrt zu gewährleisten, noch, verläßlich die Lenksicherheit eines Fahrzeugs zu garantieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem und Steuerverfahren einer halbaktiven Aufhängung zu schaffen, bei dem unter Erfassen von Straßen- und Fahrtbedingungen Dämpfer für die vier Räder des Fahrzeugs derart steuerbar sind, daß gleichzeitig eine komfortable Fahrt im Resonanzfrequenzband eines Fahrzeugkörpers ermöglicht ist und die Reibkontaktkraft zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche im Resonanzfrequenzband der Achse erhöht ist, so daß die Lenksicherheit wirksam gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einem Steuersystem zum Steuern einer an Positionen zwischen vier Rädern und einem Fahrzeugkörper mit vier variablen Dämpfern versehenen halbaktiven Aufhängung, die aufweist: drei an je einem Dämpfer angebrachte Vertikalbeschleunigungssensoren zum Erfassen der Vertikalbeschleunigungen von drei mit den Vertikalbeschleunigungssensoren versehenen Rädern und nachfolgendem Ausgeben eines Vertikalbeschleunigungssignals; einen an einer Achse angebrachten Achsenbeschleunigungssensor zum Erfassen einer Vertikalbeschleunigung der Achse und anschließendem Ausgeben eines Achsenbeschleunigungssignals; eine Fahrt-Steuerlogik zum Verarbeiten der von den Vertikalbeschleunigungssensoren ausgegebenen Vertikalbeschleunigungssignale derart, daß sowohl eine Vertikalgeschwindigkeit als auch eine Durchschnittsgeschwindigkeit jedes Rades berechnet werden und nachfolgend unter Multiplizieren der Durchschnittsgeschwindigkeit mit der Vertikalgeschwindigkeit ein Kraftwert für jedes Rad berechnet wird; eine Radresonanz-Steu erlogik, mit der das von dem Achsenbeschleunigungssensor ausgegebene Achsenbeschleunigungssignal derart verarbeitbar ist, daß ein Signal eines Achsenresonanzfrequenzbandes generiert wird und nachfolgend aus dem Signal des Achsenresonanzfrequenzbandes ein Radresonanzwert berechnet wird; und eine Integrierlogik, mit der unter Verarbeitung des von der Fahrtsteuerlogik erhaltenen Fahrtwertes (ride value, Bewegungskenngröße) und des von der Radresonanzsteuerlogik erhaltenen Radresonanzwertes über ein vorbestimmte Schleifenzeitspanne hinweg fortlaufend ein Dämpfkraftverlauf zum Steuern jedes Dämpfers bestimmbar ist, so daß jedes Rad unabhängig zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt steuerbar ist.

Das Verfahren betreffend wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem Steuerverfahren einer an Positionen zwischen vier Rädern und einem Fahrzeugkörper mit vier variablen Dämpfern versehenen halbaktiven Aufhängung, das aufweist: einen Schritt des Berechnens der Vertikalgeschwindigkeiten, bei dem die von den drei Vertikalbeschleunigungssensoren ausgegebenen Vertikalbeschleunigungssignale integriert werden und sowohl Vertikalgeschwindigkeiten jedes der drei mit einem Vertikalbeschleunigungssensor versehenen Räder als auch eine Vertikalgeschwindigkeit eines anderen von einem Vertikalbeschleunigungssensor freien Rades berechnet werden; einen Schritt des fortlaufenden Berechnens der Durchschnittsgeschwindigkeit, bei dem die integrierte Vertikalgeschwindigkeit eines jeden Rades über eine vorgegebene Zeit hinweg aufgenommen wird und damit ein Durchschnitt der Vertikalgeschwindigkeit eines jeden Rades berechnet wird, bevor ein Kraftwert für jedes Rad berechnet wird; einen Schritt des Bestimmens der Solldämpfkraft, bei dem jeder Fahrtwert mit einer dazugehörenden Vertikalgeschwindigkeit multipliziert wird und auf diese Weise ein Kraftwert für jedes der vier Räder berechnet wird, bevor ein Dämpfkraft-Sollwert für jeden Dämpfer bestimmt wird; und einen Schritt des Steuerns des Dämpfers, bei dem ein Steuersignal, das jeden der Dämpfkraft-Sollwerte angibt, an ein zugeordnetes Dämpferbetätigungselement ausgegeben wird, so daß jeder Dämpfer zum gegenwärtigen Zeitpunkt unabhängig gesteuert wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Steuersystems für halbaktive Aufhängungen;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs, aus der die Positionen einer Mehrzahl von Sensoren eines Steuersystems einer halbaktiven Aufhängung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich sind;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuersystems einer halbaktiven Aufhängung;

Fig. 4 ein Blockdiagramm, aus dem die Steuerlogik des erfindungsgemäßen Steuersystems einer halbaktiven Aufhängung ersichtlich ist;

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Fahrt-Steuerlogik;

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Radreso nanz-Steuerlogik;

Fig. 7 ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Steuerverfahrens einer halbaktiven Aufhängung.

Aus Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs ersichtlich, aus der die Positionen einer Mehrzahl von Sensoren eines Steuersystems einer halbaktiven Aufhängung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich sind. Aus Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuersystems einer halbaktiven Aufhängung ersichtlich.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem sind drei Vertikalbeschleunigungssensoren 71, 72, 73 in der Umgebung des rechten Vorderrades (VR), des rechten Hinterrades (HR) bzw. des linken Hinterrades (HL) eines Fahrzeuges angebracht. Diese drei Vertikalbeschleunigungssensoren 71 bis 73 bilden eine Vertikalbeschleunigungssensorvorrichtung 70. An der Vorderradachse des Fahrzeugs ist ein Achsenbeschleunigungssensor 74 angebracht.

Das Steuersystem hat ferner eine elektronische Steuereinheit 100, die die Beschleunigungssignale von den vier Beschleunigungssensoren 71 bis 74 verarbeitet und fortlaufend innerhalb einer vorbestimmten Schleifenzeit eine Dämpfkraftkurve zum Steuern jedes Dämpfers 200 bestimmt, und dann jedes der am rechten Vorderrad (VR), am linken Vorderrad (VL), am rechten Hinterrad (HR) und am linken Hinterrad (HL) vorgesehenen Betätigungselemente 210, 220, 230, 240 der Dämpfer 200 unabhängig voneinander in Echtzeit steuert.

In den Fig. 2 und 3 bezeichnen die Referenzzeichen 20, 30, 40, 50 und 60 einen Geschwindigkeitssensor, einen Drosselstellungssensor, einen Lenkwinkelsensor, einen Bremsschalter bzw. einen Moduswahlschalter.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, aus dem die Steuerlogik des erfindungsgemäßen Steuersystems einer halbaktiven Aufhängung ersichtlich ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist die elektronische Steuereinheit 100 des Steuersystem drei Steuerlogiken auf: eine Fahrt-Steuerlogik 110, eine Radresonanz-Steuerlogik 120 und eine Integrierlogik 130. Die Fahrt-Steuerlogik 110 verarbeitet die von den Vertikalbeschleunigungssensoren 71 bis 73 ausgegebenen Vertikalbeschleunigungssignale. Die Radresonanz-Steuerlogik 120 verarbeitet die von dem Achsenbeschleunigungssensor 74 ausgegebenen Achsenbeschleunigungssignale. Die Integrierlogik 130 bestimmt fortlaufend innerhalb einer vorbestimmten Schleifenzeit eine Dämpfkraftkurve zum Steuern jedes Dämpfers 200 gemäß den Verarbeitungsergebnissen der beiden Steuerlogiken 110 und 120, bevor unabhängig jedes der am rechten Vorderrad, am linken Vorderrad, am rechten Hinterrad und am linken Hinterrad vorgesehenen Betätigungselemente 210, 220, 230, 240 der Dämpfer 200 in Echtzeit gesteuert wird.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Fahrt-Steuerlogik 110. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die Fahrt-Steuerlogik 110 einen Beschleunigungssignalintegrator 111, eine VL-Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung 112 für das linke Vorderrad und eine Durchschnittsgeschwindigkeitsverarbeitungsvorrichtung 113 auf. Der Beschleunigungssignalintegrator 111 weist drei Integratoren auf: einen VR-Integrator 111a für das rechte Vorderrad, einen HR-Integrator 111b für das rechte Hinterrad und einen HL-Integrator 111c für das linke Hinterrad. Die drei Integratoren 111a bis 111c integrieren jeweils die von den Vertikalbeschleunigungssensoren 71 bis 73 für das rechte Vorderrad, das rechte Hinterrad bzw. das linke Hinterrad ausgegebenen Beschleunigungssignale und berechnen Vertikalgeschwindigkeiten der drei mit den Vertikalgeschwindigkeitssensoren 71 bis 73 versehenen Räder, so daß den berechneten Vertikalgeschwindigkeiten entsprechende Signale generiert werden. Die VL-Ge schwindigkeitsberechnungsvorrichtung 112 verarbeitet die von den drei Integratoren 111a, 111b und 111c ausgegebenen Signale durch Addition und Substraktion, um eine Vertikalgeschwindigkeit des von einem solchen Vertikalbeschleunigungssensor freien linken Vorderrades (VL) (fortan einfach als das vierte Rad bezeichnet) zu berechnen. Die Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113 weist vier D-Teile auf: die VR-Durchschnittsgeschwindigkeits berechnungseinheit 113a für das rechte Vorderrad, den HR-Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113b für das rechte Hinterrad, den VL-Durchschnittsgeschwindigkeits berechnungseinheit 113c für das linke Hinterrad und den VL-Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113d für das linke Vorderrad. Die vier D-Teile 113a bis 113d berechnen die durchschnittlichen Vertikalgeschwindigkeiten der vier Räder, indem die von den VR-, HR- und HL-Integratoren 111a bis 111c und der VL-Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung 112 berechneten ausgegebenen Vertikalgeschwindigkeiten verarbeitet werden. Kurz beschrieben, berechnet die Fahrt-Steuerlogik 110 unter Benutzung der VL-Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung 112 und der VR-, HR- und HL-Integratoren 111a bis 111c die Vertikalgeschwindigkeiten des rechten Vorderrades, des rechten Hinterrades, des linken Hinterrades und des linken Vorderrades. Die Fahrt-Steuerlogik 110 berechnet ferner Fahrtwerte (z. B. Verfahrwegwerte) des rechten Vorderrades, des rechten Hinterrades, des linken Hinterrades und des linken Vorderrades unter Benutzung der vier D-Teile 113a, 113b, 113c und 113d der Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm der Radresonanz-Steuerlogik 120. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die Radresonanz-Steu erlogik 120 einen Bandpaßfilter 121 und einen Radresonanz-Be rechnungsteil 122 auf. Der Bandpaßfilter 121 filtert das von dem Achsenbeschleunigungssensor 74 ausgegebene Beschleunigungssignal, so daß ausschließlich ein Signal eines vorbestimmten Frequenzbandes ausgegeben wird, während der Radresonanz-Berechnungsteil 122 das ausgegebene gefilterte Signal des vorgegebenen Frequenzbandes von dem Bandpaßfilter 121 verarbeitet, um einen Radresonanz-Wert zu berechnen.

Das oben beschriebene Steuersystem steuert die halbaktive Aufhängung wie folgt:
Beim Betrieb des Steuersystem kontrolliert die Fahrt-Steu erlogik 110 nicht nur die Beanspruchung eines Fahrzeugs im Resonanzfrequenzband des Fahrzeugkörpers, so daß unangenehme Schwingungen des Fahrzeugs reduziert werden, sondern steuert außerdem sanft die Dämpfungskräfte der Dämpfer 200 im Resonanzfrequenzband des autonomen menschlichen Nervensystems, so daß eine angenehme Fahrt für die Mitfahrer ermöglicht wird. Die Fahrt-Steuerlogik 110 steuert die vier Räder des Fahrzeugs unabhängig. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Steuersystem nur die drei Vertikalbeschleunigungssensoren 71 bis 73 auf, die an den oberen Teilen der drei Raddämpfer 200 angebracht sind.

Beim Betrieb der Fahrt-Steuerlogik 110 integrieren die drei Integratoren 111a, 111b bzw. 111c die von den Vertikalbeschleunigungssensoren 71 bis 73 ausgegebenen Signale und berechnen die Vertikalgeschwindigkeiten der mit den Vertikalbeschleunigungssensoren 71 bis 73 versehenen Räder. Danach berechnet die Fahrt-Steuerlogik 110 die jeweiligen Fahrtwerte der vier Räder aus den quadratischen Mittelwerten zum gegenwärtigen Zeitpunkt (actual time RMS values) der obigen Vertikalgeschwindigkeiten. Die Fahrt-Steuerlogik 110 berechnet ihrerseits Kraftwerte für die vier Räder durch Multiplizieren der Fahrtwerte mit den jeweiligen Vertikalgeschwindigkeiten.

Um eine derartige Fahrt-Steuerlogik 110 zu schaffen, sind der Beschleunigungsintegrator 111, die VL-Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung 112 und die Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113 der Fahrt-Steuerlogik 110 aufgebaut wie folgt:
Der Beschleunigungsintegrator 111, der drei Integratoren 111a bis 111c aufweist, integriert ein ausgegebenes Vertikalbeschleunigungssignal von jedem der drei Beschleunigungssensoren 71 bis 73, die an drei Positionen an einem Fahrzeug angebracht sind, und verwendet einen durch die folgende algebraische Gleichung (1) beschriebenen Filter, um eine Vertikalgeschwindigkeit jedes der drei mit den Sensoren 71 bis 73 versehenen Räder zu berechnen. In der Gleichung (1) sind ξ₁ und ω₁ Konstanten zum Bestimmen eines Filterkoeffizienten.

ν_1(s)/α_1(s) = S/(S² + 2ξ₁ω₁S + ω₁ ²) (1)

Die VL-Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung 112 verarbeitet die den von den drei Integratoren 111a bis 111c berechneten Vertikalgeschwindigkeiten entsprechenden Signale durch Addition und Substraktion gemäß der folgenden Gleichung (2) und berechnet so eine Vertikalgeschwindigkeit des vierten von einem solchen Vertikalbeschleunigungssensor freien Rades.

V_VL = V_VR + V_HL - V_HR (2)

Die Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113 nimmt eine durchschnittliche Vertikalgeschwindigkeit von jedem der vier Räder auf und berechnet unter Verwendung eines mit der folgenden Gleichung (3) beschriebenen Filters einen Fahrtwert für jedes der Räder. Jeder Fahrtwert wird mit der Vertikalgeschwindigkeit eines korrespondierenden Rades multipliziert, wodurch ein Kraftwert für das Rad ermittelt wird. In der Gleichung (3) ist T₁ eine Konstante zum Bestimmen eines zum Berechnen jedes Fahrtwertes verwendeten Filterkoeffizienten.

ν_i(s)/(ν_i(s))² = 1/(T₁S + 1) (3)

Die Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113 berechnet die Fahrtwerte aus den quadratischen Mittelwerten (RMS) Werten der Vertikalgeschwindigkeiten gemäß der folgenden Gleichung (4).

Die Radresonanz-Steuerlogik 120 steuert die Achse über eine Resonanzsteuerung in dem Resonanzfrequenzband der Achse, wodurch wirkungsvoll die Lenksicherheit des Fahrzeugs sichergestellt wird.

In der Radresonanz-Steuerlogik 120 filtert der Bandpaßfilter 121 unter Verwendung eines mittels der folgenden Gleichung (5) beschriebenen Filters das von dem Achsenbeschleunigungssensor 74 ausgegebene Beschleunigungssignal und stellt so ein Signal eines Achsen-Resonanzfrequenzbandes bereit. In der Gleichung (5) sind ξ₂ und ω₂ Konstanten zum Bestimmen eines zum Bereitstellen des Signals des Achsen-Resonanzfrequenzbandes verwendeten Filterkoeffizienten.

(ν_w(s))²/(α_w(s))² = 2ξ₂ω₂S/(S² + 2ξ₂ω₂S + ω₂ ²) (5)

Der Radresonanz-Berechnungsteil 122 berechnet einen Radresonanzwert aus dem von dem Bandpaßfilter 121 ausgegebenen Signal des Achsenresonanzfrequenzbandes, wobei ein von der folgenden Gleichung (6) beschriebener Filter verwendet wird. In der Gleichung (6) ist T₂ eine Konstante zum Bestimmen eines für die Berechnung des Radresonanzwertes verwendeten Filterkoeffizienten.

(ν_w(S))²/(ν_w(S))² = 1/(T₂S + 1) (6)

Aus den Ergebnissen der Gleichung (6) wird gemäß der folgenden Gleichung (7) der Radresonanzwert berechnet.

S_Rad = (C_Rad/ν_s).c.ν_w ² (7)

Die von der Fahrtsteuerlogik 110 erhaltenen Vertikalgeschwindigkeiten und Fahrtwerte und die von der Radresonanzsteuerlogik 120 erhaltenen Radresonanzwerte werden mittels der Integrierlogik 130 integriert, die eine geeignete Dämpfkraft für die an den Rädern angebrachten Dämpfer bestimmt.

Die folgende Gleichung (8) ist zum Bestimmen einer geeigneten Dämpfkraftkurve zum Steuern jedes der Dämpfer 200 vorgesehen. In der Gleichung (8) ist S_Rad ein von der Radresonanzsteuerlogik 120 berechneter Radresonanzwert und Sⁱ _Fahrt, V_i sind ein Fahrtweg bzw. eine von der Fahrtsteuerlogik 110 berechnete Vertikalgeschwindigkeit.

S_i = MID + S_Rad + V_i.Sⁱ _Fahrt
._ifS_i ≦ MIN, S_i = MIN
._ifS_i ≧ MAX, S_i = MAX (8)

Die geeigneten entsprechend der Gleichung (8) berechneten Dämpfkraftkurven zum Steuern der Dämpfer 200 werden in jeder Steuerschleife in einem regelmäßigen Zeitabstand bestimmt. In dem Steuersystem sind die vier Dämpferbetätigungselemente 210, 220, 230 und 240 Schrittmotoren. Daher ist es erforderlich, die geeignete Dämpfkraftkurve für jeden der Dämpfer 200 ständig innerhalb eines vorbestimmten Schleifenzeitbandes zu verändern.

Daher hat das erfindungsgemäße Steuersystem einer halbaktiven Aufhängung eine Doppelzeitsteuerung, bei der der geeignete Dämpfkraftverlauf für einen betrachteten Dämpfer zu jedem Zeitpunkt einer Iteration bestimmt wird und das System den geeigneten Dämpfkraftverlauf für den maximal beweglichen Dämpfer nur zu jedem Betätigungselement-Steuerzeitpunkt einstellt.

Das heißt, das erfindungsgemäße Steuerverfahren einer halbaktiven Aufhängung weist einen Schritt des Berechnens der Vertikalgeschwindigkeiten, einen Schritt des Berechnens der Durchschnittsfahrtgeschwindigkeit, einen Schritt des Bestimmens der angestrebten Dämpfkraft des betrachteten Dämpfers und einen Schritt des Steuerns des Dämpfers auf.

Bei dem Schritt des Berechnens der Vertikalgeschwindigkeiten integriert die Steuerlogik des Systems die von den drei Vertikalbeschleunigungssensoren ausgegebenen Vertikalbeschleunigungssignale und berechnet Vertikalgeschwindigkeiten der vier Räder. Bei dem Schritt des fortlaufenden Berechnens der Durchschnittsgeschwindigkeit nimmt die Steuerlogik die integrierte Vertikalgeschwindigkeit eines jeden Rades über eine vorgegebene Zeit hinweg auf und berechnet damit einen Durchschnitt der Vertikalgeschwindigkeit eines jeden Rades, bevor ein Fahrtwert für jedes Rad berechnet wird. Bei dem Schritt des Bestimmens der angestrebten Dämpfkraft des betrachteten Dämpfers multipliziert die Steuerlogik den Fahrtweg mit der Vertikalgeschwindigkeit und berechnet auf diese Weise einen Kraftwert für jedes der vier Räder. Bei dem Schritt des Steuerns des Dämpfers gibt die Steuerlogik ein Steuersignal, das jeden der Dämpfkraft-Sollwerte angibt, an ein zugeordnetes Dämpferbetätigungselement und steuert auf diese Weise unabhängig die Dämpfkraft des Dämpfers für jedes der vier Räder zu einer aktuellen Zeit, bevor sie zu dem ersten Schritt oder dem Schritt der Berechnung der Vertikalgeschwindigkeit zurückkehrt. Das Steuersystem steuert die Steuerstangen der Dämpfer, wobei jede Steuerstange in der Hauptsteuerschleife innerhalb einer Schleifenzeit von 10 ms zu dem Maximum bewegt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem und Steuerverfahren einer halbaktiven Aufhängung werden von Vertikalbeschleunigungssensoren die Vertikalbeschleunigungen von drei Rädern angebende Signale aufgenommen, und sowohl eine Vertikalgeschwindigkeit jedes einen derartigen Vertikalbeschleunigungssensor aufweisenden Rades als auch eine Vertikalgeschwindigkeit eines von einem derartigen Vertikalbeschleunigungssensor freien Rades berechnet. Von dem Steuersystem und dem Steuerverfahren werden somit tatsächlich die Vertikalgeschwindigkeiten von den vier Rädern berechnet, bevor die Dämpfer der vier Räder unabhängig gesteuert werden.

Wie oben beschrieben, wird durch die Erfindung ein Steuersystem und Steuerverfahren einer halbaktiven Aufhängung geschaffen. Das erfindungsgemäße Steuersystem und das erfindungsgemäße Steuerverfahren einer halbaktiven Aufhängung wählen effektiv geeignete Dämpfkraftverläufe für die Dämpfer der vier Räder gemäß den von den drei an den oberen Teilen der Dämpfer angebrachten Vertikalbeschleunigungssensoren ausgegebenen Vertikalbeschleunigungssignalen und dem von dem an der Achse angebrachten Achsenbeschleunigungssensor ausgegebenen Achsenbeschleunigungssignal aus.

Daher wird bei dem Resonanzfrequenzband eines Autokörpers mit dem erfindungsgemäßen Steuersystem und Steuerverfahren die Aufhängung abhängig von den Vertikalgeschwindigkeiten und Fahrtwerten gesteuert, die aus den von den Vertikalbeschleunigungssensoren der drei Räder ausgegebenen Signalen berechnet sind, und werden dadurch die bei einem Band von Resonanzfrequenzen auftretenden unkomfortablen Fahrteffekte vermindert. Bei einem Resonanzfrequenzband einer Achse wird mit dem System und dem Verfahren die Aufhängung mit einer höheren Dämpfkraft gesteuert, wodurch die Lenksicherheit eines Fahrzeugs bei dem Resonanzfrequenzband der Achse sichergestellt wird. Mit dem erfindungsgemäßen Steuersystem und Steuerverfahren wird so die Aufhängung optimal gesteuert, wenn auf unterschiedlichen Straßenbedingungen gefahren wird. So werden Fahrkomfort und Lenksicherheit sichergestellt.

Claims

1. Steuersystem zum Steuern einer halbaktiven Aufhängung mit vier zwischen jeweils einem von vier Rädern und einem Fahrzeugkörper vorgesehenen variierbaren Dämpfern (200), die aufweist:
drei Vertikalbeschleunigungssensoren (71, 72, 73), von denen jeder an einem der Dämpfer (200) angebracht ist, zum Erfassen der Vertikalbeschleunigungen von drei mit den Vertikalbeschleunigungssensoren (71, 72, 73) versehenen Rädern und zum nachfolgenden Ausgeben von Vertikalbeschleunigungssignalen;
einen an einer Achse angebrachten Achsenbeschleunigungssensor (74) zum Erfassen einer Vertikalbeschleunigung der Achse und zum nachfolgenden Ausgeben eines Achsenbeschleunigungssignals;
eine Fahrt-Steuerlogik (110) zum Verarbeiten der von den Vertikalbeschleunigungssensoren (71, 72, 73) ausgegebenen Vertikalbeschleunigungssignale derart, daß sowohl eine Vertikalgeschwindigkeit als auch eine Durchschnittsgeschwindigkeit jedes Rades und dann unter Multiplizieren der Durchschnittsgeschwindigkeit mit der Vertikalgeschwindigkeit ein Kraftwert für jedes Rad berechnet werden;
eine Radresonanz-Steuerlogik (120) zum Verarbeiten des von dem Achsenbeschleunigungssensor (74) ausgegebenen Achsenbeschleunigungssignals derart, daß ein ein Achsenresonanzfrequenzband angebendes Achsenresonanzfrequenzbandsignal generiert wird und aus dem Achsenresonanzfrequenzbandsignal ein Radresonanzwert berechnet wird; und
eine Integrierlogik (130), mit der fortlaufend ein Dämpfkraftverlauf zum Steuern jedes Dämpfers (200) bestimmbar ist, indem sowohl der von der Fahrt-Steuerlogik (110) erhaltene Fahrtwert als auch der von der Radresonanz-Steuerlogik (120) erhaltene Radresonanzwert über einen vorbestimmte Schleifen Zeitspanne integriert werden, so daß jedes Rad zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt unabhängig gesteuert wird.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Fahrtsteuerlogik (110) aufweist:
einen Beschleunigungssignalintegrator (111) zum Integrieren der von den Vertikalbeschleunigungssensoren (71, 72, 73) ausgegebenen Vertikalbeschleunigungssignale, so daß die Vertikalgeschwindigkeiten der drei mit den Vertikalbeschleunigungssensoren (71, 72, 73) versehenen Räder berechnet werden;
eine Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung (112) zum Verarbeiten der von dem Beschleunigungssignalintegrator (111) ausgegebenen die Vertikalgeschwindigkeiten der drei Räder angebenden Signale, so daß eine Vertikalgeschwindigkeit eines vierten von einem Vertikalbeschleunigungssensor freien Rades berechnet wird;
eine Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit (113) zum fortlaufenden Berechnen der Durchschnittsgeschwindigkeiten der vier Räder aus den Vertikalgeschwindigkeiten.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, wobei von dem Beschleunigungssignalintegrator (111) ein von einem der drei Vertikalbeschleunigungssensoren (71, 72, 73) ausgegebenes Vertikalbeschleunigungssignal unter Verwendung eines durch die Gleichung
ν_1(s)/α_1(s) = S/(S² + 2ξ_iω₁S + ω₁ ²)
beschriebenen Filters integrierbar ist derart, daß eine Vertikalgeschwindigkeit des jeweiligen der drei mit den Vertikalbeschleunigungssensoren (71, 72, 73) versehenen Räder berechnet wird.

4. Steuersystem nach Anspruch 2, wobei von der Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit (113) unter Verwendung eines durch die Gleichung
ν_i(s)/(ν_i(S))² = 1/(T₁S + 1)
beschriebenen Filters ein Kraftwert für jedes Rad berechenbar ist.

5. Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Radreso nanz-Steuerlogik (120) aufweist:
einen Bandpaßfilter (121) zum Filtern des von dem Achsenbeschleunigungs-Sensor (74) ausgegebenen Beschleunigungssignals derart, daß ausschließlich ein Signal eines vorbestimmten Frequenzbandes ausgegeben wird; und
einen Radresonanz-Berechnungsteil (122) zum Verarbeiten des von dem Bandpaßfilter (121) ausgegebenen Signals des vorgegebenen Frequenzbandes derart, daß ein Radresonanz-Wert berechnet wird.

6. Steuersystem nach Anspruch 5, wobei von dem Bandpaßfilter (121) das Achsenbeschleunigungssignal unter Verwendung eines durch die Gleichung
(ν_w(s))²/(α_w(s))² = 2ξ₂ω₂S/(S² + 2ξ₂ω₂S + ω₂ ²)
beschriebenen Filters derart filterbar ist, daß ein Signal eines Achsenresonanzfrequenzbandes bereitgestellt wird.

7. Steuersystem nach Anspruch 5, wobei von dem Radreso nanz-Berechnungsteil (122) der Radresonanzwert eines Achsenresonanzfrequenzbandes unter Verwendung eines durch die Gleichung
(ν_w(s))²/(ν_w(s))² = 1/(T₂S + 1)
beschriebenen Filters berechenbar ist.

8. Steuerverfahren einer halbaktiven Aufhängung mit vier zwischen jeweils einem von vier Rädern und einem Fahrzeugkörper vorgesehenen variierbaren Dämpfern (200), mit:
einem Schritt des Berechnens der Vertikalgeschwindigkeiten, bei dem die von den drei Vertikalbeschleunigungssensoren ausgegebenen Vertikalbeschleunigungssignale integriert werden und sowohl Vertikalgeschwindigkeiten jedes der drei mit einem Vertikalbeschleunigungssensor versehenen Räder als auch eine Vertikalgeschwindigkeit eines anderen von einem Vertikalbeschleunigungssensor freien Rades berechnet werden;
einem Schritt des fortlaufenden Berechnens der Durchschnittsgeschwindigkeit, bei dem die integrierte Vertikalgeschwindigkeit eines jeden Rades über eine vorgegebene Zeit hinweg aufgenommen wird und damit einen Durchschnitt der Vertikalgeschwindigkeit eines jeden Rades berechnet wird und nachfolgend ein Fahrtwert für jedes Rad berechnet wird;
einen Schritt des Bestimmens der Solldämpfkraft, bei dem jeder Fahrtwert mit einer dazugehörenden Vertikalgeschwindigkeit multipliziert wird und auf diese Weise ein Kraftwert für jedes der vier Räder berechnet wird und nachfolgend ein Dämpfkraft-Sollwert für jeden Dämpfer bestimmt wird; und
einen Schritt des Steuerns des Dämpfers, bei dem ein Steuersignal, das jeden der Dämpfkraft-Sollwerte angibt, an ein zugeordnetes Dämpferbetätigungselement ausgegeben wird, so daß jeder Dämpfer zum gegenwärtigen Zeitpunkt unabhängig gesteuert wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Vertikalgeschwindigkeit des von einem Vertikalbeschleunigungssensor freien Rades durch Addieren oder Subtrahieren der Vertikalgeschwindigkeiten der drei mit Vertikalbeschleunigungssensoren versehenen Räder berechnet wird.