DE4017223C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung aktiver Radaufhängungen eines Fahrzeugs nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Aktive Aufhängungssysteme dieser Art wurden bereits entwickelt und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Verwiesen wird dazu auf die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 62-1 39 709. Ein typisches Beispiel eines bekannten aktiven Radaufhängungssystems enthält die folgenden wesentlichen Komponenten. Eine Einzelaufhängung in Form einer Fluidfeder ist für jedes Rad vorgesehen. Die Zufuhr und das Ablassen von Fluid in und aus jeder Fluidfeder werden unabhängig voneinander durch Betätigung eines jeweiligen Steuerventils vorgenommen. Die Betätigung jedes Steuerventils wird durch Öffnungs- und Schließsteuersignale gesteuert, die von einer Steuereinrichtung erzeugt werden, welche auf Information wie die Vertikalbeschleunigung der Fahrzeugmasse oberhalb einer Aufhängungseinheit oder einer Vertikalverschiebung der Aufhängung anspricht.

Die Anmelderin hat bereits ein aktives Radaufhängungssystem entwickelt (nachveröffentlichte US-Patentschriften 50 33 770 und 50 63 512). In diesem System werden Sensoren verwendet, die die Beschleunigung in Längs- und Querrichtung, d. h. parallel und quer zur Fahrtrichtung, erfassen. Die Steuereinrichtung führt in Abhängigkeit von der Information der Sensoren eine Abschätzung (Prädiktion) der zu erwartenden Veränderungen in der Fahrzeuglage (Nicken und Wanken) durch, die mit einer Beschleunigung, einer Verzögerung oder einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs einhergehen. Die Steuereinrichtung berechnet dann die Steuergrößen zur Aufrechterhaltung der Fahrzeuglage in einem gewünschten Zustand.

Das System führt eine Regelung und eine Prädiktionssteuerung aus. Die Regelung berücksichtigt tatsächliche Veränderungen des Fahrzeugzustands wie Ausdehnung und Zusammenziehung jeder Fluidfeder. Bei der Prädiktionssteuerung werden Längs- und Querbeschleunigungen erfaßt, und die Fahrzeuglage wird dadurch gesteuert, daß das Ausmaß einer Lastverschiebung vorausgesagt wird, die als Ergebnis der Beschleunigungen auftreten wird. Mit der Prädiktionssteuerung wird also der Sollwert für die Regelung selbst geführt.

In einem solchen System wirken sich Änderungen des Fahrzeuggewichts auf die Regelung selbst nicht aus. Bei der Prädiktionssteuerung wird allerdings das Ausmaß der Zufuhr und des Ablassens von Fluid in und aus jeder Fluidfeder unzureichend bzw. übermäßig, wenn sich die Lastbedingungen des Fahrzeugs, ausgedrückt z. B. durch die einzelnen Radlasten so ändern, daß diese größer oder kleiner als bei der Auslegung zugrunde gelegte Referenzwerte werden, bei denen das Fahrzeug eine vorbestimmte Bedingung erfüllt (beispielsweise das Fahrzeug befindet sich in Geradeausfahrt mit nur einem Fahrgast und dem Fahrer, ohne jegliche Zuladung). Mit der oben beschriebenen Prädiktionssteuerung ist es dann unmöglich, für andere, abweichende Lastbedingungen die Fahrzeuglage unter einer Fahrzeugübergangsbedingung wie Beschleunigung, Verzögerung oder Kurvenfahrt in einem gewünschten Zustand zu halten.

Aus der GB 22 09 505 A ist es bereits grundsätzlich bekannt, beim Ausgleich von Wankbewegungen die Massen- bzw. Gewichtsverteilung eines Fahrzeugs mit zu berücksichtigen, wozu das Verhältnis der (mittleren) Drücke der vorderen und hinteren Radaufhängungen einer Achse herangezogen werden. Durch die achsweise Steuerung sollen unterschiedliche Wankausgleichgrade im vorderen und hinteren Fahrzeugteil erzeugt werden, die unterschiedliche Lastverteilungen vorn und hinten infolge von z. B. unterschiedlichen eingebauten Motortypen berücksichtigen.

In der EP 2 36 947 A werden bei Kurvenfahrt unter anderem die Radlasten jeder einzelnen Radaufhängung bestimmt, um z. B. am Kurvenbeginn der Vorderachse eine geringere Lastverschiebung zwischen dem linken und rechten Rad aufzuerlegen (bei entgegengesetzter Kurve entsprechend der Hinterachse) und so die Aufteilung der Lastverschiebung zwischen den Achsen abhängig vom Kurvenzustand unter Steuerung auf vorgegebene Zielwerte variabel zu gestalten.

Hingegen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System der gattungsgemäßen Art anzugeben, das sicherstellt, daß in dynamischen Fahrzuständen wie Wanken bei Kurvenfahrt, Bremsrücken usw. die Fahrzeuglage unabhängig von der aktuellen Lastverteilung im Fahrzeug aufrechterhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Danach wird einerseits die Druckhöhe an jeder Radaufhängung bzw. die Reaktionskraft jeder Fluidfeder ermittelt. Der Beladungszustand und die aktuelle Lastverteilung am Fahrzeug werden während der Geradeausfahrt aufgrund mittlerer Werte der Reaktionskräfte bestimmt und für die Korrektur der Steuergröße jeder Radaufhängung benutzt. Auf diese Weise ist es möglich, die relevanten Radlasten während des Fahrbetriebs zu ermitteln und insbesondere während der Fahrt auftretenden Lastverlagerungen (z. B. beim Platzwechsel von Fahrzeuginsassen) in adäquater Weise Rechnung zu tragen.

In der Prädiktionssteuerung gemäß der Erfindung werden vorzugsweise die Längs- und Querbeschleunigungen verwendet, um die Größe der Lastverschiebung in Fahrtrichtung und quer zur Fahrtrichtung zu berechnen. Die Lastverschiebungsgrößen werden benutzt, um eine Veränderung in der Reaktionskraft jeder Fluidfeder zu berechnen.

Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und betreffen insbesondere Einrichtungen zum Feststellen der Geradeausfahrt und Ermittlung der Reaktionskräfte der Fluidfedern.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Motorfahrzeugs zur Veranschaulichung der Auslegung eines nach der Erfindung ausgebildeten Steuersystems,

Fig. 2 ein Diagramm eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems für Aufhängungseinheiten,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Steuersystems nach der Erfindung,

Fig. 4 und 5 Flußdiagramme zur Erläuterung der Steuerschritte des Steuersystems nach Fig. 3,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems,

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Drucksteuerventils, das beim zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, und

Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung von Steuerschritten des Systems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 und 2 zeigen ein aktives Radaufhängungssystem, auf das die Erfindung angewendet werden kann. Fig. 2 zeigt Aufhängungen bzw. Fluidfedern 1a und 1b für das linke bzw. rechte Vorderrad eines Motorfahrzeugs sowie Aufhängungen 1c und 1d für das linke bzw. rechte Hinterrad. Jede der Federn 1a, 1b, 1c und 1d enthält ein Pneumatikfederteil D und einen Hydraulikzylinder E. Das Federteil D hat eine Ölkammer A und eine Luftkammer B, die voneinander durch eine Membran C getrennt sind. Die Ölkammer A des Federteils D und eine Ölkammer F des Hydraulikzylinders E stehen über eine Öffnung (Drosselöffnung) G miteinander in Verbindung. Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein Ende des Hydraulikzylinders E (beispielsweise der Zylinderboden) mit einem Aufhängungsarm 14 des Fahrzeugrades W verbunden, und das andere Ende bzw. Gegenstück (eine Kolbenstange) des Hydraulikzylinders E ist mit einem Teil 15 des Fahrzeugchassis verbunden. Entsprechend der Belastung auf den Zylinder E strömt über die Mündung oder Öffnung G Hydrauliköl (Hydraulikfluid) in die Ölkammer F oder aus der Ölkammer F heraus, und zwar unter Ausbildung einer geeigneten Dämpfungskraft und unter gleichzeitiger Erzeugung einer Federwirkung durch die volumetrische Elastizität der in der Luftkammer B abgeschlossenen Luft. Das bis jetzt beschriebene System bildet ein herkömmliches hydropneumatisches Aufhängungssystem.

Es sind Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d vorgesehen, die zur Zufuhr und dem Ablassen von Öl (Hydraulikfluid) zu und von den Ölkammern F der entsprechenden Hydraulikzylinder E dienen. Diese Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d werden unabhängig voneinander mit Hilfe von Ventilstellsignalen betrieben, die von einer zu beschreibenden Steuereinrichtung 3 stammen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d getrennt in zwei Gruppen für die vorderen und hinteren Aufhängungen installiert.

Eine vom Motor 6 angetriebene Ölpumpe 5 dient dazu, Öl von einem Ölreservoir 4 in das System zu pumpen. Das dargestellte System enthält auch eine für die Servolenkung gedachte Ölpumpe 5′, die zusammen mit der Ölpumpe 5 in Tandemtechnik vom Motor 6 angetrieben wird.

Das von der Ölpumpe 5 ausgestoßene Öl gelangt durch ein Rückschlagventil 7 und wird in einem Hochdruck-Hydraulikspeicher 8 gespeichert. Wie es aus Fig. 1 hervorgeht, ist der Hydraulikspeicher 8 in zwei Speicher aufgeteilt, nämlich jeweils einen Speicher für die vorderen und hinteren Aufhängungen. Sind irgendwelche Ventile der Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d auf die Einlaß- oder Zufuhrseite geschaltet, wird über die auf die Zufuhrseite geschalteten Steuerventile Hochdrucköl der Ölkammer F der betreffenden Fluidfedern 1a, 1b, 1c und 1d zugeführt. Sind irgendwelche Ventile der Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d auf die Auslaß- oder Abfuhrseite geschaltet, wird Öl von den Ölkammern F der betreffenden Fluidfedern 1a, 1b, 1c und 1d abgeführt, und das abgeführte Öl strömt über einen Ölkühler 9 in das Ölreservoir 4.

Fig. 2 zeigt ferner ein Entlastungsventil 10 und ein Ventil 11, das in einen in der Figur dargestellten Nichtbelastungszustand geschaltet wird, wenn von der Steuereinrichtung 3, die auf Signale von einem Druckfühler 81 anspricht, Signale erzeugt werden, die anzeigen, daß der Hochdruck-Hydraulikspeicher 8 einen vorbestimmten Druck erreicht hat. Ist das Ventil 11 auf die Nichtbelastungsseite geschaltet, strömt das von der Ölpumpe 5 ausgestoßene Öl zum Ölkühler 9 und von dort zum Ölreservoir 4.

Die Fluidfedern 1a, 1b, 1c und 1d sind mit Aufhängungshubsensoren 13 ausgerüstet, wie es in Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Der Sensor 13 jeder Fluidfeder erfaßt eine vertikale Relativverschiebung zwischen dem Rad und der Fahrzeugkarosserie und gibt die Daten oder Information über die Relativverschiebung jeder der Federn 1a, 1b, 1c und 1d in die Steuereinrichtung 3 ein.

Zum Erfassen des Fahrzeugverhaltens sind einige Beschleunigungs- oder G-Sensoren vorgesehen, und zwar ein Vertikal-G-Sensor 12 zum Erfassen der Fahrzeugvertikalbeschleunigung (vertikales G), ein Lateral-G-Sensor 15 zum Erfassen der Querbeschleunigung des Fahrzeugs (laterales G) und ein Longitudinal-G-Sensor 14 zum Erfassen der Fahrzeuglängsbeschleunigung (longitudinales G). Die Stellen, an denen die G-Sensoren 12, 14 und 15 angeordnet sind, gehen aus Fig. 1 hervor. Weiterhin ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor S vorgesehen, der zum Erfassen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs dient. Die Querbeschleunigung kann man aus der vom Sensor S erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit und aus dem von einem Einschlag- oder Lenkwinkelsensor erfaßten Lenkwinkel berechnen, oder aus dem Lenkdrehmoment und einer Lenkhilfskraft, anstelle der Verwendung des Lateral-G-Sensors. Die Meßsignale der Sensoren 12, 13, 14, 15 und S werden in die Steuereinrichtung 3 eingegeben. Ansprechend auf die ihr zugeführten Eingangssignale oder Eingabe bestimmt die Steuereinrichtung 3 die Steuergröße für die Zufuhr und Abfuhr von Öl bezüglich jeder Aufhängung, und sie gibt Ventilstellsignale an die jeweiligen Steuerventile 2a, 2b, 2c und 2d aus, um die Zufuhr und den Ablaß von Öl in und aus jeder der Fluidfedern zu steuern, wie es noch unter Bezugnahme auf Fig. 3 bis 6 erläutert wird.

In Fig. 3 ist derjenige Teil der Darstellung, der mit einer strichpunktierten Linie umrahmt ist, ein Steuerblockschaltbild für eine der vier Aufhängungen 1a, 1b, 1c und 1d, beispielsweise für die Fluidfedern 1a des linken Vorderrades. Obgleich es in Fig. 3 nicht gezeigt ist, sind insgesamt vier Sätze der gleichen Steuerlogik vorhanden, die dazu dienen, eine unabhängige Steuerung für die jeweilige Aufhängung bzw. Feder 1a, 1b, 1c und 1d vorzusehen.

In jeder Aufhängungseinheit werden die Vertikalbeschleunigung und die vertikale Relativverschiebung (Hub) von den Sensoren 12 bzw. 13 erfaßt. Das Vertikalbeschleunigungssignal vom Vertikal-G-Sensor 12 gelangt durch ein Tiefpaßfilter TPF, um die Hochfrequenzkomponente dieses Signals zu vermindern. Das Signal wird dann durch eine Totzonenschaltung I₁ geleitet, um ein Signal mit einem Verstellbereich in der Nachbarschaft von Null zu entfernen. Das resultierende Signal wird in einer Verstärkungsschaltung G₁ einer Multiplikation unterzogen. Auf diese Weise wird eine Steuerführungsgröße Q₁, die den Eigenschaften des entsprechenden Steuerventils 2a, 2b, 2c oder 2d angepaßt ist, erhalten.

Die vertikale Relativverschiebung oder das Hubsignal des Hubsensors 13 wird einer Differenzierschaltung Dc und einer Totzonenschaltung I₃ zugeführt. Das durch die Differenzierschaltung Dc gelangte Signal ist in ein die vertikale Relativverschiebung betreffendes Geschwindigkeitssignal oder in ein Hubgeschwindigkeitssignal umgeformt worden. Dieses Geschwindigkeitssignal gelangt durch eine Totzonenschaltung I₂, die daraus Signalteile entfernt, die innerhalb einer Verstellzone im Bereich von Null liegen. Das resultierende Signal gelangt durch eine Verstärkungsschaltung G₂, um eine Steuerführungsgröße Q₂ zu gewinnen, die den entsprechenden Steuerventileigenschaften angepaßt ist.

Durch Setzen eines Fahrzeughöheneinstellschalters 16 wird mittels einer Referenzfahrzeughöhenerzeugungsschaltung H ein Referenzfahrzeughöhensignal erzeugt. Das Referenzfahrzeughöhensignal wird von dem vertikalen Relativverschiebungssignal subtrahiert, und man erhält das tatsächliche Relativverschiebungssignal. Das tatsächliche Relativverschiebungssignal gelangt dann durch eine Totzonenschaltung I₃, in der ein Signalanteil innerhalb einer Verstellzone im Bereich von Null entfernt wird. Das resultierende Signal wird durch eine Verstärkungsschaltung G₃ geschickt, und man erhält dann eine Steuerführungsgröße Q₃, die der entsprechenden Steuerventilcharakteristik angepaßt ist.

Die Steuerführungsgröße (Q₁, Q₂ und Q₃), die den Eigenschaften des entsprechenden Steuerventils angepaßt ist, stellt sich wie folgt dar. Handelt es sich beispielsweise bei dem Steuerventil um ein Strömungsgeschwindigkeits- oder Durchfluß-Steuerventil, dann ist die Steuerführungsgröße die Länge oder Dauer der Öffnungszeit des Ventils, die notwendig ist, um eine erforderliche Menge an Hydrauliköl zuzuführen oder abzuführen. Die Länge der Ventilöffnungszeit wird festgelegt unter Berücksichtigung der Öffnungs-Schließ-Eigenschaften des Ventils.

Die drei Steuerführungsgrößen Q₁, Q₂ und Q₃ werden in der gezeigten Weise addiert. Die resultierende Summe der Größen wird durch eine Steuergrößenkorrekturschaltung R geschickt und dabei in eine korrigierte Führungsgröße Q umgeformt, die unter Berücksichtigung von Umgebungsbedingungen, beispielsweise die Temperatur und der Druckverlust infolge der Rohrleitungslänge, berichtigt ist. Die korrigierte Größe Q gelangt zu einer Ventilstellsignal- Erzeugungsschaltung W, die ein Steuerventil-Öffnungs/ Schließungs-Signal erzeugt. Somit wird das Steuerventil 2a auf die Ölzufuhrseite oder auf die Ölabfuhrseite geschaltet. Im Ergebnis wird daher die Zufuhr oder das Ablassen von Öl entsprechend der Steuergröße in die Fluid- Feder 1a oder aus der Feder 1a bewerkstelligt.

Wird bei dem oben beschriebenen Steuervorgang eine Vertikalbeschleunigung erfaßt, dann kommt es beispielsweise als Antwort auf eine Aufwärtsbeschleunigung zu einem Ablassen von Öl aus der Fluidfeder 1a. Bei einer Abwärtsbeschleunigung wird Öl in die Feder 1a geleitet. Durch einen derartigen Steuervorgang werden in bezug auf Kräfte, die von unten her auftreten, wie Stöße oder Schübe von der Straßenoberfläche, weiche und hochdämpfende Aufhängungseigenschaften erzielt. In bezug auf Kräfte, die von oben her auftreten (d. h. von der Fahrzeugkarosserie her), werden harte Aufhängungseigenschaften erzielt, um die Fahrzeughöhe auf der Referenzfahrzeughöhe zu halten, und zwar mittels der Steuerung aufgrund der Vertikalhubgeschwindigkeit und des Vertikalhubs durch Steuerung der Zufuhr und des Ablassens von Öl.

Dadurch, daß das Vertikalbeschleunigungssignal durch das Tiefpaßfilter TPF geführt wird, reagiert das Steuersystem nicht auf Vibrationen im hohen Frequenzbereich wie Resonanz der Masse unterhalb der Aufhängungen, sondern reagiert auf Vibrationen im niedrigen Frequenzbereich wie Resonanz der Masse oberhalb der Aufhängungen. Das Steuersystem kann daher Prellvorgänge vermeiden, so daß das Fahrverhalten verbessert wird und auf diese Weise Energieverschwendung für die Steuerung vermieden wird.

Der Fahrzeughöheneinstellschalter 16 ist ein Umschalter zum Umschalten, beispielsweise von einer normalen Fahrzeughöhe zu einer hohen Fahrzeughöhe. Ist die normale Fahrzeughöhe ausgewählt, erzeugt die Referenzfahrzeughöhensignalerzeugungsschaltung H ein niedriges Referenzfahrzeughöhensignal. Ist der Fahrzeughöheneinstellschalter 16 auf die Seite der hohen Fahrzeughöhe umgeschaltet, erzeugt die Referenzfahrzeughöhensignalerzeugungsschaltung H ein hohes Referenzfahrzeughöhensignal.

Die auf das Vertikalhubsignal des Sensors 13 ansprechende Steuerung funktioniert derart, daß sie die Fahrzeughöhe auf der Referenzfahrzeughöhe zu halten sucht. Wenn daher die Referenzfahrzeughöhe von der normalen Referenzfahrzeughöhe auf die hohe Referenzfahrzeughöhe umgeschaltet wird, wird die Steuerführungsgröße Q₃ zur Zufuhr von Öl erzeugt. Öl gelangt daher beispielsweise in die Fluidfeder 1a, um auf diese Weise die Fahrzeughöhe auf eine Höhe anzuheben, die gleich der hohen Referenzfahrzeughöhe ist. Kehrt der Fahrzeughöheneinstellschalter 16 zurück auf die Seite der normalen Fahrzeughöhe, wird die Steuerführungsgröße Q₃ zum Ablassen von Öl erzeugt. Innerhalb der Fluidfeder 1a befindliches Öl wird daher abgelassen. Als Folge davon wird die Fahrzeughöhe auf die normale Referenzfahrzeughöhe vermindert. Die Zufuhr und das Ablassen von Öl wird für alle Aufhängungen durch den Schaltvorgang des Fahrzeughöheneinstellschalters 16 gleichzeitig ausgeführt.

Zusätzlich zur Steuerung im normalen Fahrzustand ist eine Steuerung auch erforderlich, wenn plötzlich eine große Beschleunigung in der Längsrichtung oder in der Querrichtung des Fahrzeugs auftritt, beispielsweise beim plötzlichen Bremsen, abrupten Beschleunigen oder plötzlichen Kurvenfahrens. In einem solchen Fall ist eine prompte und zwangsläufige Steuerung der Fahrzeuglage ohne Verzögerung erforderlich. Zu diesem Zweck ist eine Steuerlogik vorgesehen, die auf den Erfassungssignalen des Longitudinal- G-Sensors 14 und des Lateral-G-Sensors 15 basiert.

Wie es mit weiteren Einzelheiten aus Fig. 3 hervorgeht, wird das von dem Longitudinal-G-Sensor 14 erfaßte Longitudinalbeschleunigungssignal durch eine Hystereseschaltung 17 geleitet und dann durch eine Totzonenschaltung 18 geschickt. Mittels der Hystereseschaltung 17 und der Totzonenschaltung 18 wird das Longitudinalbeschleunigungssignal in einer solchen Weise umgeformt, daß eine Steuerung erzielt wird, die nicht auf Longitudinal-G-Schwankungen normalen Ausmaßes während des normalen Fahrens anspricht, sondern auf starkes Nicken der Fahrzeugkarosserie bei einer Vollbeschleunigung oder bei einer Bremsung in einem größeren als dem mittleren Ausmaß. Das auf diese Weise umgeformte Signal gelangt dann in eine Schaltung 19 zum Berechnen einer Längs- oder Longitudinallastverschiebegröße.

Die Rechenschaltung 19 ist tätig, um die Lastverschiebegröße in der Längsrichtung zu berechnen, und zwar ansprechend auf das ihr zugeführte Eingangssignal, vorher abgespeicherte Fahrzeugdaten (Fahrzeugspezifikation), wie das Normalfahrzeuggewicht, und Information bezüglich der gegenwärtigen Höhe des Fahrzeugschwerpunktes oberhalb des Bodens, wie festgelegt durch den Fahrzeughöheneinstellschalter 16.

Das Berechnungsergebnis wird weitergeleitet zu einer Schaltung 20 zum Berechnen einer Veränderung der Reaktionskraft jeder Fluidfeder. Die Rechenschaltung 20 ist tätig, um eine Veränderung der Aufhängungsreaktionskraft zu berechnen, die aus der Lastverschiebegröße bei jeder Position der Feder hervorgehen kann, unter Berücksichtigung der auf die Räder einwirkenden Antriebskraft und Bremskraft, ansprechend auf die der Schaltung so zugeführte Information und andere Information wie die Art der Aufhängung und die Antriebsart (Vorderradantrieb, Hinterradantrieb, Vierradantrieb usw.).

Die Berücksichtigung der auf die Räder einwirkenden Antriebskraft und Bremskraft in Abhängigkeit von der Art der Aufhängung und der Antriebsart hat die nachstehende Bedeutung. Im Falle einer Aufhängung beispielsweise nach Längslenkerart wird, wenn eine Bremskraft auf das Rad einwirkt, die Reaktionskraft durch ein Lager des Längslenkers aufgenommen und gehalten. Aus diesem Grunde wird im allgemeinen auf den Längslenker ein Drehmoment in einer Richtung ausgeübt, das die Aufhängung zusammenzudrücken sucht (geometrische Antilift- oder Antihub- Eigenschaft zur Zeit des Bremsens). In bezug auf die Longitudinallastverschiebungsgröße, die infolge der Trägheitskraft auftritt, nimmt daher die Reaktionskraft auf das Vorderrad zu und auf das Hinterrad ab. Bezüglich einer Reaktionskraft zur Zeit der Beschleunigung tritt ein Drehmoment in einer Richtung auf, das die Aufhängungsfeder zu strecken sucht, aufgrund der Antriebsreaktionskraft im Falle eines Triebrades. Im Falle eines angetriebenen Rades tritt ein solches Moment nicht auf.

Wie oben aufgezeigt, ist die Veränderung der Reaktionskraft in Abhängigkeit von Umständen wie der Position des Längslenkers und der Position von dessen Kipp- oder Schwenkachse unterschiedlich. Im Falle einer Aufhängung nach Querlenkerart ist die Änderung der Reaktionskraft in Abhängigkeit von den Neigungen der Kipp- oder Schwenkachsen der oberen und unteren Lenker unterschiedlich. Im Falle einer Aufhängung nach MacPherson-Art ist die Änderung abhängig von Umständen wie der Neigung der Aufhängungsverstrebung und der Position der Drehachse des unteren Arms oder Lenkers unterschiedlich.

In ähnlicher Weise wie im Falle des Longitudinal-G- Sensors 14 wird die vom Lateral-G-Sensor 15 erfaßte Quer- oder Lateralbeschleunigung durch eine Hystereseschaltung 21 und eine Totzonenschaltung 22 geschickt. Die Steuerung reagiert daher nicht auf kleine laterale G-Schwankungen, die während des normalen Fahrens auftreten. Somit wird lediglich ein Signal oberhalb eines vorbestimmten Wertes in eine Schaltung 23 zum Berechnen des Wankmoments eingegeben. Aus dem Eingangssignal berechnet die Rechenschaltung 23 das Wankmoment auf der Grundlage der vorher gespeicherten Fahrzeugdaten (Fahrzeugspezifikation), wie dem Normalfahrzeuggewicht, Information bezüglich der Höhe des Fahrzeugkarosserieschwerpunkts, die durch den Fahrzeughöheneinstellschalter 16 festgelegt ist, und der Höhe des Wankzentrums, das durch die Aufhängungsgeometrie bestimmt ist. Das Berechnungsergebnis wird an eine Schaltung 24 zum Berechnen einer Laterallastverschiebegröße weitergeleitet.

Getrennt davon wird ein vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor S erzeugtes Fahrzeuggeschwindigkeitssignal an eine Schaltung 25 zum Einstellen eines Wankmoment- Vorder/Hinter-Verteilungsverhältnisses übermittelt. Aus der auf diese Weise empfangenen Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation bestimmt die Schaltung 25 das Rollmoment- Vorder/Hinter-Verteilungsverhältnis auf der Grundlage einer Charakteristik eines zuvor eingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit- Wankmoment-Vorder/Hinter-Verteilungsverhältnisses. Das bestimmte Wankmoment-Vorder/Hinter- Verteilungsverhältnis wird zur Rechenschaltung 24 übermittelt.

Die Rechenschaltung 24 ist in einer solchen Weise tätig, daß sie das von der Wankmomentberechnungsschaltung 23 eingegebene und erzeugte Wankmoment auf die Vorder- und Hinterräder verteilt und die Laterallastverschiebegröße zwischen der Laterallast der Vorder- und Hinterräder auf der Grundlage des Wankmoment-Vorder/Hinter-Verteilungsverhältnisses berechnet, wie festgelegt durch die Verteilungsverhältniseinstellschaltung 25.

Der resultierende Ausgang der Rechenschaltung 24 wird einer Schaltung 26 zum Berechnen der Änderung der Reaktionskraft zugeführt. In der Rechenschaltung 26 wird die gesamte Lateralkraft, die entsprechend des erzeugten lateralen G auf die Räder einwirkt, auf die Vorder- und Hinterräder verteilt, und zwar aufgrund der Giermomentgleichgewichtsgleichung mit der Position des Fahrzeugschwerpunkts und des Abstands zwischen der Vorder- und Hinterachse. Dann wird unter Berücksichtigung der von der Rechenschaltung 24 berechneten Laterallastverschiebegröße zwischen den Vorder- und Hinterrädern, der Lateralkräfte auf die Vorder- und Hinterräder, der Fahrzeughöhe und der Art der Fluidfeder getrennt für jede der Vorder- und Hinteraufhängungen die Änderung der Reaktionskraft berechnet.

Die Änderungen der Reaktionskräfte, wie von den Rechenschaltungen 20 und 26 berechnet, werden dann in einer Schaltung 27 zum Berechnen der Steuergröße addiert. Die Gesamtänderung der Reaktionskraft wird für jede Aufhängung bzw. Feder bestimmt. Weiterhin wird die Steuergröße zur Zufuhr und zum Ablassen von Öl der Gesamtänderung der Aufhängungsreaktionskraft zum Aufrechterhalten des internen Drucks jeder Fluidfeder angepaßt. Die resultierende Steuergröße wird in einer Schaltung 28 in eine Steuerführungsgröße umgeformt, die den Ventildaten (Ventilspezifikation) angepaßt ist. Die umgeformte Steuerführungsgröße wird den Steuerführungsgrößen Q₁, Q₂ und Q₃ hinzuaddiert. Die resultierende Größe wird an die Schaltung R zum Berichtigen der Steuergröße gelegt.

Wie oben erläutert, ist ein Steuersystem zum Steuern der Zufuhr und des Ablassens von Öl bzw. Hydraulikfluid unabhängig für jede Fluidfeder vorgesehen als Antwort auf eine Vertikalbeschleunigung der Masse oberhalb der Aufhängung und als Antwort auf eine vertikale Relativverschiebung zwischen den Massen oberhalb und unterhalb der Aufhängungen, und zwar mit dem Ziel, das Fahrverhalten zu verbessern. Ferner steuert das obige Steuersystem die Fahrzeuglage in Abhängigkeit von dem longitudinalen G und dem lateralen G des Fahrzeugs. Mittels der beschriebenen Anordnung wird die Fahrzeugkarosserielage unter Fahrbedingungen wie Beschleunigen und Wenden ohne Ansprechverzögerung durch die Steuerlogik gesteuert aufgrund des longitudinalen G und des lateralen G bezüglich übergangsmäßigen Nickens und Wankens der Fahrzeugkarosserie.

Gleichzeitig wird aufgrund dessen, daß das Steuersystem das Fahrzeugkarosserierollen auf der Grundlage des Vorder/Hinter-Verteilungsverhältnisses des Wankmoments gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit steuert, der nachstehende Vorteil erzielt. Bei hoher Fahrgeschwindigkeit wird die Lenkeigenschaft in üblicher Untersteuerung beibehalten, um die Stabilität des Fahrzeugs sicherzustellen (im allgemeinen eingestellt auf eine leichte Untersteuerung). Bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit wird die Untersteuerungsneigung in bezug auf die Untersteuerung bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit weiter abgeschwächt oder, abweichend davon, die Lenkeigenschaft wechselt zur Übersteuerung, um die Wendeeigenschaft des Fahrzeugs zu verbessern. Durch solche Maßnahmen wird es möglich, die Steuerungs- oder Lenkeigenschaft gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit zu ändern.

Bei dem oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Steuersystem ist die auf die Erfassungssignale des Vertikal-G-Sensors 12 und des Aufhängungshubsensors 13 ansprechende Steuerung eine Rückführungssteuerung bzw. Regelung, die Änderungen der Fahrzeugkarosserielage kompensiert. Die Rückführungssteuerung wird nicht beeinträchtigt von Änderungen im Gewicht der Fahrzeugkarosserie aufgrund von Änderungen der Ladebedingungen. Die Steuerung aufgrund der Erfassungssignale des Longitudinal- G-Sensors 14 und des Lateral-G-Sensors 15 ist allerdings eine Prädiktionssteuerung. Wenn eine Längsbeschleunigung oder eine Querbeschleunigung auftritt, wird die Lastverschiebegröße, die als in Erscheinung tretend erwartet wird, vorausgesagt, und die Fahrzeugkarosserielage wird auf der Grundlage dieser Voraussage oder Prädiktion so gesteuert, daß eine Änderung in der Fahrzeugkarosserielage nicht auftritt. Wenn sich nun das Fahrzeugkarosseriegewicht als eine Folge des Ladezustands ändert, wird aus dem obigen Grunde die Steuergröße unzureichend oder übermäßig. Das Ergebnis davon ist, daß in einem transienten Zustand das Steuersystem unfähig wird, seine Funktion vollständig auszuführen.

Zur Überwindung der obigen Schwierigkeit ist das Steuersystem mit einem Sensor 29 zum Erfassen der Reaktionskraft ausgerüstet, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Sensor 29 arbeitet in einer solchen Weise, daß er die Reaktionskraft in jeder der Fluidfedern 1a, 1b, 1c und 1d für die jeweiligen Räder erfaßt, beispielsweise in Form des Innendrucks jeder Aufhängung oder in Form einer passenden Kraftmeßdosenanzeige. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, wird ein resultierendes Erfassungssignal des Sensors 29 zu einer Schaltung 30 zum Berechnen einer korrigierten Verstärkung übermittelt.

Die Schaltung 30 wird nachstehend in Verbindung mit dem Blockschaltbild nach Fig. 3 und den Flußdiagrammen nach Fig. 4 und 5 beschrieben. Die wesentlichen Komponenten der Korrekturverstärkungsrechenschaltung 30 sind eine Schaltung 30a zum Bestimmen des Zustands einer Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit, eine Schaltung 30b zum Berechnen des Mittelwerts der Aufhängungsreaktionskraft und eine Schaltung 30c zum Berechnen der korrigierten Verstärkung. Die Schaltung 30a erhält die Erfassungssignale vom Longitudinal-G- Sensor 14 und vom Lateral-G-Sensor 15. Für den Fall, daß die Längsbeschleunigung und die Querbeschleunigung beide annähernd Null sind, stellt die Schaltung 30a fest, daß das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus läuft (Fig. 4, Schritt 1). Diese Feststellung kann man auch treffen mit den Erfassungssignalen des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors S und eines Lenkwinkelsensors 32, anstelle der Signale von den Sensoren 14 bzw. 15. Die Bedingungen der Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit sind erfüllt, wenn die erfaßte Fahrzeuggeschwindigkeit konstant ist und der erfaßte Lenkwinkel gleich Null ist.

Ansprechend auf die Feststellung der Schaltung 30a berechnet die Schaltung 30b den Mittelwert der vom Sensor 29 erfaßten Aufhängungsreaktionskraft während einer spezifischen Zeit T (Schritte 2, 3 und 4). Die spezifische Zeit T ist so eingestellt, daß sie größer als die Fahrzeugkarosserienickperiodendauer ist. Die Zeit T beträgt beispielsweise etwa 2 s. Ansprechend auf das Signal des Mittelwerts der Reaktionskraft berechnet die Schaltung 30c für jede Aufhängung die korrigierte Verstärkung K = /Fo (Schritt 5), wobei Fo eine Referenzaufhängungsreaktionskraft ist, die dem Normal- oder Standardfahrzeuggewicht entspricht, bei dem es sich beispielsweise um ein Gewicht des Fahrzeugs handelt, bei dem das Fahrzeug mit nur einem Fahrgast, dem Fahrer ohne jegliche Zuladung, mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus fährt.

Die auf der Grundlage der Längs- und Querbeschleunigung berechnete Steuergröße wird multipliziert mit der berechneten Korrekturverstärkung K (Fig. 5, Schritt 13). Die in Fig. 5 dargestellten vorangegangenen Schritte 11 und 12 sind bereits beschrieben worden in Verbindung mit Fig. 3. Die Multiplikation mit der Korrekturverstärkung K kann man ausführen für die Longitudinallastverschiebegröße, berechnet von der Schaltung 19, und für die Laterallastverschiebegröße, berechnet von der Schaltung 24, wie es in Fig. 3 durch voll ausgezogene Linien eingezeichnet ist. Alternativ kann man die Multiplikation mit der korrigierten Verstärkung K für die von der Schaltung 27 berechnete Steuergröße vornehmen, wie es durch eine gestrichelte Linie in Fig. 3 eingezeichnet ist.

Durch Korrektur der Verstärkung K gemäß den Änderungen des Fahrzeuggewichts, wie oben beschrieben, wird eine Prädiktionssteuerung der Fahrzeuglage in Übergangszuständen auf der Grundlage der erfaßten Längs- und Querbeschleunigungen zuverlässig ausgeführt, und es wird möglich, die Fahrzeuglage wie gewünscht zu steuern.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Zufuhr und Abfuhr von Öl in und aus jeder Aufhängung auf der Grundlage der Durchflußrate oder Strömungsgeschwindigkeit des Öls durch Steuerung bzw. Einstellung der Öffnungszeit der Steuerventile. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Begriff Ventil in dieser Druckschrift allgemein im Sinne von Absperrorgan zu verstehen ist.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 6 und 7 veranschaulicht ist, wird die Steuerung der aktiven Radaufhängungen durch Einstellen des Drucks in den Fluidfedern ausgeführt.

Zur Steuerung des Drucks wird ein bekanntes Proportionaldruckregelventil verwendet, das in Fig. 7 dargestellt ist. Das Regel- oder Steuerventil enthält ein Gehäuse 40, eine Ventilspindel 41 und ein Solenoid 42. Die Spindel 41 ist mittels Schraubenfedern 43 und 44 in axialer Richtung federnd verschiebbar gehalten. Das Gehäuse 40 hat eine erste Öffnung 45, die mit einem Niederdruckluftspeicher 47 in Verbindung steht, und eine zweite Öffnung 46, die mit einem Hochdruckluftspeicher 48 in Verbindung steht. Das Gehäuse 40 weist ferner eine dritte Öffnung 50 auf, die mit der Luftkammer B einer der Federn 1a, 1b, 1c und 1d in Verbindung steht.

Die Spindel 41 hat eine erste und eine zweite Nut 51 und 52, die mit der ersten und zweiten Öffnung 45 bzw. 46 zusammenarbeiten. Die Spindel 41 kann wahlweise drei Stellungen einnehmen. In der ersten Stellung ist der Niederdruckluftspeicher 47 mit der Luftkammer B verbunden. In der zweiten Stellung ist der Hochdruckluftspeicher 48 mit der Luftkammer B verbunden, in der dritten Stellung besteht keine Verbindung zwischen der Luftkammer B und irgendeinem der Luftspeicher 47 und 48.

Das Gehäuse 40 weist eine Stirnkammer 53 auf, die über einen Kanal 54 mit der dritten Öffnung 50 in Verbindung steht, so daß der Druck der Luftkammer B auf eine Stirnfläche der Spindel 41 einwirkt. Die Spindel 41 hat eine axiale Verlängerung 41a, die durch das Solenoid 42 geführt ist.

Den inneren Druck der Luftkammer B kann man somit durch veränderliches Steuern der Spannung, die an das Solenoid 42 gelegt wird, einstellen. Ist die angelegte Spannung gleich Null, dann ist der Druck der Luftkammer B auf einen vorbestimmten Referenzdruck eingestellt, und zwar infolge des Gleichgewichts zwischen der Kraft der Feder 44 und der resultierenden Kraft des Drucks in der Stirnkammer 53 und der Kraft der Feder 43. Es sei bemerkt, daß die auf das Solenoid 42 aufgedrückte Spannung der Veränderung des Luftkammerdrucks gegenüber dem Referenzdruck proportional ist.

Fig. 6 zeigt ein Fig. 1 ähnliches Blockschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem die aktiven Aufhängungen durch Einstellen des Luftdrucks in den Aufhängungen unter Verwendung des in Fig. 7 dargestellten Druckregelventils gesteuert werden.

Die Grundfunktion des Systems nach Fig. 6 ist die gleiche wie diejenige des Systems nach Fig. 3, jedoch mit der Ausnahme, daß das System nach Fig. 3 die Öldurchflußmenge als Steuergröße Q berechnet, wohingegen das System nach Fig. 6 die anzulegende Spannung, d. h. die Änderung des Luftkammerdrucks als Steuergröße P berechnet. Die Verstärkungsschaltungen G₁, G₂ und G₃ nach Fig. 6 geben daher Steuergrößen P₁, P₂ bzw. P₃ aus, und die Steuergrößenumformschaltung 28 liefert Signale P₄, P₅, . . .

Der Innendruck der Luftkammer B ist der Aufhängungsreaktionskraft äquivalent. Aus diesem Grunde berechnet die Mittelreaktionskraftrechenschaltung 30b eine mittlere Aufhängungsreaktionskraft in Antwort auf die Steuergröße P als die Druckänderung von der Steuergrößenkorrigierschaltung R, anstelle des Signals von dem Reaktionskraftsensor 29, der in Fig. 3 dargestellt ist.

Ein Flußdiagramm für das zweite Ausführungsbeispiel ist in Fig. 8 gezeigt.

Wie oben ausgeführt, führt das System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Steuerung zur Kompensation für eine Veränderung des Fahrzeugkarosseriegewichts ohne Verwendung spezieller Aufhängungsreaktionskraftsensoren aus, die beim ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt werden. Das System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist daher kostengünstiger.

Es sei bemerkt, daß die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele, die in Fig. 2, 3, 6 und 7 dargestellt sind, nicht beschränkt ist, sondern auf jedes beliebige aktive System Anwendung finden kann, das der nachstehenden Beschreibung genügt. Ein solches aktives Radaufhängungssystem hat Aufhängungen, die die Fahrzeugkarosserie mittels Fluiddruck tragen. Es sind Vorrichtungen vorhanden, die wenigstens Veränderungen in den Ausdehnungs- Zusammenziehungs-Hüben der Fluidfedern erfassen. Das aktive Radaufhängungssystem führt auch die Zufuhr und Abfuhr von Fluid in und aus jeder der Fluidfedern unabhängig aus, so daß die Fahrzeuglage im Normalzustand gemäß den Änderungen in den Ausdehnungs-Zusammenziehungs- Hüben der Fluidfedern aufrechterhalten wird. Das System hat ferner einen Longitudinal-G-Sensor zum Erfassen des longitudinalen G des Fahrzeugs und/oder einen lateralen G-Sensor zum Erfassen des lateralen G des Fahrzeugs. Mit Hilfe der Erfassungssignale der Longitudinal- und Lateral-G-Sensoren wird die Zufuhr und Abfuhr des Fluids so gesteuert, daß die Fahrzeuglage in einem gewünschten Zustand gehalten wird.

Gemäß der oben beschriebenen Erfindung wird die Fahrzeuglage so gesteuert, daß bezüglich des Fahrzeuggewichts mit hoher Genauigkeit und gutem Ansprechverhalten während der Beschleunigung, der Verzögerung und beim Wenden eine Anpassung vorgenommen wird, so daß die Gebrauchsfunktion der aktiven Radaufhängungen eine Verbesserung erfährt.

Obgleich die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, sei bemerkt, daß diese Ausführungsbeispiele lediglich zur Erläuterung der Erfindung dienen. Es sind zahlreiche verschiedenartige Abänderungen und Modifikationen denkbar, ohne daß dadurch der Schutzumfang der Erfindung verlassen wird.

Claims (6)

1. System zur Steuerung aktiver Radaufhängungen eines Fahrzeugs mit Fluidfedern (1a; 1b; 1c; 1d) für die Räder (W), Vorrichtungen (2a; 2b; 2c; 2d) zum Zuführen und Ablassen von Fluid in die und aus den jeweiligen Fluidfedern unabhängig voneinander, im Fahrzeug vorgesehene Sensoren (14; 15) zum Erfassen von Beschleunigungen des Fahrzeugs und eine auf die Signale der Sensoren (14; 15) ansprechende Steuereinrichtung (3) zum Erzeugen einer Steuergröße für die Zufuhr- und Ablaßvorrichtungen so, daß eine gewünschte Fahrzeuglage aufrechterhalten wird, gekennzeichnet durch Sensoren (29) zum Erfassen einer Größe, die die Reaktionskraft jeder Fluidfeder (1a; 1b; 1c; 1d) darstellt, eine auf die Signale der Sensoren (29) ansprechende Einrichtung (30b) zum Berechnen mittlerer Werte der Aufhängungsreaktionskräfte zur Bestimmung des Beladungszustands und der aktuellen Lastverteilung am Fahrzeug, wenn eine Einrichtung (30a) Geradeausfahrt mit konstanter Fahrgeschwindigkeit feststellt, und eine die mittleren Werte berücksichtigende Korrigiereinrichtung (30c) zum Korrigieren der Steuergröße für jede Radaufhängung zur Anpassung an den Beladungszustand unter Berücksichtigung der aktuellen Lastverteilung.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrigiereinrichtung eine Schaltung (30c) zum Berechnen einer korrigierten Verstärkung ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungssensoren einen Sensor (14) für Beschleunigungen parallel zur Fahrtrichtung und einen Sensor (15) für Beschleunigungen quer zur Fahrtrichtung enthalten und daß die Einrichtung (30a) zum Feststellen des Geradeausfahrtzustands konstanter Geschwindigkeit auf die Steuersignale so anspricht, daß sie, wenn die Signale beide gleich Null sind, den Geradeausfahrtzustand bei konstanter Geschwindigkeit feststellt.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (S) und einen Lenkwinkelsensor (32) enthält, und daß die Einrichtung (30a) zum Feststellen des Geradeausfahrtzustands konstanter Geschwindigkeit auf diese Sensoren (S; 32) so anspricht, daß sie, wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (S) eine konstante Geschwindigkeit feststellt und der Lenkwinkelsensor (32) einen Lenkwinkel von Null feststellt, den Geradeausfahrtzustand konstanter Geschwindigkeit feststellt.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße der Fluidmenge entspricht, die in die Aufhängungen zuzuführen oder aus den Aufhängungen abzulassen ist.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (29) den Innendruck der Fluidfedern (1a; 1b; 1c; 1d) der jeweiligen Aufhängungen als Maß für die Reaktionskraft erfassen.