DE4103188C1 - Regulating vibration damping of semi-active chassis of motor vehicle - operating proportional or quasi proportional suspension valves according to road irregularities and vertical acceleration of undercarriage - Google Patents

Regulating vibration damping of semi-active chassis of motor vehicle - operating proportional or quasi proportional suspension valves according to road irregularities and vertical acceleration of undercarriage

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Abstract

A semi-active suspension method applies damping between the unsprung mass and the sprung mass and adjusts to suit the driving conditions. The acceleration of the sprung mass is measured and compared with a reference acceleration. The latter is derived from the dynamic condition of the vehicle. If the measured acceleration exceeds the programmed level, the damping is increased; if it is less, the basic damping is maintained. The basic damping depends on the vehicle speed, the cornering, tilting etc. The unsprung mass has a limited damping w,r,t, the road depending on the tyre pressure, and type. ADVANTAGE - Simple suspension control; only one sensor required.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Schwingungsdämpfer eines semiaktiven Fahrwerks für Kraftfahrzeuge nach der Gattung des Patentanspruchs 1.The invention relates to a control method the vibration damper of a semi-active chassis for motor vehicles according to the preamble of claim 1.

Der allgemeine Aufbau eines Radfederungssystems läßt sich anhand eines in Fig. 1 dargestellten linearen Zweimassenschwingers erläutern, wobei die ungefederte Masse von Rad und Radaufhängung als Radmasse mR und die anteilige Aufbaumasse des Fahrzeuges als Aufbaumasse ma bezeichnet ist. Zwischen beiden befindet sich ein Dämpfer-Feder-System, bei dem CA die Federkonstante und Ka die Dämpferkonstante des Systems darstellt. Die Federkonstante CR und die Dämpferkonstante KR stellen die Konstanten des radimmanenten Dämpfer-Feder-System dar und hängen im großen Maß von der Radsteifigkeit, dem Reifendruck und der Reifentemperatur ab.The general structure of a wheel suspension system can be explained on the basis of a linear dual-mass oscillator shown in FIG. 1, the unsprung mass of the wheel and wheel suspension being designated as the wheel mass m R and the proportional body mass of the vehicle as the body mass m a . Between the two is a damper-spring system, in which C A represents the spring constant and K a the damper constant of the system. The spring constant C R and the damper constant K R are the constants of the wheel-inherent damper-spring system and depend to a large extent on the wheel rigidity, the tire pressure and the tire temperature.

Von einem solchen Radaufhängungssystem eines Kraftfahrzeuges wird die Lösung zweier sich widersprechender Aufgaben verlangt. Durch die Fortbewegung eines Fahrzeuges auf einer im gewissen Grad unvermeidbar unebenen Straße kommt es über die Räder zu einer Schwingungsanregung. Die resultierenden Fahrzeugschwingungen beeinträchtigen den Fahrkomfort und auch die Sicherheit des Fahrzeuges. Damit hat also das Feder-Dämpfersystem einmal die Aufgabe, das Rad so genau wie möglich an der Fahrbahn entlangzuführen, um die Kraftübertragung vom Rad zum Untergrund auf einem möglichst hohen Niveau zu halten, und andererseits die aus den Straßenunebenheiten resultierenden Achsbewegungen auszugleichen, um den Fahrkomfort für die Insassen zu steigern. From such a suspension system of a motor vehicle the solution to two contradicting tasks is required. By the movement of a vehicle on a certain level inevitably uneven road there is a wheel Vibration excitation. The resulting vehicle vibrations affect the driving comfort and also the safety of the Vehicle. So the spring damper system has one Task of guiding the bike along the road as precisely as possible, to transfer the power from the wheel to the ground to maintain the highest possible level, and on the other hand the to compensate for axis movements resulting from the uneven roads, to increase driving comfort for the occupants.  

Durch eine geregelte Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers können im hohen Maße die auftretenden Schwingungen absorbiert und andererseits die Fahrsicherheit gewährleistet werden.By a controlled damping force of the vibration damper can to a large extent the vibrations that occur absorbed and on the other hand ensures driving safety will.

Ein Verfahren zur Regelung der Dämpfung der Eigenbewegungen der Massen eines solchen linearen Zweimassenschwingers, insbesondere eines Radfederungssystems eines Kraftfahrzeuges mit zwei in Reihe geschalteten Feder-Dämpfer-Systemen, ist in der Offenlegungsschrift DE 37 38 048 A1 beschrieben. Dem Dämpfer-Feder-System zwischen Aufbau und Radmasse ist dabei ein nach dem "Skybook"-Prinzip arbeitender Regelkreis zugeordnet, der die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers proportional zur Summe der separat gewichteten Absolutgeschwindigkeiten der beiden Massen regelt, das heißt, es werden zwei getrennte Dämpfungskraftkomponenten erzeugt, eine erste entsprechend der Aufbaubewegung und eine andere entsprechend der Radbewegung.A method of controlling the damping of the Eigenmovements of the masses of such a linear dual mass oscillator, especially a wheel suspension system a motor vehicle with two spring-damper systems connected in series, is in the published application DE 37 38 048 A1. The damper-spring system A control loop operating according to the "Skybook" principle is assigned between the body and the wheel mass, which is proportional to the damping force of the vibration damper to the sum of the separately weighted absolute speeds regulates the two masses, that is, it two separate damping force components are generated, a first according to the body movement and another according to the wheel movement.

Dazu müssen gemäß dieser Lösung entweder die vertikalen Absolutgeschwindigkeiten der Radmasse und der Aufbaumasse oder in einer weiteren Variante der Relativweg zwischen beiden Massen und die Aufbaubeschleunigung, die im Regelkreis einem Integrationsschritt unterworfen wird, gemessen werden.To do this, according to this Solution either the vertical absolute velocities the wheel mass and the body mass or in one Another variant of the relative path between the two masses and the body acceleration, which is an integration step in the control loop is subjected to be measured.

Dieser hohe Aufwand an Sensoren und entsprechender Auswerteelektronik führt zu einer höheren Störanfälligkeit im System, andererseits hängt die ins Regelsystem einbezogene Dämpfungskonstante des Reifens von der Temperatur und dem Reifendruck ab und stellt damit eine ohne erheblichen Aufwand nicht berechenbare Größe dar.This high expenditure on sensors and corresponding evaluation electronics leads to a higher susceptibility to faults in the system, on the other hand, the one included in the control system depends Damping constant of the tire from the temperature and the Tire pressure off and thus provides one without considerable effort not predictable size.

Damit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren für ein regelbares semiaktives Fahrwerk zu schaffen, welches mit einem geringen Aufwand an Sensoren und Auswerteelektronik eine Stellgröße zur genauen Einstellung der Dämpfungskraft eines Schwingungsdämpfers mit Proportionalventil erzeugt. The invention thus lies based on the task of a control procedure for a controllable to create semi-active chassis, which with a low cost of sensors and evaluation electronics a manipulated variable for the precise setting of the damping force of a vibration damper generated with proportional valve.  

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil der Patentansprüche angegebenen Merkmale gelöst, wobei davon ausgegangen ist, daß die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers proportional der Aufbaubeschleunigung ist.This object is achieved by the specified in the characterizing part of the claims Features solved, it being assumed that the Damping force of the vibration damper proportional to the Acceleration of construction is.

Die gemessene Aufbaubeschleunigung wird mit dem vorgegebenen Beschleunigungswert verglichen, wobei durchaus die Möglichkeit besteht, diesen Wert je nach Fahrzustand in Abhängigkeit des Grund-Dämpfungswertes zu variieren. Der Grund-Dämpfungswert kann bei Bedarf zum Beispiel mittels einer Gewichtskraftmessung und eine daraus abgeleitete Hilfsregelgröße im Stand angepaßt werden. Auch bei der Verwendung einer Niveauregulierung wird der Grund-Dämpfungswert verändert. Zusätzlich besteht die Variante, den Grund-Dämpfungswert über einen Wahlschalter in einem begrenzten Bereich stufenlos zu verstellen.The measured body acceleration with the specified acceleration value compared, with the possibility of this Value depending on the driving condition depending on the Varying the basic damping value. The basic damping value can if necessary, for example, by means of a weight force measurement and an auxiliary control variable derived therefrom can be adapted in the booth. Even with the Using a level control becomes the basic damping value changed. In addition, there is the variant the basic damping value via a selector switch in one limited range can be adjusted continuously.

Die Dimensionierung des Regelkreises in der Art, daß bei einer Stellgröße kleiner als der dem Grund-Dämpfungswert entsprechenden die Dämpfungskraft erhöht wird, erfüllt insbesondere die Forderung, die Dämpfung bei Stromausfall automatisch auf die härteste Kennung zu stellen, um die Fahrsicherheit zu erhöhen.The dimensioning of the control loop in such a way that a manipulated variable smaller than that corresponding to the basic damping value Damping force is increased, particularly fulfills the requirement the damping automatically in the event of a power failure to set the hardest identifier to increase driving safety.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is intended to be explained in more detail by means of exemplary embodiments are explained. The associated drawings show:

Fig. 1 ein lineares Zweimassensystem eines Radfedersystems eines Kraftfahrzeuges, Fig. 1 is a linear two-mass system of a Radfedersystems a motor vehicle,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Radfederung als lineares Zweimassensystem mit erfindungsgemäßer Regelung, Fig. 2 is a block diagram of a wheel suspension as a linear two-mass system with the inventive arrangements,

Fig. 3 einen Verlauf der Aufbaubeschleunigung und der Stellgröße bei der erfindungsgemäßen Beschleunigungsregelung. Fig. 3 shows a course of the body acceleration and the manipulated variable in the acceleration control according to the invention.

Die in Fig. 1 dargestellte passive Federung besteht aus einer Parallelschaltung einer Feder CA und eines Schwingungsdämpfers KA, die zwischen Radmasse mR und anteiliger Aufbaumasse ma angeordnet sind. Das Feder-Dämpfersystem. CR, KR stellt das Ersatzschaltbild für das radimmanente System dar.The passive suspension shown in Fig. 1 consists of a parallel connection of a spring C A and a vibration damper K A , which are arranged between the wheel mass m R and the proportional body mass m a . The spring damper system. C R , K R represents the equivalent circuit diagram for the wheel-inherent system.

Bei der Auslegung festgelegter Kennlinien für eine solche passive Federung ergibt sich immer ein Kompromiß aus Sicherheit und Fahrkomfort. Aus diesem Grund ist eine kontinuierliche Anpassung der Dämpfungskraft an den jeweiligen Fahrzeugzustand wünschenswert.When designing characteristic curves for such passive suspension always results in a compromise between safety and driving comfort. For this reason it is continuous Adaptation of the damping force to the respective vehicle condition desirable.

Dazu wird der zwischen Aufbaumasse ma und Radmasse mR befindliche Schwingungsdämpfer mit einem zum Beispiel aus der DE 38 16 351 bekannten Proportionalventil mit einer in Abhängigkeit eines elektrischen Signals kontinuierlich veränderbaren Dämpfungscharakteristik ausgestattet und wie in Fig. 2 gezeigt mit Hilfe eines Beschleunigungssensor S die Aufbaubeschleunigung gemessen, und deren Absolutbetrag mit einem vorgegebenen Beschleunigungswert w verglichen, wobei dieser je nach Fahrzustand in Abhängigkeit des die "weiche Dämpfung" kennzeichnenden Grund-Dämpfungs-Wertes Io variierbar ist.For this purpose, the vibration damper located between body mass m a and wheel mass m R is equipped with a proportional valve, for example known from DE 38 16 351, with a damping characteristic that can be continuously varied as a function of an electrical signal, and, as shown in FIG. 2, the body acceleration with the aid of an acceleration sensor S. measured, and their absolute value compared with a predetermined acceleration value w, which can be varied depending on the driving condition in dependence on the basic damping value I o characterizing the "soft damping".

Bei einer Ist-Aubaubeschleunigung größer als der vorgegebene Wert erzeugt der Regler GR eine Reglerausgangsgröße Ia zur Erhöhung der Dämpfungskraft, die zum Grund-Dämpfungswert Io addiert wird. Damit bei Stromausfall oder einer anderen Störung gewährleistet ist, daß die Dämpfungskraft auf härteste Kennung gestellt wird, erfolgt die Dimensionierung des Regelkreises vorteilhaft derart, daß bei einer Stellgröße I kleiner als der Grund-Dämpfungswert Io die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers erhöht wird. Erreicht die Aufbaubeschleunigung nicht den angegebenen Beschleunigungswert, gibt der Regler GR eine Reglerausgangsgröße Ia zum Halten des Grund-Dämpfungswertes Io ab, zum Beispiel den Wert Null. Damit wird die Stellgröße I für die Dämpfungskraft nur aus dem Grundwert Io erzeugt.If the actual building acceleration is greater than the specified value, the controller GR generates a controller output variable I a to increase the damping force, which is added to the basic damping value I o . So that it is ensured in the event of a power failure or another malfunction that the damping force is set to the hardest identifier, the dimensioning of the control loop is advantageously carried out in such a way that the damping force of the vibration damper is increased with a manipulated variable I less than the basic damping value I o . If the body acceleration does not reach the specified acceleration value, the controller GR outputs a controller output variable I a to hold the basic damping value I o , for example the value zero. The manipulated variable I for the damping force is thus only generated from the basic value I o .

Auf ein solches Radfederungssystem wirkt eine Vielzahl von weiteren Einflußgrößen, zum Beispiel die Fahrgeschwindigkeit, die Seitenneigung des Fahrzeuges, Bremsnicken oder auch eine Niveauregulierung. Diese Einflußgrößen können als Hilfsregelgrößen, zum Beispiel über eine Entscheidungstabelle dem Regelkreis zugeführt werden.A large number of act on such a wheel suspension system other influencing variables, for example the driving speed, the side tilt of the vehicle, brake pitch or even one Level control. These influencing variables can be used as auxiliary control variables, for example via a decision table Control loop are fed.

Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung den Verlauf der Aufbaubeschleunigung aa bei einer mit einem Rechteckgenerator simulierten Straßenerregung xE unter Wirkung der Stellgröße I. Es wird deutlich, daß beim Überschreiten des eingestellten Aufbaubeschleunigungswertes w die Stellgröße proporitonal der Reglerausgangsgröße Ia verkleinert wird. Die so erreichte Dämpfungserhöhung läßt eine auftretende Schwingung nach einer großen Bodenwelle schneller abklingen und garantiert damit eine hohe Fahrsicherheit. Bei kleinen Aufbaubeschleunigungen wirken nur geringe Dämpferkräfte, die einen guten Fahrkomfort gewährleisten. Fig. 3 is to illustrate the profile of the body acceleration a a in a simulated with a square-wave generator road excitation x E under the action of the manipulated variable I. It is clear that, when exceeding the set body acceleration value, the manipulated variable w proporitonal the controller output variable I a is decreased. The increase in damping achieved in this way means that any vibration that occurs after a large bump subsides more quickly and thus guarantees a high level of driving safety. At low body accelerations, only low damping forces act, which ensure good driving comfort.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regelung der Schwingungsdämpfer eines semiaktiven Fahrwerks für Kraftfahrzeuge, welche zur Einstellung der Dämpfungskraft mit Proportionalventilen ausgerüstet sind, mit folgenden Merkmalen:
  • - Vorgabe eines einstellbaren, die "weiche Dämpfung" kennzeichnenden Grund-Dämpfungswertes (Io)
  • - Messung der Aufbaubeschleunigung (aa) mit einem Beschleunigungssensor (S)
  • - Vergleich der gemessenen Aufbaubeschleunigung (aa) mit einem vorgegebenen Sollwert der Aufbaubeschleunigung (w), wobei der Regler (GR) bei einer Differenz w- | aa |<0 eine Reglerausgangsgröße (Ia) zur proportionalen Erhöhung der Dämpfungskraft und bei w- | aa |<0 eine Reglerausgangsgröße (Ia) zum Halten des Grund-Dämpfungswertes (Io) erzeugt
  • - Bildung der Stellgröße (I) zur Einstellung der Dämpfungskraft aus der Reglerausgangsgröße (Io) und dem vorgegebenen, die "weiche Dämpfung" kennzeichnenden Dämpfungswert (Io).
1. Method for regulating the vibration dampers of a semi-active chassis for motor vehicles which are equipped with proportional valves for setting the damping force, with the following features:
  • - Specification of an adjustable basic damping value (I o ) which characterizes the "soft damping"
  • - Measurement of the body acceleration (a a ) with an acceleration sensor (S)
  • - Comparison of the measured body acceleration (a a ) with a predetermined target value of the body acceleration (w), the controller (GR) at a difference w- | a a | <0 a controller output variable (I a ) for a proportional increase in the damping force and at w- | a a | <0 generates a controller output variable (I a ) for holding the basic damping value (I o )
  • - formation of the control variable (I) for the damping force setting from the controller output variable (I o) and the predetermined, the "soft damping" characteristic attenuation value (I o).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (GR) bei einer Differenz w- | aa |<0 eine Reglerausgangsgröße (Ia) kleiner Null und bei w- | aa |<0 eine Reglerausgangsgröße gleich Null erzeugt, so daß bei einer Stellgröße (I) kleiner als der Grund-Dämpfungswert [Io) die Dämpfungskraft erhöht wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the controller (GR) at a difference w- | a a | <0 a controller output variable (I a ) less than zero and at w- | a a | <0 generates a controller output variable equal to zero, so that with a manipulated variable (I) smaller than the basic damping value [I o ) the damping force is increased. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Stellgröße (I) aus der Reglerausgangsgröße (Ia), dem vorgegebenen, die "weiche" Dämpfung kennzeichnenden Dämpfungswert (Io) und einer oder mehreren Hilfsregelgrößen (IH) erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the formation of the manipulated variable (I) from the controller output variable (I a ), the predetermined, the "soft" damping characteristic damping value (I o ) and one or more auxiliary control variables (I H ) he follows. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund-Dämpfungswert (Io) in einem definierten Bereich einstellbar ist.4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the basic damping value (I o ) is adjustable in a defined range. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrgeschwindigkeit, die Wankbewegung des Fahrzeuges, das Bremsnicken und/oder die Niveauregulierung als Hilfsregelgrößen (IH) in den Regelkreis eingehen.5. The method according to claim 3, characterized in that the driving speed, the rolling motion of the vehicle, the brake pitch and / or the level control as auxiliary control variables (I H ) go into the control loop. 6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsregelgrößen (IH) über eine Entscheidungstabelle dem Regelkreis zugeführt werden.6. The method according to claim 3 or 5, characterized in that the auxiliary control variables (I H ) are fed to the control loop via a decision table. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund-Dämpfungswert (Io) mittels einer Gewichtskraftmessung im Stand eingestellt wird.7. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the basic damping value (I o ) is set by means of a weight force measurement in the state. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grund-Dämpfungswert (Io) mittels eines Wahlschalters und/oder einer Niveauregulierung eingestellt wird.8. The method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the basic damping value (I o ) is set by means of a selector switch and / or a level control.
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