DE3943007A1 - Regelanlage fuer die unterdrueckung von rollbewegungen bei einem kraftfahrzeug - Google Patents

Regelanlage fuer die unterdrueckung von rollbewegungen bei einem kraftfahrzeug

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Aufhängungsregelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und insbesondere auf eine Regelvorrichtung für die Unterdrückung von Rollbewegungen bei einem Kraftfahrzeug, die ein verbessertes Ansprechverhalten hat.
Es sind bereits verschiedene Aufhängungsregelvorrichtungen vorgeschlagen worden, mit denen der Fahrkomfort und das Fahrverhalten von Kraftfahrzeugen verbessert werden soll. Bei solchen Aufhängungsregelvorrichtungen ist die Unterdrückung von Rollbewegungen des Fahrzeugs der wichtigste Faktor bei der Messung der Leistungsfähigkeit des Regelvorgangs. Beispielsweise beschreibt die japanische erste Gebrauchsmusterveröffentlichung 62-72 811 eine Aufhängungsregelvorrichtung, bei der die Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung dazu verwendet wird, den Rollzustand des Fahrzeugs zu ermitteln, wenn dieses eine härtere Aufhängung verlangt.
Es ist augenscheinlich, daß eine solche Regelvorrichtung die auf den Fahrzeugkörper einwirkende Querbeschleunigungen ausnutzt, einen Zustand, bei dem das Fahrzeug eine härtere Aufhängung verlangt, nur dann ermitteln kann, nachdem eine Rollbewegung in einem gewissen Ausmaß bereits hervorgerufen worden ist. Im Hinblick darauf wäre es vorteilhaft, den Fahrzeugrollzustand so früh wie möglich zu ermitteln. In dieser Hinsicht kann die Änderungsrate der Querbeschleunigung vorteilhafterweise verwendet werden anstelle der Amplitude der Querbeschleunigung, weil erstere das bessere Ansprechverhalten zeigt. Zum Beginn einer Fahrzeugrollbewegung ist nämlich der Gradient der Änderung der Änderungsrate der Querbeschleunigung größer als die der Querbeschleunigung, so daß es einfach ist, den Rollzustand zu ermitteln. Wenn jedoch andererseits das Fahrzeug durch eine relativ lange Kurve konstanten Radius fährt, dann wird die Änderungsrate in der Mitte der Kurvenfahrt Null, weil die Fahrzeuglenkung in einer konstanten Winkelstellung gehalten wird. Wenn in einem solchen Falle die Änderungsrate der Querbeschleunigung als der den Fahrzeugrollzustand ermittelnde Parameter verwendet wird, dann kann keine Unterscheidung zwischen dem Fahren auf einer geraden Straße in gleichförmigem Zustand und dem Fahren in einer Kurve getroffen werden, obgleich das Fahrzeug tatsächlich eine Rollbewegung ausgeführt hat, d.h. sich zur Seite geneigt hat. Dies führt dazu, daß die Aufhängungscharakteristik weicher gemacht wird, obgleich die Querbeschleunigung erheblich ist und zu einer starken Neigung des Fahrzeugkörpers geführt hat.
Im Hinblick auf die Nachteile des Standes der Technik ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Aufhängungsregelvorrichtung anzugeben, die ein verbessertes Ansprechverhalten zeigt. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Regelvorrichtung so auszugestalten, daß sich eine verbesserte Fahrstabilität mit gutem Ansprechverhalten ergibt.
Diese Aufgaben werden durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 4. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vergleicht die Regeleinheit den die Querbeschleunigung angebenden Signalwert mit einem vorbestimmten Schwellenwert, während das Aufhängungssystem sich in der zweiten Betriebsart befindet, um die Größe der Querbeschleunigung zu ermitteln, die kleiner als der zweite Schwellenwert ist, um ein Aufhängungsregelsignal zu erzeugen, das die erste Betriebsart des Aufhängungssystems einschaltet. In diesem Falle erzeugt die Regeleinheit das Aufhängungsregelsignal, das die erste Betriebsart einstellt, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer seit der Ermittlung, daß die Größe der Querbeschleunigung kleiner als der der zweite Schwellenwert ist, verstrichen ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung erzeugt die Regeleinheit das zweite Aufhängungsregelsignal nach einer vorbestimmten Zeitdauer seit der Ermittlung der Beendigung der Fahrzeugrollbewegung.
Bei dem bevorzugten Verfahren vergleicht die Regeleinheit den Summenwert mit einem ersten Schwellenwert, um den Anfang der Rollbewegung zu ermitteln, wenn der Summenwert größer oder gleich dem ersten Schwellenwert wird, und vergleicht den die Querbeschleunigung angebenden Signalwert mit einem zweiten Schwellenwert, um das Ende der Fahrzeugrollbewegung zu ermitteln, wenn der die Querbeschleunigung angebende Signalwert kleiner wird als der zweite Schwellenwert.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform einer Aufhängungsregelvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Stoßdämpfer, der variable Dämpfungseigenschaften aufweist und der in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung verwendet werden kann;
Fig. 3 ein Flußdiagramm einer Aufhängungsregelroutine, die von einer Regeleinheit in der bevorzugten Ausführungsform der Aufhängungsregelvorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden kann und
Fig. 4(A) bis 4(C) ein Zeitdiagramm, das die Änderung der Querbeschleunigung Yg, die Änderungsrate der Querbeschleunigung Δ Yg und eine die Rollamplitude repräsentierenden Wert R (Yg + Δ Yg) zeigen.
Die bevorzugte Ausführungsform einer Aufhängungsregelvorrichtung S nach den Fig. 1 und 2 verwendet gemäß der Erfindung eine mikroprozessorgesteuerte Regeleinheit 1 zur Ausführung der Regelung der Aufhängungscharakteristik. Die Steuereinheit 1 ist mit einem Querbeschleunigungssensor 2 verbunden, der die Querbeschleunigung überwacht, die auf einen Fahrzeugkörper einwirkt, um ein die Querbeschleunigung angebendes Signal S yg zu erzeugen.
Die Regeleinheit 1 besitzt eine Eingabeeinheit 1 a, die einen A/D-Wandler enthält, um das in analoger Form vorliegende Querbeschleunigungssignal in ein digitales Querbeschleunigungssignal Yg umzuwandeln. Die Regeleinheit 1 hat auch Treiberschaltungen 1 d und 1 e, die mit Stellgliedern 16 der Aufhängungen am Fahrzeug vorn links, vorn rechts, hinten Links und hinten rechts verbunden sind. In der gezeigten Ausführungsform enthalten diese Aufhängungen Stoßdämpfer 3 variabler Dämpfungscharakteristik, mit denen die Aufhängungscharakteristik eingestellt werden kann.
Wie man aus Fig. 2 erkennt, hat der Stoßdämpfer 3 variabler Dämpfungskraft einen Außenzylinder 5 und einen Innenzylinder 6, der koaxial in dem Außenzylinder 5 angeordnet ist. Ein Kolben 8 ist verschiebbar in den Innenzylinder 6 eingesetzt, um den Innenraum desselben in obere und untere Fluidkammern 11 und 12 zu unterteilen. Der Kolben 8 ist am unteren Ende einer Kolbenstange 7 befestigt, der in Einfeder- und Ausfederrichtung gemäß der Bewegung des Fahrzeugkörpers gegenüber dem Fahrgestell bzw. dem auf der Straße abgestützten Rad beweglich ist. Obgleich Fig. 2 dies nicht zeigt, ist eine untere Ventilanordnung am unteren Ende des Innenzylinders 6 befestigt, um die Fluidverbindung zwischen der unteren Fluidkammer 12 und einer Vorratskammer 9 zu begrenzen, die zwischen den Innen- und Außenzylindern 6 und 5 ausgebildet ist. Andererseits ist eine Stangenführung 10 am oberen Ende des Innenzylinders 6 befestigt, um das obere Ende des Innenzylinders an der Kolbenstange 7 abzuschließen und die Kolbenstange 7 gleitend zu führen.
Der Kolben 8 ist mit axialen Durchgangsöffnungen 8 a und 8 b versehen, die jeweils dazu vorgesehen sind, eine Fluidverbindung zwischen den oberen und unteren Fluidkammern 11 und 12 herzustellen. Das untere Ende der Öffnung 8 b ist mittels eines unteren Strömungssperrventils 8 c verschlossen, das die Fluidströmung von der unteren Fluidkammer 12 zur oberen Fluidkammer 11 verhindert und die Fluidströmung von der oberen Fluidkammer 11 zur unteren Fluidkammer 12 elastisch begrenzt, wenn sich der Kolben in Einfederrichtung (Verdichtungstakt) bewegt. Andererseits ist das obere Ende der Öffnung 8 a mittels eines oberen Strömungssperrventils 8 d verschlossen, das eine Fluidströmung von der oberen Fluidkammer 11 zur unteren Fluidkammer 12 sperrt, wenn sich der Kolben in Einfederrichtung bewegt und die Fluidströmung von der unteren Fluidkammer zur oberen Fluidkammer elastisch begrenzt, wenn sich der Kolben in Ausfederrichtung (Expansionstakt) bewegt.
Außerdem sind eine oder mehrere radiale Öffnungen 7 a in der Kolbenstange 7 ausgebildet. Diese Öffnungen 7 a haben innere Enden, die mit einer axialen Öffnung 13 in Verbindung stehen, die in der Kolbenstange 7 ausgebildet ist. Ein Drehventilelement 14 mit mehreren Fluidströmungsöffnungen 14 a voneinander verschiedener Durchmesser befindet sich in der axialen Öffnung 13. Eine der Fluidströmungsöffnungen 14 a ist auf die radialen Öffnungen 7 a ausgerichtet, um eine Dämpfungskraft aufgrund der Strömungsbegrenzung durch die Öffnungen hindurch hervorzurufen. Das Drehventilelement 14 ist über eine Stellstange 15 mit einem Stellantrieb 16 verbunden, der einen Schrittmotor enthält.
Aufgrund des beschriebenen Aufbaus hat der Stoßdämpfer 3 variable Dämpfungseigenschaften und kann dadurch die Aufhängungscharakteristik des zugehörigen Aufhängungssystems ändern. Die Dämpfungscharakteristik des dargestellten Stoßdämpfers 3 ist zwischen mehreren Steifheits- oder Härtestufen verstellbar. Um jedoch die Beschreibung zu vereinfachen und das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird nachfolgend nur eine Änderung der Dämpfungseigenschaft zwischen zwei Betriebsarten, einer harten Betriebsart und einer weichen Betriebsart diskutiert. Das Drehventilelement 14 ist daher in seiner Winkelstellung zwischen einer "harten" Betriebsstellung und einer "weichen" Betriebsstellung verdrehbar, um am Stoßdämpfer 3 härtere und weichere Dämpfungseigenschaften einzustellen.
Gemäß Fig. 1 hat die Steuereinheit 1 eine arithmetische Schaltung 1 b zur Ausführung eines Rechenvorgangs und zum Erzeugen eines Aufhängungsregelsignals, das an die vorderen und hinteren Treiberschaltungen 1 d und 1 e abzugeben ist. Die arithmetische Schaltung 1 b ist mit einer Bezugssignalgeneratorschaltung 1 c verbunden, die Bezugssignale speichert und dazu geeignet ist, Bezugssignale zu erzeugen, die der arithmetischen Schaltung zusammen mit den die Querbeschleunigung angebenden Daten Yg zuzuführen sind.
Die Betriebsweise der dargestellten Ausführungsform der Aufhängungsregelvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Das in Fig. 3 gezeigte Flußdiagramm beschreibt ein Verfahren einer von der Querbeschleunigung abhängigen Rollunterdrückungsregelroutine, die von der Steuereinheit 1 auszuführen ist. Die gezeigte Routine kann in regelmäßigen zeitlichen Abständen, z.B. alle 20 ms, ausgeführt werden, um die Aufhängungscharakteristik nachzustellen.
Unmittelbar nach dem Beginn der Ausführung werden die die Querbeschleunigung angebenden Daten Yg im Schritt 100 ausgelesen. Sodann wird das entsprechende Signal durch Yg differenziert, um im Schritt 102 eine Änderungsrate Δ Yg abzuleiten. Anschließend wird ein die Rollamplitude repräsentierendes Signal R im Schritt 103 abgeleitet, indem ein Summenwert des die Änderungsrate Δ Yg der Querbeschleunigung erzeugt werden.
Im Schritt 106 wird dieses Signal R mit einem vorbestimmten Schwellenwert R ref verglichen. Wenn der die Rollamplitude repräsentierende Wert R größer oder gleich dem Bezugswert R ref ist, wird die Betriebsart des Stoßdämpfers 3 darauf überprüft, ob sich das Aufhängungssystem in der "harten" Betriebsart befindet oder nicht. Dies erfolgt im Schritt 108. Wenn sich der Stoßdämpfer in der harten Betriebsart befindet, geht der Verfahrensablauf direkt zum Ende. Wenn andererseits der Stoßdämpfer sich in der "weichen" Betriebsart befindet, dann wird ein Aufhängungsregelsignal an die vorderen und hinteren Treiberschaltungen 1 d und 1 e im Schritt 110 gegeben, was die Einstellung der "harten" Betriebsart befiehlt. In Abhängigkeit von diesem Regelsignal geben die Treiberschaltungen 1 d und 1 e Treibersignale an die entsprechenden Stellglieder 16, um letztere so anzutreiben, daß das Drehventilelement 14 in die "harte" Betriebsart gebracht wird, was im Schritt 112 stattfindet. Nach dem Einstellen des Stoßdämpfers 3 auf die harte Betriebsart geht der Verfahrensablauf zum Ende.
Wenn andererseits der die Rollamplitude angebende Wert R kleiner als der Schwellenwert R ref ist, geht der Vorgang zum Schritt 112 über. Im Schritt 112 wird die Betriebsart des Stoßdämpfers 3 darauf überprüft, ob er sich in der harten Betriebsart befindet. Wenn sich im Schritt 112 erweist, daß der Stoßdämpfer sich in der weichen Betriebsart befindet, und daher die Antwort im Schritt 112 negativ ist, dann geht der Verfahrensablauf zum Ende. Wenn andererseits der Stoßdämpfer 3 sich in der harten Betriebsart befindet und die Antwort im Schritt 112 positiv ist, dann wird die Querbeschleunigung Yg mit einem vorbestimmten Querbeschleunigungsschwellenwert Yg ref im Schritt 114 verglichen. Wenn die die Querbeschleunigung angebende Größe Yg größer oder gleich dem Schwellenwert Yg ref ist, geht der Verfahrensablauf direkt zum Ende. Zu diesem Zeitpunkt wird daher die Betriebsart in der harten Betriebsart unverändert gehalten. Wenn andererseits der die Querbeschleunigung angebende Wert Yg kleiner als der Querbeschleunigungsschwellenwert Yg ref ist, dann wird die verstrichene Zeit gemessen, und es wird nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer im Schritt 116 das Aufhängungsregelsignal abgegeben, das den Stoßdämpfer in die weiche Betriebsart umstellt. Anschließend geht der Verfahrensablauf zum Ende.
Da in der dargestellten Ausführungsform der Verfahrensablauf den die Rollamplitude repräsentierenden Wert R(Yg + Δ Yg) verwendet, läßt sich ein besseres Ansprechverhalten erzielen. Dies geht klar aus den Fig. 4(A) bis 4(C) hervor. Wenn nämlich die Querbeschleunigung Yg (Fig. 4(A)) als der das Rollen repräsentierende Parameter verwendet wird, dann wird ein Fahrzeugrollen ermittelt, wenn die Amplitude der Querbeschleunigung Yg einen vorbestimmten Schwellenwert a überschreitet, was nach Ablauf einer Zeit t 1 seit Beginn der Rollbewegung erreicht ist. Wenn, vergleichbar, die Änderungsrate Δ Yg der Querbeschleunigung als der das Rollen repräsentierende Parameter verwendet wird, dann wird ein Fahrzeugrollen ermitteln, wenn die Änderungsrate Δ Yg einen vorbestimmten Schwellenwert b überschreitet, was nach Ablauf einer Zeit t 2 seit Beginn der Rollbewegung der Fall ist. Im Vergleich zu diesen Verfahrensweisen überschreitet der Summenwert R einen Schwellenwert c nach einer Zeitdauer t 3 seit Beginn der Rollbewegung, wenn der Summenwert R der Querbeschleunigung Yg und der Änderungsrate Δ Yg der Querbeschleunigung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wie aus den Fig. 4(A) bis 4(C) hervorgeht, ist diese Zeitverzögerung bei Verwendung des Summenwertes R sehr viel kleiner als bei Verwendung der Querbeschleunigungsamplitude oder der Änderungsrate der Querbeschleunigung allein. Man erhält mit der Erfindung daher ein sehr viel besseres Ansprechverhalten bei der Unterdrückung von Rollbewegungen mit der Regelvorrichtung nach der Erfindung.
Da außerdem gemäß der gezeigten Ausführungsform das Ende der Rollbewegung allein auf der Grundlage der Querbeschleunigung ermittelt wird, kann die Aufhängungscharakteristik während der gesamten Kurvenfahrt in der harten Betriebsart gehalten werden, so daß die Fahrstabilität sichergestellt und verbessert wird. Da das gezeigte Verfahren eine vorbestimmte Zeitverzögerung seit der Ermittlung des Fahrzustandes zum Einstellen weicherer Aufhängungseigenschaften vorsieht, kann man Regelschwingungen bei der Einstellung der Aufhängungseigenschaften erfolgreich vermeiden.
Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise an hydraulischen Stoßdämpfern anwenden als auch an pneumatischen Federn, die mit variablem Druck arbeiten, bei aktiven Aufhängungssytemen und dgl.

Claims (6)

1. Aufhängungsregelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, enthaltend:
ein Aufhängungssystem, das zwischen einem Fahrzeugkörper und einem Aufhängungselement angeordnet ist, das drehbar ein Laufrad trägt, wobei das Aufhängungssystem eine Einrichtung enthält, um die Aufhängungscharakteristik zwischen wenigstens einer ersten Betriebsart mit weicherer Aufhängungscharakteristik und eine zweiten Betriebsart mit härterer Aufhängungscharakteristik zu verstellen;
einen Querbeschleunigungssensor zum überwachen der Querbeschleunigung, die auf den Fahrzeugkörper wirkt, um ein die Querbeschleunigung angebendes Signal zu erzeugen;
eine Regeleinheit, die das die Querbeschleunigung angebende Signal aufnimmt, um eine Änderungsrate der Querbeschleunigung auf der Grundlage derselben abzuleiten, einen Summenwert aus der Querbeschleunigung und der Änderungrate der Querbeschleunigung zu bilden, den Summenwert mit einem vorbestimmten ersten Schwellenwert zu vergleichen, um zu ermitteln, ob der Summenwert größer oder gleich dem ersten Schwellenwert ist, um dann ein Aufhängungsregelsignal zu erzeugen, um die zweite Betriebsart des Aufhängungssystems einzustellen.
2. Aufhängungsregelvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Regeleinheit den die Querbeschleunigung angebenden Signalwert mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht, während das Aufhängungssystem in der zweiten Betriebsart gehalten ist, um die Amplitude der Querbeschleunigung, die kleiner als der zweite Schwellenwert ist, zu ermitteln, um ein Aufhängungsregelsignal zu erzeugen, das die Einstellung der ersten Betriebsart am Aufhängungssystem befiehlt.
3. Aufhängungsregelvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Regeleinheit das Aufhängungsregelsignal, das die Einstellung der ersten Betriebsart befiehlt, nach einer vorbestimmten Zeitdauer erzeugt, die seit der Ermittlung, daß die Amplitude der Querbeschleunigung kleiner als der zweite Schwellenwert ist, verstreicht.
4. Aufhängunqsregelvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, enthaltend:
ein Aufhängungssystem, das zwischen einem Fahrzeugkörper und einem Aufhängungselement angeordnet ist, das ein Laufrad drehbar trägt, wobei das Aufhängungssystem eine Einrichtung enthält, um die Aufhängungscharakteristik zwischen wenigstens einer Betriebsart mit weicheren Aufhängungseigenschaften und einer zweiten Betriebsart mit härteren Aufhängungseigenschaften zu verstellen;
einen Querbeschleunigungssensor zur Überwachung der auf den Fahrzeugkörper wirkenden Querbeschleunigung, um ein die Querbeschleunigung angebendes Signal zu erzeugen;
eine Regeleinheit, die das die Querbeschleunigung angebende Signal aufnimmt, um eine Änderungsrate der Querbeschleunigung auf der Grundlage derselben abzuleiten, um einen Summenwert aus der Querbeschleunigung und der Änderungsrate der Querbeschleunigung zu bilden und die Einleitung der Fahrzeugrollbewegung auf der Grundlage dieses Summenwertes zu ermitteln, um ein erstes Aufhängungsregelsignal zu erzeugen, das die Einstellung der zweiten Betriebsart befiehlt, und die Beendigung des Fahrzeugrollens auf der Grundlage der Amplitude der Querbeschleunigung zu ermitteln, um ein zweites Aufhängungsregelsignal zu erzeugen, das die Einstellung der ersten Betriebsart befiehlt.
5. Aufhängungsregelvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Regeleinheit das zweite Aufhängungsregelsignal nach eine vorbestimmten Zeitdauer seit Ermittlung der Beendigung der Fahrzeugrollens erzeugt.
6. Aufhängungsregelvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Regeleinheit den Summenwert mit einem ersten Schwellenwert vergleicht, um den Beginn des Fahrzeugrollens zu ermitteln, wenn der Summenwert größer oder gleich dem ersten Schwellenwert ist, und den die Querbeschleunigung angebenden Signalwert mit einem zweiten Schwellenwert vergleicht, um die Beendigung des Fahrzeugrollens zu ermitteln, wenn der die Querbeschleunigung angebende Signalwert kleiner als der zweite Schwellenwert wird.
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