DE4242912A1 - Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks - Google Patents
Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines KraftfahrzeugfahrwerksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rege
lung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks.
Zur Verbesserung des Fahrkomforts und der Fahrsicherheit von Perso
nen- und/oder Nutzkraftwagen geht man von den bisher nur überwiegend
benutzten passiven Fahrwerken über zu aktiven. Bei solchen aktiven
Fahrwerken kann die Charakteristik der Aufhängungssysteme zwischen
dem Fahrzeugaufbau und den Rädern während des Fahrbetriebs je nach
Fahrzustand im Sinne einer Steuerung oder Regelung beeinflußt wer
den. Hierzu sind aus dem Stand der Technik die unterschiedlichsten
Steuerungs- oder Regelungskonzepte bekannt.
Als ein solches Steuerungs- bzw. Regelungskonzept ist das sogenannte
Skyhook-Konzept aus dem Stand der Technik bekannt (beispielsweise
aus: Vibration Control Using Semi-Active Force Generators, D.
Karnopp et al., Journal of Engineering for Industry, May 1974, Seite
619). Hierbei wird von der Ideal-Vorstellung ausgegangen, die
Fahrzeugaufbaubewegungen gegenüber einer inertialen Bezugsebene zu
dämpfen. Als Realisierung dieser Ideal-Vorstellung wird vorgeschla
gen, die erfaßten inertialen Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus
zur Verstellung von Aktuatoren zu benutzen, die zwischen dem Fahr
zeugaufbau und den Rädern Kräfte aufbringen. Insbesondere werden die
Aktuatoren zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Fahrzeugaufbau
und den Rädern derart angesteuert, daß diese Kräfte proportional zu
den erfaßten inertialen Aufbaugeschwindigkeiten sind. Hierdurch ge
langt man zu einer inertialen Dämpfung der Fahrzeugaufbaubewegungen.
Bei vollaktiven Systemen können die Aktuatoren unabhängig von der
Relativbewegung zwischen Fahrzeugaufbau und den Rädern Kräfte auf
bringen. Daneben finden als sogenannte semiaktive Aktuatoren Dämpfer
Anwendung, die in ihrer Dämpfungseigenschaft verstellbar sind.
Ein besonderer Vorteil dieser beschriebenen inertialen Dämpfung der
Aufbaubewegungen besteht darin, daß hierdurch eine bemerkenswerte
Erhöhung des Fahrkomforts erreicht wird, wobei gleichzeitig die
Fahrsicherheit wenigstens nicht beeinträchtigt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem be
schriebenen Skyhook-Regelungsgedanken Verbesserungen bei der Anwen
dung dieses Regelungskonzepts zu erhalten.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung
zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeug-Fahrwerks, bei
dem zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem Rad wenigstens
ein Aktuator zur Aufbringung von Kräften angebracht ist. Dieser
Aktuator wird zur Aufbringung der Kräfte durch Ansteuersignale der
art angesteuert, daß wenigstens Teile dieser Ansteuersignale
derart gebildet werden, daß die vertikalen Bewegungen des Fahrzeug
aufbaus inertial gedämpft werden. Dies entspricht dem o. g. und aus
dem Stand der Technik bekannten Skyhook-Regelungsgedanken. Der Kern
der Erfindung besteht nun darin, daß wenigstens Teile der Ansteuer
signale derart gebildet werden, daß die aus dem Stand der Technik
bekannte inertiale Dämpfung abhängig ist von der Größe der vertika
len Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus. Aus dem Stand der Technik
ist, wie in der Anleitung beschrieben, die inertiale Dämpfung der
vertikalen Aufbaubewegungen bekannt, d. h., daß der Aktuator zur
Aufbringung von Kräften Fd, die proportional zu den inertialen Auf
baugeschwindigkeiten Za′ sind, angesteuert wird. Dabei sind also die
aufzubringenden Kräfte Fd mit den inertialen Aufbaugeschwindigkeiten
Za′ durch einen konstanten Proportionalitätsfaktor d = const.
(Dämpfungskonstante) verknüpft.
Fd = d*Za′.
Demgegenüber geschieht erfindungsgemäß die inertiale Dämpfung abhän
gig von der Größe der vertikalen Geschwindigkeit Za′ des Fahrzeug
aufbaus. D. h., daß der Proportionalitätsfaktor d abhängig von der
vertikalen Geschwindigkeit Za′ ist.
Fd = d(Za′)*Za′.
Hierdurch ist es in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung
möglich, daß die Dämpfung beim Vorliegen von geringeren vertikalen
Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus kleiner eingestellt wird, als
beim Vorliegen von höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus.
Diese Ausführungsform der Erfindung hat insbesondere dann Vorteile,
wenn als Aktuatoren Dämpfer angesteuert werden, die in ihrer Dämp
fungseigenschaft verstellbar sind. Bei der Verstellung solcher
Dämpfer kann es dadurch zu Stößen bzw. zu Schaltgeräuschen kommen,
daß die Verstellung der Dämpfungscharakteristik nicht exakt im
Dämpferkolbenumkehrpunkt (Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug
aufbau und Rad ist 0) geschieht. Dies kann durch Systemlaufzeiten
bedingt sein. Bei Umschaltungen außerhalb des Geschwindigkeitsnull
punktes des Dämpfers können Druckspitzen entstehen, die sich durch
Schaltgeräusche bzw. wahrnehmbare Stöße bemerkbar machen. Stellt man
nun gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung die Dämpfung bei gerin
gen, d. h. kleinen Aufbaugeschwindigkeiten kleiner ein, so kommt es
aus den o. g. Gründen zu einer Reduktion der subjektiv als unange
nehm empfundenen Eigenschaften (Stöße, Geräusche), weil der Dämpfer
nicht bei jedem Wechsel zwischen Zug- und Druckstufe des Dämpfers
umschaltet, sondern nur noch relativ selten, wenn die Aufbauge
schwindigkeit ein bestimmtes Maß überschreitet.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Dämpfung
beim Vorliegen von geringeren vertikalen Geschwindigkeiten des Fahr
zeugaufbaus größer eingestellt wird als beim Vorliegen von höheren
Geschwindigkeiten. Dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt die Er
kenntnis zugrunde, daß eine hohe inertiale Dämpfung des Aufbaus bei
sehr kleinen Aufbaubewegungen nur mit sehr hohen Skyhook-Verstärkungs
faktoren (hoher Proportionalitätsfaktor zwischen Aktuatorkraft und
inertialer Aufbaugeschwindigkeit) zu erreichen ist. Würde man aber
nun diese zur Dämpfung von kleinen Aufbaubewegungen hohen
Skyhook-Verstärkungsfaktoren auch zur Dämpfung stärkerer Aufbaubewe
gungen benutzen, so werden diese stärkeren Aufbaubewegungen zu
abrupt gedämpft, was als unkomfortabel empfunden wird. Dieser Kon
flikt wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, in dem eine "degressive
Skyhook-Kraft" aufgebracht wird, bei der das Verhältnis zwischen der
Aktuatorkraft und der Aufbaugeschwindigkeit mit wachsender Aufbauge
schwindigkeit kleiner wird.
Weitere Ausbildungen der Erfindung ermöglichen auch weitere Abwei
chungen von der aus dem Stand der Technik bekannten linearen
Skyhook-Funktion, bei der wie oben beschrieben ein fester Proportio
nalitätsfaktor das Verhältnis zwischen Aufbaugeschwindigkeit und
Aktuatorkraft bestimmt. So kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung darin bestehen, daß bei sehr niedrigen Aufbaugeschwindig
keiten eine progressive Kennung, bei niedrigen Aufbaugeschwindigkei
ten eine lineare, eine degressive im mittleren und eine negativ
lineare im hohen Aufbaugeschwindigkeitsbereich gewählt wird. Belie
bige andere Abhängigkeiten sind, beispielsweise je nach zu applizie
renden Fahrzeug, möglich.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung geht von ersten Signalen
aus, die, wie im Stand der Technik bekannt, proportional zur iner
tial erfaßten vertikalen Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus sind.
Diese ersten Signale werden nun erfindungsgemäß zur Bildung der An
steuersignale der Aktuatoren abhängig von der Größe der vertikalen
Geschwindigkeit des Fahrzeugaufbaus gewichtet. Durch diese de
tailliert beschriebene Ausführungsform gelangt man zu der schon er
wähnten erfindungsgemäßen geschwindigkeitsabhängigen inertialen
Dämpfung des Fahrzeugaufbaus.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß für wenigstens drei Werte der
inertialen Aufbaugeschwindigkeit ein nichtlinearer Zusammenhang zwi
schen den Werten für die Aufbaugeschwindigkeit und den Werten der
die Kraft zwischen Fahrzeugaufbau und Rad repräsentierenden An
steuersignale besteht. Im Gegensatz hierzu besteht bei dem aus dem
Stand der Technik bekannten Skyhook-Regelungssystem ein linearer Zu
sammenhang zwischen den o. g. Werten, falls die Ansteuersignale
direkt proportional zu den aufgebrachten Kräften des Aktuators sind
(Kraftsteller).
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die o. g. Ge
wichtung beim Vorliegen von geringeren vertikalen Geschwindigkeiten
des Fahrzeugaufbaus geringer getätigt wird als beim Vorliegen von
höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus. Hierdurch kommt man
zu der schon erwähnten geringeren inertialen Dämpfung für kleine
Aufbaubewegungen. Weiterhin kann auch bei dieser Ausführungsform
vorgesehen sein, daß die Gewichtung beim Vorliegen von größeren Ge
schwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus geringer getätigt wird als beim
Vorliegen von niedrigeren Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus.
Die Gewichtungen bezüglich der Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus
können in kontinuierlichen oder diskreten Schritten erfolgen. So
kann vorgesehen sein, daß die erfindungsgemäße Abhängigkeit zwischen
den ersten Signalen, die proportional zur inertialen vertikalen Ge
schwindigkeit des Fahrzeugaufbaus sind, und den Ansteuersignalen,
die abhängig von der Größe der vertikalen Geschwindigkeit des Fahr
zeugaufbaus gewichtet werden, in Form einer Kennlinie abgelegt ist.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vor
gehensweise, wenn als Aktuatoren Dämpfer angesteuert werden, die in
ihrer Dämpfungseigenschaft verstellbar sind. Bei diesen Dämpfern
kann es, wie oben beschrieben, zu den als unangenehm empfundenen
Schlägen und Geräuschen bei Umschaltungen außerhalb des Geschwindig
keitsnulldurchgangs kommen. Bei verstellbaren Dämpfern kann erfin
dungsgemäß vorgesehen sein, daß die Dämpfung oder die Gewichtung ab
hängig davon getätigt werden, ob sich der Dämpfer in seiner
Zug- oder Druckstufe befindet.
Darüberhinaus können die Gewichtungen bzw. die aufbaugeschwindig
keitsabhängigen inertialen Dämpfungen für die einzelnen Aktuatoren
unterschiedlich getätigt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter
ansprüchen zu entnehmen.
Anhand der Fig. 1 und 2 wird die Erfindung anhand eines Ausfüh
rungsbeispiels detailliert erklärt.
Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen be
schrieben werden, wobei die in den Figuren aufgeführten Bezugszei
chen mit Indices versehen sind, die die Zuordnung der Signale bzw.
Einrichtungen zu den Aktuatoren repräsentieren. Der Index i zeigt
hierbei die Zugehörigkeit der indizierten Größe zu der vorderen
(i = v) oder zu der hinteren (i = a) Fahrzeughälfte. Der Index j be
zeichnet die Zugehörigkeit der indizierten Größe zu der rechten
(j = r) oder zu der linken (j = l) Fahrzeughälfte. So sind die
Aktuatoren beispielsweise mit dem Bezugszeichen 13ÿ gekennzeichnet,
wobei der Aktuator 13vr der Aktuator ist, der sich im vorderen rech
ten Fahrzeugbereich befindet.
In der Fig. 1 sind mit dem Bezugszeichen 10ÿ Mittel dargestellt,
die die inertialen Geschwindigkeiten Zaÿ′ des Fahrzeugaufbaus
direkt oder indirekt ermitteln. Mit dem Bezugszeichen 11 sind erste
Mittel bezeichnet, die in der aus dem Stand der Technik bekannten
Art und Weise die Signale Fshÿ bilden. Diese Signale Fshÿ werden
den zweiten Mitteln 12 zugeführt, die erfindungsgemäß die Ansteuer
signale Fÿ für die Aktuatoren 13ÿ bilden. Optional können den
zweiten Mitteln 12 Signale Zarÿ′ der Mittel 14ÿ zugeführt werden,
die die Relativbewegungen zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Rädern
repräsentieren.
Die Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Ansteuersignale Fÿ von den
in der Fig. 1 zu sehenden Signalen Fshÿ anhand des vorderen rech
ten Aktuators.
Durch die Mittel 10ÿ werden vertikale Aufbaugeschwindigkeiten Zaÿ′
erfaßt. Diese Erfassung der Aufbaugeschwindigkeiten kann beispiels
weise durch inertial messende Beschleunigungssensoren getätigt wer
den, wobei die Beschleunigungssignale zu den gewünschten Geschwin
digkeitssignalen integriert werden. Die Aufbaugeschwindigkeitssigna
le können aber auch indirekt aus den Relativbewegungen zwischen dem
Fahrzeugaufbau und den Rädern ermittelt werden, wobei die Fahrzeug
parameter zu berücksichtigen sind.
In den ersten Mitteln 11 werden dann Signale gebildet, die propor
tional zu den erfaßten Aufbaugeschwindigkeiten sind. Ausgangsseitig
der ersten Mittel 11 liegen also Signale an, die Kräfte repräsentie
ren, die den aus dem Stand der Technik bekannten Skyhook-Kräften
entsprechen.
Durch die zweiten Mittel 12 werden die Skyhook-Kräfte bzw. die die
Skyhook-Kräfte repräsentierenden Signale Fshÿ abhängig von den Auf
baugeschwindigkeiten, d. h. abhängig von den Signalen Fshÿ selbst,
gewichtet. Ausgangsseitig der zweiten Mittel 12 liegen dann die so
gewichteten Ansteuersignale Fÿ für die Aktuatoren 13ÿ vor, die in
diesem Ausführungsbeispiel als Dämpfer, die in ihren Dämpfungseigen
schaften verstellbar sind, ausgelegt sind.
In der Fig. 2 wird das Übertragungsverhalten der zweiten Mittel 12
beispielhaft dargestellt. Der lineare Verlauf (Linie 1) repräsen
tiert dabei die Ansteuersignale, die gemäß des Standes der Technik
gebildet werden. Hierbei sind die Ansteuersignale Fÿ gleich den
konventionell gebildeten Skyhook-Kräften Fshÿ (linearer Verlauf der
Linie 1). Mit der Linie 2 ist ein degressiver Verlauf für kleine
Aufbaugeschwindigkeiten und ein progressiver Verlauf für größere
Aufbaugeschwindigkeiten gezeigt. Hierbei werden also erfindungsgemäß
kleinere Aufbaugeschwindigkeiten weniger gedämpft als größere Auf
baugeschwindigkeiten. Dies hat die schon erwähnten Vorteile bezüg
lich der Schaltgeräusche bzw. der Stößigkeit.
Mit der Linie 3 ist ein progressiver Verlauf für kleinere Aufbauge
schwindigkeiten und ein degressiver Verlauf für größere Aufbauge
schwindigkeiten gezeigt. Bei dieser Ausführungsform werden auch
kleinere Aufbaugeschwindigkeiten mit einer hohen inertialen Dämpfung
belegt. Die in den zweiten Mitteln 12 bzw. in der Fig. 2 darge
stellten Kennlinien 2 und 3 sind diesem Ausführungsbeispiel zwischen
den einzelnen Stützstellen 1 bis 8 linear. Es werden also n = 8
Stützstellen zwischen dem minimalen und maximalen Kraftniveau zur
Verfügung gestellt. Zwischen diesen Stützstellen wird interpoliert.
Die Kennlinie kann für die Druck- und Zugstufe der Dämpfer 13ÿ un
terschiedlich vorgegeben werden. Ferner kann die Kennlinie für jedes
Rad bzw. jeden Dämpfer individuell eingestellt werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeug
fahrwerks, bei dem zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem
Rad wenigstens ein Aktuator zur Aufbringung von Kräften zwischen dem
Fahrzeugaufbau und dem wenigstens einen Rad durch Ansteuersignale
angesteuert wird, wobei wenigstens Teile der Ansteuersignale derart
gebildet werden, daß die vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus
inertial gedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
Teile der Ansteuersignale (Fÿ) derart gebildet werden, daß die
Dämpfung abhängig von der Größe der vertikalen Geschwindigkeit
(Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus geschieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfung beim Vorliegen von geringeren vertikalen Geschwindigkeiten
(Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus kleiner eingestellt wird als beim Vor
liegen von höheren Geschwindigkeiten (Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus,
oder daß die Dämpfung beim Vorliegen von geringeren vertikalen Ge
schwindigkeiten (Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus größer eingestellt wird
als beim Vorliegen von höheren Geschwindigkeiten (Zaÿ′) des Fahr
zeugaufbaus.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste
Signale (Fshÿ) gebildet werden, die proportional zur inertialen
vertikalen Geschwindigkeit (Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus sind, und
diese ersten Signale (Fshÿ) zur Bildung der Ansteuersignale (Fÿ)
abhängig von der Größe der vertikalen Geschwindigkeit (Zaÿ′) des
Fahrzeugaufbaus gewichtet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für wenig
stens drei Werte der Geschwindigkeit (Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus ein
nichtlinearer Zusammenhang zwischen den Werten für die Geschwindig
keit (Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus und den Werten der die Kraft zwi
schen Fahrzeugaufbau und Rad repräsentierenden Ansteuersignale be
steht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge
wichtung beim Vorliegen von geringeren vertikalen Geschwindigkeiten
(Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus geringer getätigt wird als beim Vorlie
gen von höheren Geschwindigkeiten (Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus oder
die Gewichtung beim Vorliegen von größeren Geschwindigkeiten (Zaÿ′)
des Fahrzeugaufbaus geringer getätigt wird als beim Vorliegen von
niedrigeren Geschwindigkeiten (Zaÿ′) des Fahrzeugaufbaus.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge
wichtungen bezüglich der Geschwindigkeiten (Zaÿ′) des Fahrzeugauf
baus kontinuierlich oder in diskreten Schritten erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Aktuatoren (13ÿ) in ihrer Dämpfungseigen
schaften verstellbare Dämpfer angesteuert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dämpfung oder die Gewichtung abhängig davon getätigt werden, ob sich
der Dämpfer in seiner Zug- oder Druckstufe befindet.
9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ge
wichtungen für wenigstens zwei der Aktuatoren (13ÿ) unterschiedlich
getätigt werden.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wo
bei zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks
zwischen dem Fahrzeugaufbau und wenigstens einem Rad wenigstens ein
Aktuator zur Aufbringung von Kräften zwischen dem Fahrzeugaufbau und
dem wenigstens einen Rad angebracht ist, und Mittel vorgesehen sind,
mittels der Ansteuersignale zur Ansteuerung des wenigstens einen
Aktuators gebildet werden, wobei wenigstens Teile der Ansteuersigna
le derart gebildet werden, daß die inertialen Bewegungen des Fahr
zeugaufbaus gedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb
der Mittel (11, 12) vorgesehen ist, wenigstens Teile der Ansteuer
signale (Fÿ) derart zu bilden, daß die Dämpfung abhängig von der
Größe der vertikalen Geschwindigkeit (Zaÿ′) der Fahrzeugaufbaus ge
schieht.
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Cited By (1)
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DE19943112B4 (de) * | 1998-09-10 | 2008-04-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota | Regelsystem für einen federnden Tragemechanismus wie einen Federungsmechanismus eines Fahrzeugs |
Also Published As
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US5452209A (en) | 1995-09-19 |
FR2699455A1 (fr) | 1994-06-24 |
JPH06219125A (ja) | 1994-08-09 |
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