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Die
Erfindung betrifft eine an Rädern
angebrachte semiaktive Aufhängung
zum Absorbieren und Vermindern von unangenehmen Erscheinungen, wie
Schwingungen, in einem Fahrzeug, insbesondere ein Steuersystem einer
semiaktiven 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 Straßenoberflache und die Fahrzeugschwingungen zu überprüfen und
die Dämpfkraft
der Dämpfer
für alle
vier Räder
unabhängig
voneinander zu steuern.
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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.
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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
semiaktive Aufhängungen
verwendet, die jeweils eine veränderliche
Federkonstante oder veränderliche
Dämpfkraft
aufweisen.
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1 ist
ein Blockdiagramm, aus dem der Aufbau eines typischen automatischen
Steuersystems für
semiaktive 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 Steuersystems 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 semiaktive
Aufhängung
sorgt somit für
ein komfortables Fahren für den
Fahrer und die Mitfahrer und stellt die Sicherheit beim Lenken sicher.
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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.
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Das
Referenzzeichen 60 in 1 bezeichnet
einen Modusauswahlschalter.
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Die
elektronische Steuereinheit 100 des Steuersystems weist
eine Mehrzahl von unabhängigen
Steuerlogiken auf, die unabhängig
voneinander gemäß den nachfolgend
beschriebenen Bedingungen die semiaktive Aufhängung in den drei Dämpfmodi
steuern.
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Erstens
erfaßt
eine Anti-Rückprall-Steuerlogik
der elektronischen Steuereinheit 100 Unebenheiten oder
raue 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. Wach dem Ablaufen von t1 Sekunden
unter den oben genannten Bedingungen setzt die Anti-Rückprall-Steuerlogik den mittleren
Dämpfungsmodus
zurück
auf den weichen Standard-Dämpfungsmodus.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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-Steuerlogik den harten Dämpfungsmodus
zurück
in den Ausgangsmodus, falls nach Eintritt der oben angegebenen Bedingungen
t6 Sekunden vergangen sind.
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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 aprupten Wechsel der Fahrzeugbedingungen
zu reagieren. Das typische automatische Steuersystem für semiaktive
Aufhängungen
schafft es im Vergleich zu typischen manuellen Steuersystemen für semiaktive
Aufhängungen
weder, eine komfortablere Fahrt zu gewährleisten, noch, verläßlich die
Lenksicherheit eines Fahrzeugs zu garantieren.
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Aus
der
DE 35 18 503 C1 ist
eine Vorrichtung zur rechnergestützten,
fahrbahnabhängigen
Steuerung von Dämpfern
einer Fahrzeugfederung bekannt, mit am Fahrzeug angebrachten Sensoren,
die für
die Unebenheit der Fahrbahn charakteristische elektrische Signale
abgeben, mit einer Auswerteschaltung, die die Sensorsignale empfängt und
daraus auf die gemittelten Höhen
der langwelligen und der kurzwelligen Unebenheiten der Fahrbahn
unterschiedlich abgestimmte Stellsignale für die Dämpfer erzeugt.
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Aus
der
DE 196 05 504
A1 ist ein Aufhängungssteuer-
bzw. -regelsystem für
ein Kraftfahrzeug bekannt, welches auf linken und rechten Vorderrädern an
linken und rechten vorderradseitigen Stützpositionen sowie auf linken
und rechten Hinterrädern an
linken und rechten hinterradseitigen Stützpositionen abgestützt ist,
mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen erster Fahrzeugzustände an den
linken und rechten vorderradseitigen Stützpositionen und einer Berechnungseinrichtung
zum Ermitteln zweiter Fahrzeugzustände an den linken und rechten
hinterradseitigen Stützpositionen,
basierend auf den erfaßten ersten
Fahrzeugzuständen,
wobei die Berechnungseinrichtung eine vorgegebene Übertragungsfunktion mit
einer Straßenoberflächen-Eingangsgröße als Übertragungsstrecke
sowie eine Einrichtung zum Ermitteln einer Differenz zwischen den
erfaßten
ersten Fahrzeugzuständen
aufweist.
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Aus
der
DE 40 25 309 A1 ist
ein aktives Aufhängungssystem
für Fahrzeuge
bekannt, mit einer Aufhängung
zwischen dem Fahrzeugaufbau und den einzelnen Rädern, die jeweils eine Arbeitskammer mit
variablem Druck zur Erzeugung einer Dämpfungskraft gegen Relativbewegungen
zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem Rad umfaßt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem einer semiaktiven
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.
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Hierzu
stellt die Erfindung ein Steuersystem zum Steuern einer semiaktiven
Aufhängung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bereit. Weiterbildungen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen beschrieben.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In
der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines herkömmlichen
Steuersystems für
semiaktive Aufhängungen;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs, aus der die Positionen
einer Mehrzahl von Sensoren eines Steuersystems einer semiaktiven
Aufhängung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ersichtlich sind;
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3 ein
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuersystems einer semiaktiven
Aufhängung;
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4 ein
Blockdiagramm, aus dem die Steuerlogik des erfindungsgemäßen Steuersystems
einer semiaktiven Aufhängung
ersichtlich ist;
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5 ein
Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Fahrt-Steuerlogik;
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6 ein
Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Radresonanz-Steuerlogik;
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7 ein
Flußdiagramm
eines erfindungsgemäßen Steuerverfahrens
einer semiaktiven Aufhängung;
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Aus 2 ist
eine perspektivische Darstellung eines Fahrzeugs ersichtlich, aus
der die Positionen einer Mehrzahl von Sensoren eines Steuersystems
einer semiaktiven Aufhängung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ersichtlich sind. Aus 3 ist ein
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuersystems einer semiaktiven Aufhängung ersichtlich.
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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.
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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.
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In
den 2 und 3 bezeichnen die Referenzzeichen 20, 30, 40, 50 und 60 einen
Geschwindigkeitssensor, einen Drosselstellungssensor, einen Lenkwinkelsensor,
einen Bremsschalter bzw. einen Moduswahlschalter.
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4 ist
ein Blockdiagramm, aus dem die Steuerlogik des erfindungsgemäßen Steuersystems einer
semiaktiven Aufhängung ersichtlich
ist. Wie aus 4 ersichtlich ist, weist die
elektronische Steuereinheit 100 des Steuersystems 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.
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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 Vertikalbeschleunigungs-Sensoren 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-Geschwindigkeitsberechnungsvorrichtung 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-Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113a für das rechte
Vorderrad, die HR-Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113b für das rechte
Hinterrad, die HL-Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113c für das linke
Hinterrad und die 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.
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6 ist
ein Blockdiagramm der Radresonanz-Steuerlogik 120. Wie
aus der Zeichnung ersichtlich, weist die Radresonanz-Steuerlogik 120 einen
Bandpaßfilter 121 und
einen Radresonanz-Berechnungsteil 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.
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Das
oben beschriebene Steuersystem steuert die semiaktive Aufhängung wie
folgt:
Beim Betrieb des Steuersystems kontrolliert die Fahrt-Steuerlogik 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.
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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 weitere Berechnungswerte für die vier Räder durch
Multiplizieren der Fahrtwerte mit den jeweiligen Vertikalgeschwindigkeiten.
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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 ξt und ω1 Konstanten zum Bestimmen eines Filterkoeffizienten. ν1(s)/α1(s) = S/(S2 + 2ξ1ω1S + ω1 2) (Gleichung 1)
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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. VVL = VVR +
VHL – VHR (Gleichung
2)
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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 weiterer Berechnungswert 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)/(νi(s))2 = 1/(T1S + 1) (Gleichung
3)
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Die
Durchschnittsgeschwindigkeitsberechnungseinheit 113 berechnet die
Fahrtwerte aus den quadratischen Mittelwerten (RMS) Werten der Vertikalgeschwindigkeiten
gemäß der folgenden
Gleichung (4). Si Fahrt = (ci Fahrt/νFahrt)·ν i (Gleichung 4)
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Die
Radresonanz-Steuerlogik 120 steuert die Achse über eine
Resonanzsteuerung in dem Resonanzfrequenzband der Achse, wodurch
wirkungsvoll die Lenksicherheit des Fahrzeugs sichergestellt wird.
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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. (νw(s))2/(αw(s))2 = 2ξ2ω2S/(S2 + 2ξ2ω2S + ω2 2) (Gleichung 5)
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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/(νw(s))2 = 1/(T2S + 1) (Gleichung 6)
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Aus
den Ergebnissen der Gleichung (6) wird gemäß der folgenden Gleichung (7)
der Radresonanzwert berechnet. SRad = (CRad/νs)·c·ν w 2 (Gleichung
7)
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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.
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Die
folgende Gleichung (8) ist zum Bestimmen einer geeigneten Dämpfkraftkurve
zum Steuern jedes der Dämpfer 200 vorgesehen.
In der Gleichung (8) ist SRad ein von der
Radresonanzsteuerlogik 120 berechneter Radresonanzwert,
und Si Fahrt, Vi sind ein Fahrtwert bzw. eine von der Fahrtsteuerlogik 110 berechnete
Vertikalgeschwindigkeit. Si = MID + SRad +
Vi·Si Fahrt
·ifSi ≤ MIN, Si = MIN
·ifSi ≥ MAX,
Si = MAX (Gleichung
8)
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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.
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Daher
hat das erfindungsgemäße Steuersystem
einer semiaktiven Aufhängung
eine Doppelzeitsteuerung, bei der der geeignete Dämpfkraftverlauf
für einen
betrachteten Dämpfer
zu jedem Zeitpunkt einer Iteration bestimmt wird und das System den
geeigneten Dampfkraftverlauf für
den maximal beweglichen Dämpfer
nur zu jedem Betätigungselement-Steuerzeitpunkt
einstellt.
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Das
heißt,
das Steuerverfahren einer semiaktiven 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.
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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 weiteren Berechnungswert 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.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Steuersystem einer
semiaktiven 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.
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Wie
oben beschrieben, wird durch die Erfindung ein Steuersystem einer
semiaktiven Aufhängung
geschaffen. Das erfindungsgemäße Steuersystem
einer semiaktiven 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.
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Daher
wird bei dem Resonanzfrequenzband eines Autokörpers mit dem erfindungsgemäßen Steuersystem
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
wird so die Aufhängung
optimal gesteuert, wenn auf unterschiedlichen Straßenbedingungen
gefahren wird. So werden Fahrkomfort und Lenksicherheit sichergestellt.