DE4212839A1

DE4212839A1 - Fahrzeugaufhaengung

Info

Publication number: DE4212839A1
Application number: DE4212839A
Authority: DE
Inventors: Richard Townend
Original assignee: Lotus Cars Ltd; TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1992-11-19
Also published as: IT1254903B; GB2255056A; ITMI920960A1; US5475593A; JPH079832A; ITMI920960A0; GB2255056B; GB9108729D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugaufhängung, insbesondere ein Fahrzeug-Aufhängungssystem, das mehrere Stellglieder auf weist.

In der Druckschrift EP 01 14 757 ist ein Landfahrzeug mit Rädern beschrieben, dessen aktive Fahrzeugaufhängung mehrere Aufhängungselemente in Form von hydraulischen Stellgliedern enthält, mittels welchen der Fahrzeugaufbau (gefederte Masse) auf den Fahrzeugrädern (ungefederte Massen) abgestützt ist. Diese Aufhängungselemente werden durch Signale gesteuert, die eine Steuervorrichtung erzeugt, welche die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte in vier Kategorien auflöst: Hub, Nickbe wegung, Rollbewegung und Verwindung. Die Steuervorrichtung berechnet die erforderlichen Hübe der hydraulischen Stell glieder durch Modellieren eines modalen Feder- und Dämpfungs- Aufhängungssystems.

In der Druckschrift WO 90/15 726 ist ein Fahrzeug-Aufhängungs system beschrieben, das mehrere hydraulische Stellglieder enthält, von denen jedes eine ungefederte Masse mit der gefe derten Masse verbindet. Jedes hydraulische Stellglied hat eine eigene, zugeordnete Steuervorrichtung. Eine weitere Steuervorrichtung ist in dem System vorgesehen, um alle Stellglieder zu steuern. Die einzelnen Steuervorrichtungen für die Stellglieder steuern diese ansprechend auf die von der Straße ausgehenden Eingangsgrößen, also die höherfrequen ten Beanspruchungen, denen die ungefederten Massen durch Stö rungen der Straßenoberfläche unter dem betreffenden, fahren den Fahrzeug ausgesetzt sind. Die sekundäre, zentrale Steuer vorrichtung steuert die hydraulischen Stellglieder anspre chend auf die vom Fahrer ausgehenden Eingangsgrößen, also von den Kräften, die dem Fahrzeug durch Kurvenfahrt, Beschleuni gung, Abbremsen usw. aufgegeben werden. Die Signale aus der zentralen Steuervorrichtung werden mit Signalen aus einer Radaufhängungs-Steuervorrichtung kombiniert, um die jeweili gen Stellglieder anzusteuern.

Durch die Erfindung wird eine Fahrzeugaufhängung geschaffen, die mehrere Stellglieder aufweist, welche zwischen dem Fahr zeugaufbau und den jeweiligen Radaufhängungen des Fahrzeugs angeordnet sind und durch Steuervorrichtungen angesteuert werden, um ein- und auszufahren, und so die Fahrlage des Fahrzeugs zu steuern; wenigstens eines dieser Stellglieder wird sowohl durch eine erste, dem Stellglied individuell zu geordnete Steuervorrichtung als auch durch eine zweite Steu ervorrichtung angesteuert, die mehrere Stellglieder ansteu ert; Steuersignale, die durch die erste und durch die zweite Steuervorrichtung erzeugt werden, werden miteinander kombi niert, um Steuersignale für das Stellglied zu erzeugen. Diese Fahrzeugaufhängung ist dadurch gekennzeichnet, daß Signale aus der zweiten Steuervorrichtung mittels einer Filterein richtung gefiltert werden, bevor sie mit Signalen aus der ersten Steuervorrichtung kombiniert werden, wobei diese Fil tereinrichtung diejenigen Signale aus der zweiten Steuervor richtung unterdrückt, die außerhalb einer vorbestimmten Band breite liegen.

Durch diese Maßnahme, die Signale aus der zweiten Steuervor richtung, welche mehrere Stellglieder ansteuert, eine Filter einrichtung durchlaufen zu lassen, können die hydraulischen Stellglieder sanft angesteuert werden, da die von den Stell gliedern aus der zweiten Steuervorrichtung empfangenen Steu ersignale auf niederfrequente Signale beschränkt sind.

Durch die Erfindung wird ferner ein Fahrzeug-Aufhängungssystem geschaffen, das mehrere Stellglieder enthält, die zwischen den Fahrzeugaufbau und die jeweiligen Radaufhängungen des Fahrzeugs eingefügt sind und durch Steuervorrichtungen ange steuert werden, um ein- und auszufahren, damit die Fahrlage des Fahrzeugs gesteuert wird; wenigstens eines dieser Stell glieder wird durch wenigstens eine erste, dem Stellglied in dividuell zugeordnete Steuervorrichtung und eine zweite Steu ervorrichtung angesteuert, die mehrere Stellglieder ansteu ert, wobei die Steuersignale, die sowohl durch die erste als auch durch die zweite Steuervorrichtung erzeugt werden, mit einander kombiniert werden, um Steuersignale für das Stell glied zu erzeugen. Dieses Fahrzeug-Aufhängungssystem ist da durch gekennzeichnet, daß Signale aus der zweiten Steuervor richtung mit Signalen aus der ersten Steuervorrichtung kombi niert werden, nachdem eine Veränderung durch eine Amplituden- Veränderungseinrichtung erfolgte, welche eine Verminderung der Amplitudendifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Steuersignalen bewirkt, die von der zweiten Steuervorrichtung er zeugt werden, indem die Amplitude des letztgenannten Steuer signals verändert wird.

Wenn die zweite Steuervorrichtung eine große Veränderung des Stellglied-Hubes verlangt, so wird durch Anwendung des erfin dungsgemäßen Verfahrens in dem Aufhängungssystem verhindert, daß ein plötzlicher großer Hub des Stellgliedes auftritt, indem die angeforderte Veränderung allmählich eingeleitet wird, da die von der zweiten Steuervorrichtung empfangenen Steuersignale entsprechend verändert werden.

Durch die Erfindung wird ferner ein Fahrzeug-Aufhängungssy stem geschaffen, das mehrere Stellglieder aufweist, die zwi schen einem Fahrzeugaufbau und den jeweiligen Radaufhängungen des Fahrzeugs angeschlossen sind, mit mehreren elektrischen oder elektronischen Steuervorrichtungen zum Ansteuern der Stellglieder, damit diese aus- und eingefahren werden, um die Fahrlage des Fahrzeugaufbaus zu verändern; wenigstens eines der Stellglieder wird durch Steuersignale angesteuert, die eine Kombination von Steuersignalen aus einer ersten, dem Stellglied individuell zugeordneten Steuervorrichtung und einer zweiten Steuervorrichtung sind, die mehrere Stellglie der ansteuert; die erste Steuervorrichtung erzeugt Steuersi gnale einer ersten Frequenz, und die zweite Steuervorrichtung erzeugt Steuersignale einer zweiten Frequenz, die niedriger als die erste Frequenz ist; eine Filtereinrichtung ist vorge sehen, um die durch die zweite Steuereinrichtung erzeugten Steuersignale zu filtern, damit Signale unterdrückt werden, die außerhalb einer vorbestimmten Bandbreite liegen, bevor eine Kombination der Signale mit Signalen erfolgt, die durch die ersten Steuervorrichtung erzeugt werden.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Fahrzeugaufhän gung besteht darin, daß von der zentralen Steuervorrichtung angeforderte große Bewegungen, die sich zu plötzlichen gro ßen, durch die Radaufhängungs-Steuervorrichtungen angeforder ten Auslenkungshüben aufaddieren können, sanft miteinander kombiniert werden, um zu einem entsprechend sanften Hub des betreffenden Stellgliedes zu führen. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die zentrale Steuervorrichtung ein digita ler Prozessor ist, der mit einer Taktfrequenz arbeitet, die niedriger ist als die der Radaufhängungs-Steuervorrichtungen, die ebenfalls durch digitale Prozessoren gebildet sind.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäß vorgesehene Filterein richtung einstellbar, um die Bandbreite einzustellen, bei deren Überschreitung zu hohen Frequenzen die Signale aus der zweiten Steuervorrichtung unterdrückt werden.

Ferner sind vorzugsweise die erste und die zweite Steuervor richtung digitale Prozessoren, und die erste Steuervorrich tung arbeitet mit einer höheren Taktfrequenz als die zweite Steuervorrichtung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform empfängt die zweite Steuervorrichtung Signale aus Sensoren, welche die Kraft mes sen, die jedes Stellglied auf den Fahrzeugaufbau überträgt, und löst diese Kräfte in folgende Kraftkomponenten auf: Hub, Nickbewegung, Rollbewegung und Verwindung.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform erzeugt die er ste Steuervorrichtung Steuersignale unter Verwendung von Si gnalen, die durch Sensoren erzeugt werden, welche die Verla gerung des Fahrzeugaufbaus und die an diesem auftretenden Kräfte in einem ersten Modell eines Federungs- und Dämpfungs systems messen; die zweite Steuervorrichtung erzeugt Steuer signale unter Verwendung von Signalen, die durch die Sensoren in einem zweiten Modell eines Federungs- und Dämpfungssystems erzeugt werden. In dieser zweiten Steuervorrichtung wird vor zugsweise ein Modell eines Federungs- und Dämpfungssystems verwendet, das in den modalen Koordinaten Hub, Nickbewegung, Verwindung und Rollbewegung arbeitet.

Vorzugsweise erzeugt die zweite Steuervorrichtung Steuersi gnale, die ein Stellglied ansteuern, um ein Ausfahren zu be wirken, damit das Eindrücken der Luftreifen unter Belastung kompensiert wird.

Die zweite Steuervorrichtung steuert vorzugsweise ein Stell glied an, um auf niederfrequente Beanspruchungen des Fahr zeugaufbaus anzusprechen, die auf das Manövrieren des Fahr zeugs zurückzuführen sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahr zeug-Aufhängungssystems wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeug-Aufhängungssystems;

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das die Eingangs- und Ausgangs größen der Steuervorrichtungen des Fahrzeug-Aufhän gungssystems zeigt;

Fig. 3a, 3b, 3c und 3d die Verlagerungsweisen des Fahrzeugaufbaus aus der Sicht der zentralen Steuervorrichtung des Fahrzeug- Aufhängungssystems;

Fig. 4 schematisch das von der zentralen Steuervorrichtung zur Berechnung eines Geschwindigkeits-Befehls bei einer modalen Hub-Steuerung angewandten Modells;

Fig. 5 schematisch ein Modell des Aufhängungssystems, wel ches der zentrale Prozessor anwendet, um die Reifen steifigkeit sowie die Entkopplungs-Steifigkeit nach zubilden;

Fig. 6 schematisch ein Modell eines Aufhängungssystems, welches in einem Radaufhängungs-Prozessor angewandt wird; und

Fig. 7 schematisch die räumliche Anordnung eines Stellglie des und eines Federungssystems zwischen dem Fahr zeugaufbau und einer Radaufhängung.

Die in Fig. 1 dargestellte aktive Fahrzeugaufhängung umfaßt vier Radaufhängungen, die mit 10, 11, 12 und 13 bezeichnet sind. Jede Radaufhängung stimmt nahezu vollständig mit den drei anderen Radaufhängungen überein. Die erste Radaufhängung 10 umfaßt ein hydraulisches Stellglied 14 mit einem Kolben 15 in einem Zylinder 16. Der Kolben 15 ist relativ zu dem Zylin der 16 beweglich. Der Kolben 15 ist an einen Lenker 17 ange schlossen, der in einem Schwenklager 19 schwenkbar an dem Fahrzeugaufbau 18 gelagert ist. An den Lenker ist ferner eine Radgruppe 20 angeschlossen. Parallel zu dem hydraulischen Stellglied 14 wirkt eine Aufhängungsfeder 21. Sowohl die Auf hängungsfeder 21 als auch das hydraulische Stellglied 14 sind zwischen Fahrzeugaufbau 18 und Lenker 17 eingefügt.

Der Kolben 15 bildet zwei Kammern A und B innerhalb des hy draulischen Stellgliedes 14. Eine Kolbenstange 22 erstreckt sich vom Kolben 15 abwärts, um diesen mit dem Lenker 17 in Verbindung zu bringen. Eine Kolbenstange 23 gleichen Durch messers wie die Kolbenstange 22 erstreckt sich aufwärts vom Kolben 15 aus durch eine obere Wand, die in dem Zylinder ge bildet ist, in eine leere Kammer C. Da beide Seiten des Kol bens 15 mit Kolbenstangen gleichen Durchmessers verbunden sind, haben beide Stirnflächen denselben wirksamen Flächen inhalt.

Die Kammer A ist über eine Leitung 24 mit einem Servoventil 25 verbunden, und die Kammer B ist über eine Leitung 26 mit dem Servoventil 25 verbunden. Dieses Servoventil 25 wird durch elektrische Steuersignale gesteuert, die über eine Leitung 101 empfangen werden. Diese Steuersignale werden teilweise in einer "Radaufhängungs"-Steuervorrichtung 100 erzeugt.

Ein linearer Wandler, der mit variabler Induktion arbeitet und in der folgenden Beschreibung als LVIT bezeichnet wird (Abkürzung für Linear Variable Induction Transducer) und die Bezugszahl 33 trägt, ist vorgesehen, um Signale zu erzeugen, welche die Position des Kolbens 15 angeben. Der LVIT erzeugt elektrische Signale, die über eine Leitung 102 zu der Steuer vorrichtung 100 gelangen. Ein Kraft-Wandler 28 erzeugt Signa le, welche die Kraft angeben, die durch das hydraulische Stellglied 14 auf den Fahrzeugaufbau 18 übertragen wird. Die Signale werden über eine Leitung 103 zu der Steuervorrichtung 100 übertragen. Ein Beschleunigungsmesser 29 ist an der Rad nabe angeordnet, um die Beschleunigung an der Nabe bei ihrer Verschwenkung um das Schwenklager 19 zu messen. Dieser Be schleunigungsmesser liefert ein Signal, welches die Beschleu nigung der Radnabe über die Leitung 104 der Steuervorrichtung 100 mitteilt.

Jeder Kraft-Wandler 28 ist direkt am Fahrzeugaufbau 18 ange bracht, und mit 27 bezeichnete Entkopplungsglieder sind zwi schen den Kraft-Wandlern und den Stellgliedern eingefügt. Diese Entkopplungsglieder werden benötigt, da die als Steuer vorrichtungen verwendeten Prozessoren nicht immer schnell genug arbeiten, um die Stellglieder zu betätigen, damit diese jegliche Stöße vom Fahrzeugaufbau fernhalten; diese Entkopp lungsglieder oder Puffer sprechen also in einem gewissen Maße passiv auf eingeleitete Kräfte an.

Die Servoventile 25 der Radaufhängungen 10, 11, 12 und 13 sind jeweils sowohl mit einer Druckmittelquelle 20 als auch mit der einen oder anderen Druckmittel-Senke 31, 32 verbun den. Das Servoventil 25 der Radaufhängung 10 kann in solcher Weise angesteuert werden, daß der Druckmittelzufluß in eine der Kammern A oder B aus der Druckmittelquelle 30 dosiert wird, während die Druckmittelströmung aus der anderen Kammer heraus zu der einen 31 der beiden Druckmittel-Senken dosiert wird. Durch Verbindung einer der Kammern mit der Druckmittel quelle, während die andere Kammer mit der Druckmittel-Senke verbunden wird, entsteht über dem Kolben 15 eine Druckdiffe renz, so daß eine resultierende Kraft auf diesen Kolben 15 einwirkt. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 15 wird durch die Dosierung der Druckmittelströmung in die und aus den Kammern A und B gesteuert.

Alle Radaufhängungen 10, 11, 12 und 13 sind im wesentlichen mit gleichen Bauteilen ausgestattet, und die einander ent sprechenden Bauteile werden mit gleichen Begriffen bzw. Be zugszeichen bezeichnet. Es muß jedoch beachtet werden, daß jede Radaufhängung über ihre eigene Steuervorrichtung ver fügt, so daß vier Steuervorrichtungen 100, 200, 300 und 400 vorhanden sind, die alle mit einer zentralen Steuervorrich tung 500 verbunden sind. Diese Steuervorrichtung 500 ist fer ner mit fünf Sensoren 600, 700, 800, 900 und 1000 verbunden.

Der Sensor 600 mißt das Maß der Gierbewegung des Fahrzeugs, d. h. das Maß der Fahrzeugdrehung um einen gewählten Punkt am Fahrgestell.

Der Sensor 700 mißt die Längsbeschleunigung des Fahrzeugauf baus, d. h. die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus in Bewe gungsrichtung des Fahrzeugs.

Der Sensor 800 mißt die seitliche Beschleunigung des Fahr zeugaufbaus, d. h. die Beschleunigung des Fahrzeugaufbaus senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs.

Der Sensor 900 mißt die Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus.

Der Sensor 1000 ist vorgesehen, um den Lenkwinkel der Fahr zeugräder zu messen, also den Einschlagwinkel an den Vorder rädern in bezug auf eine gewählte Referenzebene.

Das gezeigte Steuersystem ist ein verteiltes aktives Aufhän gungssystem. Jede der fünf Steuervorrichtungen 100, 200, 300, 400 und 500 ist bei der bevorzugten Ausführungsform als digi taler Prozessor ausgebildet, und diese Prozessoren stehen miteinander über Digitalsignale in Verbindung. Die Verwendung von vier Radaufhängungs-Steuervorrichtungen und einer zentra len Steuervorrichtung ist besonders sicher, erfordert nur relativ kostengünstige und kleine einzelne Prozessoren und führt zu kürzeren Übertragungsstrecken für die Analogsignale aus den Sensoren.

Die Radaufhängungs-Prozessoren 100, 200, 300 und 400 senden jeweils an den zentralen Prozessor 500 Signale, welche den Stellglied-Hub anzeigen (X1, X2, X3, X4), und Signale, welche die von Beanspruchungs-Meßzellen gemessenen Kräfte (F1, F2, F3, F4) darstellen, wie in Fig. 2 ersichtlich. Der zentrale Prozessor 500 gibt an jeden der Radaufhängungs-Prozessoren drei Anforderungssignale zurück:

1. F1COR bis F4COR - jeder der Radaufhängungs-Prozessoren empfängt einen Kraft-Korrekturterm, der auf dynamischen Eingangsgrößen des zentralen Prozessors basiert;
2. DX1CEN bis DX4CEN - Radaufhängungs-Geschwindigkeits-An forderungen aus dem zentralen Prozessor auf der Grundlage eines Modells der modalen Steifigkeit und Dämpfungsele mente;
3. X1REQ bis X4REQ - benötigter Hub auf der Grundlage der modalen Reifen/Entkopplungs-Steifigkeit für modale Aus lenkungen unter dynamischen Beanspruchungen.

Der zentrale Prozessor löst die von ihm empfangenen Signale durch modale Berechnungen auf. Insbesondere berücksichtigt der zentrale Prozessor 500 die auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte und die resultierenden Verlagerungen des Fahrzeugs nach vier verschiedenen Kategorien: Hub, Nickbewegung, Roll bewegung und Verwindung. Die sich aus den modalen Kräften ergebenden Verlagerungen sind in den Fig. 3a, 3b, 3c und 3d dargestellt.

Die Fig. 3a zeigt die Hubwegungen, die direkt aufwärts oder abwärts in bezug auf den Fahrzeugaufbau gerichtet sind. Für den Prozessor ist eine Abwärts-Hubbewegung eine positive Hub bewegung.

Fig. 3b zeigt eine Nickbewegung des Fahrzeugaufbaus, also eine Drehung um eine Achse, die senkrecht zur Haupt-Längs achse des Fahrzeugaufbaus ist. Für den Prozessor ist eine Nickbewegung, bei der sich der Bug abwärts bewegt, eine po sitive Nickbewegung.

Fig. 3c zeigt eine Rollbewegung des Fahrzeugs, die durch ein Stellglied berücksichtigt wird. Die Rollbewegung ist eine Fahrzeugbewegung um die Längsachse des Fahrzeugaufbaus. Eine Rollbewegung, bei welcher die linke Seite des Fahrzeugaufbaus abwärts bewegt wird, wird als positive Rollbewegung angesehen. Fig. 3d veranschaulicht Verwindungsbewegungen des Fahrzeug aufbaus, die durch die Stellglieder zu berücksichtigen sind. Verwindungsbewegungen entstehen, wenn die auf die vier Räder des Fahrzeugs ausgeübten Kräfte Drehmomente in zueinander entgegengesetzten Richtungen auf die beiden Enden des Fahr zeugaufbaus aufbringen. Eine Verwindung, bei welcher die lin ke Vorderseite und die rechte Rückseite abwärts bewegt wer den, wird als positiv angesehen.

Das aktive Aufhängungssystem ist bestrebt, am Fahrzeugaufbau und an den Reifen konstante Beanspruchungen aufrechtzuerhal ten, um die Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern und Fahr geräusche zu vermindern.

Die Arbeitsweise der zentralen Steuervorrichtung und der Rad aufhängungs-Steuervorrichtungen wird nun im einzelnen und je weils getrennt beschrieben.

Die zentrale Steuervorrichtung

Die zentrale Steuervorrichtung arbeitet in modalen Koordina ten. Sie setzt die an den Stellgliedern gemessenen Kräfte in modale Kräfte auf folgende Weise um:

1. Hub-Kraft

Hf = K₁ _* [IVrfH _* (F1+F1sp+F2+F2sp) + IVrrH _* (F3+F3sp+F4+F4sp)] + Hfsp

worin

HF = Hubkraft
F1, F2, F3, F4 = die durch die Belastungszellen gemessenen Kräfte
F1sp, F2sp, F3sp, F4sp = auf das Fahrzeug übertragene Kräfte der über die Aufhängungsfedern parallel zu den Stellgliedern wirkende Aufbau
IVrfH = Korrekturkonstante zur Maßstabsbestimmung für Kräfte, die von den Belastungszellen an den Vorderrädern gemessen werden
IVrrH = eine Korrekturkonstante zur Maßstabs bestimmung für Kräfte, die durch die Bela stungszellen an den Hinterrädern gemessen werden
K₁ = Maßstabskonstante, die so gewählt ist, daß Faktoren Bruchteil-Werte haben können und daß eine maximale Auflösung mittels eines 32-Bit-Akkumulators erzielt wird, der in den Steuervorrichtungen verwendet wird
Hfsp = Kraft-Korrekturterm

Die Terme IVrfH und IVrrH werden benötigt, da jedes Stell glied auf einen Schwenkarm einwirkt, der an eine Radgruppe angeschlossen ist, so daß die auf die Radgruppe übertragene Kraft von derjenigen abweicht, die daß Stellglied mißt, so daß sie auf den entsprechenden Maßstab gebracht werden muß.

Die Terme F1sp, F2sp, F3sp und F4sp berücksichtigen diejeni gen Kräfte, die auf den Fahrzeugaufbau durch die Aufhängungs federn übertragen werden, die parallel mit den Stellgliedern wirken. Sie werden wie folgt berechnet:

F1sp = K₂ _* X1 _* Kcs1
F2sp = K₂ _* X2 _* Kcs2
F3sp = K₂ _* X3 _* Kcs3
F4sp = K₂ _* X4 _* Kcs4

worin

X1, X2, X3, X4 = gemessene Stellglied-Hübe
Kcs1, Kcs2, Kcs3, Kcs4 = Steifigkeit der Aufhängungsfedern
K₂ = Maßstabskonstante, damit die Kräfte Bruchteil-Werte haben können und eine maximale Auflösung mit einem 32-Bit-Akkumulator erzielt wird, der in den Steuervorrichtungen verwendet wird

Die Größe Hfsp ist ein Kraft-Korrekturterm, der für eine je weilige Aufhängungs-Konfiguration berechnet wird, um Kräfte zu berücksichtigen, die auf den Fahrzeugaufbau über Bela stungswege ausgeübt werden, welche nicht durch das Stellglied verlaufen, wobei ferner aus der gemessenen Belastung jegliche Hub-Kräfte entfernt werden sollen, die auf seitliche Kräfte zurückzuführen sind, welche auf den Reifen einwirken und ein Moment um den Schwenkpunkt des Aufhängungsarmes bzw. Lenkers aufweisen und daher auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden. Sie ist für die Erfindung nicht wesentlich und wurde in be reits veröffentlichten Druckschriften beschrieben, beispiels weise die PCT-GB 90/00 628.

2. Nickbewegungskräfte

Pf = K₁ _* [IVrfP _* (F1+F1sp+F2+F2sp) - IVrrP _* (F3+F3sp+F4+F4sp)] + Pfsp

worin

Pf = modale Nickbewegungs-Kraft
F1, F2, F3, F4 = durch Belastungszellen gemessene Kräfte
F1sp, F2sp, F3sp, F4sp = auf Fahrzeug übertragene Kräfte, Aufbau über Aufhängungsfedern (siehe oben)
IVrfP = Konstante zur Maßstabsbestimmung für Kräfte, die an den Vorderrädern auftreten, um ihr Moment um den Schwerpunkt des Fahrzeugs zu berücksichtigen
IVrrP = Konstante zur Maßstabsbestimmung für Kräfte, die auf die Hinterräder einwirken, zur Berücksichtigung ihres Momentes um den Schwerpunkt des Fahrzeugs
K₁ = Maßstabskonstante (wie oben beschrieben)
Pfsp = Korrekturterm für nicht gemesssene Kräfte

3. Rollbewegungs-Kräfte

Rf = K₁ _* [IVrfR _* [(F1+F1sp) - (F2+F2sp)] + IVrrR _* [(F3+F3sp) - (F4+F4sp)] ] + Rfsp

worin

Rf = modale Rollbewegungs-Kräfte
F1, F2, F3, F4 = durch Belastungszellen gemessene Kräfte
F1sp, F2sp, F3sp, F4sp = auf Fahrzeug übertragene Kräfte über Aufhängungsfedern (siehe oben)
IVrfR = Konstante zur Maßstabsbestimmung für die Kräfte, die an den Vorderrädern auftreten, zur Berücksichtigung des Kräftemomentes um eine Längsachse des Fahrzeugs durch seinen Schwerpunkt
IVrrR = Konstante zur Maßstabsbestimmung für die Kräfte, die an den Hinterrädern wirken, zur Berücksichtigung des Kräftemomentes um eine Längsachse des Fahrzeugs durch seinen Schwerpunkt
K₁ = Maßstabskonstante (wie beschrieben)
Rfsp = Korrektur-Kraft für nicht gemessene Kräfte

4. Verwindungs-Kräfte

Wf = K₁ _* [IVrfW _* [(F1+F1sp) - (F2+F2sp)] - IVrrW _* [(F3+F3sp) - (F4+F4sp)] ] + Wfsp

worin

Wf = modale Verwindungs-Kraft
F1, F2, F3, F4 = durch Belastungszellen gemessene Kräfte
F1sp, F2sp, F3sp, F4sp = auf Fahrzeugaufbau übertragene Kräfte über Aufhängungsfedern (siehe oben)
IVrfW = Konstante zur Maßstabsbestimmung für Kräfte, die auf die Vorderräder einwirken, um sie in ein Drehmoment umzusetzen, das auf den Fahrzeugaufbau ausgeübt wird
IvrfW = Konstante zur Maßstabsbestimmung für Kräfte, die auf die Hinterräder einwirken, zur Umsetzung derselben in ein Drehmoment, das auf den Fahrzeugaufbau ausgeübt wird
K₁ = Maßstabskonstante (wie beschrieben)
Wfsp = Korrekturterm für nicht gemessene Belastungen

Die zentrale Steuervorrichtung berechnet ferner die "dynami schen" Kräfte, die durch die Massenträgheit des Fahrzeugs bei Lenkmanövern erzeugt werden, beispielsweise beim Bremsen und bei der Kurvenfahrt, unter Verwendung der durch sie empfange nen Signale, welche das Maß der Gier-Bewegung, der Längsbe schleunigung, der seitlichen Beschleunigung, der Geschwindig keit und des Lenkwinkels angeben, auf folgende Weise:

5. Dynamische Hub-Kräfte

HFdyn = K₃ _* [HCnx _* Snx + Hcny _* Msny + HCDr _* MDr + HCv _* V2]

worin

K₃ = Maßstabskonstante für beste Ausnutzung der Prozessor-Leistungsfähigkeit
HFdyn = dynamische Hubkraft
HCnx = Verzögerung/Beschleunigung Hub-Kompensationsfaktor - aus Testdaten berechnet
HCny = seitliche Hub-Kompensation - aus Testdaten berechnet
HCDr = Gier-Beschleunigungs-Kompensationsfaktor für Hubbewegung - aus Testdaten berechnet
Snx = maßstabsgerechte seitliche Beschleunigung (an Maßstab anderer Parameter angepaßt, um volle Prozessorleistung auszunutzen)
Msny = Absolutwert der maßstabsgerechten seit lichen Beschleunigung (angepaßt aus gleichen Gründen wie Snx)
HCDr = Absolutwert der geschätzten Gier- Beschleunigung
V2 = quadrierte Geschwindigkeit

6. Dynamische Nickbewegungs-Kräfte

PFdyn = K₃ _* [PCnx _* Snx + PCny _* Msny + PCDr _* MDr + PCv _* V2]

worin

K₃ = Maßstabskonstante (oben beschrieben)
PFdyn = dynamische Nickbewegungs-Kraft
PCnx = Nickbewegungs-Kompensationsfaktor für Verzögerung und Beschleunigung - aus Testdaten berechnet
Snx = maßstabsgerechte Längsbeschleunigung
PCny = Rechts/Links-Seiten-Nickbewegungs- Kompensationsfaktor - berechnet aus Testdaten
MSny = absolute maßstabsgerechte Seitenbeschleunigung
PCDr = Gier-Beschleunigungs-Kompensationsfaktor für Hubbewegung - aus Testdaten berechnet
MDr = absolute geschätzte Gier-Beschleunigung
PCv = aerodynamischer Hub-Kompensationsterm
V2 = Quadrat der Geschwindigkeit

7. Dynamische Rollbewegungs-Kräfte

RFdyn = K₃ _* [RCnx _* Snx + RCnyc _* Sny + RCDr _* MDr]

worin

K₃ = Maßstabskonstante (oben beschrieben)
RFdyn = dynamische Rollbewegungs-Kraft
RCnx = Rollbewegungs-Verzögerungs- und Beschleu nigungs-Kompensationsfaktor - aus Testdaten berechnet
RCnyc = aufbereiteter Rollbewegungs-Kompensationsfaktor
Snx = maßstabsgerechte Längsbeschleunigung
Sny = maßstabsgerechte Seitenbeschleunigung
RCDr = Gier-Beschleunigungs-Kompensationsfaktor für Rollbewegung - aus Testdaten berechnet
MDr = absolute Gier-Beschleunigung

8. Dynamische Verwindungs-Kräfte

Wfdyn = K₃ _* [Sny _* Woff] - Wmax < WFdyn < Wmax

worin

K₃ = Maßstabskonstante (oben beschrieben)
Wfdny = dynamische Verwindungs-Kraft
Sny = maßstabsgerechte Seitenbeschleunigung
Woff = erforderliche Verwindung (siehe unten)
Wmax = Grenzkraft dynamische Verwindung

Der erforderliche Verwindungs-Term Woff ist ein Term, der einen Fehlerabgleich für die Kurvenfahrt-Rate bewirkt. Dieser Term wird berechnet als gewählte Funktion der Differenz zwi schen dem Gierbewegungsmaß, das dem durch den Fahrer des Fahrzeugs veranlaßten Lenkmanöver entspricht, und dem tat sächlich erreichten Gierbewegungsmaß. Das Gierbewegungsmaß, welches dem Lenkmanöver für das Fahrzeug entspricht, ist proportional zum Produkt des Einschlagwinkels an den Vorder rädern des Fahrzeugs und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das tatsächliche Gierbewegungsmaß für das Fahrzeug wird durch das Gierbewegungs-Gyrometer 600 gemessen. Die gewählte Funktion zur Erzeugung der Größe Woff aus der Differenz zwischen ange forderter und tatsächlicher Gierbewegungsrate hängt von den gewünschten Eigenschaften des Fahrzeugs hinsichtlich seines Lenkverhaltens ab.

Die zentrale Steuervorrichtung 500 verwertet die modalen Kräfte, die aufgrund der Signale der Radaufhängungs-Sensoren berechnet werden, und die berechneten dynamischen modalen Kräfte gemeinsam in einem nachgebildeten System von "modalen" Federn und Dämpfungselementen, um den erforderlichen modalen Geschwindigkeits-Vorgabewert zu berechnen. Unter Berücksich tigung der modalen Hub-Kraft wird das in Fig. 4 gezeigte Sy stem für jede der vier modalen Kräfte nachgebildet.

Das in Fig. 4 gezeigte Modell wird für die Hub-Bewegungen verwendet. Es hat eine Masse Ms, welche die modale Trägheits masse des Fahrzeugaufbaus darstellt, und eine Masse Mu, wel che die modalen Massen der Radgruppen darstellt. Zwischen diesen zwei Massen Ms und Mu sind eine Feder 40 mit der Fe derkonstanten MHKC und eine Dämpfungseinrichtung 41 mit einer Dämpfungskonstante I/IHCC wirksam (IHCC ist die inverse Hub- Dämpfung). Die zwei Konstanten MHKC und IHCC sind so gewählt, daß sie die gewünschten Eigenschaften des Fahrzeugs hinsicht lich des Hub-Fahrverhaltens ergeben. Die Berücksichtigung der Massen-Federungs-Dämpfungs-Gleichung für das System ergibt:

-Hf = [Hfdyn + MHKc _* Hxs - Hdem/IHCC]

worin

Hf = modale Hub-Kraft, berechnet aus Signalen der Belastungssensoren (siehe oben) - positiv, wie in Fig. 4 gezeigt
Hfdyn = modale Hub-Kraft aufgrund von Massenträgheit des Fahrzeugaufbaus (siehe oben)
MHKc = gewünschte modale Hub-Steifigkeit
I/IHCC = gewünschte modale Hub-Dämpfung
Hdem = erforderliche modale Geschwindigkeit - negativ für abnehmende Entfernungen zwischen Ms und Mu
Hxs = berechnete modale Verlagerung (später beschrieben)

Daher:

Hdem = [IHCC _* (Hf+Hfdyn+MHKcHxs)]

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine Maßstabskon stante K₂ eingeführt, um die bestmögliche Ausnutzung der Pro zessorleistung zu ermöglichen. Daher wird bei der bevorzugten Ausführungsform folgende Beziehung verwendet:

Hdem = K₃ _* HCC _* (Hf+Hfdyn+MHKcWXS)

Gleiche Berechnungen werden für die modalen Nickbewegungs-, Rollbewegungs- und Verwindungs-Geschwindigkeiten durchgeführt:

Pdem = K₃ _* IPcc _* [Pf + Pfdyn + MPKc _* Pxs]
Rdm = K₃ _* IRcc _* [Rf + Rfdyn + MRKc _* Rxs]
Wdem = K₃ _* IWcc _* [Wf + Wfdyn + MWKc _* Wxs]

worin

Pdem = verlangte modale Nick-Geschwindigkeit
Rdem = verlangte modale Roll-Geschwindigkeit
Wdem = verlangte modale Verwindungs-Geschwindigkeit
IPcc = Kehrwert der erforderlichen Dämpfung für modale Nick-Größen
IRcc = Kehrwert der erforderlichen Dämpfung für modale Roll-Größen
IWcc = Kehrwert der erforderlichen Dämpfung für modale Verwindungs-Größen
MPKc = erforderliche Steifigkeit für modale Nick-Größen
MRKc = erforderliche Steifigkeit für modale Roll-Größen
MWKc = erforderliche Steifigkeit für modale Verwindungs-Größen
K₃ = Maßstabskonstante (oben beschrieben)

Die modalen Geschwindigkeits-Anforderungssignale Hdem, Pdem, Rdem und Wdem werden dann in Stellglied-Koordinaten umge setzt, um Signale zu ergeben, die den erforderlichen Ge schwindigkeiten für die einzelnen Stellglieder entsprechen. Zu jeder Steuervorrichtung 100, 200, 300 und 400 werden ver schiedene Geschwindigkeitssignale gesendet; diese Signale sind bezeichnet mit DX1cen, DX2cen, DX3cen und DX4cen.

Wenn ein Viertel des Steuerungssystems betrachtet wird und die Kommunikation zwischen der zentralen Steuervorrichtung 500 und der Radaufhängungs-Steuervorrichtung 100 untersucht wird, so wird ersichtlich, daß die zentrale Steuervorrichtung ein Geschwindigkeitssignal DX1cen wie folgt erzeugt:

DX1cen = K₃ _* [IVrfHO _* Hdem + IVrfPO _* Pdem + IVrfRO _* Rdem + IVrfWO _* Wdem]

worin

DX1cen = erforderliche Geschwindigkeit eines durch die Steuervorrichtung 100 angesteuerten Stellgliedes
IVrfHO, IVrfPO, IVrfRO und IVrfWO = Maßstabsfaktoren zur Umsetzung von mo dalen Geschwindigkeiten in Koordinaten des Stellgliedes
K₃ = Maßstabsfaktor zur guten Ausnutzung der Prozessorleistung

Das Signal DX1cen wird als digitales Steuersignal mit einem diskreten Wert abgegeben und stellt eine Radaufhängungs-Ge schwindigkeitsanforderung dar, die auf der modalen Steifig keit und Dämpfungseigenschaft beruht.

Die zentrale Steuervorrichtung 500 berechnet und erzeugt ferner zwei weitere Steuersignale, die der Steuervorrichtung 100 zugeführt werden, nämlich Fcor1 und Xreq1, die nun näher erläutert werden.

Vier Signale X1req, X2req, X3req und X4req werden durch die zentrale Steuervorrichtung für die vier Radaufhängungs-Steu ervorrichtungen 100, 200, 300 und 400 erzeugt. Diese Signale sind Verstell-Anforderungen für die Stellglieder, damit diese veranlaßt werden, den Bewegungen der Radgruppen aufgrund der Durchbiegung der Reifen und der Entkopplungselemente (z. B. 28) unter dynamischer Belastung entgegenzuwirken. Das Signal X1req wird wie folgt berechnet.

Zunächst wird eine Reihe von modalen dynamischen Verstellun gen berechnet unter Verwendung eines Modells einer modalen Feder, um die Reifen/Entkopplungsglied-Steifigkeit darzustel len, wie in Fig. 5 gezeigt. Mittels des Modells wird berech net, welche Verlagerung der Radgruppe aus den dynamischen Kräften resultiert, die auf Reifen und Entkopplungsglied ein wirken. Das Federmodell wird verwendet, um die Nachgiebigkeit von Reifen und Entkopplungsglied darzustellen. Die Massen/Fe der-Gleichung für das System kann für die dynamischen modalen Hub-Größen wie folgt angegeben werden:

-Hfdyn = IHKt^-1 _* (Hreq-Hxdyn)

worin

Hfdyn = dynamische modale Hub-Größen (nachfolgend beschrieben)
IHKt = Kehrwert der Reifen/Entkopplungsglied- Steifigkeit für modale Hub-Größen
Hreq = erforderliche Fahrhöhe
Hxdyn = dynamische modale Verlagerung der ungefederten Massen gegenüber gefederter Masse

Daher:

Hxdyn = Hreq + IHKt _* HFdyn

Durch Einführen einer Maßstabskonstante K₃ wird die Prozes sorleistung optimal genutzt, wie folgt:

Hxdyn = K₃ _* IHKt _* HFdyn + Hreq

In gleicher Weise gilt für Nick-, Roll- und Verwindungsbewe gungen:

Nickbewegung:

Pxdyn = K₄ _* IPKt _* PFdyn + Preq

worin

Preq = erforderliche Nickbewegung des Fahrzeugs
IPKT = modale Steifigkeit der Reifen/Entkopp lungsglieder für Nickbewegung
K₄ = Maßstabskonstante für beste Prozessor ausnutzung

Rollbewegung:

Rxdyn = K₄ _* IRKt _* RFdyn + Rreq

worin

Rreq = erforderliches Rollverhalten des Fahrzeugs
IRKt = modale Steifigkeit der Reifen/Entkopp lungsglieder für Rollbewegung
K₄ = Maßstabskonstante (oben beschrieben)

Verwindung:

Wxdyn = K₄ _* IWKt _* WFdyn + Wreq

worin

Wreq = erforderliche Verwindung des Fahrzeugs
IWKt = modale Steifigkeit der Reifen/Entkopp lungsglieder für Verwindung
K₄ = Maßstabskonstante (wie oben beschrieben)

Die Größe Wreq ist ein Bedarfs-Term, der als Vorgabe-Term verwendet werden kann, welcher proportional zu der modalen Verwindung ist, die aus Kraftmessungen an den Stellgliedern berechnet wurde, denn das Auftreten einer Verwindungskraft am Fahrzeugaufbau bei der Kurvenfahrt ist zur Unterstützung des Lenkvorgangs von Vorteil.

Aus den Größen Hxdyn, Pxdyn, Rxdyn und Wxdyn werden die dyna mischen Verstellungen für jedes Stellglied berechnet, also die Signale X1req, X2req, X3req. Die Berechnung für X1req geschieht wie folgt (wobei die Berechnung für X2req usw. in gleicher Weise erfolgt):

X1req = [IVrfHO _* HXdyn + IVrfPO _* PXdyn + IVrfRo _* Rxdyn + IVrfWO _* WXdyn]

worin
X1req = erforderliche Verstellung des durch die Steuervorrichtung 100 angesteuerten Stellgliedes
IVrfHO, IVrfPO, IVrfRO, IVrfWO = Maßstabsfaktoren zur Umsetzung der moda len Verstellanforderungen in Koordinaten des Stellgliedes, das die Steuervorrich tung 100 ansteuert

Es ist daher ersichtlich, daß die Stellglieder in solcher Weise angesteuert werden, daß sie ausgefahren werden, um die Durchbiegung der Entkopplungselemente und Reifen unter dyna mischer Last zu kompensieren.

Die Signale Xreq werden digital durch den zentralen Steuer prozessor gefiltert, um eine Glättung der veränderlichen Grö ßen zu bewirken, und werden dann erneut in modale Koordinaten umgesetzt und mit modalen Verstellungen kombiniert, die aus den gemessenen Verstellungen der Stellglieder berechnet wur den, um zu den Werten von Hxs, Pxs, Rxs und Wxs zu gelangen, den Verstellungen der modalen Federn und Dämpfungsglieder für die Kraftarten bei Hub-, Nick-, Roll- und Verwindungsbewegun gen. Die Terme Hxs, Pxs, Rxs und Wxs werden dann zur Berech nung von modalen Geschwindigkeitsanforderungen verwendet, ausgehend von den Kräften, die durch die Belastungszellen gemessen werden, und den Verlagerungen, die durch die LVIT- Elemente gemessen werden.

Die zentrale Steuervorrichtung sendet ferner Belastungs-Kor rekturterme an jede Radaufhängungs-Steuervorrichtung: F1cor, F2cor, F3cor und F4cor. Die Belastungs-Korrekturterme werden berechnet, um Kräfte zu berücksichtigen, die auf den Fahr zeugaufbau übertragen und nicht durch die Belastungszellen gemessen werden; sie beruhen sowohl auf den Federn parallel zu der Belastungszelle als auch auf Unvollkommenheiten des reellen Aufhängungssystems. Durch die Korrekturterme werden ferner in der an den Belastungszellen gemessenen Kraft dyna mische Kräfte unterdrückt, die auf der Massenträgheit des Fahrzeugs beruhen (Hfdyn, Pfdyn, Rfdyn und Wfdyn).

Die Korrekturterme für nicht gemessene Belastungen werden bestimmt, indem die Stellglieder in solcher Weise angesteuert werden, daß sie ausgefahren werden, während das Fahrzeug stillsteht, und indem die Kräfte gemessen werden, die dann auftreten, wenn der Fahrzeugaufbau Hub- und Rollbewegungen ausführt, während das Fahrzeug stillsteht.

Die Steuervorrichtungen für die Radaufhängungen

Jede der Radaufhängungs-Steuervorrichtungen steuert nur ein Stellglied. Jede von ihnen empfängt Analogsignale aus der am Stellglied befestigten Belastungszelle und aus dem LVIT-Ele ment, welches den Hub des Stellgliedes mißt, sowie aus einem Radnaben-Beschleunigungsmesser, der an der betreffenden Rad gruppe befestigt ist. Jede Radaufhängungs-Steuervorrichtung empfängt ferner aus der zentralen Steuervorrichtung in Form von digitalen Signalen die Größen Fcor, Xreq und DXcen, also die bereits beschriebenen Signale.

Jede Radaufhängungs-Steuervorrichtung berechnet ein Geschwin digkeits-Anforderungssignal auf der Grundlage einer gewählten Steifigkeit des Stellgliedes und Dämpfung. Die Größe Dxcor ist die erforderliche Radaufhängungs-Geschwindigkeit, die von einer der Radaufhängungs-Vorrichtungen erzeugt wird. Jede Radaufhängungs-Steuervorrichtung bildet ein Masse/Feder-Dämp fungssystem wie in Fig. 6 gezeigt nach. Dieses Modell hat eine gefederte Masse 61 der Größe Ms, welche den Fahrzeugauf bau darstellt, und eine ungefederte Masse 62, die eine Rad gruppe darstellt. Die gefederte Masse 61 und die ungefederte Masse 62 sind beide durch Dämpfer 63, 64 an feste Bezugssy steme angeschlossen. Der Dämpfer 63 hat eine gewählte Dämp fungskonstante Cu. Der Dämpfer 64 hat eine davon verschiedene gewählte Dämpfungsgröße CC. Eine Feder 60 mit der Federkon stanten Kc wirkt zwischen der gefederten Masse 61 und der ungefederten Masse 62.

Das Modell hat folgende Gleichung für das Kräftegleichgewicht:

F = I/ICC DXcor - MKs _* Xj (Y)

Daher

DXcor = ICC _* [F + MKs _* Xj]

worin

F = die durch die Meßzelle 27 gemessene Kraft
DXcor = Geschwindigkeit der gefederten Masse 61
ICC = nachgebildete invertierte Radaufhängungs- Dämpfung
MKs = nachgebildete Radaufhängungs-Steifigkeit
Xj = gemessene Auslenkung (Xs-Xu)

Die Belastungszelle 27 mißt jedoch die Kräfte aufgrund von dynamischen Belastungen, und diese müssen unterdrückt werden, damit die Radaufhängungs-Steuervorrichtung das Stellglied nicht veranlaßt, ansprechend auf dynamische Belastungen aus gelenkt zu werden (das Ansprechen auf dynamische Belastungen beruht auf dem modalen Modell der zentralen Steuervorrich tung). Das Radaufhängungs-Modell sollte auch nicht auf der Annahme beruhen, daß die Auslenkung des Stellgliedes die Ein drückung an Reifen und Entkopplungsglied unter dynamischer Last kompensiert: die Xreq-Terme, die durch den zentralen Steuerprozessor berechnet werden. Da ferner die Belastungs zelle nicht die auf den Fahrzeugaufbau über die Aufhängungs feder übertragene Kraft mißt, die parallel zu dem Stellglied wirkt, muß diese Kraft berechnet werden. Daher wird die Glei chung (Y) wie folgt verändert:

DXcor = K₃ _* Icc _* [8 _* (F + Fcorr + 2 _* K₂ _* Kcs _* X) + 4 _* K₂ (MKs + (X - Xdym))] (Z)

worin

K₃ = eine Maßstabskonstante zur Optimierung der Prozessorausnutzung
Fcorr = Kraft-Korrekturgröße zur Unterdrückung dynamischer Belastung (aus zentralem Prozessor)
Xdym = erforderliche dynamische Verlagerung (aus dem Signal Xreq aus zentralem Prozessor berechnet - siehe unten)
Kcs = parallele Radaufhängungs-Steifigkeit

Der Term Xdym ist ein gefilterter dynamischer Verlagerungs- Term, der durch die folgende Iteration berechnet wird.

Zunächst wird ein Geschwindigkeits-Anforderungssignal Dxreq berechnet:

DXreq = K₅ _* Kdyn _* (Xreq - Xdynm old)

mit

DXreq = Geschwindigkeit für Stellglied zur Kom pensation der Reifen/Entkopplungsglied- Eindrückung aufgrund dynamischer Bela stung
Kdyn = Filterkonstante
Xdynm old = vorheriges gefiltertes Signal für Verstel lung des Stellgliedes, damit der Bewegung an Reifen und Entkopplungsglied entgegen gewirkt wird
Xreq = Xreq1-Signal, das aus zentraler Steuer vorrichtung empfangen wird (siehe oben)
K₅ = Maßstabskonstante für beste Prozessoraus nutzung

Dann wird die neue gefilterte Auslenkungs-Anforderung Xdym new berechnet.

Xdym new = Xdym old + DXreq _* Idyn

worin

Idyn = Integrations-Zeitkonstante

Die Filterung muß erfolgen, da bei der bevorzugten Ausfüh rungsform der zentrale Prozessor mit einer Taktfrequenz ar beitet, die niedriger ist als die an den Radaufhängungen. Die Gründe für die Filterung werden später erläutert.

Die berechnete angeforderte Geschwindigkeit DXcor wird dann mit der angeforderten Geschwindigkeit DXcen aus dem zentralen Prozessor kombiniert, um einen Geschwindigkeits-Fehlerterm DXerr zu ergeben:

DXerr = DXcen - DXcor

Das Signal DXerr wird dann wie folgt gefiltert:

DXeOM : DXeO1 = DXeOm DXeO1 old + Kvel _* (DXerr - DXeOM : DXO1old)

worin

DXeOm : DXeO1 = gefilterter Geschwindigkeitsfehler
Kvel = Filterkonstante
DXeOm : DXeO1old = vorheriges Geschwindigkeits-Fehlersignal

Das nachgebildete System muß mit dem tatsächlichen System verglichen werden, um zu einer geeigneten Geschwindigkeits- Anforderung für das Stellglied zu gelangen. Dies wird weiter unten erläutert.

Das in Fig. 6 gezeigte Modell entspricht dem tatsächlichen, in Fig. 7 gezeigten System. Dort sind eine gefederte Masse 70, die den Fahrzeugaufbau mit der Masse Ms darstellt, und eine ungefederte Masse 71 der Größe Mu ersichtlich, welche die Radgruppe darstellt. Dazwischen wirken ein Stellglied 14 und eine Aufhängungsfeder 21. Die Reifen-Steifigkeit ist durch ein Feder- und Dämpfungssystem dargestellt.

In dem tatsächlichen System ist - wenn davon ausgegangen wird, daß keine Dämpfung durch das Entkopplungsglied stattfindet - die Kraft in der Belastungszelle Fm, worin:

Fm = Ki _* (Xi - Xs),

und wenn die Stellglied-Auslenkung =Xj=Xu-Xi, so gilt:

Fm = Ki _* (Xu - Xj - Xs)

Daher

Xu - Xs = Xj + Fm/Ki (1)

Durch Differenzieren:

DXs = DXu - DXj - DFm/Ki (2)

Die Bewegungsgleichungen für das Steuersystem nach Fig. 6 sind:

Ms _* DDXs = Kc _* (Xu - Xs) - Cc _* DXs (3)

Mu _* DDXu = Kc _* (Xu - Xs) - Cu _* DXu (4)

worin Ms_*DDXs die gemessene Belastungszellen-Kraft Fm ist.

Subtrahieren von (4) und (3) bei Vernachlässigung der Fakto ren 2 ergibt:

Fm = Kc _* (Xu - Xs) - Cc _* DXs + Cu _* DXu + Mu _* DDXu (5)

Einsetzen von (1) und (2) in (5) ergibt:

Fm = Kc _* (Xj + Fm/Ki) - Cc _* (DXu - DXj - DFm/Ki) + Cu _* DXu - Mu _* DDXu

Damit die Relativbewegung zwischen den beiden Massen in ge eigneter Weise beherrscht werden kann, muß Kc wesentlich grö ßer als Ki sein. Unter dieser Annahme kann die obige Glei chung wie folgt geschrieben werden:

Fm = Xj _* Kc + DXj _* Cc + DXu _* (Cu - Cc) + DDXu _* Mu - DFm _* Cc/Ki

Der Steuerprozessor verlangt, daß eine Geschwindigkeits-An forderung an das Stellglied ausgegeben wird. Die Geschwindig keit wird daher der folgenden Gleichung unterworfen:

DXj = 1/Cc _* [Fm - Xj _* Kc - DXu _* Cu - Mu _* DDXu] + DXu - DFm/Ki

Bei der Entwicklung des Systems wurde gefunden, daß der Term DFm/Ki nur eine untergeordnete Bedeutung hat und auch nur schwierig erzeugt werden kann, so daß er aus der Gleichung ausgeschieden würde.

Der Term DXu_*Cu/Cc wird mit DXu allgemein in dem Steuersystem kombiniert, wobei DXu mit einem Radnaben-Dämpfungsfaktor KufC multipliziert wird. Der Algorithmus wird vollständig in der Radaufhängungs-Verarbeitung implementiert, wobei die folgende grundlegende Geschwindigkeits-Ansteuerung übrig bleibt.

DXj = 1/Cc _* [Fm - Xj _* Kc] + KufC _* DXu - Mu _* DDXu

wobei in diesem Code

1/Cc = Kehrwert der Dämpfung ICC
Fm = Kraft an Belastungszelle (F im Modell)
Xm = Verlagerung
Kc = erforderliche Radaufhängungs-Steifigkeit (MK im Modell)
KufC = Radnaben-Geschwindigkeitsfaktor
DXu = geschätzte Radnaben-Geschwindigkeit
Mu = Radnaben-Beschleunigungsfaktor (MMc im Modell)
DDXu = gemessene Radnaben-Beschleunigung

Der Radnaben-Beschleunigungsmesser 29 mißt den Term DDXu, und die Radnaben-Geschwindigkeit DXum wird entweder berechnet, indem die gemessene Beschleunigung integriert wird, oder durch Differenzierung des Positionssignals X. Der Term Icc [Fm-Xj_*Kc] ist - wie zuvor in der Gleichung (Y) auf Seite ? gezeigt wurde - äquivalent zu DXcor, wobei dieses Signal wie in Gleichung (Z) auf Seite ? verändert wird. Zu dem modifi zierten Signal in Gleichung (Z) muß die gefilterte modale Geschwindigkeitsanforderung DXeOM · DXO1 hinzuaddiert werden. Dann bleibt folgendes übrig:

DXmod = K₆ _* [DDXu MMc + Kufc _* DXum] + K₄ _* [K₃^-1 + DXeOM : DXeO1]

worin

DXmod = Stellglied-Geschwindigkeits-Anforderung
DDXu = gemessene Radnaben-Beschleunigung
MMc = Faktor für Radnabenbeschleunigung (oder Masse)
Kmfc = Faktor für Radnabengeschwindigkeit (oder Dämpfung)
DXum = berechnete Radnaben-Geschwindigkeit
K₃, K₄, K₆ = Maßstabskonstanten für beste Prozessor leistung

Das Geschwindigkeits-Anforderungssignal DXmod enthält daher die Summe aus der Summe des Signals DXcor, welches aus dem Radaufhängungs-Modell berechnet wurde, und einem tiefpaßge filterten Signal DXcen. Das Signal DXcor ist nicht auf ir gendeine besondere Bandbreite beschränkt, und daher kann das Stellglied hochfrequent ansprechend auf Belastungen reagie ren, die dem Stellglied durch Eingangsgrößen aufgrund des Straßeneinflusses aufgegeben werden (die dynamischen Ein gangsgrößen sind in der erfaßten Kraft F durch die Signale Fcor unterdrückt worden). Das Signal DXerr, welches aus der Differenz zwischen DXcen und DXcor abgeleitet wird, bewirkt eine Kompensation gegenüber dynamischen Belastungen; es wird tiefpaßgefiltert, um die Bandbreite typischerweise auf Fre quenzen von 1,2 Hz und darunter zu beschränken (dies erfolgt durch berechnete Auswahl von Kvel). Das Stellglied reagiert daher sowohl hochfrequent als auch niederfrequent auf Bela stungs-Eingangsgrößen, spricht jedoch auf dynamische Ein gangsgrößen nur mit niedriger Frequenz an.

Bevor das Signal DXmod an das Servoventil gegeben wird, wird es in der bevorzugten Ausführungsform mit dem Signal DXreq aufsummiert; dieses Signal DXreq ist das Geschwindigkeits- Anforderungssignal, welches in der zuvor gezeigten Weise aus dem Positions-Anforderungssignal Xreq berechnet wurde, damit eine Auslenkung des Stellgliedes erfolgt, durch welche die Nachgiebigkeit von Reifen und Entkopplungsglied kompensiert wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ferner die Summe der Signale DXreq und DXmod durch einen sogenannten "Bump Stop"-Algorithmus modifiziert, wie in der internationa len Patentveröffentlichung WO 90/12 699 beschrieben.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die zentrale Steuer vorrichtung ein digitaler Prozessor mit einer Taktfrequenz von 100 Hz. Die Radaufhängungs-Steuervorrichtungen sind eben falls digitale Prozessoren, die aber bei einer Taktfrequenz von 1 kHz arbeiten. Die Radaufhängungs-Steuervorrichtungen empfangen daher die Signale Fcor, DXcen und Xreq nur bei je dem zehnten Taktimpuls. Wenn das Signal DXcen nicht gefiltert wird, bevor die Kombination mit DXcor erfolgt, könnten bei jedem zehnten Taktimpuls des Radaufhängungs-Prozessors plötz liche oder impulsförmige Veränderungen auftreten. Die Filte rung des Signals Dxcen ermöglicht es einem Verteilersystem, mit einem zentralen Prozessor zu arbeiten, der bei einer niedrigeren Frequenz als die Radaufhängungs-Prozessoren ar beitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ferner eine leichte Veränderung der Grenzfrequenz zwischen modaler Steuerung und Radaufhängungs-Steuerung durch Veränderung von Kvel. Da fer ner das Geschwindigkeitsanforderungs-Steuersignal gefiltert wird und zu einer kombinierten Geschwindigkeitsanforderung wird, anstatt für die in den Steuerschaltungen der zentralen Steuervorrichtung verwendeten Faktoren gestuft zu werden, kann es vergrößert werden, und/oder es werden eine kürzere Ansprechzeit und eine genauere Steuerung erzielt.

Claims

1. Fahrzeug-Aufhängungssystem mit mehreren Stellgliedern, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radgruppen des Fahrzeugs angeschlossen sind und durch Steuervorrichtungen angesteuert werden, um ein- und auszufahren, um die Fahrlage des Fahr zeugs zu steuern, wobei wenigstens ein Stellglied sowohl durch eine erste, dem Stellglied individuell zugeordnete Steuervorrichtung als auch durch eine zweite Steuervorrich tung angesteuert wird, die mehrere Stellglieder ansteuert, wobei Steuersignale, die sowohl durch die erste als auch durch die zweite Steuervorrichtung erzeugt werden, zu Steuersignalen für das Stellglied kombiniert werden, dadurch ge kennzeichnet, daß Signale aus der zweiten Steuervorrichtung durch eine Filtereinrichtung gefiltert werden, bevor sie mit Signalen aus der ersten Steuervorrichtung kombiniert werden, und daß die Filtereinrichtung Signale aus der zweiten Steuer vorrichtung unterdrückt, die außerhalb einer vorbestimmten Bandbreite liegen.

2. Fahrzeug-Aufhängungssystem mit mehreren Stellgliedern, die zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radgruppen des Fahrzeugs angeschlossen sind und durch Steuervorrichtungen angesteuert werden, um ein- und auszufahren, um die Fahrlage des Fahr zeugs zu steuern, wobei wenigstens ein Stellglied sowohl durch eine erste, dem Stellglied individuell zugeordnete Steuervorrichtung als auch durch eine zweite Steuervorrich tung angesteuert wird, die mehrere Stellglieder ansteuert, wobei Steuersignale, die sowohl durch die erste als auch durch die zweite Steuervorrichtung erzeugt werden, zu Steuer signalen für das Stellglied kombiniert werden, dadurch ge kennzeichnet, daß Signale aus der zweiten Steuervorrichtung mit Signalen aus der ersten Steuervorrichtung kombiniert wer den, nachdem eine Veränderung durch eine Amplituden-Verände rungseinrichtung erfolgt ist, wobei diese Amplituden-Verände rungseinrichtung die Amplitudendifferenz zwischen aufeinan derfolgenden Steuersignalen vermindert, welche die zweite Steuervorrichtung erzeugt, indem die Amplitude des letztge nannten Steuersignals verändert wird.

3. Fahrzeug-Aufhängungssystem mit mehreren Stellgliedern, die zwischen einem Fahrzeugaufbau und Radgruppen des Fahrzeugs angeschlossen sind, und mehreren elektrischen oder elektroni schen Steuervorrichtungen zum Steuern der Stellglieder, damit diese ein- und ausgefahren werden, um die Fahrlage des Fahr zeugaufbaus zu steuern, wobei wenigstens ein Stellglied durch Steuersignale gesteuert wird, die eine Kombination von Steuersignalen sind, die durch eine erste, dem Stellglied indivi duell zugeordnete Steuervorrichtung und durch eine zweite Steuervorrichtung erzeugt werden, die mehrere Stellglieder ansteuert, wobei die erste Steuervorrichtung Steuersignale mit einer ersten Frequenz und die zweite Steuervorrichtung Steuersignale mit einer zweiten Frequenz erzeugt, die niedri ger als die erste Frequenz ist, wobei eine Filtereinrichtung vorgesehen ist, um die durch die zweite Steuervorrichtung erzeugten Steuersignale zu filtern, damit Signale unterdrückt werden, die außerhalb einer vorbestimmten Bandbreite liegen, bevor die Kombination der Signale mit Signalen erfolgt, die durch die erste Steuervorrichtung erzeugt werden.

4. Fahrzeug-Aufhängungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, bei welchem die Filtereinrichtung einstellbar ist, um die Frequenz-Bandbreite einzustellen, oberhalb welcher Signale aus der zweiten Steuervorrichtung unterdrückt werden.

5. Fahrzeug-Aufhängungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die erste und die zweite Steuervor richtung durch digitale Prozessoren gebildet sind und die erste Steuervorrichtung mit einer Taktfrequenz arbeitet, die höher ist als die der zweiten Steuervorrichtung.

6. Fahrzeug-Aufhängungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die zweite Steuervorrichtung Signale aus Kraft-Sensoren empfängt, welche die Kraft messen, die durch jedes Stellglied auf den Fahrzeugaufbau übertragen wird, und die Kräfte in modale Kräfte für Hub-, Nick-, Roll- und Verwindungsbewegungen auflöst.

7. Fahrzeug-Aufhängungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die erste Steuervorrichtung Steuersi gnale unter Verwendung von Signalen erzeugt, die durch Senso ren, welche die Bewegung des Fahrzeugaufbaus und die darin auftretenden Kräfte in einem ersten Modell eines Federungs- und Dämpfungs-Systems messen, und die zweite Steuervorrich tung Steuersignale unter Verwendung von Signalen erzeugt, die durch die Sensoren in einem zweiten Modell eines Federungs- und Dämpfungs-Systems erzeugt werden.

8. Fahrzeug-Aufhängungssystem nach Anspruch 7, bei welchem die zweite Steuervorrichtung vorzugsweise von einem Modell eines Federungs- und Dämpfungs-Systems Gebrauch macht, das in den modalen Koordinaten von Hub-, Nick-, Verwindungs- und Rollbewegungen arbeitet.

9. Fahrzeug-Aufhängungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die zweite Steuervorrichtung Steuer signale erzeugt, durch die ein Stellglied in solcher Weise angesteuert wird, daß es ausgefahren wird, um die Eindrückung der Reifen unter Belastung zu kompensieren.

10. Fahrzeug-Aufhängungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die zweite Steuervorrichtung vorzugs weise ein Stellglied in solcher Weise ansteuert, daß es auf niederfrequente Belastungen am Fahrzeugaufbau anspricht, die durch das Manövrieren des Fahrzeugs entstehen.