DE4242912A1

DE4242912A1 - Verfahren zur Regelung und/oder Steuerung eines Kraftfahrzeugfahrwerks

Info

Publication number: DE4242912A1
Application number: DE4242912A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Heinsohn; Klaus Landesfeind; Michael Dr Dr Ing Dinkelacker; Peter Meissner; Eberhardt Dipl Phys Schunck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: DE4242912B4; US5452209A; FR2699455A1; JPH06219125A

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

Anhand der Fig. 1 und 2 wird die Erfindung anhand eines Ausfüh rungsbeispiels detailliert erklärt.

Ausführungsbeispiele

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

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.