DE3880096T2 - System zur regelung und verfahren zum betrieb einer regelbaren fahrzeugaufhaengungseinheit. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für eine Kraftfahrzeugfederung zur Steuerung einer verstellbaren Federungseinheit wenn ein mit der Federungseinheit ausgerüstetes Fahrzeug auf einer unebenen Fahrbahnoberfläche betrieben wird.
• Kraftfahrzeug-Federungen mit verstellbaren Federungseinheiten verwenden typischerweise einen oder mehrere Sensoren zur Abtastung der Lage eines oder mehrerer Teile der Federung, entweder gegenüber einem anderen Teil der Federung selbst, oder gegenüber einem anderen Teil des Fahrgestells des Fahrzeuges. Im Falle von Fahrzeugen mit lastausgleichenden oder pneumatischen oder hydropneumatischen Federungssystemen ist es notwendig, die Laufhöhe des Fahrzeugs zu kennen, um zu bestimmen, ob eine Korrektur der Laufhöhe erforderlich ist. Ist z.B. die Laufhöhe kleiner als ein vorgeschriebener Grenzwert, was durch einen Niveaugeber festgestellt wird, kann eine verstellbare Federungseinheit den Befehl erhalten, die Laufhöhe anzuheben. Sollte demgegenüber die Laufhöhe die vorgeschriebenen Grenzwerte übersteigen, so kann die Federungseinheit den Befehl erhalten, die Laufhöhe abzusenken bzw. zu vermindern.
• In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, einen einzelnen Federungsbewegungs-Sensor nicht nur in Verbindung mit einem Niveau-Regelsystem einzusetzen, sondern auch als Federungsgeschwindigkeits-Geber für den Einsatz mit einem verstellbaren Stoßdämpfer. Es wird ein Steuersystem und -Verfahren für den Betrieb von Stoßdämpfern gemäß der gemessenen und berechneten Geschwindigkeit der Federungsbewegung beim Ein- und Ausfedern vorgeschlagen.
• Hersteller von Federungsvorrichtungen haben eine Reihe von Steueralgorithmen zum Bestimmen der Dämpfungs-Charakteristik von verstellbaren Federungseinheiten in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern zum Einsatz gebracht. In der US-PS 3,807,678 wird ein System offenbart, in welchem die Dämpfung in Abhängigkeit der durch Integration eines Ausgangssignals eines Beschleunigungsmessers abgeleitete Fahrzeugaufbau-Geschwindigkeit gesteuert wird. Die 678er Patentschrift schlägt vor, einen Bewegungs-Meßwandler zwischen der kontrollierten Masse und deren Tragstruktur zur Überwachung solcher Parameter wie der Relativgeschwindigkeit einzusetzen, sie beschreibt allerdings keinerlei Art und Weise, wie dies durchzuführen wäre.
• US-PS 4,065,154 legt ein Federungsdämpfer- und Regelsystem offen, in welchem die Dämpfung in Abhängigkeit sowohl des innerhalb des Dämpfers entwickelten Druckes, als auch der Vertikalgeschwindigkeit der Federung und des zugehörigen Straßenlaufrades in bezug auf den Fahrzeugaufbau geregelt wird. Die Ansprechzeit-Charakteristik dieses System kann durch die Zeitverschiebung beeinträchtigt werden, die zwischen den Änderungen der Vertikalgeschwindigkeit der Federung und den Druckänderungen im Stoßdämpfer besteht. Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch braucht den in der Federungseinheit bestehenden Druck nicht als Regelvariable heranzuziehen, daher wird die Ansprechzeit-Charakteristik eines solchen Systems derjenigen des 154er Patents überlegen sein.
• Die US-PS 4,647,068 beschreibt ein System, in welchem die Dämpfung der Hinterräder in Abhängigkeit von dem gemessenen Vorderrad-Laufhöhe geregelt wird. In diesem Falle werden die Bewegungen der Vorderräder über einen Fühlermechanismus abgetastet, und die gewonnenen Informationen werden in einem Regelprogramm zur Einstellung der Hinterraddämpfung eingesetzt. Dieses System hat den Nachteil, daß es nicht fähig ist, die Dämpfung der Vorderräder in Abhängigkeit von den von den Rädern aufgenommen Stößen zur regeln.
• Die US-PS 4,579,366, die dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht, beschreibt ein System, in welchem das Dämpfungskraftvermögen einer hydropneumatischen Federung in Abhängigkeit der vertikalen Lage und Geschwindigkeit der Räder geregelt wird. Da ein erfindungsgemäßes Regelsystem die Lage der Räder als Eingabegröße für die Regelung nur dann einsetzt, wenn nicht nur die Dämpfung der Federungseinheit, sondern auch die Laufhöhe der Federungseinheit geregelt wird, kann die vorliegende Erfindung in bestimmten Fällen mittels eines Sensors betrieben werden, der ein nur die Vertikallage des Straßenlaufrades, und nicht Vertikallage und Geschwindigkeit dieses Rades darstellendes Signal abgibt.
• In der US-PS 4,589,676 wird ein Federungssystem für Kraftfahrzeuge offenbart, in welchem die Frequenz und die größte Amplitude der Vertikalschwingungen der Federung gemessen werden, und die Dämpfung dementsprechend eingestellt wird. Es ist zu erwarten, daß dieses System eine unter der optimalen Ansprechzeit liegende Charakteristik bietet, und zwar aufgrund der unbedingten Notwendigkeit, den Betrieb der Federung über mehrere Zyklen zu messen, bevor eine Entscheidung in bezug auf das anzuwendende Dämpfungsniveau getroffen werden kann.
• Die beiden US-PS 4,616,848 und 4,674,767 beschreiben Systeme, in welchen eine Fernmeßvorrichtung dazu genutzt wird, die Rauhheit der Straße zu messen, die sodann dadurch ausgeglichen wird, daß verstellbare Federungseinheiten in ihrer Dämpfüng verändert werden. Diese System sind insofern unvorteilhaft, als sie einen zusätzlichen Meßfühler und entsprechende Betriebselektronik erfordern.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuersystem für eine verstellbare Federungseinheit für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welches die Federungseinheit vorzugsweise dann verstellt, wenn ein mit diesem System ausgerüstetes Fahrzeug auf einer Fahrbahnoberfläche betrieben wird, die dazu neigt, eine vertikale Stampf- oder Stoßbewegung des Fahrzeuges zu erzeugen. Schaltet die verstellbare Federungseinheit in dieser Situation von der "Normal-Einstellung" auf die "Hart"- Einstellung um, wird übermäßiges Stampfen vermieden. Da die Federungseinheit vorzugsweise nach bestimmten Schwellen-Kriterien verstellt wird, kommt es zu einer Verstellung nur dann, wenn eine solche Verstellung notwendig ist; auf Fahrbahnoberflächen wie Kies, wo eine Verstellung auf eine härtere Einstellung den Fahrkomfort beeinträchtigen würde, wird die Federung normalerweise nicht verstellt.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein erfindungsgemäßes Steuersystem die Fähigkeit besitzt, auf ein einzelnes Eingabesignal über die Fahrbahnoberfläche anzusprechen. Somit bedarf ein erfindungsgemäßes System keiner Reihe von die Fahrbahnoberfläche darstellenden Eingabesignalen, bevor eine Entscheidung über die Verstellung der Federungseinheiten getroffen werden kann.
• Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein erfindungsgemäßes System in wirtschaftlicher Art und Weise mittels einer einzigen Sensoreinheit nicht nur Federungslage-Informationen abgeben kann, sondern auch Informationen zur Federungsgeschwindigkeit, ohne dafür einen Beschleunigungsmesser zu erfordern.
• Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß ein erfindungsgemäßes System einfacher ist als eines, das Beschleunigungsmesser zur Bestimmung der Federungsgeschwindigkeit einsetzt.
• Erfindungsgemäß wird ein System zur Steuerung einer verstellbaren Front- und Heckfederungseinheit für die Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, welches System eine Sensorvorrichtung aufweist zur Bestimmung der Vertikalbewegung einer der besagten Federungseinheit zugehörigen Einheit aus Straßenlaufrad und Reifen in bezug auf das Fahrgestell besagten Fahrzeuges, und zur Erzeugung eines ersten Signalsatzes, der der Lage der besagten Einheit aus Straßenlaufrad und Reifen in bezug auf das Fahrgestell besagten Kraftfahrzeuges entspricht, sowie eine Prozessorvorrichtung, die betriebsmäßig mit besagter Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Notwendigkeit, besagte verstellbare Federungseinheit zu verstellen, verbunden ist, wobei die Prozessorvorrichtung folgende enthält:
• - Mittel zum Empfang besagten ersten Satzes von Lagesignalen und zur Berechnung der vertikalen Geschwindigkeit besagten Straßenlaufrades in bezug auf das Fahrgestell, ausgehend von besagten Lagesignalen, um so ein die Fahrbahnoberfläche darstellendes Signal zu erzeugen;
• - Mittel zum Vergleichen der Größe besagten, die Fahrbahnoberfläche darstellenden Signals mit ersten Schwellenwerten; Mittel zur Erzeugung eines Steuersignals in dem Falle, daß besagtes, die Fahrbahnoberfläche darstellendes Signal über dem besagten ersten Schwellenwert liegt; und
• - Mittel zum Einstellen, die betriebsmäßig mit besagter Prozessorvorrichtung verbunden sind und auf besagtes Steuersignal ansprechen, um besagte verstellbare Federungseinheit von einer "Normal"- auf eine "Hart"-Einstellung zu verstellen;
• dadurch gekennzeichnet, daß besagtes, die Fahrbahnoberfläche darstellendes Signal allein durch besagtes Vertikalgeschwindigkeitssignal definiert wird, und daß besagte Federungseinheit in ihrer "Normal"-Einstellung verbleibt, wenn besagtes, die Fahrbahnoberfläche darstellendes Signal über einem zweiten höheren Schwellenwert liegt.
• Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit einem verstellbaren Federungselement mit einer Vielzahl von Einstellungen verwendet werden.
• Gemäß einem Verfahren zur Steuerung der verstellbaren Dämpfung einer Federungseinheit eines Kraftfahrzeuges der hier offenbarten Art führt die Prozessorvorrichtung eines Steuersystems folgende Schritte aus: die Berechnung der vertikalen Geschwindigkeit einer Einheit aus einem Straßenlaufrad und Reifen, in bezug auf das Fahrgestell, ausgehend von dem Eingabesignal eines Lagesensors, den Vergleich der Größe der berechneten Geschwindigkeit mit einem Satz von Geschwindigkeits- Schwellenwerten, und die Erzeugung eines Steuersignals in dem Falle, daß die berechnete Geschwindigkeit zwischen zwei derartigen Schwellenwerten liegt. Liegt die berechnete Geschwindigkeit zwischen zwei dieser Schwellenwerte, bewirkt eine betriebsmäßig mit der Prozessorvorrichtung verbundene und auf Steuersignale aus dem Prozessor ansprechende Nachstellvorrichtung eine Verstellung des Dämpfungsvermögens der Federungseinheit. Die Schwellenwerte für die Geschwindigkeit können von dem Prozessor so ausgewählt werden, daß sie der Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeuges entsprechen. Die verstellbare Federungseinheit wird normalerweise in Reaktion auf das Steuersignal auf eine härtere Einstellung umgestellt und verbleibt in der härteren Einstellung über einen bestimmten Zeitraum nach dem Empfang des Steuersignals. Über den Zeitraum, in welchem die Federungseinheit in der härteren Einstellung verbleibt, ermittelt die Steuerung weiter die Steuerparameter, und die Schaltuhr, welche die Dauer aufzeichnet, über welche die Federungseinheit in der geregelten Stellung gehalten wird, wird auf Null zurückgestellt, sobald die Steuerung entscheidet, daß eine Verstellung der Federungseinheit erforderlich ist.
• Die härtere Einstellung, auf welche die Federungseinheit normalerweise umgestellt wird, kann einem erhöhten Dämpfungsvermögen der Federungseinheit entsprechen. In einer Ausführungsform der Erfindung vergleicht der Prozessor die berechnete vertikale Geschwindigkeit des Straßenlaufrades mit einem ersten Satz von Schwellenwerten, wenn sich das Rad in Einfederungsrichtung bewegt, und mit einem zweiten Satz von Schwellenwerten, wenn sich das Rad in Ausfederungsrichtung bewegt. Die Schwellenwertsätze können jeweils eine Reihe abgestufter Schwellenwerte enthalten, wobei der Prozessor so ausgelegt ist, daß der Wert des Steuersignals von einem Vergleich der Größe der berechneten Geschwindigkeit mit der Reihe von Schwellenwerten abhängt. In ähnlicher Weise kann die Größe der Verstellung, welcher die verstellbare Federungseinheit unterworfen wird, von dem Wert des Steuersignals abhängig sein, so daß die von der Federungseinheit erzeugte Dämpfung eine abgestufte Funktion der vertikalen Geschwindigkeit des Straßenlaufrades ist.
• Die Erfindung wird nun beispielartig näher erläutert, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen:
• Figur 1 ist dabei eine Vorderansicht einer Kraftfahrzeug-Federung, die mit dem für die Anwendung der vorliegenden Erfindung geeigneten Federungs-Bewegungs-Sensor ausgestattet ist.
• Figur 2 zeigt ein Muster der Ausgangswellen des in der Figur 1 dargestellten Sensors.
• Figur 3 enthält ein allgemeines Blockschaltbild für ein Federungs-Steuersystem mit einem Federungs-Bewegungs-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Figur 4 ist ein logisches Flußdiagramm, das ein Beispiel einer Steuerstrategie gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Wie Figur 1 zeigt, ist ein Federungs-Bewegungs-Sensor der vorliegenden Erfindung gemäß für den Einsatz mit einer Kraftfahrzeugfederung vorgesehen, die eine Einheit 12 aus Straßenlaufrad und Reifen aufweist, ein Teleskop-Federbein 14 und einen Federungslenker 18. Die Einheit 12 aus Straßenlaufrad und Reifen ist drehbar an einem Radträger 13 befestigt. Das untere Ende des Teleskop-Federbeins 14 ist fest mit dem Radträger 13 verbunden, während das obere Ende des Teleskop-Federbeins mit einer Niveau-Verstellvorrichtung 22 verbunden ist. Das Teleskop-Federbein und die Niveau-Verstellvorrichtung umfassen eine verstellbare Federungseinheit, die in der Figur 3 mit der Position 36 bezeichnet ist. Angesichts dieser Offenlegung wird der Fachmann erkennen, daß, auch wenn das vorliegende System unter Bezug auf ein bekanntes MacPherson-Federbein beschrieben ist, ein erfindungsgemäßes System mit einer Vielzahl von Federungsanordnungen verwendet werden kann, einschließlich geänderter MacPherson-Federungen, Hotchkiss, Quadralink und anderer Federungsanordnungen. Des weiteren sei angemerkt, daß ein System gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit verstellbaren Federungseinheiten eingesetzt werden kann, bei welchen nur die Dämpfung verstellbar ist.
• Man erkennt, daß ein System gemäß der vorliegenden Erfindung mit jeder Federung betrieben werden kann, bei welcher zwischen der Einheit aus Straßenlaufrad und Reifen oder deren Befestigungsteilen und einem benachbarten Abschnitt des Fahrgestells Relativbewegungen in Ein- und Ausfederungsrichtung auftreten, und bei welcher die Einheit aus Straßenlaufrad und Reifen zumindest teilweise von einer verstellbaren Federungseinheit geführt wird.
• Wie weiter in Figur 1 dargestellt, ist ein Federungs- Bewegungs-Sensor 10 mittels eines Flansches am Fahrgestell 20 des Fahrzeuges befestigt. Der dargestellte Federungs-Bewegungs- Sensor ist ein Rotationsgerät, das mit dem Federungslenker 18 mittels einem Verbindungshebel 24 und einer Kuppelstange 26 gekoppelt ist. Dementsprechend bewirken der Verbindungshebel 24 und die Kuppelstange 26 dann, wenn die Fahrzeugfederung beim Ein- und Ausfedern vertikale Bewegungen ausführt, die Umwandlung der entsprechenden Vertikalbewegung des Federungslenkers 18 relativ zum Fahrgestell 20 in eine Drehbewegung des Federungs-Bewegungs-Sensors 10. Es ist somit leicht erkennbar, daß die vertikale Lage der Einheit aus Straßenlaufrad und Reifen des Fahrzeuges sowie der damit verbundenen Federungskomponenten einzig in Form von Drehstellungen des Federungs-Bewegungs-Sensors 10 ausgedrückt wird.
• Der Fachmann wird angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß nicht nur die dargestellte Art des Federungs-Sensors als Rotationsmesser, sondern auch andere Arten linearer Sensoren der vorliegenden Erfindung gemäß eingesetzt werden könnten. In ähnlicher Weise könnten, wenn auch der Federungs- Bewegungs-Sensor in Figur 1 als an dem Fahrgestell 20 befestigt dargestellt ist, der Befestigungsflansch und des Sensorgehäuse ebenso an dem Federungslenker 18 oder an einem anderen relativ zu einem anderen Federungsteil oder zum Fahrgestell beweglichen Federungsglied befestigt sein. Einzelheiten des dargestellten Federungs-Bewegungs-Sensors sind in der Patentanmeldung der Vereinigten Staaten Nr. 07/126082 beschrieben, die dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeschrieben ist und auf welche hiermit im vorliegenden Dokument Bezug genommen wird.
• Figur 2 zeigt die Wellenformen eines Ausgangssignals eines für den Einsatz gemäß der vorliegenden Erfindung geeigneten Sensors. Der erste Bereich, Niveau-Bereich genannt, die in Figur 2 mit "I" bezeichnet ist, stellt den Bereich der Laufhöhe der Federung des Fahrzeugs dar, welche die gewünschte Laufhöhe für die meisten Betriebsarten des Fahrzeuges ist. Beiderseits des Niveau-Bereichs liegen Betriebsbereiche der Fahrzeugfederung, die außerhalb der idealen Laufhöhe liegen. So befindet sich in Figur 2 rechts vom Niveau-Bereich der Bereich der Niedrigstellung. Dieser Niedrig-Bereich stellt eine Absenkung der Laufhöhe des Fahrzeuges dar. Innerhalb des Niedrig-Bereichs befindet sich eine mit "II" bezeichnete Markierungszone. Diese Markierungszone erlaubt dem Federungs-Bewegungs-Sensor und dem Federungs-Steuermodul zu erkennen, wann die Federung sich um eine bestimmte Distanz von der Niveau-Stellung in Richtung der Beladungsstellung bewegt hat. In ähnlicher Weise ermöglicht der mit "III" bezeichnete Bereich innerhalb des Hochlage-Bereiches des Federungsbetriebes, der sich in entgegengesetzter Richtung vom Niveau-Bereich weg erstreckt, dem Federungs-Bewegungs- Sensor und dem Federungs-Steuermodul zu bestimmen, wann sich die Federung um eine bestimmte Distanz vom Niveau-Bereich weg in den Hoch-Bereich des Federungsniveaus bewegt hat. Die in Figur 2 dargestellten Wellenformen werden von zwei Gebern A und B erzeugt. Diese Geber können, wie in der vorgenannten Patentanmeldung der Vereinigten Staaten beschrieben, Hall-Effekt- Vorrichtungen umfassen. Solche Vorrichtungen reagieren auf ein Magnetfeld, indem sie auf "ein" schalten, so daß in Gegenwart eines Magnetfeldes ein niedriges logisches Niveausignal erzeugt wird.
• Ein Federungs-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist daher nützlich, weil der Bewegungs-Sensor mit dem Steuermodul so zusammenwirkt, daß dabei nicht nur Signale erzeugt werden, die die Laufhöhe der Federung anzeigen, sondern auch Signale, die die Relativgeschwindigkeit der Federung mit der Einheit aus Rad und Reifen gegenüber dem Fahrgestell anzeigen.
• Ein Federungs-Steuermodul 32 weist allgemein einen Mikroprozessor auf. Der Mikroprozessor umfaßt allgemein eine Eingabe-Schnittstelle, eine Zentraleinheit (CPU), einen Schreib- und Lesespeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM) und eine Ausgabe-Schnittstelle. Der Mikroprozessor ist mit dem Federungs-Bewegungs-Sensor 10 über die Eingabe-Schnittstelle verbunden. Es hat sich gezeigt, daß ein Mikroprozessor vom Typ 8797 der Intel Corp. für die Anwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Der Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung erkennen, daß auch andere Arten von Mikroprozessoren für die Anwendung dieser Erfindung geeignet sind.
• Für den Fall, daß die vorliegende Erfindung mit einer verstellbaren Federungseinheit zur Anwendung kommt, in welcher nur die Dämpfung der Einheit einstellbar ist, ist es nicht notwendig, einen Sensor einzusetzen, der auch die Lage der Federung erkennen kann, da hier nur die Federungsgeschwindigkeit bekannt sein muß. In einem solchen Fall wäre ein Sensor mit nur einem Geber ausgebildet, und die Wellenform könnte dem Ausgangssignal eines der beiden in Figur 2 dargestellten Geber A und B ähnlich sein.
• Wie aus Figur 3 hervorgeht, sind der Federungs-Bewegungs-Sensor 10, das Federungs-Steuermodul 32 und die Federungseinheiten 36 derart miteinander verbunden, daß das Federungs-Steuermodul auf von dem Federungs-Bewegungs-Sensor empfangene Daten reagiert und seinerseits Steuersignale an die Federungseinheiten 36 abgibt. Die vorliegende Erfindung ist geeignet für den Einsatz mit einstellbaren Federungseinheiten, wie sie z.B. in der US-PS 4,313,529 beschrieben werden, auf welche hiermit in dem vorliegenden Dokument Bezug genommen wird. Ein weiteres Beispiel solcher Federungseinheiten ist in der US-PS 4,621,833 beschrieben, welche dem Anmelder der vorliegenden Erfindung zugeschrieben ist. Eine Ausführung der letztgenannten Art einer verstellbaren Federungseinheit kommt in den Kraftfahrzeugen des Typs Thunderbird Turbo Coupé, Jahrgang 1987 und 1988, der Ford Motor Company zum Einsatz. Der Fachmann wird jedoch angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß die vorliegende Erfindung auch mit anderen verstellbaren Federungseinheiten angewendet werden kann, einschließlich solcher Einheiten, die entweder stufenlos einstellbar sind oder feste Einstellstufen der Dämpfung oder andere Regeleigenschaften besitzen.
• Beim Betrieb des vorliegenden Systems gibt der Federungs-Bewegungs-Sensor 10 an das Federungs-Steuermodul 32 eine Reihe von Signalen ab, wie sie in Figur 2 dargestellt sind. Die in Figur 2 dargestellten Signale geben die Lage des Federungslenkers und dementsprechend der Einheit aus Rad und Reifen in bezug auf das Fahrgestell des Fahrzeuges an. Durch Differenzierung dieser Lagesignale in bezug auf die Zeit wandelt das Steuermodul das Ergebnis daraus in einen Satz von Signalen um, welche die Federungsgeschwindigkeit darstellen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Zeitpunkt aufgezeichnet wird, an dem jeweils ein Signal des ersten Satzes erzeugt wird, daß die Differenz zwischen jeweils aufeinanderfolgend aufgezeichneten Zeitpunkten bestimmt wird, und daß die Differenz in einen Signalsatz umgewandelt wird, welcher die Federungsgeschwindigkeit darstellt. Aus Figur 2 ist zu erkennen, daß die mit II und III bezeichneten Bereiche nur einen geringen Rotationsgrad des Verbindungshebels 24 des Federungs- Geschwindigkeits-Sensors 10 darstellen. Folglich muß das Steuermodul die von der Federung beim Betrieb in den Bereichen II und III und sogar im Bereich I durchlaufene Distanz berücksichtigen, die relativ kurz ist gegenüber den Strecken, die die Federung zwischen den Bereichen I und II bzw. zwischen den Bereichen I und III durchläuft. Nimmt man nun Bezug auf Figur 2, so ist dann, wenn z.B. der Bewegungs-Sensor 10 feststellt, daß die Federung von Bereich III in den Bereich I übergegangen ist, und wenn der Computer die zwischen den Eingängen der dieser Bewegung entsprechenden Signale verstrichene Zeit aufgezeichnet hat, der Computer in der Lage, die Vertikalgeschwindigkeit dadurch zu berechnen, daß der Wert der verstrichenen Zeit in den ROM-Speicher eingegeben wird und der entsprechende Geschwindigkeitswert abgelesen wird. In anderen Worten kann die Umwandlung von Federungs-Bewegungs-Signalen in ihrer Rohform, die von dem Federungs-Bewegungs-Sensor 10 abgegeben werden, in Federungs- Geschwindigkeits-Angaben dadurch erfolgen, daß die vorbeschriebene Folge von Zeitabständen oder verstrichenen Zeiträumen mit einer Vielzahl von auf Federungs-Geschwindigkeits-Werte beziehbaren Zeitkonstanten verglichen wird. Diese Zeitkonstanten im ROM-Speicher können so beschaffen sein, daß sie den vorher beschriebenen relativen Größen der Bereiche I, II und III entsprechen. Wieder mit Bezug auf Figur 2 wird in dem Falle, daß der Sensor eine Bewegung der Federung von dem Niveau-Bereich in den Niedrig-Bereich meldet, der Computer mit der Zeitmessung beginnen, wenn die mit "A" markierte Linie überschritten ist. Die Zeitmessung wird fortgesetzt, bis Linie "B" erreicht ist. Die Linien A und B dienen also praktisch als Auslöser für die Zählfunktion. In ähnlicher Weise dienen die Linien C und D als Auslöser, wenn das Fahrzeug in den Betriebsbereich Hoch übergeht.
• Weist die Federung eine Laufhöhe-Regelvorrichtung auf, die in Figur 1 als Element 22 dargestellt ist, können die von dem Sensor abgegebenen, der Betriebshöhe des Fahrzeuges entsprechenden Signale zur Steuerung der Niveau-Regelvorrichtung 22 verwendet werden. Die Laufhöhe-Regelvorrichtung kann dabei eine pneumatische oder hydraulische oder hydropneumatische oder aber eine andere bekannte Vorrichtung aufweisen, die derart funktioniert, daß die Laufhöhe solange verstellt wird, bis der Sensor 10 anzeigt, daß die Laufhöhe die passende Niveaulage erreicht hat.
• Ein zweiter Signalsatz, der von dem Mikroprozessor ermittelt wird und der berechneten Relativgeschwindigkeit der Einheit aus Rad und Reifen in bezug auf das Fahrgestell entspricht, kann zur Steuerung der Dämpfer-Regelvorrichtung im Teleskop-Federbein 14 herangezogen werden, wobei besagte Vorrichtung den oben beschriebenen Mechanismus aufweist. Demnach erzeugt der einzelne hier beschriebene Sensor 10 Signale, die nicht nur die Laufhöhe darstellen, sondern auch in Verbindung mit dem Mikroprozessor Signale erzeugen, die der Vertikalgeschwindigkeit der Einheit aus Rad und Reifen entsprechen. Es ergeben sich daraus Einsparungen, da ein einziger Sensor zur Erzeugung beider Arten von Steuersignalen eingesetzt wird.
• Ist das Teleskop-Federbein 14 mit einer beliebigen bekannten verstellbaren Dämpfer-Einheit ausgestattet, die mit einer Vielzahl von Einstellungen betrieben werden kann, so kann auch eine Reihe von Steuerstrategien zur Anwendung gebracht werden, wonach die Geschwindigkeitssignale der Vertikalgeschwindigkeit der Straßenlaufräder eine unabhängige Steuervariable für den einstellbaren Dämpfer bilden. So können z.B. mehrere Schwellenwert-Paare gleichzeitig benutzt werden. Wenn jedes Schwellenwert-Paar einer anderen Federungsgeschwindigkeit entspricht, könnte die Dämpfung in Abhängigkeit von einer solchen Federungsgeschwindigkeit verstellt werden. Wie an anderer Stelle in dieser Beschreibung erläutert, können mehrere Schwellenwert-Paare nützlich sein für die Einstellung der Federungseinheiten in Abhängigkeit der Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeuges sowie in Abhängigkeit der Vertikalgeschwindigkeit der Federung; das gleiche gilt für Federungseinheiten, die in ihrer Lage mehrstufig einstellbar sind.
• Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Regelung eines bistabilen Stoßdämpfers oder Federbeins mit einstellbarer Dämpfung zur Minimierung der Weitergabe unerwünschter Eingaben an die Fahrzeuginsassen, wenn das Fahrzeug auf unebenen Fahrbahnoberflächen betrieben wird. Es ist ermittelt worden, daß es für ein Fahrzeug der Luxusklasse, wie für den 1988er Lincoln Continental, nicht wünschenswert ist, einen verstellbaren Stoßdämpfer auf die relativ härtere Einstellung der beiden möglichen Einstellungen zu verstellen, wenn das Fahrzeug auf einer rauhen Straße betrieben wird, wie auf einem Kiesweg oder einer aufgebrochenen Asphaltstraße, da solche Fahrbahnoberflächen hartes Fahrverhalten bewirken, wenn die härtere Einstellung gewählt worden ist. Es ist jedoch wünschenswert, einstellbare Stoßdämpfer oder Federbeine auf Hart zu verstellen, wenn das Fahrzeug auf Straßen mit unebener Oberfläche betrieben wird, die ein weich gefedertes Fahrzeug wie eines der Luxusklasse dazu bringen würde, in Einfeder- und Ausfederrichtung auf- und abzuschwingen, bis das Fahrzeug schließlich in Einfederungsrichtung bis auf die Federungsanschläge durchschlägt, oder bis die Federung in Ausfederrichtung gänzlich ausgefedert ist. In diesem Falle würde der Betrieb des Fahrzeuges erheblich beeinträchtigt, da die Federung den Rest des Fahrgestells erheblichen Stoßbelastungen aussetzt. Bezugnehmend nun auf Figur 4, widersetzt sich das vorliegende System solchem Durchschlagen der Federung in folgender Weise. Bewegt sich das Fahrzeug über eine Fahrbahn, zeichnet der Mikroprozessor in dem Steuermodul 32 ständig die Zeitpunkte auf, zu denen es zu Übergangssituationen der Laufhöhe der Fahrzeugfederung kommt, wie sie von dem Federungs- Bewegungs-Sensor 10 gemessen werden. Dies geschieht in Block 52 der Figur 4. Dabei werden die Zeitpunkte, zu welchen aufeinanderfolgende Zustandsänderungen auftreten, im RAM-Speicher des Computers notiert. Dadurch, daß in Block 54 die Zeitpunkte notiert werden, zu welchen die Federung innerhalb ihrer vertikalen Bewegungsspanne von einem einer Reihe von Betriebsbereichen in einen anderen übergeht, kann der Computer eine Berechnung der Zeit durchführen, die für den Übergang in und aus den verschiedenen Bereichen nötig ist. In Block 56 werden diese Zeiten mit verschiedenen im ROM-Speicher enthaltenen Schwellenwerten verglichen. Jeder Satz Schwellenwerte enthält wenigstens einen Minimal- und einen Maximal-Schwellenwert; so kann, wenn ein Übergang in einer längeren Zeit als derjenigen des Mindest- Schwellenwertes, jedoch in kürzerer Zeit als derjenigen des Maximal-Schwellenwertes auftritt, der Computer ermitteln, daß sich die Fahrzeugfederung mit einer Geschwindigkeit bewegt, bei der die Federung verstellt werden sollte. Im wesentlichen berechnet der Computer dann durch den Vergleich der aufgezeichneten Zeiten für den Übergang zwischen den verschiedenen vertikalen Betriebsbereichen der Federung implizit eine Vertikalgeschwindigkeit des Rades in bezug auf das Fahrgestell, und vergleicht die Größe dieser berechneten Geschwindigkeit mit einem Satz von Schwellenwerten. Ein Schwellenwert-System hat sich in diesem Fall als günstig erwiesen, da im Falle eines Überganges von einer Niveaulage des Federungsbetriebs in eine andere innerhalb einer Zeit, die kleiner ist als der Minimalwert, das Umschalten der einstellbaren Federung auf eine harte Einstellung erhöhte Betriebshärte bewirkt. Wenn dagegen der Übergang von einem Federungs-Betriebsbereich in einen anderen in einer Zeit abläuft, die länger ist als es der maximale Schwellenwert vorsieht, könnte aus einer Verstellung des Stoßdämpfers auf eine harte Einstellung kein Nutzen gezogen werden, und es gibt in diesem Falle keinen Grund, die Einheit zu verstellen.
• Liegt in Block 56 die Federungsgeschwindigkeit zwischen zwei Schwellenwerten, gibt der Computer bei Block 58 ein entsprechendes Steuersignal ab und bewirkt in Block 60 die Verstellung der Federungseinheit. Gleichzeitig mit der Verstellung der Federungseinheit setzt der Computer eine Taktschaltuhr auf Null zurück, welche die Zeitspanne aufzeichnet, während derer die Federungseinheit in dem eingestellten Zustand verblieben war. Der Computer vergleicht die aufgezeichnete Zeit mit einem Grenzwert, wobei die Federungseinheit nach Ablauf der Zeitgrenze wieder auf ihre normale Einstellung zurückgenommen wird. Danach kehrt der Computer wieder an den Ausgangspunkt in Block 50 zurück und untersucht anhand der Schwellenwerte erneut die Federungsgeschwindigkeit. Da die in den Blöcken 50 bis 56 dargestellten Schritte in einer Hintergrundschleife mit einer Geschwindigkeit von 4 Millisekunden pro Schleife ablaufen --welche das Ansprechverhalten der meisten verstellbaren Federungseinheiten bei weitem überschreitet -- gewährleistet das Zurücksetzen der Taktschaltuhr auf den Zeitwert Null in dem Falle, daß Schwellenwert-Bedingungen erreicht werden, daß die Federungseinheit nicht unnötig von der "Normal"- in der "Hart"- Stellung umgeschaltet wird. Jedesmal, wenn die Taktschaltuhr auf Null zurückgesetzt wird, können die Federungseinheiten in der eingestellten Betriebsart über die Gesamtdauer der Einstell-Zeitspanne weiterlaufen. Die Geschwindigkeit, mit welcher das vorliegende Steuersystem in der Hintergrundschleife arbeitet, ergibt einen weiteren Vorteil dahingehend, daß eine solche Geschwindigkeit es dem System ermöglicht, auf eine einzelne Eingabe von der Straße, wie z.B. auf ein Schlagloch oder einen Teerstreifen, reagiert. Dementsprechend können die Federungseinheiten, nachdem nur ein Hindernis auf der Fahrbahn angetroffen wurde, auf eine härtere Einstellung umgestellt werden. Dieses Vermögen erhöht die Wirksamkeit des vorliegenden Systems erheblich.
• Für ein Kraftfahrzeug der Luxusklasse ist ermittelt worden, daß befriedigende Ergebnisse dann erzielt werden, wenn das Dämpfungsverhältnis Normal-Hart bei den Vorderrad-Stoßdämpfern oder Federbeinen bei ungefähr 1:16 liegt, bei einer vertikalen Frequenz des Aufbaus von 1-2 Hz. In ähnlicher Weise hat sich ein Verhältnis von 1:6 für die Hinterrad-Federbeine eines Kraftfahrzeuges der Luxusklasse als zufriedenstellend erwiesen.
• Es ist allgemein bekannt, daß sich die Erfordernisse der Federungsregelung bei einem beliebigen Fahrzeug mit der Geschwindigkeit ändern, mit welcher das Fahrzeug betrieben wird. Es ist daher ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, daß der ROM-Speicher des Computers mit einer Reihe von Geschwindigkeits-Schwellenwerten programmiert werden kann, die vorzugsweise als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit eingesetzt werden. In anderen Worten kann es bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von z.B. 10 mph völlig ausreichend sein, die Federungseinheiten auf eine harte Einstellung umzustellen, die auf einer Änderung der Lage eines Lagesensors beruht, die innerhalb eines durch zwei Schwellenwerte definierten Fensters von relativ niedriger Federungsgeschwindigkeit auftritt. Bei 65 mph jedoch kann es wünschenswert sein, die Federungseinheiten nur dann umzustellen, wenn die gleiche Änderung des Lagesensors innerhalb eines Fensters relativ hoher Federungsgeschwindigkeit auftritt, das von zwei anderen Schwellenwerten definiert wird, die von dem Computer der Vorwärtsgeschwindigkeit entsprechend ausgewählt werden.
• Das vorliegende System bietet gegenüber bekannten Systemen einen Vorteil im Hinblick auf die Langlebigkeit der Bauteile, da das auf Geschwindigkeits-Schwellenwerten basierende Steuerprogramm unnötiges Umschalten der einstellbaren Federungseinheiten von der normalen auf die harte Einstellung vermeidet, und so eine Beschädigung des Systems vermeidet, die durch den übermäßigen Einsatz des Schaltmotors entstehen würde.
• Wenn auch in Figur 1 nur ein einzelner Federungs-Bewegungs-Sensor dargestellt ist, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, einen solchen Sensor an mehr als einem Rad im Fahrzeug anzubringen, um Radlastunterschiede zu berücksichtigen. Im Falle des Fahrzeugs des Typs Lincoln Continental 1988 zum Beispiel sind Sensoren im Bereich eines jeden Vorderrades angebracht, jedoch nur ein Sensor im Bereich der Hinterräder. Nur ein Sensor (z.B. die vordere, rechte Einheit) versorgt das Steuersystem mit Informationen über die Fahrbahnoberfläche. Tatsächlich werden alle vier verstellbaren Federungseinheiten auf der Grundlage der von dem vorderen, rechten Sensor kommenden Eingabewerte gesteuert, und jede Federungseinheit erhält identische Steuerbefehle.
• In Anbetracht dieser Beschreibung wird der Fachmann erkennen, daß nicht nur die Anordnung der Bewegungs-Sensoren, sondern auch die Entscheidung, einen Sensor zur Steuerung einer oder mehr als einer Federungseinheit einzusetzen, von den individuellen Fahr- und Handhabungs-Eigenschaften eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Fahrzeuges abhängen.
• Der Fachmann wird außerdem angesichts dieser Beschreibung erkennen, daß sich das hier offenbarte Minimum-Maximum-Schwellenwert-System ohne weiters für eine Ausweitung auf eine Reihe von abgestuften Schwellenwerten anbietet, so daß der Wert des Dämpfungsregelsignals letztlich von einem Vergleich der Größe der berechneten Federungs-Geschwindigkeit mit diesen Schwellenwerten abhängt. In ähnlicher Weise ist ermittelt worden, daß es bei bestimmten Fahrzeugen wünschenswert ist, für die Bewegungen eines Rades in Einfeder- und Ausfederrichtung jeweils unterschiedliche Sätze von Schwellenwerten anzuwenden. Diese und alle weiteren Änderungen der vorliegenden Erfindung bleiben im Rahmen der beiliegenden Patentansprüche.

Claims (14)

1. System zur Steuerung einer verstellbaren Front- und Heckfederungseinheit für die Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges, welches System eine Sensorvorrichtung (10) aufweist zur Bestimmung der Vertikalbewegung einer mit der besagten Federungseinheit funktionsmäßig verbundenen Einheit (12) aus Straßenlaufrad und Reifen in bezug auf das Fahrgestell (20) besagten Fahrzeuges, und zur Erzeugung eines ersten Signalsatzes, der der Lage der besagten Einheit (12) aus Straßenlaufrad und Reifen in bezug auf das Fahrgestell besagten Kraftfahrzeuges entspricht, sowie eine Prozessorvorrichtung (32), die betriebsmäßig mit besagter Sensorvorrichtung (10) zur Bestimmung der Notwendigkeit, besagte verstellbare Federungseinheit zu verstellen, verbunden ist, wobei die Prozessorvorrichtung (32) folgende enthält:

- Mittel (54) zum Empfang besagten ersten Satzes von Lagesignalen und zur Berechnung der Relativgeschwindigkeit besagten Straßenlaufrades in bezug auf das Fahrgestell, ausgehend von besagten Lagesignalen, um so ein die Fahrbahnoberfläche darstellendes Signal zu erzeugen;

- Mittel (56) zum Vergleichen der Größe besagten, die Fahrbahnoberfläche darstellenden Signals mit ersten Schwellenwerten; Mittel (58) zur Erzeugung eines Steuersignals in dem Falle, daß besagtes, die Fahrbahnoberfläche darstellendes Signal über dem besagten ersten Schwellenwert liegt; und

- Mittel (60) zum Einstellen, die betriebsmäßig mit besagter Prozessorvorrichtung verbunden sind und auf besagtes Steuersignal ansprechen, um besagte verstellbare Federungseinheit von einer "Normal"- auf eine "Hart"-Einstellung zu verstellen;

dadurch gekennzeichnet, daß besagtes, die Fahrbahnoberfläche darstellendes Signal allein durch besagte berechnete Relativgeschwindigikeit des Straßenlaufrades definiert wird, und daß besagte Federungseinheit in ihrer "Normal"-Einstellung verbleibt, wenn besagtes, die Fahrbahnoberfläche darstellendes Signal über einem zweiten höheren Schwellenwert liegt.

2. System nach Anspruch 1, worin besagter Prozessor besagte Geschwindigkeit dadurch berechnet, daß er die Zeitpunkte aufzeichnet, zu welchen jeweils ein Signal des besagten ersten Signalsatzes erzeugt wird, daß er die Differenz zwischen den jeweils aufeinanderfolgend aufgezeichneten Zeitpunkten ermittelt, und daß er besagte Differenz in einen Satz der Federungsgeschwindigkeit entsprechende Signale umwandelt.

3. System nach Anspruch 2, worin besagte Differenzen dadurch in einen die Federungsgeschwindigkeit darstellenden Signalsatz umgewandelt werden, daß eine Reihe aufeinanderfolgender besagter Differenzen mit einer Vielzahl von Konstanten verglichen wird, die der Federungsgeschwindigkeit zugeordnet werden können.

4. System nach Anspruch 1, worin besagte Mittel zum Einstellen außerdem eine Vorrichtung mit einer Taktschaltuhr zur Aufzeichnung der Zeitspanne, während welcher besagte Federungseinheit in besagter härterer Stellung gehalten wird, und zum Vergleichen besagter aufgezeichneter Zeitspanne mit einem Grenzwert umfaßt, wobei die Federungseinheit nach Ablauf der Grenzzeit auf ihre Normaleinstellung zurückgestellt wird, wobei besagte Schaltuhr-Vorrichtung Mittel aufweist zur Annullierung besagter aufgezeichneter Zeit, wann immer besagtes Steuersignal empfangen wird.

5. System nach Anspruch 1, worin die von besagter verstellbarer Federungseinheit gebotene Dämpfung in Reaktion auf besagtes Steuersignal erhöht wird.

6. System nach Anspruch 1, worin besagte berechnete Geschwindigkeit mit einem ersten Satz von Schwellenwerten verglichen wird, wenn besagtes Straßenlaufrad in Einfederrichtung bewegt wird, und mit einem zweiten Satz Schwellenwerte, wenn besagtes Straßenlaufrad in Ausfederrichtung bewegt wird.

7. System nach Anspruch 6, worin besagte Sätze von Schwellenwerten je eine Reihe abgestufter Schwellenwerte enthalten, wobei besagter Prozessor derart angeordnet ist, daß das Steuersignal von dem Vergleich zwischen der Größe der berechneten Geschwindigkeit und besagter Reihe von Schwellenwerten abhängig ist.

8. System nach Anspruch 7, worin das Ausmaß der besagten Nachstellung von der Größe des besagten Steuersignals abhängig ist.

9. System nach Anspruch 1, worin besagte Mittel zum Einstellen außerdem mit besagter Sensorvorrichtung und besagter Prozessorvorrichtung verbundene Mittel zum Einstellen der Laufhöhe der besagten verstellbaren Federungseinheit umfassen.

10. System nach Anspruch 1, worin besagter Satz von Geschwindigkeitsschwellenwerten von besagter Prozessorvorrichtung der Vorwärtsgeschwindigkeit besagten Kraftfahrzeuges entsprechend ausgewählt wird.

11. Verfahren zur Steuerung der einstellbaren Dämpfung einer Federungseinheit eines mit einem System gemäß Anspruch 1 ausgestatteten Kraftfahrzeuges, welches Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Berechnung der Vertikalgeschwindigkeit einer Einheit aus Straßenlaufrad und Reifen,

Vergleich der Größe der berechneten Geschwindigkeit mit einem Satz von Geschwindigkeits-Schwellenwerten,

Erstellung eines Steuersignals, wenn die berechnete Geschwindigkeit zwischen zwei der besagten Schwellenwerte liegt,

Nachstellen des Dämpfungsvermögens besagter Federungseinheit von einer Normal-Einstellung auf eine härtere Einstellung wann immer das besagte Steuersignal abgegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin besagter Satz von Schwellenwerten eine Vielzahl von Schwellenwert-Paaren umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, worin der Wert des besagten Steuersignals von dem betreffenden Paar von Schwellenwerten abhängig ist, zwischen denen besagte berechnete Geschwindigkeit liegt, wobei die von besagter Federungseinheit gebotene Dämpfung eine abgestufte Funktion der Vertikalgeschwindigkeit besagter Einheit aus Straßenlaufrad und Reifen darstellt.

14. Verfahren nach Anspruch 11, worin besagter Satz von Schwellenwerten der Vorwärtsgeschwindigkeit besagten Fahrzeuges entsprechend ausgewählt wird.