DE4116118C2 - 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 Fahrwerkes

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Abstract

Durch das erfindungsgemäße System wird, ausgehend von Signalen (Vi), die Aufbaubewegungen des Fahrzeuges an ausgewählten Stellen (Pi) des Aufbaus repräsentieren, und 2. Signale (Xarvl', Xarvr', Xarhl', Xarhr'), die die relativen Bewegungen zischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges repräsentieren, auf kollektive Aufbaubewegungen, wie Hub-, Nick- und Wankbewegungen, geschlossen. Diese kollektiven Aufbaubewegungen werden unterschiedlich gewichtet. Ausgehend von diesen unterschiedlich gewichteten kollektiven Aufbaubewegungen wird auf 2. Aufbaubewegungen an den Stellen geschlossen, an denen die Radaufhängungssysteme am Aufbau angreifen. Durch Vergleiche der 2. Aufbaubewegungen (Vagvl, Vagvr, Vaghl, Vaghr) mit den zugehörigen relativen Bewegungen 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.

Description

Stand der Technik
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 Dämpfungs­ systeme 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 3,807,678 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.
Die DE 38 18 188 A1 zeigt ein aktives Federungssystems, bei dem die Einfederungen radweise erfasst werden. Aus diesen Einfederungen werden über zeitliche Mittelung die Signale für die Lage des Fahrzeug-Chassis gebildet. Durch Beschleu­ nigungssensoren werden lediglich einzelne Bewegungskomponen­ ten gewichtet, die Signale der Beschleunigungssensoren wer­ den jedoch nicht zur Erfassung der realen Chassis-Bewegungen herangezogen.
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 Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
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 repräsen­ tieren.
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 Dämpfungs­ systeme 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.
Zeichnungen
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.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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 gehörenden Eigenschaften und mit dem Index i = v die zur vorderen Achse gehörenden Eigenschaften beschrieben 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 dieses 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 (18ij) 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 (18ij) 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 linearen Verknüpfungen der 1. Signale (Vi) untereinander in den 2. Mitteln (12) lassen sich mathematisch in Matrixschreibweise dar­ stellen. Hierzu sind zwei Fälle zu unterscheiden:
1. Fall
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.
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))
Einheit 122:
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))
2. Fall
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.
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 Bij 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 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 Fahrzeugkarrosserie und der Vorderachse,
  • - a2 der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarrosserie 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 Verknüpfungsergeb­ nisse (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 formal 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 Sij und/oder die Signale (Xarij) der 8. Mittel (18ij) 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 (18ij) 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 Sij 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 |Vagij| der Verknüpfungsergebnisse kleiner als der zugehörige Sollwert Sij, so liegt ausgangsseitig des Wertever­ gleiches (1511) das Signal N an. In diesem Falle wird keine Um­ schaltung der Dämpfungscharakteristik getätigt.
Ist der Betrag |Vagij| der Verknüpfungsergebnisse größer als der zugehörige Sollwert Sij, so liegt ausgangsseitig des Wertever­ gleiches (1512) das Signal Y an. In diesem Falle wird in der Einheit (1513) das Vorzeichen des Produktes Vagij . Xarij' analysiert.
Ist dies Produkt Vagij . Xarij' 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 (Vagij) mit mehreren zugehörigen Sollwerten S1ij, S2ij, S3ij. . . zu vergleichen. Dies kann vorteilhaft in mehreren Wertevergleichen 1512/1, 1512/2, 1512/3. . . geschehen. Ab­ hängig von dem so erhaltenen detaillierteren Betragswert von |Vagij| 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 (8)

1. System zur Erzeugung von Signalen zur Steuerung oder Re­ gelung eines in seinen Bewegungsabläufen steuerbaren oder regelbaren Fahrwerkes eines Personen- und/oder Nutzkraftwa­ gens mit einem Fahrzeugaufbau, wenigstens zwei Radeinheiten und Aufhängungssystemen zwischen Fahrzeugaufbau und Radein­ heiten, die die Bewegungen zwischen Radeinheit und Fahr­ zeugaufbau beeinflussen können, wobei
  • - 1. Signale (Vi) erfaßt werden, die 1. Aufbaubewegungen des Fahrzeuges an ausgewählten Stellen (Pi) des Aufbaus re­ präsentieren, und
  • - 2. Signale (Xarvl'; Xarvr'; Xarhl'; Xarhr') erfaßt werden, die die relativen Bewegungen zwischen den Radeinheiten und dem Aufbau des Fahrzeuges repräsentieren,
  • - Mittel (12; 13; 14; 15) vorgesehen sind, durch die
    • - ausgehend von den 1. Signalen (Vi) auf kollektive Auf­ baubewegungen (Werte z'; alpha'; beta'), wie Hub-, Nick- und Wankbewegungen, geschlossen wird,
    • - die kollektiven Aufbaubewegungen gewichtet werden (gH; gW; gN),
    • - ausgehend von den kollektiven Aufbaubewegungen auf 2. Aufbaubewegungen an den Stellen geschlossen wird, an denen die Radaufhängungssysteme am Aufbau angreifen, und
    • - durch Vergleiche der 2. Aufbaubewegungen mit den zuge­ hörigen, die relativen Bewegungen zwischen den Radein­ heiten und dem Aufbau beschreibenden 2. Signalen An­ steuerungssignale für das jeweilige Aufhängungssystem derart gebildet werden, dass die kollektiven Aufbaube­ wegungen durch Gewichtung getrennt voneinander im Sinne einer Verminderung beeinflußt 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 (18ij) 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 einen 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 (18ij) 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 aufbaufesten Koordinatensystems mit dem Schwerpunkt der Karosserie als Nullpunkt, 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, oder
    • - die Signale (V1, V2, V3, V4), die die Geschwindigkeiten des Fahr­ zeugaufbaus in vertikaler Richtung an vier ausgewählten Stellen (P1, P2, P3, P4) des Aufbaus repräsentieren, durch eine Linear­ kombination in den 2. Mitteln (12) untereinander verknüpft werden und die 2. Mittel (12) die Übertragungsfunktion in Matrixschreib­ weise
      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, wobei der Index i = 1, 2, 3, 4 ist und der Fahrzeugaufbau modellhaft zweidimensional angenommenen 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 Federungs- und/oder Dämpfungssysteme 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 Ver­ knüpfungsergebnisse (z'; alpha'; beta') in 4. Mitteln (14) unter­ einander verknüpft werden und die 4. Mittel (14) die Übertragungs­ funktion in Matrixschreibweise
      aufweisen, wobei
      • - a1 der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarrosserie und der Vorderachse ist,
      • - a2 der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der Fahrzeugkarrosserie 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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