DE3919303A1 - Aktive luftfederung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein Radaufhängungen für Kraft
fahrzeuge, insbesondere eine aktive Luftfederung. Speziell
betrifft die Erfindung eine verbesserte Einrichtung zur
Steuerung der aktiven Luftfederung auf optimale Leistungs
kennwerte bei unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten.
Es ist bereits eine aktive Luftfederung bekannt, die an
jedem Fahrzeugrad eine Federungseinheit aufweist. Luft oder
ein anderes Fluid wird den Federungseinheiten zugeführt
bzw. daraus abgeführt unter Steuerung durch eine elektro
nische Steuereinheit nach Maßgabe von Ausgangssignalen von
Sensoren, die einen vorgegebenen Satz von Verhaltensweisen
des Fahrzeugs aufnehmen. Daher haben die Federungseinheiten
die Funktion, für den Niveauausgleich des Fahrzeugs zu
sorgen, Stöße und Schwingungen zu absorbieren etc. Die
aktive Luftfederung trägt zur Verbesserung des Fahrkomforts
in jedem Fahrzustand des Fahrzeugs bei.
In der eigenen JP-Patentanmeldung 62-1 07 992 ist eine ver
besserte aktive Luftfederung angegeben. Dabei wird die
Verwendung von sogenannten "Unempfindlichkeitszonenfiltern"
in der Steuereinheit vorgeschlagen. Diese Filter sollen
"Unempfindlichkeitszonen" schaffen, so daß die Steuerein
heit nicht auf diejenigen Teile der Sensorausgangssignale
anspricht, deren Amplituden zwischen vorgegebenen Positiv-
und Negativwerten liegen. Die Unempfindlichkeitszonenfilter
sollen ein überflüssiges Zuströmen von Fluid in die bzw.
Abströmen aus den Federungseinheiten aufgrund der Sensor
ausgangssignalanteile mit vernachlässigbar kleinen Ampli
tuden ausschließen. Die Filter verringern damit erheblich
die für die Fluidströmung erforderliche Energie und ermög
lichen gleichzeitig eine bessere Steuerung der Fede
rungseinheiten.
Dieser bekannte Vorschlag weist jedoch einen Nachteil auf.
Wenn die Unempfindlichkeitszonen für die optimale Fede
rungsüberwachung in einem niedrigen Fahrzeuggeschwindig
keitsbereich bestimmt sind, steigt die Energie von Schwin
gungen, die das Fahrzeug von der Straße aufnimmt, propor
tional zum Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit an. Bei
hoher Fahrzeuggeschwindigkeit wird infolgedessen die Ampli
tude der Sensorausgangssignale so hoch, daß die Signale
größtenteils die Unempfindlichkeitszonenfilter ohne Unter
drückung passieren. Daraus resultiert ein drastischer An
stieg der Fluidmengen, die unnötigerweise in die bzw. aus
den Federungseinheiten zu leiten bzw. daraus abzuführen
sind, was dem Ziel einer Einsparung der für diese Fluid
strömung erforderlichen Energie widerspricht.
Die Festlegung der Unempfindlichkeitszonen derart, daß sie
an den höheren Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich angepaßt
sind, wäre keine Lösung dieses Problems. Denn in diesem
Fall würde die Steuereinheit die erforderliche Steuerung
der Federungseinheiten im unteren Fahrzeuggeschwindigkeits
bereich nicht durchführen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Überwindung des beim
Stand der Technik auftretenden Nachteils dadurch, daß die
Unempfindlichkeitszone mit der Fahrzeuggeschwindigkeit
variabel gemacht wird, so daß eine optimale Steuerung der
aktiven Luftfederung bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten
ermöglicht wird.
Die aktive Luftfederung nach der Erfindung für ein Kraft
fahrzeug, mit einem Satz Federungseinheiten, die jeweils an
einem Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, mit einer
Fluidversorgung zur Druckfluidzufuhr zu den Federungsein
heiten, mit einer Steuerventilanordnung, die die Druck
fluidzufuhr von der Fluidversorgung zu den einzelnen Fede
rungseinheiten und die Druckfluidabfuhr aus den Federungsein
heiten steuert, mit einem Beschleunigungssensor, der Be
schleunigungssignale erzeugt, die der Aufwärts- und Ab
wärtsbeschleunigung des Fahrzeugs entsprechen, mit einem
Verlagerungssensor, der eine Verlagerung zwischen der
Fahrzeugkarosserie und einem Rad aufnimmt, und mit einem
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der ein elektrisches Signal
erzeugt, das der Geschwindigkeits des Kraftfahrzeugs ent
spricht, ist gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die
zwischen die Sensoren und die Steuerventilanordnung ge
schaltet ist und die Steuerventile so ansteuert, daß die
Fluidzu- und -abfuhr zu bzw. von den Federungseinheiten
nach Maßgabe der Ausgangssignale der Sensoren steuerbar
ist, und durch in der Steuereinheit vorgesehene Unempfind
lichkeitszonenfilter, die einen Anteil jedes Ausgangssi
gnals der Sensoren dämpfen, dessen Amplitude in einer Un
empfindlichkeitszone liegt, die in Abhängigkeit vom elek
trischen Signal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors so
änderbar ist, daß die Unempfindlichkeitszonen mit steigen
der Fahrzeuggeschwindigkeit größer werden.
Durch die Erfindung wird also eine geschwindigkeitsempfind
liche aktive Luftfederung mit jeweils einer Federungsein
heit für jedes Rad eines Kraftfahrzeugs angegeben. Steuer
ventile steuern die Zufuhr und Abfuhr von Fluid zu bzw. von
Federungseinheiten unter der Steuerung durch die Steuerein
heit nach Maßgabe von Sensorausgangssignalen, die einen
vorbestimmten Satz von Verhaltensweisen des Fahrzeugs wie
dergeben. Die Steuereinheit umfaßt Unempfindlichkeitszonen
filter zur Dämpfung derjenigen Anteile der Sensorausgangs
signale, deren Amplituden in eine Unempfindlichkeitszone
fallen, die als Amplitudenbereich zwischen einem vorgege
benen positiven und negativen Wert definiert ist. Ein Fahr
zeuggeschwindigkeitssensor ist mit den Unempfindlichkeits
zonenfiltern verbunden, so daß diese die Unempfindlich
keitszonen mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit erwei
tern können.
Gemäß der Erfindung sind daher die Unempfindlichkeitszonen
am kleinsten im unteren Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich, in
dem das Fahrzeug relativ geringe Schwingungsenergie von der
Straße aufnimmt. Die Luftfederung spricht auf diese geringe
Schwingungsenergie an und erfüllt die ihr zugeordneten
Aufgaben. Die Unempfindlichkeitszonen werden automatisch
größer mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit, was eine
entsprechende Erhöhung der Schwingungsenergie von der
Straße zur Folge hat. Die breitere Unempfindlichkeitszone
dient dem Zweck, die Energie und die Menge des eingesetzten
Fluids zu vermindern, jedoch gleichzeitig einen an die hohe
Fahrzeuggeschwindigkeit angepaßten Betrieb der Luftfederung
zu ermöglichen. Insgesamt wird es mit entsprechend der
Fahrzeuggeschwindigkeit breitenanpaßbaren Unempfindlich
keitszonen gemäß der Erfindung möglich, bei jeder Fahrzeug
geschwindigkeit die aktive Luftfederung richtig einzustel
len und die für den Fluidstrom in die bzw. aus den Fede
rungseinheiten benötigte Energie zu minimieren.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise schaubildliche Perspektivan
sicht der wesentlichen Komponenten (ein
schließlich ihrer gegenseitigen Verbindungen)
der aktiven Luftfederung gemäß der Erfindung,
wobei nur eine Federungseinheit gezeigt ist
und die übrigen Federungseinheiten hinsicht
lich Konstruktion und Überwachung gleich aus
gebildet sind;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer beispielsweisen
Steuerschaltung in der Steuereinheit der Luft
federung von Fig. 1 für jede Federungseinheit;
Fig. 3A
und 3B grafische Darstellungen von Beispielen für
Eingangs/Ausgangs-Kennlinien der in der Steu
erschaltung von Fig. 2 vorgesehenen Unempfind
lichkeitszonenfilter; und
Fig. 4 ein Diagramm, das die der Fahrzeuggeschwin
digkeit entsprechende Breitenänderung der
Unempfindlichkeitszonen der Unempfindlich
keitszonenfilter erläutert.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
Steuerung einer Luftfederung erläutert. Fig. 1 zeigt eine
aktive Luftfederung nur für ein beispielhaftes Fahrzeugrad
W. Die Luftfederung hat eine Federungseinheit 1, die je
weils am Rad W zwischen einem Rahmenteil 2 und einem Achs
stützelement 3 befestigt ist. Die Federungseinheit 1 hat
einen Hochfrequenzdämpfer 1 a. Dieser besteht aus einem
Zylinder, dessen Unterende mit dem Achsstützelement 3 ver
bunden ist, und eine Kolbenstange, die vom Zylinder nach
oben verläuft und mit dem Rahmenteil 2 über elastische
Mittel gekoppelt ist. Der Zylinder enthält eine Luftkammer.
Der Hochfrequenzdämpfer 1 a hat einen kleinen Dämpfungsfak
tor zur Dämpfung einer höherfrequenten Komponente (z. B.
mehr als 4-5 Hz) der Vertikalschwingung des Fahrzeugrads W.
Die Luft in der Luftkammer trägt aufgrund ihrer Eigenela
stizität gemeinsam mit der Luft in den Luftkammern der
übrigen Federungseinheiten das gefederte Gewicht des Fahr
zeugs. Das Luftvolumen in der Luftkammer ist einstellbar
veränderlich zur Änderung der Fahrzeughöhe (d. h. des Ver
tikalabstands zwischen dem Rahmenteil 2 und der Radachse)
sowie der Federkonstanten und der Dämpfungsrate der Fede
rungseinheit 1.
Ein Relativverlagerungssensor 4 (nachstehend kurz: Verlage
rungssensor) liefert ein elektrisches Signal, das
einer relativen Verlagerung eines gefederten Teils und
eines ungefederten Teils des Fahrzeugs entspricht. Ein
Vertikalbeschleunigungssensor 5 (nachstehend kurz: Be
schleunigungssensor) liefert ein Beschleunigungssignal, das
der Vertikalbeschleunigung des gefederten Teils des Fahr
zeugs entspricht.
Der Verlagerungssensor 4 und der Beschleunigungssensor 5
sind auch an den übrigen Fahrzeugrädern vorgesehen. Die
Ausgangssignale der Sensoren 4, 5 werden in eine Steuerein
heit 6 eingegeben.
Anschließend an die Steuereinheit 6 ist eine Steuerventil
anordnung 7 vorgesehen, die vier Ventilpaare, und zwar
jeweils ein Zufuhrventil und ein Abfuhrventil für jede
Federungseinheit 1, umfaßt. Somit steuert die Steuerventil
anordnung 7 jeweils gesondert die Druckluftzufuhr in die
bzw. die Luftabfuhr aus den Luftkammern der Federungsein
heiten an den vier Fahrzeugrädern W.
Die Steuerventilanordnung 7 hat einen Zuluftspeicher 8 und
einen Abluftspeicher 9, die mit der Federungseinheit 1
jeweils verbunden bzw. davon getrennt werden. Druckluft vom
Zuluftspeicher 8 wird der Federungseinheit 1 zugeführt,
wenn das Zufuhrventil der Steuerventilanordnung 7 öffnet.
Der Luftdruck im Zuluftspeicher 8 ist ausreichend höher
vorgegeben als derjenige der Luftkammer der Federungsein
heit 1, so daß der letzteren sofort Druckluft zuführbar
ist, wenn das Zufuhrventil der Steuerventilanordnung 7
öffnet. Die Luft in der Luftkammer der Federungseinheit 1
wird abgeführt und in den Abluftspeicher 9 geleitet, wenn
das Abfuhrventil der Steuerventilanordnung 7 öffnet. Der
Luftdruck im Abluftspeicher 9 ist ausreichend niedriger als
der Luftdruck in der Luftkammer der Federungseinheit 1 vor
gegeben, so daß aus dieser sofort Luft abgezogen wird, wenn
das Abfuhrventil öffnet. Die so aus der Federungseinheit 1
zum Abluftspeicher 9 rückgeführte Luft wird von einem Ver
dichter 10 umgewälzt und dem Zuluftspeicher 8 zugeführt.
Der Verdichter 10 wird von der Maschine des Kraftfahrzeugs
angetrieben.
Bevorzugt sind die Luftspeicher 8 und 9 mit eingebauten
Drucksensoren versehen, um die Innendrücke automatisch
innerhalb der vorgegebenen Bereiche zu halten. Der Verdich
ter 10 wird aktiviert, wenn der Druck im Abluftspeicher 9
die Obergrenze des vorgegebenen Bereichs übersteigt. Der
Verdichter 10 saugt Luft aus dem Abluftspeicher 9 an, ver
dichtet sie und leitet die Druckluft in den Zuluftspeicher
8. Der Verdichter 10 hört auf zu arbeiten, wenn der Druck
im Abluftspeicher 9 unter die Untergrenze des vorgegebenen
Bereichs fällt.
Wenn dagegen der Druck im Zuluftspeicher 8 unter die
Untergrenze des vorgegebenen Bereichs fällt, arbeitet der
Verdichter 10 und führt dem Zuluftspeicher 8 Druckluft vom
Abluftspeicher 9 zu. Der Verdichter 10 hört auf zu arbei
ten, wenn der Druck im Zuluftspeicher 8 die Obergrenze des
vorgegebenen Bereichs erreicht.
Normalerweise besteht zwischen den Luftmengen, die in die
vier Federungseinheiten 1 gedrückt bzw. aus diesen rück
gewonnen werden, ein Nettoausgleich. Zwei Absperrorgane K
und L, die an die Zuluft- bzw. die Abluftleitung ange
schlossen sind, werden unter diesen normalen Arbeitsbedin
gungen geschlossen gehalten, so daß sich ein geschlossener
Druckluftkreis ergibt. Das Abluftleitungs-Absperrorgan L
öffnet, wenn der Druck im Abluftspeicher 9 auf den unteren
Grenzwert des vorgegebenen Bereichs während der Luftzufuhr
zum Zuluftspeicher 8 abfällt oder wenn Luft dem Druckluft
kreis erstmals zugeführt wird. Atmosphärenluft, die durch
das Absperrorgan L in den Druckluftkreis gesaugt wird, wird
dem Zuluftspeicher 8 durch einen Lufttrockner J zugeführt.
Der Verdichter 10 saugt Luft aus dem Abluftspeicher 9 an
und führt sie dem Zuluftspeicher 8 zu, wenn der Druck im
Abluftspeicher 9 zu hoch wird. Während dieses Betriebs des
Verdichters 10 erreicht der Druck im Zuluftspeicher 8 die
Obergrenze des vorgegebenen Bereichs. Dann öffnet das Zu
luftleitungs-Absperrorgan K, um die Druckluft vom Verdich
ter 10 zur Atmosphäre abzulassen. Ein geeigneter Schall
dämpfer (nicht gezeigt) kann vorgesehen sein, um den Lärm
zu mindern, der während dieses Ablassens von Druckluft
eventuell erzeugt wird.
Fig. 1 zeigt ferner einen Schmierölbehälter 11, der dem
Luftverdichter 10 vorgeschaltet ist, und einen diesem nach
geschalteten Ölabscheider 12. Das mit Luft vermischte Öl
schmiert den Verdichter. Der Ölabscheider 12 trennt das Öl
aus dem Öl-Druckluftgemisch vom Verdichter 10, und das Öl
wird zum Behälter 11 rückgeleitet. Wenn der Verdichter im
Betrieb keine Schmierung benötigt, können der Schmieröl
behälter 11 und der Ölabscheider 12 entfallen.
Wenn im übrigen der Verdichter 10 von dem Fahrzeugmotor
(nicht gezeigt) angetrieben wird, kann zwischen beiden eine
Elektromagnetkupplung oder eine äquivalente Vorrichtung für
die Ein-Aus-Steuerung des Verdichters vorgesehen sein. Der
Verdichter kann natürlich auch von einem Elektromotor
od. dgl. anstatt vom Fahrzeugmotor angetrieben werden.
Fig. 2 zeigt einen Steuerkreis (innerhalb der Strich-Punkt-
Umrandung) der Steuereinheit 6 für jede Federungseinheit 1.
Da das Kraftfahrzeug vier Federungseinheiten - eine für
jedes Rad - aufweist, enthält die Steuereinheit 6 noch drei
weitere entsprechende Steuerkreise.
Jeder Steuerkreis umfaßt ein Tiefpaßfilter 5 a, ein Diffe
renzierglied 4 a, drei Unempfindlichkeitszonenfilter F 1, F 2
und F 3, drei Verstärker G 1, G 2 und G 3, ein Addierglied 14
und einen Ventilsteuersignalgeber 15. Letzterer ist elek
trisch mit der Steuerventilanordnung 7 verbunden und
steuert das Zufuhr- und das Abfuhrventil.
Fig. 2 zeigt ferner den Verlagerungssensor 4 und den Be
schleunigungssensor 5, die jeweils für jede Federungsein
heit vorgesehen sind. Außerdem sind vorgesehen ein Fahr
zeughöhenwählschalter 13, ein Referenzfahrzeughöhensignal
geber 13 a sowie ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16, die
jeweils gemeinsam für die vier Federungseinheiten vorge
sehen sind. Wenn der Fahrer des Fahrzeugs den Fahrzeughö
henwählschalter 13 betätigt, um eine gewünschte Fahrzeug
höhe zu wählen, liefert der Signalgeber 13 a ein Referenz
höhensignal d o , das der gewünschten Fahrzeughöhe ent
spricht. Jeder Steuerkreis steuert gesondert seine zuge
hörige Federungseinheit 1 nach Maßgabe der Ausgangssignale
des Verlagerungssensors 4, des Beschleunigungssensors 5,
des Referenzfahrzeughöhensignalgebers 13 a und des Fahrzeug
geschwindigkeitssensors 16. Es folgt eine detaillierte
Erläuterung der Art und Weise, in der jeder Steuerkreis die
zugeordnete Federungseinheit nach Maßgabe sämtlicher Ein
gangssignale steuert.
Der Beschleunigungssensor 5 erzeugt ein Beschleunigungs
signal X, das der Vertikalbeschleunigung des Fahrzeugs
entspricht. Dieses Beschleunigungssignal wird zuerst dem
Tiefpaßfilter 5 a zugeführt, das nur das Frequenzband unter
halb einer bestimmten Grenzfrequenz durchläßt. Das gefil
terte Beschleunigungssignal X gelangt dann in das erste
Unempfindlichkeitszonenfilter F 1, in dem ein Teil des ge
filterten Beschleunigungssignals innerhalb einer ersten
vorbestimmten Unempfindlichkeitszone entfernt wird. Der
erste Verstärker G 1 verstärkt dann das Ausgangssignal des
ersten Unempfindlichkeitszonenfilters F 1 und liefert ein
Signal Q 1, das eine gewünschte Luftmenge bezeichnet, die
der Federungseinheit 1 zuzuführen bzw. daraus abzuführen
ist.
Der Verlagerungssensor 4 liefert ein Verlagerungssignal
d, das die relative Vertikalverlagerung zwischen dem Rad
und der Fahrzeugkarosserie bezeichnet. In der Steuereinheit
6 wird ein Referenzfahrzeughöhensignal d o vom Signalgeber
13 a zuerst von dem Verlagerungssignal d subtrahiert. Das
Resultat ist ein Ist-Verlagerungssignal D, das die Ist-
Verlagerung der Fahrzeugkarosserie relativ zur Referenz
fahrzeughöhe bezeichnet, die durch Betätigung des Fahrzeug
höhenwählschalters 13 gewählt wurde.
Das Ist-Verlagerungssignal D wird einerseits dem dritten
Unempfindlichkeitszonenfilter F 3 direkt zugeführt. Anderer
seits wird das Ist-Verlagerungssignal D dem Differenzier
glied 4 a zugeführt zur Bildung eines Ist-Verlagerungsge
schwindigkeitssignals D. Nahe Null liegende Werte des Ist-
Verlagerungssignals D und dieses Ist-Verlagerungsge
schwindigkeitssignals D werden vom zweiten und vom dritten
Unempfindlichkeitszonenfilter F 2 und F 3 nicht durchge
lassen.
Der zweite und der dritte Verstärker G 2 und G 3 verstärken
anschließend die Ausgangssignale der Unempfindlichkeits
zonenfilter F 2 und F 3 unter Bildung von Signalen Q 2 und Q 3,
die die gewünschten Luftmengen bezeichnen, die der Fede
rungseinheit 1 zu- bzw. aus ihr abzuführen sind.
Der Fahrzeughöhenwählschalter 13 ermöglicht die Wahl der
Fahrzeughöhe zwischen z. B. "Normal" und "Hoch". Bei Betä
tigung des Fahrzeughöhenwählschalters in die "Hoch"-Stel
lung wird jeder Federungseinheit 1 eine vorgegebene Druck
luftmenge zugeführt. Dadurch wird die Fahrzeugkarosserie
vom Rad nach oben gehoben. Die Hebestellung des Fahrzeugs
entspricht der Referenzhöhe. Eine vorbestimmte Luftmenge
wird aus jeder Federungseinheit abgeführt, wenn der Fahr
zeughöhenwählschalter 13 in die "Normal"-Stellung betätigt
wird. Die Fahrzeugkarosserie wird gesenkt unter entspre
chender Kontraktion der Federungseinheiten. Diese gesenkte
Stellung der Fahrzeugkarosserie entspricht der Referenzhöhe
bei "Normal"-Stellung des Fahrzeughöhenwählschalters 13.
Wenn sich der Fahrzeughöhenwählschalter 13 in der "Normal"-
Stellung befindet, nimmt der Verlagerungssensor 4 die Verlage
rung der Fahrzeugkarosserie aus der "Normal"-Stellung
auf. Danach wird der Fahrzeughöhenwählschalter 13 in die
"Hoch"-Stellung betätigt. Dann wird die Differenz zwischen
der "Normal"-und der "Hoch"-Stellung von der vom Verlagerungs
sensor 4 erfaßten Verlagerung der Fahrzeugkarosserie
subtrahiert. Das Resultat entspricht der Ist-Verlagerung
der Fahrzeugkarosserie in bezug auf die "Hoch"-Stellung.
Einige Fahrzeuge sind nicht mit einer Höhenregelung aus
gerüstet. Bei diesen Fahrzeugen ist das Ist-Verlagerungs
signal D gleich dem vom Verlagerungssensor 4 gelieferten
Verlagerungssignal d. Dieses Ausgangssignal des Verlagerungs
sensors 4 wird daher direkt sowohl dem Differenzier
glied 4 a als auch dem dritten Unempfindlichkeitszonenfilter
F 3 zugeführt.
Die dem Addierglied 14 zugeführten Signale Q 1, Q 2 und Q 3
werden dadurch summiert unter Bildung eines Signals Q, das
die gewünschte Luftgesamtmenge bezeichnet, die der zuge
hörigen Federungseinheit 1 zuzuführen bzw. daraus abzufüh
ren ist. Dieses Signal Q wird dem Ventilsteuersignalgeber
15 zugeführt. Aufgrund dieses Eingangssignals öffnet der
Signalgeber 15 das erforderliche Zufuhr- bzw. Abfuhrventil
der Steuerventilanordnung 7 für eine Dauer, die für die
Zufuhr bzw. Abfuhr der erforderlichen Luftmenge in die bzw.
aus der Federungseinheit 1 erforderlich ist.
Die für die Steuerung der Federungseinheit 1 in der be
schriebenen Weise verwendeten drei verschiedenen Signale ,
D und haben deutlich unterschiedliche Funktionen. Das
Beschleunigungssignal dient dem Zweck, die
Dämpfungscharakteristik der Federungseinheit, die die Ten
denz hat, die Vertikalschwingungen der Fahrzeugkarosserie
zu stoppen, zu ändern. Das Ist-Verlagerungsgeschwindig
keitssignal dient dem Zweck, die Federkenn
linie der Federungseinheit zu ändern. Das Ist-Verlagerungs
signal D eliminiert die Verlagerung der Fahrzeug
karosserie gegenüber der vorgewählten Referenzlage.
Grundsätzlich wird daher Luft aus jeder Federungseinheit
entnommen, wenn die Fahrzeugkarosserie nach oben beschleu
nigt wird, und es wird Luft in jede Federungseinheit ge
drückt, wenn die Fahrzeugkarosserie nach unten beschleunigt
wird. Daher wird jede Federungseinheit 1 weich, wenn das
zugehörige Fahrzeugrad auf eine Fahrbahnunebenheit trifft,
wodurch die Fahrzeugkarosserie stoßgedämpft wird. Wenn
jedoch die Laststellung infolge einer scharfen Kurve oder
einer sehr schnellen Beschleunigung oder Bremsung gedämpft
wird, nimmt die Steifigkeit der Federeinheiten
zu, wodurch Wanken und Nicken des Fahrzeugs minimiert
werden.
Die Relativverlagerung zwischen dem Rad und der Fahrzeug
karosserie an jeder Federungseinheit kann ebenfalls leicht
überwacht werden. Bei einer Relativverlagerung, die dazu
tendiert, die Federungseinheit auszudehnen, wird Luft aus
jeder Federungseinheit abgeführt, und bei einer Relativver
lagerung, die die Tendenz hat, die Federungseinheit zu
sammenzuziehen, wird Luft in jede Federungseinheit ge
drückt. Damit kehren das Rad und die Karosserie in die vor
gewählten relativen Stellungen zurück.
Es ist von Bedeutung, daß das Beschleunigungssignal vom
Beschleunigungssensor 5 das Tiefpaßfilter 5 a in der Steuer
einheit 6 passiert. Die höherfrequente Komponente des Be
schleunigungssignals hat eine große Amplitude. Wenn daher
das Beschleunigungssignal ungefiltert durchgelassen wird,
benötigt die Federungseinheit 1 eine große Druckluftmenge.
Um diesen Bedarf zu decken, wäre ein großer Hochleistungs
verdichter erforderlich. Ein solcher Verdichter erhöht die
Kosten und verbraucht zusätzliche Energie.
Das Tiefpaßfilter 5 a dient daher dem Zweck, die unerwünsch
te höherfrequente Komponente des Ausgangssignals des Be
schleunigungssensors 5 zu unterdrücken. Die für die Steue
rung der Luftfederung benötigte Luftmenge wird damit erheb
lich verringert. Eine weitere Verringerung der Luftmenge
erhält man durch Vorsehen des Dämpfers 1 a mit kleinem Dämp
fungsfaktor in der Federungseinheit 1. Damit wird ein an
genehmes Fahrgefühl ohne übermäßige Weichheit realisiert.
Die Unempfindlichkeitszonenfilter F 1, F 2 und F 3 bilden
Unempfindlichkeitszonen, in denen das Steuersystem nicht
auf die Sensorausgangssignale oder deren Modifikationen,
die in der Steuereinheit 6 gebildet werden, anspricht. Jede
derartige Unempfindlichkeitszone umfaßt den nahe Null lie
genden positiven und negativen Wert des zugeordneten Si
gnals. Die Unempfindlichkeitszonenfilter F 1, F 2 und F 3 ver
ringern diejenigen Amplitudenwerte der ankommenden Signale
, und D auf Null, die in die vorgegebenen Unempfindlich
keitszonen fallen. Das Ausfiltern dieser vernachlässigbaren
Auswanderungen der Sensorsignale resultiert in einer wei
teren Verminderung der Luftmengen zu bzw. aus den Fede
rungseinheiten und führt ferner zu einem stabileren,
schwankungsfreien Betrieb des Steuersystems.
Die Unempfindlichkeitszonen sind jedoch in Abhängigkeit von
der Fahrzeuggeschwindigkeit veränderlich. Gemäß der Erfin
dung ist der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 mit den
einzelnen Unempfindlichkeitszonenfilter F 1, F 2 und F 3 ge
koppelt, um diesen das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V
zuzuführem. Ein Logikkreis ist in den Unempfindlichkeits
zonenfiltern vorgesehen, um automatisch den Bereich der
Unempfindlichkeitszonen mit sich ändernder Fahrzeugge
schwindigkeit zu ändern.
Die Fig. 3A und 3B zeigen die Unempfindlichkeitszone im
einzelnen. Die Unempfindlichkeitszone ist dabei mit α be
zeichnet. Es ist ersichtlich, daß die entgegengesetzten
Endpunkte der Unempfindlichkeitszone entweder, wie in Fig.
3A, scharf begrenzt sind oder, wie in Fig. 3B, locker von
zwei "Pufferzonen" β begrenzt sind, in denen das Filteraus
gangssignal allmählich auf Null abfällt. Es sind zwar eine
Reihe anderer Formen denkbar, das Vorsehen festgelegter
Unempfindlichkeitszonen ist jedoch aus den folgenden Grün
den unerwünscht.
Die Schwingungsenergie, die das Kraftfahrzeug von der
Straße aufnimmt, ist relativ gering, während das Fahrzeug
im unteren Geschwindigkeitsbereich fährt. Die Unempfind
lichkeitszone hat zur optimalen Steuerung der aktiven Luft
federung im unteren Geschwindigkeitsbereich eine geringe
Breite α. Bei zunehmender Geschwindigkeit nimmt das Fahr
zeug jedoch Schwingungen auf, deren Energie als das Quadrat
der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Die Luftmengen für
die Federungssteuerung nehmen im oberen Geschwindigkeits
bereich abrupt zu, wenn die Unempfindlichkeitszonen für
einen optimalen Leistungsverlauf der Luftfederung im unte
ren Geschwindigkeitsbereich ausgelegt sind. Der Verdichter
müßte ein großer Hochleistungsverdichter sein, um den
Bedarf der Federungseinheiten zu decken. Außerdem würde das
Steuersystem sich nicht ohne weiteres in seinen Normalzu
stand einstellen.
Man könnte daran denken die Breite der Unempfindlichkeits
zonen so zu bestimmen, daß sie an einen mittleren Geschwin
digkeitsbereich angepaßt ist. Diese Lösung ist jedoch un
befriedigend, weil die Luftmengen im oberen Geschwindig
keitsbereich nicht ausreichend vermindert werden können.
Auch im unteren Geschwindigkeitsbereich könnte das Steuer
system seine ihm zugedachten Funktionen nicht vollständig
ausführen.
Aufgrund der vorstehenden Überlegungen schlägt die Erfin
dung vor, die Unempfindlichkeitszonen der Unempfindlich
keitszonenfilter F 1, F 2 und F 3 mit zunehmender Fahrzeug
geschwindigkeit größer zu machen. Die selektive Anwendung
solcher unterschiedlichen Unempfindlichkeitszonen ermög
licht eine erstaunliche Verminderung der für den Druckluft
strom in die bzw. aus den Federungseinheiten benötigten
Energie sowie eine optimale Luftfederungssteuerung in sämt
lichen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereichen.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Art der Vergrößerung jeder Un
empfindlichkeitszone mit steigender Fahrzeuggeschwindig
keit. Die Unempfindlichkeitszone hat im unteren Geschwin
digkeitsbereich des Fahrzeugs minimale Breite, die in Fig.
3A mit α bezeichnet ist, im mittleren Geschwindigkeitsbe
reich hat sie eine mittlere Breite α′, und im Hochgeschwin
digkeitsbereich hat sie eine maximale Breite α′′. Die Unemp
findlichkeitszonenfilter F 1, F 2 und F 3 erlauben den Durch
gang nur derjenigen Anteile der Eingangssignale, deren
Amplituden außerhalb der Unempfindlichkeitszonen in jedem
Geschwindigkeitsbereich liegen, wie durch den schwarzen
Bereich in Fig. 4 angedeutet ist.
Ganz allgemein können jedoch nach der Erfindung auch nur
zwei oder mehr als drei verschiedene Unempfindlichkeits
zonen für ebenso viele verschiedene Fahrzeuggeschwindig
keitsbereiche bereitgestellt werden. Eine Mehrzahl solcher
verschiedener Unempfindlichkeitszonen kann in der Steuer
einheit 6 voreingestellt werden. Wenn der Fahrzeuggeschwin
digkeitssensor 16 das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V
liefert, wählt der Logikkreis in der Steuereinheit 6 eine
der Unempfindlichkeitszonen für den momentanen Geschwin
digkeitsbereich des Fahrzeugs für jedes Unempfindlichkeits
zonenfilter F 1, F 2 und F 3 aus.
Selbstverständlich dient die vorhergehende Beschreibung nur
der Erläuterung und stellt keine Einschränkung dar. Für den
Fachmann ist eine Vielzahl von Modifikationen oder Ände
rungen ohne weiteres ersichtlich. Die erläuterte Ausfüh
rungsform bezieht sich zwar auf die Anwendung der Erfindung
bei einer Luftfederung mit geschlossenem Druckluftkreis,
aber in einem solchen geschlossenen Kreis können auch von
Luft verschiedene Gase eingesetzt werden. In diesem Fall
benötigt der geschlossene Kreis praktisch keine zusätzliche
Zufuhr oder Abfuhr von Gas, weil die Zu-und Abführung des
Gases in die bzw. aus den Federungseinheiten so gut abge
glichen ist.
Ferner ist die Erfindung auch bei hydraulischen oder hydro
pneumatischen Federungen anwendbar. Die Federungseinheiten
solcher Systeme haben Hydraulikzylinder. Im Prinzip ent
sprechen jedoch die hydraulischen oder hydropneumatischen
Systeme der hier angegebenen Luftfederung, wobei anstelle
eines Luftverdichters eine Ölpumpe eingesetzt wird. Hydrau
liköl aus einem Speicher, in den das Öl zur Speicherung
unter Druck gefördert wurde, wird in die Zylinder gedrückt
und aus den Zylindern zu einer Pumpe abgeleitet. Die Steu
ereinheit nach der Erfindung betätigt eine hydraulische
Steuerventilanordnung mit einem Zu- und einem Abfuhrventil
für die Zu- und Abführung des Fluids in jeden bzw. aus
jedem Hydraulikzylinder. Die Steuereinheit kann die Steuer
ventilanordnung so steuern, daß die Unempfindlichkeitszonen
mit der Fahrzeuggeschwindigkeit breiter oder schmaler
werden.
Claims (3)
1. Aktive Luftfederung für ein Kraftfahrzeug, mit
- - einem Satz Federungseinheiten (1), die jeweils an einem Rad (W) des Kraftfahrzeugs angeordnet sind;
- - einer Fluidversorgung zur Druckfluidzufuhr zu den Fede rungseinheiten;
- - einer Steuerventilanordnung (7), die die Druckfluidzufuhr von der Fluidversorgung zu den einzelnen Federungsein heiten und die Druckfluidabfuhr aus den Federungsein heiten steuert;
- - einem Beschleunigungssensor (5), der Beschleunigungs signale erzeugt, die der Aufwärts- und Abwärtsbeschleu nigung des Fahrzeugs entsprechen;
- - einem Verlagerungssensor (4), der eine Verlagerung zwischen der Fahrzeugkarosserie und einem Rad aufnimmt; und
- - einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (16), der ein elek trisches Signal erzeugt, das der Geschwindigkeits des Kraftfahrzeugs entspricht;
gekennzeichnet durch
- - eine Steuereinheit (6), die zwischen die Sensoren (4, 5, 16) und die Steuerventilanordnung (7) geschaltet ist und die Steuerventile so ansteuert, daß die Fluidzu- und -abfuhr zu bzw. von den Federungseinheiten (1) nach Maß gabe der Ausgangssignale der Sensoren steuerbar ist; und
- - in der Steuereinheit vorgesehene Unempfindlichkeitszonen filter (F 1-F 3), die einen Anteil jedes Ausgangssignals der Sensoren dämpfen, dessen Amplitude in einer Un empfindlichkeitszone liegt, die in Abhängigkeit vom elektrischen Signal des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors (16) so änderbar ist, daß die Unempfindlichkeitszonen mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit größer werden.
2. Aktive Luftfederung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unempfindlichkeitszonenfilter (F 1-F 3) eine Mehrzahl
Unempfindlichkeitszonen unterschiedlicher Breite je nach
dem Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs haben.
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