DE4116118A1 - System zur erzeugung von signalen zur steuerung oder regelung eines steuerbaren oder regelbaren fahrwerkes - Google Patents
System zur erzeugung von signalen zur steuerung oder regelung eines steuerbaren oder regelbaren fahrwerkesInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem System nach Gattung des Hauptan
spruches.
Zur Verbesserung des Fahrkomforts von Personen- und/oder Nutzkraft
wagen ist die Ausgestaltung des Fahrwerkes von wesentlicher Be
deutung. Hierzu sind leistungsfähige Federungs- und/oder Dämpfungssysteme
als Bestandteile eines Fahrwerkes nötig.
Bei den bisher noch überwiegend benutzten passiven Fahrwerken sind
die Federungs- und/oder Dämpfungssysteme, je nach prognostiziertem
Gebrauch des Fahrzeuges, beim Einbau entweder tendenziell hart
("sportlich") oder tendenziell weich ("komfortabel") ausgelegt. Eine
Einflußnahme auf die Fahrwerkcharakteristik ist während des Fahrbe
triebes bei diesen Systemen nicht möglich.
Bei aktiven Fahrwerken hingegen kann die Charakteristik der
Federungs- und/oder Dämpfungssysteme während des Fahrbetriebes je
nach Fahrzustand im Sinne einer Steuerung oder Regelung beeinflußt
werden.
Zur Steuerung oder Regelung eines solchen aktiven Fahrwerkes ist
zunächst einmal das System-Fahrzeuginsassen/Ladung-Fahrzeug-Fahr
bahn - zu betrachten. Als Beeinträchtigungen des Fahrkomforts werden
von den Fahrzeuginsassen bzw. einer stoßempfindlichen Ladung die
Bewegungen des Fahrzeugaufbaus empfunden. Als Ursachen dieser
Bewegungen des Aufbaus sind zum einen Anregungen durch Fahrbahnun
ebenheiten und zum anderen Veränderungen des Fahrzustandes wie
Lenken, Bremsen und Beschleunigen zu nennen.
Durch eine Minimierung der Aufbaubewegungen des Fahrzeuges gelangt
man zu einem hohen Fahrkomfort. Um den Aufbaubewegungen durch ein
aktives Federungs- und/oder Dämpfungssystem verringernd entgegenzu
wirken, wird in der US-PS 38 07 678 ein System zur Fahrwerkregelung
beschrieben, bei dem der Fahrzeugaufbau gegenüber den Anregungen
durch die Unebenheiten der Fahrbahn isoliert wird. Hierzu sind Auf
hängungssysteme zwischen dem Aufbau und den Rädern eines Fahrzeuges
derart angebracht, daß zwischen dem Aufbau und den Rädern eine Kraft
aufgebracht werden kann. Diese Kraft wird durch Vergleiche von
sensierten Relativbewegungen zwischen Aufbau und Rädern mit sen
sierten Aufbaubewegungen bestimmt. Ein solches System zur Mini
mierung der Aufbaubewegungen wird allgemein als "Skyhook-Regelung"
bezeichnet.
Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, daß die Minimierung der
Aufbaubewegungen für jedes System, bestehend aus einer Radeinheit
und dem anteiligen Fahrzeugaufbau und der zwischen Radeinheit und
dem Aufbau angebrachten Aufhängung, separat durchgeführt wird. Diese
"lokale" Version der Skyhook-Regelung berücksichtigt also nicht die
kollektiven Aufbaubewegungen, wie Hub-, Wank- und Nickbewegungen des
Aufbaus. Solche kollektiven Aufbaubewegungen sind beispielsweise
Folgen von Lenk-, Brems- und Beschleunigungsmanövern.
Aufgabe des vorliegenden erfindungsgemäßen Systems ist es, im Rahmen
einer Beeinflussung der Aufbaubewegungen die einzelnen kollektiven
Aufbaubewegungen, wie Hub-, Wank- und Nickbewegungen, gezielt beein
flussen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
Gegenüber dem Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung den
Vorteil, daß die kollektiven Aufbaubewegungen, wie Hub-, Nick- und
Wankbewegungen getrennt voneinander einstellbar sind.
Erfindungsgemäß werden Signale ermittelt, die Aufbaubewegungen des
Fahrzeuges an ausgewählten Stellen des Aufbaus repräsentieren. Aus
gehend von diesen Signalen wird auf kollektive Aufbaubewegungen, wie
Hub-, Wank- und Nickbewegungen, geschlossen. Hierdurch können diese
kollektiven Aufbaubewegungen unterschiedlich gewichtet werden. Diese
Wichtungen können beispielsweise unter Berücksichtigung des Fahrzu
standes des Fahrzeuges, wie Bremsen, Beschleunigen und Lenken, ge
tätigt werden.
Ausgehend von diesen unterschiedlich gewichteten kollektiven Aufbau
bewegungen wird erfindungsgemäß auf Bewegungen des Aufbaus an den
Stellen geschlossen wird, an denen die Radaufhängungssysteme am
Aufbau angreifen.
Weiterhin werden Signale ermittelt, die die relativen Bewegungen
zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges repräsentieren.
Durch Vergleiche der Aufbaubewegungen an den Stellen, an denen die
Radaufhängungssysteme am Aufbau angreifen, mit den zugehörigen
Relativbewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau werden
Ansteuerungssignale für das jeweilige Aufhängungssystem derart
gebildet, daß die Aufbaubewegungen getrennt voneinander im Sinne
einer Verminderung beeinflußt werden können.
Um die Bewegungen des Aufbaus zu beeinflussen, sind zwischen jeweils
einer Radeinheit und dem Aufbau Aufhängungssysteme angebracht, die
die Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Fahrzeugaufbau
beeinflussen können. Die Aufhängungssysteme können beispielsweise
aus Federungs- und/oder Dämpfungssysteme bestehen. Zur Steuerung
oder Regelung des Fahrwerkes sind die Federungs- und/oder Dämpfungssysteme
derart verstellbar ausgelegt, daß die Federungs- und/oder
Dämpfungseigenschaften der verstellbaren Federungs- und/oder
Dämpfungssysteme wenigstens zweistufig verstellbar sind, das heißt
die zu steuernden/regelnden Federungs- und/oder Dämpfungssysteme
wenigstens zwei Federungs- und/oder Dämpfungscharakteristika auf
weisen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran
sprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen darge
stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein räumliches Fahrzeugmodell, während die Fig.
2, 3 und 4 die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Systems
im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels darstellen.
In diesem Ausführungsbeispiel soll anhand eines Blockschaltbildes
das erfindungsgemäße System zur Steuerung oder Regelung eines Fahr
werkes aufgezeigt werden. Das Fahrzeug besitzt in diesem Aus
führungsbeispiel vier Radeinheiten und zwei Achsen.
Fig. 1 zeigt ein einfaches, räumliches Modell eines längssymme
trischen, vierrädrigen und zweiachsigen Fahrzeuges. Im folgenden
wird mit dem Index i die zugehörige Achse bezeichnet, das heißt, daß
mit dem Index i=h die zur hinteren Achse gehörende Eigenschaften und
mit dem Index i=v die zur vordere Achse gehörende Eigenschaften
beschreiben sind. Position 30 stellt Federungs- und Dämpfungssysteme
dar, die jeweils aus einer Feder mit der Federkonstanten Ci und
einem parallel angeordneten Dämpfer mit der Dämpfungskonstanten di
bestehen. Die Räder sind mit Position 31 bezeichnet und werden
modellhaft jeweils durch die hintereinander angeordneten Körper mit
den Massen Mri und die die Reifensteifigkeit repräsentierende Feder
mit der Federkonstanten Cri beschrieben. Die Fahrbahn ist mit
Position 33 und die Karosserie mit der Masse Mk mit Position 32
markiert. Der Schwerpunkt S des Fahrzeugaufbaus befindet sich im
Abstand a von der Vorderachse und im Abstand c von der Hinterachse.
b kennzeichnet die halbe Spurweite.
Fig. 2 zeigt im Rahmen diese Ausführungsbeispiels die wesentlichen
Elemente des Systems. Mit der Position 11 sind 1. Mittel zur Er
mittelung der Aufbaubewegungen und mit der Position 12 sind in
gestrichelter Umrandung 2. Mittel zur Ermittelung der kollektiven
Aufbaubewegungen mit Verknüpfungseinheiten 121, 122 und 123 be
zeichnet. Position 13 stellt in gestrichelter Umrandung 3. Mittel zur
Gewichtung dar, wobei mit den Positionen 131, 132 und 133 multipli
kative und/oder additive Verknüpfungen beschrieben werden. Die
Positionen 14 und 15 stellen 4. Mittel zur Verknüpfung und 5. Mittel
zur Datenbewertung und Umschaltung der Dämpfungs- und/oder
Federungscharakteristik dar, wobei mit der Position 14 in ge
strichelter Umrandung eine Kombination von Verknüpfungseinheiten
141, 142, 143 und 144 und mit der Position 5 in gestrichelter Um
randung eine Kombination von logischen Einheiten 151 zu sehen ist.
Die Positionen 16 und 17 markieren 6. Mittel zur Ermittelung der
Fahrzeugquer- und Fahrzeuglängsbeschleunigung. Mit den Positionen
(18ÿ) sind 8. Mittel zur Ermittelung der Einfederbewegungen gekenn
zeichnet.
Fig. 3 zeigt die Funktionsweise der logischen Einheiten 151, wobei
mit der Position 1511 eine Datenbereitstellung, mit 1512 und 1513
Wertevergleiche und mit 1514 und 1515 Mittel zur Umschaltung der
Dämpfungscharakteristik bezeichnet sind. Der Datenbereitstellung
1511 werden Sollwerte und/oder die in den 8. Mitteln (18ÿ) er
mittelten Signale, die die Einfederbewegungen repräsentieren,
und/oder Signale der Mittel 16 und 17 und/oder Größen, die den
Fahrzustand repräsentieren oder beeinflussen wie beispielsweise die
Fahrgeschwindigkeit und/oder die Umgebungstemperatur, zugeführt.
Fig. 4 zeigt mit der Position 41 9. Mittel zur Fehlererkennung, denen
die Signale der 1. Mittel (11) zur Ermittelung der Aufbaubewegungen
zugeführt werden. Mit den Positionen 42 und 43 sind 10. Mittel zur
Datenbewertung und 11. Mittel zur Fehleranzeige markiert.
Im folgenden wird die Funktionsweise des in diesem Ausführungsbei
spiel beschriebenen Systems zur Erzeugung von Signalen zur Steuerung
oder Regelung eines aktiven Fahrwerkes anhand der Fig. 1, 2, 3 und 4
erläutert.
In den 1. Mitteln (11) werden 1. Signale (Vi) ermittelt, die mittelbar
oder unmittelbar die Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus in
vertikaler Richtung an ausgewählten Stellen (Pi) des Aufbaus
repräsentieren. Die 1. Signale (Vi) können beispielsweise durch
Integration von Beschleunigungssensorsignalen erlangt werden, wobei
die Beschleunigungssensoren an den Stellen (Pi) am Aufbau derart
befestigt sind, daß sie die vertikalen Beschleunigungen des Aufbaus
erfassen. Auf die Bedingungen zur Wahl der Punkte (Pi) wird im Laufe
dieser Beschreibung noch näher eingegangen.
Die 1. Signale (Vi) werden nun den 2. Mitteln (12) zugeführt, wo diese
miteinander verknüpft werden. Diese Verknüpfung geschieht in den
Einheiten 121, 122 und 123.
Diese wie auch alle anderen Verknüpfungseinheiten des Systems können
elektronisch digital, oder elektronisch analog, durch Nachbildung
einer die Verknüpfungseigenschaften repräsentierenden Matrix mit
elektronischen Bauelementen realisiert werden.
Die lineare Verknüpfungen der 1. Signale (Vi) untereinander in den
2. Mitteln (12) läßt sich mathematisch in Matrixschreibweise darzu
stellen. Hierzu sind zwei Fälle zu unterscheiden:
Durch die 1. Signale (V1, V2, V3) werden die vertikalen Geschwindig
keiten des Fahrzeugaufbaus in vertikaler Richtung an drei ausge
wählten Stellen (P1, P2, P3) des Aufbaus repräsentiert. In diesem
Fall ergibt sich die Verknüpfung in den 2. Mitteln (12) durch
folgende Übertragungsmatrix
wobei
- det A = (y2-y3)*x1 + (y3-y1)*x2 + (y1-y2)*x3 ist und
- xi und yi die Koordinaten des Punktes (Pi) bezüglich eines aufbaufesten Koordinatensystems mit dem Schwerpunkt der Karosserie als Nullpunkt sind, wobei der Index i=1, 2, 3 ist und der Fahrzeugaufbau modellhaft zweidimensional angenommen wird, und
- die Koordinaten (xi, yi) der Punkte (Pi) derart gewählt werden, daß (det A) nicht Null ist.
- xi und yi die Koordinaten des Punktes (Pi) bezüglich eines aufbaufesten Koordinatensystems mit dem Schwerpunkt der Karosserie als Nullpunkt sind, wobei der Index i=1, 2, 3 ist und der Fahrzeugaufbau modellhaft zweidimensional angenommen wird, und
- die Koordinaten (xi, yi) der Punkte (Pi) derart gewählt werden, daß (det A) nicht Null ist.
In den 2. Mitteln (12) werden also die 1. Signale (V1, V2, V3) wie
folgt beschrieben linear kombiniert.
Die Verknüpfungen untereinander ergeben sich mathematisch formal
durch Matrixmultiplikation des dreikomponentigen Vektors (V1, V2,
V3) mit der das Übertragungsverhalten charakterisierenden Matrix
(1). Die einzelnen Einheiten 121, 122 und 123 können beispielsweise
gemäß der Vektor-Matrixmultiplikationsvorschrift als Multiplika
tions- und Additionseinheiten wie folgt ausgelegt sein.
Einheit 121:
1/(det A) * (V1*(x2*y3-x3*y2)+V2*(x3*y1-x1*y3)+V3*(x1*y2-x2*y1))
1/(det A) * (V1*(x2*y3-x3*y2)+V2*(x3*y1-x1*y3)+V3*(x1*y2-x2*y1))
Einheit 122:
1/(det A) * (-V1*(x2-x3)-V2*(x3-x1)-V3*(x1-x2))
1/(det A) * (-V1*(x2-x3)-V2*(x3-x1)-V3*(x1-x2))
Einheit 123:
1/(det A) * (-V1*(y2-y3)-V2*(y3-y1)-V3*(y1-y2))
1/(det A) * (-V1*(y2-y3)-V2*(y3-y1)-V3*(y1-y2))
Durch die 1. Signale (V1, V2, V3, V4) werden die vertikalen Ge
schwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus in vertikaler Richtung an vier
ausgewählten Stellen (P1, P2, P3, P4) des Aufbaus repräsentiert. In
diesem Fall ergibt sich die Verknüpfung in den 2. Mitteln (12) durch
folgende Übertragungsmatrix
wobei
- B11 = B12 = -x3/(x1-x3) und
- B13 = B14 = x1/(x1-x3) und
- B21 = -B22 = y1/(y1²+y3²) und
- B23 = -B24 = y3/(y1²+y3²) und
- B31 = B32 = -1/(x1-x3) und
- B33 = B34 = 1/(x1-x3) ist und
- xi und yi die Koordinaten des Punktes (Pi) bezüglich eines aufbaufesten Koordinatensystems mit dem Schwerpunkt der Karosserie als Nullpunkt sind, wobei der Index i=1, 2, 3, 4 ist und der Fahrzeugaufbau modellhaft zweidimensional angenommen wird, und
- die Koordinaten (xi, yi) der Punkte (Pi) derart gewählt werden, daß x3 nicht gleich x1, y1²+y3² < 0, x2=x1, y2=-y1, x4=x3 und y4=-y3 ist.
- B13 = B14 = x1/(x1-x3) und
- B21 = -B22 = y1/(y1²+y3²) und
- B23 = -B24 = y3/(y1²+y3²) und
- B31 = B32 = -1/(x1-x3) und
- B33 = B34 = 1/(x1-x3) ist und
- xi und yi die Koordinaten des Punktes (Pi) bezüglich eines aufbaufesten Koordinatensystems mit dem Schwerpunkt der Karosserie als Nullpunkt sind, wobei der Index i=1, 2, 3, 4 ist und der Fahrzeugaufbau modellhaft zweidimensional angenommen wird, und
- die Koordinaten (xi, yi) der Punkte (Pi) derart gewählt werden, daß x3 nicht gleich x1, y1²+y3² < 0, x2=x1, y2=-y1, x4=x3 und y4=-y3 ist.
In den 2. Mitteln (12) werden also die 1. Signale (V1, V2, V3, V4) wie
folgt beschrieben linear kombiniert.
Die Verknüpfungen untereinander ergeben sich mathematisch formal
durch Matrixmultiplikation des vierkomponentigen Vektors (V1, V2,
V3, V4) mit der das Übertragungsverhalten charakterisierenden Matrix
(2). Die einzelnen Einheiten 121, 122 und 123 können in diesem Fall
beispielsweise gemäß der Vektor-Matrixmultiplikationsvorschrift als
Multiplikations- und Additionseinheiten wie folgt ausgelegt sein.
Einheit 121: 1/2 * (V1*B11 + V2*B12 + V3*B13 + V4*B14)
Einheit 122: 1/2 * (V1*B21 + V2*B22 + V3*B23 + V4*B24)
Einheit 123: 1/2 * (V1*B31 + V2*B32 + V3*B33 + V4*B34),
wobei die Größen Bÿ wie oben beschrieben definiert sind.
Die in beiden Fällen ausgangsseitig der 2. Mitteln (12) bzw. aus
gangsseitig der Filtereinheiten (121, 122, 123) anliegenden Ver
knüpfungsergebnisse (z′, alpha′ und beta′) repräsentieren die
kollektiven Aufbaubewegungen, wie Hub-, Wank- und Nickgeschwindig
keiten. Hierbei sind mit alpha bzw. beta die Verdrehungen des Fahr
zeugaufbaus um seine Wank- bzw. Nickachse und mit z die Vertikalver
schiebung des Karosserieschwerpunkts bezeichnet, alpha′, beta′ und
z′ sind die jeweiligen ersten zeitlichen Ableitungen der Größen
alpha, beta und z.
Die 3. Signale (z′, alpha′, beta′), die die Hub-, Wank- und Nickge
schwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus repräsentieren, werden in den
3. Mitteln (13) durch die Verknüpfungen 131, 132 und 133 gewichtet.
Dies geschieht beispielsweise durch Multiplikationen der 3. Signale
(z′, alpha′, beta′) mit Größen gh, gw und gn und kann getrennt von
einander erfolgen. Darüber hinaus kann die Gewichtung der Aufbaube
wegungen auch additiv erfolgen.
Es ist vorteilhaft, die Gewichtung der 3. Signale (z′, alpha′, beta′)
in den 3. Mitteln (13) abhängig von der Fahrdynamik, wie
Längs- und/oder Querbewegungen des Fahrzeuges, und/oder der Um
gebungstemperatur zu tätigen. Unter der Fahrdynamik ist hier insbe
sondere die Fahrzeugquer- und/oder die Fahrzeuglängsbeschleunigung
und/oder die Fahrgeschwindigkeit zu verstehen. Die Erfassung der
Fahrdynamik kann beispielsweise in 6. Mittel (16, 17) wie folgt
beschrieben erfolgen:
- - Die Querbewegungen des Fahrzeuges können aus Signalen eines Lenk winkelsensors ermittelt werden, wobei diese Signale auch zu einer Servolenkungssteuerung oder -regelung herangezogen werden.
- - Die Längsbewegungen des Fahrzeuges können aus Signalen von Rad drehzahlsensoren, die beispielsweise auch zu einem Anti-Blockier-System verwendet werden, ermittelt werden.
- - Die Längs- und/oder Querbewegungen des Fahrzeuges können aus Signalen von entsprechend positionierten Beschleunigungssensoren ermittelt werden.
- - Die Fahrzeuglängsbewegungen können durch die Stellung des vom Fahrer betätigten Fahrpedals und/oder Bremspedals ermittelt werden.
Zusammenfassend ist zu den Beeinflussungen in den 3. Mitteln (13) zu
sagen, daß hier eine gezielte Beeinflussung der kollektiven Aufbau
bewegungen möglich ist, um beispielsweise eine bestimmte Bewegung
besonders in der anschließenden Datenauswertung und Umschaltung der
Dämpfungscharakteristik hervorzuheben bzw. zu dämpfen. So wird man
vorteilhafterweise die Gewichtung beispielsweise abhängig von Lenk-,
Brems- und Beschleunigungsmanöver des Fahrzeuges wählen, um die
hierdurch entstehenden Wank- und Nickbewegungen des Fahrzeugaufbaus
rasch abklingen zu lassen.
Bei einer einfach ausgelegten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Systems können die 3. Mittel (13) umgangen werden. Allerdings ist
dann die gezielte Beeinflussung der verschiedenen Aufbaubewegungen
nicht möglich.
Im Falle eines vierrädrigen, zweiachsigen Fahrzeuges, bei dem
zwischen jedem Rad und dem Aufbau des Federungs- und/oder Dämpfungs
systeme angeordnet sind, werden die ausgangsseitig der 3. Mitteln
(13) anliegenden gewichteten Verknüpfungsergebnisse (ghz′, gwalpha′,
gnbeta′) oder die, unter Umgehung der 3. Mittel (13), ausgangsseitig
der 2. Mittel (12) anliegenden unbeeinflußten Verknüpfungsergebnisse
(z′, alpha′, beta′) in 4. Mitteln (14) untereinander verknüpft. Die
4. Mitteln (14) lassen sich in ihrem Übertragungsverhalten in Matrix
schreibweise wie folgt charakterisieren.
wobei
- a1 der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie
und der Vorderachse,
- a2 der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und der Hinterachse,
- 2*b1 der Abstand der Dämpferanlenkpunkte an der Karosserie über der Vorderachse und
- 2*b2 der Abstand der Dämpferanlenkpunkte an der Karosserie über der Hinterachse ist.
- a2 der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und der Hinterachse,
- 2*b1 der Abstand der Dämpferanlenkpunkte an der Karosserie über der Vorderachse und
- 2*b2 der Abstand der Dämpferanlenkpunkte an der Karosserie über der Hinterachse ist.
In den 4. Mitteln (14) werden also die gewichteten Verknüpfungsergebnisse
(ghz′, gwalpha′, gnbeta′) oder die
ungewichteten 3. Signale (z′, alpha′, beta′) wie folgt beschrieben
linear kombiniert. Hierbei sei nur der Fall explizit ausgeführt, bei
dem die gewichteten Verknüpfungsergebnisse (ghz′, gwalpha′, gnbeta′)
in den 4. Mitteln (14) verarbeitet werden. Die Verarbeitung der un
gewichteten 3. Signale (z′, alpha′, beta′) geschieht analog hierzu.
Die Verknüpfungen untereinander ergeben sich mathematisch normal
durch Matrixmultiplikation des dreikomponentigen Vektors (ghz′,
gwalpha′, gnbeta′) mit der das Übertragungsverhalten charakteri
sierenden Matrix (3). Die einzelnen Einheiten 141, 142, 143 und 144
können in diesem Fall beispielsweise gemäß der Vektor-Matrixmulti
plikationsvorschrift als Multiplikations- und Additionseinheiten wie
folgt ausgelegt sein.
Einheit 141: ghz′ + (ghalpha′*b1) - (ghbeta′*a1)
Einheit 142: ghz′ - (ghalpha′*b1) - (ghbeta′*a1)
Einheit 143: ghz′ + (ghalpha′*b2) + (ghbeta′*a2)
Einheit 144: ghz′ - (ghalpha′*b2) + (ghbeta′*a2)
wobei die Größen a1, a2, b1, b2 wie oben beschrieben definiert sind.
Als Ergebnisse der Verknüpfungen liegen ausgangsseitig der 4. Mitteln
(14) die Verknüpfungsergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl, Vaghr) an, die
gewichteten Aufbaubewegungen in vertikaler Richtung an den Stellen
repräsentieren, an denen die Radaufhängungssysteme am Aufbau an
greifen.
Die so erhaltenen Verknüpfungsergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl,
Vaghr) werden den 5. Mitteln (15) zugeführt. Hier werden die Vor
zeichen und Beträge der Verknüpfungsergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl,
Vaghr) analysiert und Verstellungen des jeweiligen verstellbaren
Dämpfungssystems je nach Vorzeichen und Größe des Betrages vorge
nommen.
Dies geschieht separat für jedes Radaufhängungssystem in den
logischen Einheiten 151, deren Funktionsweise in der Fig. 3 darge
stellt ist.
Durch die Datenbereitstellung 1511 werden Sollwerte Sÿ und/oder die
Signale (Xarÿ) der 8. Mittel (18ÿ) und/oder Signale der 6. Mittel
(16, 17) und/oder Größen, die den Fahrzustand repräsentieren oder
beeinflussen wie beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit und/oder die
Umgebungstemperatur, eingelesen. Der Index i steht jeweils für die
Position vorne bzw. hinten am Fahrzeug und der Index j steht jeweils
für die Position rechts oder links am Fahrzeug.
In den 8. Mitteln (18ÿ) werden die relativen Bewegungen zwischen den
Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges ermittelt. Hierzu werden
mittelbar oder unmittelbar 2. Signale (Xarhl′, Xarhr′, Xarvl′,
Xarvr′) erfaßt, die die Einfedergeschwindigkeiten zwischen den Rad
einheiten und dem Aufbau repräsentieren. Dies kann mittels Erfassung
der Einfedergeschwindigkeiten durch entsprechende Sensoren und/oder
mittels Erfassung der Einfederwege und anschließender Differen
zierungen geschehen.
Die Verknüpfungsergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl, Vaghr) werden im
Wertevergleich (1512) mit jeweils einem Sollwert Sÿ verglichen.
Dieser Sollwert kann einen konstanten Wert für das jeweilige
Dämpfungssystems einnehmen und/oder abhängig von Größen sein, die
den Fahrzustand repräsentieren oder beeinflussen, wie beispielsweise
Querbewegungen, Längsbewegungen, die Fahrgeschwindigkeit und/oder
die Umgebungstemperatur.
Ist der Betrag |Vagÿ| der Verknüpfungsergebnisse kleiner als der
zugehörige Sollwert Sÿ, so liegt ausgangsseitig des Wertevergleiches
(1511) das Signal N an. In diesem Falle wird keine Umschaltung
der Dämpfungscharakteristik getätigt.
Ist der Betrag |Vagÿ| der Verknüpfungsergebnisse größer als der
zugehörige Sollwert Sÿ, so liegt ausgangsseitig des Wertevergleiches
(1512) das Signal Y an. In diesem Falle wird in der Einheit
(1513) das Vorzeichen des Produktes Vagÿ*Xarÿ′ analysiert.
Ist dies Produkt Vagÿ*Xarÿ′ größer als Null, so liegt am Ausgang
der Einheit (1513) das Signal Y an, ist es kleiner als Null, liegt
das Signal N an.
Das Signal Y am Ausgang der Einheit (1513) wird den 1. Mitteln (1515)
zur Umschaltung der Dämpfungscharakteristik zugeführt, wo eine Um
schaltung auf eine härtere Dämpfungscharakteristik des jeweiligen
Dämpfungssystems vorgenommen wird.
Das Signal N am Ausgang der Einheit (1513) wird den 2. Mitteln (1515)
zur Umschaltung der Dämpfungscharakteristik zugeführt, wo eine
Umschaltung auf eine weichere Dämpfungscharakteristik des jeweiligen
Dämpfungssystems vorgenommen wird.
Eine Weiterbildung der oben als Ausführungsbeispiel beschriebenen
Anordnung der Einheiten (1512) zur Datenbewertung und Umschaltung
der Dämpfungscharakteristik kann darin bestehen, die Beträge der
Verknüpfungsergebnisse (Vagÿ) mit mehreren zugehörigen Sollwerten
S1ÿ, S2ÿ, S3ÿ . . . zu vergleichen. Dies kann vorteilhaft in
mehreren Wertevergleichen 1512/1, 1512/2, 1512/3 . . . geschehen. Ab
hängig von dem so erhaltenen detaillierteren Betragswert von |Vagÿ|
können so bestimmte Dämpfungscharakteristiken des jeweiligen
Dämpfungssystems eingestellt werden, während bei der als Aus
führungsbeispiel beschriebenen Anordnung (Fig. 3) nur die nächst
härtere bzw. weichere Stufe angesteuert wird.
Eine besonders einfache Ausführung des erfindungsgemäßen Systems ist
die zweistufige Auslegung der Dämpfungssysteme, wobei eine harte und
eine weiche Fahrwerkcharakteristik vorliegt. In diesem Falle werden
in den Mitteln zur Umschaltung der Dämpfungscharakteristik 1514 bzw.
1515 die Stufen "Hart" bzw. "Weich" eingestellt.
Werden in den 1. Mitteln (11) die 1. Signale (Vk, mit k=1 bis 4)
ermittelt, die die Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus in
vertikaler Richtung an vier ausgewählten Stellen (P1, P2, P3, P4)
des Aufbaus repräsentieren, so gelangt man wie folgt beschrieben zu
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Systems.
Durch die Erfassung der vertikalen Aufbaugeschwindigkeiten an vier
Punkten liegt bezüglich der Bestimmung der drei kollektiven Aufbau
bewegungen, Hub-, Nick- und Wankbewegung, eine Überbestimmung vor.
Dies kann zur Fehlererkennung der Sensorik und/oder der Signalver
arbeitung des erfindungsgemäßen Systems benutzt werden.
Hierzu werden, wie in der Fig. 4 dargestellt, die 1. Signale (Vk, mit
k=1 bis 4) 9. Mitteln (41) zugeführt. Diese 9. Mittel (41) verknüpfen
die 1. Signale (Vk, mit k=1 bis 4) mit den Koordinaten der Punkte
(Pi), an denen die Aufbaubewegungen ermittelt werden. Diese Ver
knüpfung geschieht nach folgender mathematischer Vorschrift:
wobei die Elemente rik durch die Matrix R
gegeben sind und yi die Koordinaten des Punktes (Pi) in Fahrzeug
querrichtung bezüglich eines aufbaufesten Koordinatensystems mit dem
Schwerpunkt der Karosserie als Nullpunkt darstellen, wobei der Index
i=1, 2, 3, 4, y2=-y1 und y4=-y3 ist und der Fahrzeugaufbau modellhaft
zweidimensional angenommen wird.
Das Ausgangssignal (r) der 9. Mitteln (41) wird nun in der Ver
gleichseinheit (42) mit vorgegebenen Schranken (Abstimmungspara
meter) verglichen. Überschreitet der Wert (r) diese Schranke, so
wird ein Fehlersignal (F) zur Anzeige gebracht.
Claims (9)
1. System zur Erzeugung von Signalen zur Steuerung oder Regelung
eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahr
werkes eines Personen- und/oder Nutzkraftwagens mit einem Fahrzeug
aufbau, wenigstens zwei Radeinheiten und Aufhängungssystemen
zwischen Fahrzeugaufbau und Radeinheiten, die die Bewegungen
zwischen Radeinheit und Fahrzeugaufbau beeinflussen können, wobei
- - 1. Signale (Vi) ermittelt werden, die 1. Aufbaubewegungen des Fahr zeuges an ausgewählten Stellen (Pi) des Aufbaus repräsentieren, und
- - 2. Signale (Xarvl′, Xarvr′, Xarhl′, Xarhr′) ermittelt werden, die die relativen Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges repräsentieren,
dadurch gekennzeichnet, daß
Mittel (12, 13, 14, 15) vorgesehen sind, durch die
- - ausgehend von den 1. Signalen (Vi) auf kollektive Aufbaubewegungen, wie Hub-, Nick- und Wankbewegungen, geschlossen wird und
- - ausgehend von den kollektiven Aufbaubewegungen auf 2. Aufbaube wegungen an den Stellen geschlossen wird, an denen die Radauf hängungssysteme am Aufbau angreifen, und
- - durch Vergleiche der 2. Aufbaubewegungen mit den zugehörigen relativen Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau Ansteuerungssignale für das jeweilige Aufhängungssystem derart gebildet werden, daß die kollektiven Aufbaubewegungen durch Gewichtung getrennt voneinander im Sinne einer Verminderung be einflußt werden können.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Auf
hängungssysteme zwischen jeweils einer Radeinheit und dem Aufbau
Federungs- und/oder Dämpfungssysteme angebracht sind und zur
Steuerung oder Regelung des Fahrwerkes die Federungs- und/oder
Dämpfungssysteme derart verstellbar ausgelegt sind, daß die
Federungs- und/oder Dämpfungseigenschaften der verstellbaren
Federungs- und/oder Dämpfungssysteme wenigstens zweistufig verstell
bar sind, das heißt die zu steuernden/regelnden Federungs- und/oder
Dämpfungssysteme wenigstens zwei Federungs- und/oder Dämpfungs
charakteristika aufweisen.
3. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - 1. Mittel (11) zur Ermittelung der 1. Signale (Vi), die mittelbar oder unmittelbar die Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus in vertikaler Richtung an ausgewählten Stellen (Pi) des Aufbaus repräsentieren, vorgesehen sind und
- - 2. Mitteln (12) zur Ermittelung der 3. Signale (z′, alpha′, beta′), die kollektiven Aufbaubewegungen, wie Hub-, Wank- und Nickbe wegungen, repräsentieren, vorgesehen sind und
- - 3. Mitteln (13) zur Beeinflussung derart vorgesehen sind, daß die 3. Signale (z alpha beta′) unter Berücksichtigung von Größen, die den Fahrzustand repräsentieren und/oder beeinflussen, additiv und/oder multiplikativ gewichtet werden, und
- - 4. Mitteln (14) zur Verknüpfung vorgesehen sind, mittels derer die 3. Signale (z′, alpha′, beta′) oder die gewichteten Signale (ghz′, gwalpha′, gnbeta′) derart verknüpft werden, daß die Verknüpfungs ergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl, Vaghr) Aufbaubewegungen in vertikaler Richtung an den Stellen repräsentieren, an denen die Radaufhängungssysteme am Aufbau angreifen, und
- - 8. Mittel (18ÿ) zur Ermittelung der 2. Signale (Xarvl′, Xarvr′, Xarhl′, Xarhr′) vorgesehen sind, die mittelbar oder unmittelbar die Einfedergeschwindigkeiten zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau repräsentieren, und
- - 5. Mittel (15) zur Datenbewertung und Umschaltung der Dämpfungs- und/oder Federungscharakteristik vorgesehen sind, wobei durch Vergleiche der Verknüpfungsergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl, Vaghr) mit den zugehörigen 2. Signalen (Xarvl′, Xarvr′, Xarhl′, Xarhr′) Ansteuerungssignale für das jeweilige Aufhängungssystem derart gebildet werden, daß die Aufbaubewegungen im Sinne einer Verminderung beeinflußt werden.
4. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - in den 3. Mitteln (13) die 3. Signale (z′, alpha′, beta′) abhängig von der Fahrdynamik gewichtet werden, wobei die Fahrdynamik ins besondere durch die Fahrzeugquer- und/oder die Fahrzeuglängsbe schleunigung und/oder die Fahrgeschwindigkeit repräsentiert wird, und
- - zur Erfassung der Fahrdynamik 6. Mittel (16, 17) vorgesehen sind,
mittels derer beispielsweise
- - die Querbewegungen des Fahrzeuges aus Signalen eines Lenk winkelsensors ermittelt werden, die beispielsweise auch zu einer Servolenkungssteuerung oder -regelung herangezogen werden, und/oder
- - die Längsbewegungen des Fahrzeuges aus Signalen von Raddreh zahlsensoren ermittelt werden, die beispielsweise auch zu einem Anti-Blockier-System verwendet werden, und/oder
- - die Längs- und/oder Querbewegungen des Fahrzeuges aus Signalen von entsprechend positionierten Beschleunigungssensoren er mittelt werden und/oder
- - die Fahrzeuglängsbewegungen durch die Stellung des vom Fahrer betätigten Fahrpedals und/oder Bremspedals ermittelt werden.
5. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die 1. Signale (Vi) in 1. Mitteln (11)
durch Integration von Beschleunigungssensorsignalen erlangt werden,
wobei die Beschleunigungssensoren an den ausgewählten Stellen (Pi)
am Aufbau derart befestigt sind, daß sie die vertikalen Be
schleunigungen des Aufbaus erfassen.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß in 8. Mitteln (18ÿ) die 2. Signale (Xarhl′, Xarhr′,
Xarvl′, Xarvr′)
- - mittels Erfassung der Einfedergeschwindigkeiten durch entsprechen de Sensoren ermittelt werden und/oder
- - mittels Erfassung der Einfederwege und anschließender Differen zierungen ermittelt werden.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß
- - die Signale (V1, V2, V3), die die Geschwindigkeiten des Fahrzeug
aufbaus in vertikaler Richtung an drei ausgewählten Stellen (P1,
P2, P3) des Aufbaus repräsentieren, durch eine Linearkombination
in den 2. Mitteln (12) untereinander verknüpft werden und die
2. Mittel (12) die Übertragungsfunktion in Matrixschreibweise
aufweisen, wobei
- - det A = (y2-y3)*x1 + (y3-y1)*x2 + (y1-y2)*x3 und
- - xi und yi die Koordinaten des Punktes (Pi) bezüglich eines Koordinatensystems mit dem Schwerpunkt der Karosserie als Nullpunkt sind, wobei der Index i=1, 2, 3 und der Fahrzeugaufbau modellhaft zweidimensional angenommen wird, und
- - die Koordinaten (xi, yi) der Punkte (Pi) derart gewählt werden, daß (det A) nicht Null ist, oder
- - die Signale (V1, V2, V3, V4), die die Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus
in vertikaler Richtung an vier ausgewählten Stellen
(P1, P2, P3, P4) des Aufbaus repräsentieren, durch eine Linearkombination
in den 2. Mitteln (12) untereinander verknüpft werden
und die 2. Mittel (12) die Übertragungsfunktion in Matrixschreibweise
aufweisen, wobei
- - B11 = B12 = -x3/(x1-x3) und
- - B13 = B14 = x1/(x1-x3) und
- - B21 = -B22 = y1/(y1²+y3²) und
- - B23 = -B24 = y3/(y1²+y3²) und
- - B31 = B32 = -1/(x1-x3) und
- - B33 = B34 = 1/(x1-x3) und
- - xi und yi die Koordinaten des Punktes (Pi) bezüglich eines aufbaufesten Koordinatensystems mit dem Schwerpunkt der Karosserie als Nullpunkt sind, wobei der Index i=1, 2, 3, 4 ist und der Fahrzeugaufbau modellhaft zweidimensional angenommen wird, und
- - die Koordinaten (xi, yi) der Punkte (Pi) derart gewählt werden, daß x3 nicht gleich x1, y1²+y3² < 0, x2=x1, y2=-y1, x4=x3 und y4=-y3 ist, und/oder
- - die Gewichtungen in den 3. Mitteln (13) durch Faktoren gh, gw und gn multiplikativ geschehen, und die Faktoren gh, gw und gn konstant oder abhängig von Größen sind, die den Fahrzustand repräsentieren oder beeinflussen, und/oder
- - im Falle eines vierrädrigen, zweiachsigen Fahrzeuges, bei dem
zwischen jedem Rad und dem Aufbau des Federungs- und/oder
Dämpfungssystems angeordnet sind, die ausgangsseitig der 3. Mitteln
(13) anliegenden beeinflußten Verknüpfungsergebnisse (ghz′,
gwalpha′, gnbeta′) oder die, unter Umgehung der 3. Mittel (13),
ausgangsseitig der 2. Mittel (12) anliegenden unbeeinflußten Verknüpfungsergebnisse
(z′, alpha′, beta′) in 4. Mitteln (14) untereinander
verknüpft werden und die 4. Mittel (14) die Übertragungsfunktion
in Matrixschreibweise
aufweisen, wobei
- - a1 der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und der Vorderachse ist,
- - a2 der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarosserie und der Hinterachse ist,
- - 2*b1 der Abstand der Dämpferanlenkpunkte an der Karosserie über der Vorderachse ist und
- - 2*b2 der Abstand der Dämpferanlenkpunkte an der Karosserie über der Hinterachse ist und
- als Ergebnisse dieser Verknüpfungen die Verknüpfungsergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl, Vaghr) anliegen und
- - die Verknüpfungsergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl, Vaghr), die
2. Aufbaubewegungen in vertikaler Richtung an den Stellen
repräsentieren, an denen die Radaufhängungssysteme am Aufbau
angreifen, in den 5. Mitteln (15) derart bearbeitet werden, daß
- 1. die Beträge der einzelnen Verknüpfungsergebnisse (Vagvl, Vagvr, Vaghl, Vaghr) ihrer Größe nach analysiert werden und Ver stellungen des jeweiligen verstellbaren Dämpfungssystems je nach Größe des Betrages der Verknüpfungsergebnisse vorgenommen werden und
- 2. eine Verstellung auf eine härtere Dämpfungscharakteristik getätigt wird, wenn die Richtung der 2. Aufbaubewegung mit dem der Richtung der zugehörigen relativen Einfedergeschwindigkeit gleich ist und
- 3. eine Verstellung auf eine weichere Dämpfungscharakteristik getätigt wird, wenn die Richtung der 2. Aufbaubewegung und die Richtung der zugehörigen relativen Einfedergeschwindigkeit entgegengesetzt gerichtet sind.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die 1. Signale (Vk, mit k=1 bis 4), die die Geschwin
digkeiten des Fahrzeugaufbaus in vertikaler Richtung an vier ausge
wählten Stellen (P1, P2, P3, P4) des Aufbaus repräsentieren, in
9. Mitteln (41) zur Erzeugung eines Signals (r) herangezogen werden
und das Signal (r) durch den mathematischen Zusammenhang
aus den Signalen (Vk, mit k=1 bis 4) ermittelt wird, wobei
die Elemente rik durch die Matrix R
und yi die Koordinaten des Punktes (Pi) in Fahrzeugquerrichtung
bezüglich eines aufbaufesten Koordinatensystems mit dem Schwerpunkt
der Karosserie als Nullpunkt, wobei der Index i=1, 2, 3, 4 ist und der
Fahrzeugaufbau modellhaft zweidimensional angenommen wird, und das
Signal (r) mit vorgegebenen Schranken verglichen wird und bei Über
schreiten dieser Schranken ein Fehlersignal (F) zur Anzeige gebracht
wird.
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