-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Steuerung der Kraft-/Geschwindigkeitskennlinie eines Dämpfers nach
der Gattung des Anspruchs i sowie eine Vorrichtung zur Steuerung
der Kennlinie eines Dämpfers
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 5.
-
Dämpfer
der genannten Art werden beispielsweise als Schwingungsdämpfer bei
Kraftfahrzeugen oder Motorrädern
eingesetzt. Sie sind jedoch auch bei der Dämpfung von Schwingungen unter
anderem von Maschinen bzw. Motoren geeignet.
-
Es sind Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge
bekannt, deren Kennlinie durch Federplatten und Ventile eingestellt
wird. Eine veränderung
der Kennlinie ist allerdings nur mit hohem Aufwand möglich, so
daß derartige
Dämpfer
für Versuche
mit verschiedenen Kennlinien schwerlich einsetzbar sind. Überdies
sind sie nicht ohne weiteres mit einer Steuerung zur Veränderung
der Kennlinie kpmbinierbar.
-
Es sind auch Dämpfer bekannt, die einen Kraftregelkreis
mit einem Dämpferkraft-Sensor,
einen Weggeber und einem Signalpxazessor aufweisen. Mit derartigen
Dämpfern
sind programmierbare Kennlinien realisierbar. Die Berechnung der
Kennlinien mit Hilfe von Kraftsensoren ist jedoch nicht nur sehr
aufwendig, sondern auch teuer. Die Sensoren sind überdies
auch sehr anfällig.
-
So wird in der
EP 0 197 317 A2 ein zwischen einem
Fahrzeugrad und dem Fahrzeugaufbau angeordneter Dämpfer mit
asymmetrisch semi-aktiven Dämpferverhalten
beschrieben, dessen Dämpferkraft
abhängig
von der Absolutgeschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus und abhängig von
der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem Fahrzeugrad
gesteuert wird.Weitere geschwindigkeitsabhängige Dämpferansteuerungen sind aus der
EP 0 222 329 A2 ,
der
US 3,807,678 A sowie
aus der
DE 21 24 029
A bekannt.
-
-
Vorteile der
Erfindung
-
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den in Anspruch
1 genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß die Veränderung
der Kennlinie eines Dämpfers
einfach ausführbar
ist. Das Verfahren ist damit wenig störanfällig.
-
Besonders vorteilhaft ist es, daß bei diesem Verfahren
die Kennlinie des Dämpfers
in Abhängigkeit
von. der Bewegungsgeschwindigkeit des Dämpfers verändert wird. Am Dämpfer wirkende
Kräfte spielen
hierbei keine Rolle.
-
Erfindungs gemaß wird ein einstellbarer Grundwert
für den
Uberströmquerschnitt
des Dämpfers
gewählt
und diesem ein geschwindigkeitsabhängiger
-
Wert überlagert. Je nachdem, ob die
Geschwindigkeit des Dämpfers,
die durch die zeitliche Ableitung des Ausgangssignals eines Weggebers
ermittelt wird, positive oder negative Werte annimmt, kann die Überlagerung
der beiden Querschnittswerte verändert
werden. Damit sind die Kennlinien für Zug und Druck getrennt einstellbar.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen
nach Anspruch 5 hat gegenüber
bekannten Steuerungseinrichtungen den Vorteil, daß sie sehr
einfach aufgebaut und damit störungsunanfällig ist.
Besonders vorteilhaft ist es, daß sie auf so kleinem Raum konzentrierbar
ist, daß sie
in den Dämpfer integriert
werden kann.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen
des Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Besonders
vorteilhaft ist es, daß das
Verfahren durch eine einfache analoge Schaltung realisierbar ist.
Die Vorrichtung ist überdies preiswerter
als bekannte Steuerungseinrichtungen, da ein zusätzlicher Kraftsensor für die Erfassung
der am Dämpfer
wirkenden Kräfte
entfallen kann. Schließlich
ist die Charakterisitk des Dämpfers
von einem Steuergerät
aus wählbar,
so daß bei
genormten Dämpfern
durch eine geeignete Steuerung verschiedene Kennlinien realisierbar
sind.
-
Zeichnung
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand
einer Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Prinzipskizze zur Verdeutlichung des Verfahrens und der Funktion
der Steuerungsvorrichtung und
-
2 ein
Schaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung der Kennlinie eines Dämpfers.
-
Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
-
Das im folgenden beschriebene Verfahren und
die Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens sind zur Steuerung der Kennlinie beliebiger Dämpfer geeignet.
Beispielshaft wird im folgenden ein Schwingungsdämpfer für ein Kraftfahrzeug herangezogen.
-
Die Prinzipskizze gemäß 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer mit
einer steuerbaren Dämpfungscharakteristik.
Dem Dämpfer
ist ein Weggeber 3 zugeordnet, der beispielsweise die Bewegung
eines Kolbens 5 des Dämpfers
in einem zugehörigen Rohr 7 erfaßt. Im vorliegenden
Fall kann beispielsweise ein induktiver Weggeber verwendet werden. Die
Ausgangssignale des Weggebers 3 werden einer Differenziereinheit 9 zugeführt, die
die zeitliche Ableitung des erfaßten Weges, also die Geschwindigkeit beispielsweise
des Kolbens 5 gegenüber
dem Rohr 7 bestimmt. Diese Geschwindigkeit wird im folgenden auch
als Dämpfergeschwindigkeit
bezeichnet. Das Ausgangssignal des Differenzierglieds wird einem Additionsglied 11 zugeführt.
-
Das Additionsglied bildet die Summe
aus dem Ausgangssignal der Differenzierstufe 9 und einem
Steuersignal S, welches der Grundeinstellung des Dämpfers dient.
-
Die Summe der beiden Signale, also
das Ausgangssignal der Additionsstufe 11, wird einem Umsetzer 13 zugeführt, der
gemäß dem eingegebenen
Signal beispielsweise den Überströmquerschnitt des
Dämpfers
steuert. Auf diese Weise wird die Dämpfercharakteristik des Dämpfers,
also seine Kraft-/Geschwindigkeitskennlinie verändert.
-
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
kann mit Hilfe des Steuersignals S ein Grundwert für den Uberströmquerschnitt
des Dämpfers
vorgegeben werden. In dem Additionsglied 11 findet eine Überlagerung
dieses Steuersignals mit einem geschwindigkeitsabhängigen Signal,
nämlich
mit dem Ausgangssignal der Differenzierstufe 9, statt. Bei
einer Bewegungsumkehr des Kolbens 5 gegenüber dem
Rohr 7 ergibt sich ein negatives Signal am Ausgang der
Differenzierstufe 9. Es findet dann eine Subtraktion des
geschwindigkeitsproportionalen Signals statt.
-
Die Überlagerung des geschwindigkeitsproportionalen
Signals kann durch einfache Analogrechenschaltungen oder durch digitale
Rechner erfolgen. Die Geschwindigkeit selbst kann durch analoges
oder digitales Differenzieren aus dem Weg des Kolbens 5 gegenüber dem
Rohr 7 gewonnen werden.
-
Vorzugsweise werden verschiedene
Uberlagerungsfunktionen für
positive und negative Geschwindigkeitswerte gewählt. Dadurch kann die Kennlinie
des Dämp fers
für Zug
oder Druck getrennt eingestellt werden. Eine einfache analoge Auslegung der
Schaltung kann zusammen mit dem Wegsensor und der Ansteuerstufe,
die das Steuersignal S, also das Signal zur Einstellung des Überströmquerschnitts
liefert, im Dämpfer
integriert werden.
-
Aus der Prinzipskizze ist erkennbar,
daß Kraftsensoren
nicht erforderlich sind. Dadurch ist das hier dargestellte Verfahren
wesentlich preiswerter als herkömmliche
realisierbar.
-
Die Prinzipskizze zeigt auch, daß die Charakteristik
eines Schwingungsdämpfers
durch das Steuersignal S einstellbar ist. Genormte Dämpfer können also
durch ein geeignetes Steuersignal an verschiedene Einsatzfälle angepaßt werden.
-
2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Steuerung eines Dämpfers.
-
Das Ausgangssignal des hier nicht
dargestellten Weggebers, der eine Bewegung des Kolbens 5 gegenüber dem
Rohr 7 des Schwingungsdämpfers 1 erfaßt, wird
einem Tiefpaß 21 zugeleitet.
Dieser umfaßt
einen Operationsverstärker 23 sowie
eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen 25 und 27, die
mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 23 verbunden
sind. Dieser Eingang liegt überdies über einem
Kondensator 29 an Masse. An der Verbindungsstelle der beiden
Widerstände 25 und 27 liegt
ein Kondensator 31, der andererseits mit dem nichtinvertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 23 verbunden
ist. Dieser Eingang ist außerdem
mit dem Aus gang des Operationsverstärkers 23 elektrisch
leitend verbunden.
-
Der Operationsverstärker 23 ist
so geschaltet, daß sich
ein Tiefpaßverhalten
ergibt, wobei eine Grenzfrequenz fg = 100Hz
gewählt
wird. Durch diesen Tiefpaß wird
verhindert, daß Bewegungen
des Schwingungsdämpfers,
die beispielsweise auf Vibrationen beruhen, nicht weitergeleitet
werden. Außerdem
werden Störsignale,
beispielsweise Radiosignale, ausgefiltert.
-
Das Signal des Tiefpasses 21 wird über einen
Widerstand 33 und einen Kondensator 35 an den invertierenden
Eingang eines als Differenzierer 36 dienenden Operationsverstärkers 37 gelegt.
Zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang dieses Operationsverstärkers 37 liegt
eine Parallelschaltung aus einem Kondensator 39 und einem Widerstand 41.
Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 37 liegt
an Masse.
-
Das Ausgangssignal des Differenzierers 36, das
der Bewegungsgeschwindigkeit des Schwingungsdämpfers entspricht, wird einem
Komparator 43 zugeleitet, der zwischen einem positiven
und negativen Ausgangssignal des Differenzierers 36 unterscheidet.
Als Komparator dient ein Operationsverstärker 43 an dessen
invertierenden Eingang das Ausgangssignal des Differenzierers liegt.
Der nicht-invertierende Eingang liegt an Masse. Das Ausgangssignal
des Komparators 43 wird an eine Umschalteinrichtung 44 weitergeleitet,
die bei einem positiven Ausgangssignal des Differenzierers 36 eine erste
Schalterstellung einnimmt und bei einem negativen Ausgangssignal
eine zweite Schaltstellung.
-
Durch diese Umschaltung werden verschiedene
Kennlinien ausgewählt
für den
Fall, daß der Dämpfer auf
Zug oder auf Druck beansprucht wird.
-
In 2 sind
mehrere parallel geschaltete variable Widerstände 45 vorgesehen,
die einerseits an einer Spannung +UB und
andererseits an –UB liegen. Die an den Widerständen 45 abgegriffene
veränderbare
Spannung wird über
einen Widerstand 47 an Umschaltkontakte 49 geleitet,
die zwei Umschaltern 51 und 53 zugeordnet sind.
-
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils
vier veränderbare
Widerstände 45 sowie
jeweils vier zugehörige
Widerstände 47 dem
ersten Umschalter 51 sowie dem zweiten Umschalter 53 zugeordnet.
In der ersten Schaltstellung der Umschalteinrichtung 44 ist
der erste Umschalter 51 mit der Umschalteinrichtung 44 verbunden
und in der zweiten Schaltstellung ist der zweite Schalter 53 mit
der Umschalteinrichtung 44 verbunden.
-
An dem Ausgang des Differenzierers 36 ist ein
aus zwei Widerständen 55 und 57 bestehender Spannungsteiler
angeschlossen. An der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 55 und 57 liegt der
invertierende Eingang eines Operationsverstärkers 59, dessen nichtinvertierender
Eingang an Masse liegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 59 liegt
an dem Anschluß des
Widerstands 57, der der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 55 und 57 gegenüber liegt.
-
Zwischen dem Ausgang des Differenzierers 36 und
dem Ausgang des Operationsverstärkers 59 liegt
eine Pa rallelschaltung aus mehreren, hier acht veränderbaren
Widerständen 61.
Die an den veränderbaren
Widerständen 61 abgegriffene
Spannung wird über
Widerstände 63 an
die Umschaltkontakte 49 des ersten Umschalters 51 sowie
des zweiten Umschalters 53 gelegt.
-
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind je vier veränderbare
Widerstände 61 sowei vier
Widerstände 63 den
Kontakten des Umschalters 51 sowie den Kontakten des zweiten
Umschalters 53 zugeordnet.
-
Die Umschalteinrichtung 44 ist
mit einem Pegelumsetzer verbunden, der die an der Umschalteinrichtung
anliegende Spannung auf einen Wert bringt, der für eine Ansteuereinrichtung
bzw. einen Umsetzer des zugehörigen
Dämpfers
geeignet ist. Diese Ansteuereinrichtung setzt das vom Pegelumsetzer gelieferte
Spannungssignal in einen bestimmten Uberströmquerschnitt des Dämpfers um.
-
Der Pegelumsetzer weist hier einen
Operationsverstärker 65 auf,
dessen invertierender Eingang mit der Umschalteinrichtung 44 und
dessen nicht-invertierender Eingang mit Masse verbunden ist. Zwischen
dem nichtinvertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 65 liegt
ein Widerstand 67. Am Ausgang des Operationsverstärkers wird
die Spannung abgegriffen, die für
die Ansteuerungseinrichtung bzw. für den Umsetzer des Dämpfers geliefert
wird.
-
Parallel zum Pegelumsetzer liegt
eine Pegelbegrenzerschaltung, die einen ersten Operationsverstärker 69 sowie
einen zweiten Operationsverstärker 71 aufweist.
Der erste Operationsverstärker 61 liegt mit
seinem nicht-invertierenden Eingang am Ausgang des Operationsverstärkers 65 des
Pegelumsetzers, während
der invertierende Eingang des ersten Operationsverstärkers 69 an
Masse liegt. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers ist über eine Diode 73 mit
dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 65 beziehungsweise
mit der Umschalteinrichtung 44 verbunden, wobei die Anode
der Diode 73 an dem Ausgang des Operationsverstärkers 69 liegt.
Der nichtinvertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers 71 ist
ebenfalls mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 65 des Pegelumsetzers
verbunden. Sein Ausgang liegt ebenfalls am invertierenden Eingang
des Operationsverstärkers 65 des
Pegelumsetzers beziehungsweise an der Umschalteinrichtung 44.
Auch hier ist eine Diode 75 vorgesehen, die so angeordnet
ist, daß Ihre Kathode
mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 71 verbunden
ist. Der invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers 71 ist
mit einem veränderbaren
Widerstand 77 verbunden, der einerseits an Masse und andererseits
an einer negativen Spannung, beispielsweise an –Ub liegt.
-
Durch den Pegelbegrenzer wird das
Ausgangssignal des Pegelumsetzers so begrenzt, daß die Ansteuereinrichtung
bzw. der Umsetzer für
den Dämpfer
nicht übersteuert
wird.
-
Im folgenden wird die Funktion der
in 2 gezeichneten Schaltung
näher erleutert:
An
den Eingang des Tiefpasses 21 wird von einem beispielsweise
induktiven Weggeber ein Spannungssignal gelegt, das beispielsweise
in einem Bereich von –10V bis
+10V. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 21 wird an den
Differenzierer 36 weitergeleitet, an dessen Ausgang die
zeitliche Ableitung des Wegsignals erscheint. Das der zeitlichen
Ableitung beziehungsweise der Bewegungsgeschwindigkeit des Dämpfers entsprechende
Signal wird zum einen an den aus den Widerständen 55 und 57 bestehenden Spannungsteiler
und zum anderen an den einen Anschluß der variablen Widerstände 61 gelegt.
Der andere Anschluß diser
Widerstände
liegt an Ausgang des Operationsverstärkers 59, der ein
invertiertes Signal liefert, das an der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 55 und 57 anliegt.
-
Oben wurde dargelegt, daß die Steurerung der
Kennlinie des Dämpfers
in Abhängigkeit
von der Bewegungsgeschwindigkeit des Dämpfers erfolgt.
-
Das bewegungsabhängige Signal wird durch den
Abgriff der Spannung an den veränderbaren
Widerständen 61 realisiert.
Da die veränderbaren
Widerstände 61 so
beschaltet sind, daß sie
zwischen dem Ausgangsignal des Differenzierers 36 und dem invertierten
Ausgangssignals des Differenzierers liegen, kann der Spannungsabgriff
aus den Widerständen 61 stufenlos
so eingestellt werden, daß das
geschwindigkeitsabhängige
Signal in voller Höhe
oder auch garnicht in die Steuerung der Kennlinie des Dämpfers eingeht.
Das der Geschwindigkeit entsprechende Signal wird über die
Widerstände 63 an
die Umschaltkontakte 49 sowohl des ersten Umschalters 51 als
auch des zweiten Umschalters 53 gelegt. Es ist deutlich
ersichtlich, daß jeder
der variablen Widerstände 61 separat
einstellbar ist, so daß also
der geschwindigkeitsabhängige Anteil
je nach Einstellung des veränderbaren
Widerstandes 61 vergrößert oder verkleinert
werden kann.
-
An den Kontakten 49 liegen
auch die Widerstände 47 die
mit der veränderbaren
Spannung der veränderbaren
Widerstände 45 beaufschlagt
werden. Diese veränderbaren
Widerstände
liegen zwischen zwei festen Potentialen, beispielsweise zwischen
+UB und –UB.
Je nach Einstellung der variablen Widerstände 45 wird also das
Potential an den Widerständen 47 verändert. Durch
die Änderung
der Einstellung der einzelnen veränderbaren Widerstände 45 wird
der fest vorgegebene Spannungswert, der also unabhängig ist
von der Bewegungsgeschwindigkeit des Dämpfers, eingestellt und an
die Kontakte 49 weitergegeben. Dieser fest vorgebbare Spannungswert
dient der Grundeinstellung des Überströmquerschnitts
und entspricht dem Steuersignal S in 1.
-
Es ist also ersichtlich, daß durch
die veränderbaren
Widerstände 45 ein
Grundwert vorgegeben wird, zu dem ein von der Geschwindigkeit des
Dämpfers
abhängiger
Wert addiert wird. Die Addition des geschwindigkeitsabhängigen Wertes
hängt von
der Einstellung der veränderbaren
Widerstände 61 ab.
-
Aus dem oben Gesagten ist ersichtlich,
daß verschiedene
Einstellungen eines Grundwerts durch die entsprechende Justierung
des veränderbaren
Widerstands 45 sowie unterschiedliche Einstellungen des
geschwindigkeitsbezogenen Werts möglich sind, dadurch daß die veränderbaren
Widerstände 61 bzs. 45 entsprechend
eingestellt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils
vier variable Wider stände 45 uind
vier variable Widerstände 61 für einen
ersten Umschalter 51 und für einen zweiten Umschalter 53 vorgesehen.
Für jeden
der Umschalter sind also vier verschiedene Grundwerte und vier verschiedene
Werte für
die geschwindigkeitsabhängigen
Signale einstellbar. Durch die beiden Umschalter 51 und 53 können verschiedene
Spannungswerte abgegriffen werden. Dadurch lassen sich also unterschiedliche
Kennlinien für
den Dämpfer
wählen.
Dabei ist es durch die Umschalteinrichtung 44 möglich verschiedene
Kennlinien für
eine Zug- und für
eine Druckbelastung des Dämpfers
einzustellen.
-
Durch die Umschalteinrichtung 44 ist
der erste Umschalter 51 mit der Ansteuereinrichtung für den Dämpfer verbunden,
wenn dieser auf Zug belastet wird. Der zweite Umschalter 53 ist
der Ansteuerung für
den Dämpfer
verbunden, wenn dieser auf Druck belastet wird. Diese Umschaltung
erfolgt, wie gesagt, durch den Komparator 43, der die Umschalteinrichtung 44 betätigt und
in eine erste Schaltstellung bringt, wenn das Bewegungssignal am
Ausgang des Differenziezers 36 positiv ist und in eine
zweite Stellung, wenn das Ausgangssignal des Differenzierers 36 negativ
ist.
-
Insgesamt ist erkennbar, daß die Steuerung der
Kennlinie eines Dämpfers
in Abhängigkeit
von einem Signal, dem Ausgangssignal der Differenzierstufe 36,
erfolgt, das der Bewegungsgeschwindigkeit des Dämpfers entspricht. Diesem Signal
wird ein einstellbares Grundsignal überlagert. Die am Dämpfer wirkenden
Kräfte
werden dabei nicht berücksichtigt, was
zu einer wesentlichen Vereinfachung der Schaltung beziehungsweise
des Verfahrens führt.
-
In 2 wurde
ein Ausführungsbeispiel
erläutert,
bei dem verschiedene Grundwerte und unterschiedliche Überlagerungsfunktionen
für die
geschwindigkeitsabhängigen
Spannungen mit Hilfe von variablen Widerständen einstellbar sind. Statt
dieser Hard-ware-Realisierung
ist auch eine Soft-ware-Realisierung des Verfahrens möglich, wobei
dann die verschiedneen Grundwerte und Uberlagerungsfunktionen aus
geeigneten Tabellen bzw. Kennfeldern aberufen werden können.