DE4329161A1 - Federungssteuersystem für ein Fahrzeug - Google Patents
Federungssteuersystem für ein FahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Federungssteuersystem für ein
Fahrzeug, das an jedem Rad zum Steuern vorgesehen ist, um Fe
derungskennlinien als Reaktion auf eine Unebenheit einer
Fahrbahnoberfläche umzuschalten. Insbesondere betrifft die
Erfindung ein Federungssteuersystem zum zuverlässigen Um
schalten einer Dämpfungskraft anhand einer Verzögerung eines
Steuersystems in einem Gesamtverfahrbereich.
Im allgemeinen ist ein Federungssystem zwischen einem
Fahrzeugaufbau und einem Fahrzeugrad mit einer Feder und ei
nem Schwingungsdämpfer zum Absorbieren eines Stoßes von einer
Fahrbahnoberfläche durch die Feder angeordnet, um ihre konti
nuierlichen Rückverformungsschwingungen durch den Schwin
gungsdämpfer zu dämpfen, wodurch der Stoß u. ä. gemildert
werden. Ist die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers groß,
wird das Rollen des Fahrzeugaufbaus unterdrückt und die Sta
bilität des Fahrzeugverhaltens verbessert, wobei jedoch der
Schwingungsdämpfer empfindlich auf die Unebenheit der Fahr
bahnoberfläche reagiert und sich dadurch ein strammes Fahrge
fühl ergibt. Ist dagegen die Dämpfungskraft klein, verringert
sich von der Fahrbahnoberfläche zugeführte Schwingungen, was
einen weichen Fahrkomfort zur Folge hat. Daher wurde unlängst
ein halbaktives Federungssystem vorgestellt, in dem einem
Schwingungsdämpfer eine einstellbare Dämpfungskraftvorrich
tung zugefügt ist, um eine Dämpfungskraft von Federungskenn
linien als Reaktion auf einen Fahrbahnoberflächenzustand gu
ter und schlechter Straßen, einen Fahrzustand beim Bremsen,
Anfahren, Kurvenfahren usw. zu steuern sowie Lenkstabilität
und Fahrgefühl aufeinander abstimmen zu können.
In einem Steuersystem zum Umschalten von Federungskenn
linien anhand einer Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche ist
ein Ultraschall-Fahrbahnoberflächensensor zum Erfassen einer
Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche an einer Frontseite eines
Fahrzeugaufbaus vorgesehen. Dabei ist es wünschenswert, den
Fahrbahnoberflächensensor nahe an einem Vorderrad anzuordnen,
um Erfassungsfehler infolge von Schwankungen des Fahrzeugauf
baus zu verringern, und ihn so zu verschieben, daß eine Fahr
bahnoberfläche erfaßt wird.
Ist der Fahrbahnoberflächensensor jedoch fest ange
bracht, ändert sich je nach Fahrzeuggeschwindigkeit der Zeit
raum, in dem ein Fahrzeugrad tatsächlich eine durch den Fahr
bahnoberflächensensor zu erfassende Erfassungsposition auf
der Fahrbahnoberfläche erreicht. Ferner haben ein Sensor-,
Steuer- und Stellgliedsystem jeweils innewohnende Verzöge
rungszeiten. Unter Berücksichtigung der Verzögerungszeit des
Gesamtsteuersystems besteht bei der Fahrzeugfahrt mit vorbe
stimmter oder höherer Geschwindigkeit kein zeitlicher Spiel
raum für die Verwendung der durch den Fahrbahnoberflächensen
sor erfaßten Informationen über die Fahrbahnoberfläche zum
Steuern, um die Federungskennlinien umzuschalten, wodurch
kein gesteuertes Umschalten zu einem optimalen Zeitpunkt
stattfindet. Daher muß die Steuerung stets so erfolgen, daß
ein Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeugrad an einer Erfassungspo
sition auf der Fahrbahnoberfläche eintrifft, mit einem Zeit
punkt zum Umschalten der Federungskennlinien in Übereinstim
mung gebracht wird, indem die Verzögerungszeit des Gesamt
steuersystems im Gesamtverfahrbereich des Fahrzeugs berück
sichtigt wird.
Zu den bisherigen Offenbarungen eines Steuersystems zum
Umschalten von Federungskennlinien anhand einer Unebenheit
einer Fahrbahnoberfläche gehört z. B. die japanische Patent
veröffentlichung Nr. 182825/1991. In dem bekannten System ist
ein Sensor für Fahrbahnunebenheiten an einer unteren Front
seite eines Fahrzeugaufbaus vorgesehen, und Federungskennli
nien werden auf der Grundlage einer Sensorausgabe umgeschal
tet.
Bei diesem bekannten System ist der Sensor für Uneben
heiten der Fahrbahnoberfläche fest an einem Fahrzeugaufbau
vorgesehen, um die Fahrbahnoberfläche stets abgeteilt in ei
nem vorbestimmten Abstand in Vorwärtsrichtung des Vorderrads
zu erfassen. Daher kann er bei hoher Geschwindigkeit infolge
der Zeitverzögerung des Gesamtsteuersystems keine Steuerung
vornehmen, um die Federungskennlinien zu einem optimalen
Zeitpunkt umzuschalten.
Ist die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers in der
Federung groß, können Schwingungen schnell gedämpft werden,
um Änderungen des Fahrzeugverhaltens zu verringern und die
Lenkstabilität zu verbessern. Ist dagegen die Dämpfungskraft
klein, halten die Schwingungen an, was das Fahrgefühl verbes
sert. Daher wurde unlängst eine einstellbare Dämpfungskraft
vorrichtung vorgestellt, die einem Schwingungsdämpfer zuge
fügt ist, um eine Dämpfungskraft von Federungskennlinien als
Reaktion auf einen Fahrbahnoberflächenzustand guter und
schlechter Straßen, einen Fahrzustand beim Bremsen, Anfahren,
Kurvenfahren usw. zu steuern sowie Lenkstabilität und Fahrge
fühl aufeinander abstimmen zu können.
Bei einer Steuerung der Verhaltensstabilität zum Ändern
von Federungskennlinien anhand einer Unebenheit einer Fahr
bahnoberfläche ist ein Ultraschall-Fahrbahnoberflächensensor
zum Erfassen einer Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche an ei
ner Frontseite eines Fahrzeugaufbaus vorgesehen. Dabei ist es
wünschenswert, den Fahrbahnoberflächensensor nahe an einem
Vorderrad anzuordnen, um Erfassungsfehler infolge von Schwan
kungen des Fahrzeugaufbaus zu verringern, und ihn so zu ver
schieben, daß die Fahrbahnoberfläche erfaßt wird. Das Signal
vom Fahrbahnoberflächensensor wird in das Steuersystem einge
geben, im Steuersystem verarbeitet und damit das Stellglied
der einstellbaren Dämpfungskraftvorrichtung der Federung be
tätigt.
Daher weisen ein Sensor-, Steuer- und Stellgliedsystem
jeweils Verzögerungszeiten auf. Unter Berücksichtigung der
Sensoranordnungsposition in der Nähe des Vorderrads und der
Verzögerungszeit des Gesamtsteuersystems besteht kein zeitli
cher Spielraum für die Verwendung der durch den Fahrbahnober
flächensensor erfaßten Informationen über die Fahrbahnober
fläche zum Steuern, um die Federungskennlinien umzuschalten,
wodurch kein gesteuertes Umschalten zu einem optimalen Zeit
punkt verursacht wird. Daher muß die Steuerung stets so er
folgen, daß ein Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeugrad an der Er
fassungsposition auf der Fahrbahnoberfläche eintrifft, mit
einem Zeitpunkt zum Umschalten der Federungskennlinien in
Übereinstimmung gebracht wird, indem die Verzögerungszeit des
Gesamtsteuersystems im großen Bereich der Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs berücksichtigt wird. Bei gleichzeitiger Fede
rungssteuerung an vier Rädern ist eine Einsatz nicht möglich,
wenn Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche kurz aufeinanderfol
gen. Daher müssen die Federungen in Übereinstimmung mit dem
Zeitpunkt des Eintreffens der Vorder- und Hinterräder an der
Unebenheit der Fahrbahnoberfläche gesteuert werden.
Zu .den bisherigen Offenbarungen eines Steuersystems zum
Umschalten von Federungskennlinien anhand von Unebenheiten
einer Fahrbahnoberfläche gehört z. B. die japanische Patent
veröffentlichung Nr. 182825/1991.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht folglich darin, ein
Federungssteuersystem für ein Fahrzeug zu schaffen, das einen
Fahrbahnoberflächensensor auf geeignete Weise verschiebt und
winkelverschiebt, um dadurch die Erfassung einer Fahrbahn
oberfläche zu optimieren und Federungskennlinien stets anhand
einer Verzögerung eines Gesamtsteuersystems zu einem optima
len Zeitpunkt in einem Gesamtverfahrbereich umzuschalten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein
Federungssteuersystem für ein Fahrzeug zu schaffen, in dem
ein Fahrbahnoberflächensensor zu einem Fahrzeugaufbau auf ge
eignete Weise verschoben und winkelverschoben wird, um die
Erfassung einer Fahrbahnoberfläche zu optimieren, und Fede
rungskennlinien stets zu einem optimalen Zeitpunkt anhand ei
ner Verzögerung eines Gesamtsteuersystems in einem Gesamtver
fahrbereich umgeschaltet werden.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fe
derungssteuersystem für ein Fahrzeug zu schaffen, in dem ein
Fahrbahnoberflächensensor auf geeignete Weise verschoben
wird, um die Erfassung einer Fahrbahnoberfläche zu optimie
ren, und Federungskennlinien stets zum optimalen Zeitpunkt
anhand einer Verzögerung eines Gesamtsteuersystems in einem
Gesamtverfahrbereich umgeschaltet werden.
Eine nächste Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein
Federungssteuersystem für ein Fahrzeug zu schaffen, in dem
Federungskennlinien gesteuert werden, um durch einen Fahr
bahnoberflächensensor an einer Sensoranordnungsposition und
eine Verzögerungszeit eines Gesamtsteuersystems in einem gro
ßen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs geändert zu werden.
Eine folgende Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein
Federungssteuersystem für ein Fahrzeug zu schaffen, das eine
Änderung von Federungskennlinien gemäß einem Fahrbahnoberflä
chensensor in einem großen Geschwindigkeitsbereich des Fahr
zeugs anhand einer Sensoranordnungsposition und einer Verzö
gerungszeit eines Gesamtsteuersystems steuern und Vorder- und
Hinterradfederungen genau steuern kann.
Zur Lösung der vorgenannten ersten Aufgabe sieht die Er
findung ein Federungssteuersystem für ein Fahrzeug vor mit
einem Fahrzeugaufbau und mehreren Fahrzeugrädern, einer zwi
schen dem Aufbau und dem Rad angeordneten Federung, einem an
dem Fahrzeug angebrachten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum
Erfassen einer Geschwindigkeit des Rads und zum Erzeugen ei
nes Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, einem Schwingungsdämpfer
mit einer Feder und einem einstellbaren Dämpfungssystem und
einem Stellglied in dem Schwingungsdämpfer zum Steuern einer
Dämpfungskraft, gekennzeichnet durch einen unter einer Front
seite des Fahrzeugaufbaus angebrachten Fahrbahnoberflächen
sensor zum Erfassen einer Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche
vor dem Rad und zum Erzeugen eines Signals für den Fahrbahn
oberflächenzustand, eine mit dem Fahrbahnoberflächensensor
verbundene Verschiebevorrichtung zum Vorwärts- und Rückwärts
bewegen des Fahrbahnoberflächensensors, eine mit der Ver
schiebevorrichtung im Eingriff befindliche Winkelverschiebe
vorrichtung zum drehbaren Ändern eines Winkels zu der Fahr
bahnoberfläche und eine auf das Fahrzeuggeschwindigkeits
signal und das Signal für den Fahrbahnoberflächenzustand rea
gierende Steuereinrichtung zum Verarbeiten und Ausgeben eines
Stellsignals selektiv zu der Verschiebevorrichtung und der
Winkelverschiebevorrichtung ohne Verzögerung und zum Erzeugen
eines eingestellten Dämpfungssignals, um eine optimale Steue
rung der Federung und eine Steuerung der Verhaltensstabilität
des Fahrzeugs unter allen Fahrbedingungen zu gewährleisten.
Bei dem vorgenannten Federungssteuersystem wird die
Fahrbahnoberfläche durch den Fahrbahnoberflächensensor genau
erfaßt, und eine Dämpfungskraft der Federung wird gesteuert,
um in Übereinstimmung mit Informationen über die Fahrbahn
oberfläche vom Fahrbahnoberflächensensor umgeschaltet zu wer
den. Beim Fahren mit niedriger Geschwindigkeit ist der Fahr
bahnoberflächensensor an einer am kürzesten beabstandeten Po
sition befestigt. In diesem Zustand wird eine Verzögerungs
zeit anhand einer Verzögerung des Steuersystems berechnet,
und nach Ablauf der Verzögerungszeit wird ein Umschaltsignal
für die Dämpfungskraft zu einem Stellglied ausgegeben. Fährt
das Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit und erreichen seine
Vorderräder Erfassungspositionen auf der Fahrbahnoberfläche
schneller, wird der Fahrbahnoberflächensensor selbst durch
die Verschiebevorrichtung nach vorn verschoben. Als andere
Möglichkeit wird der Fahrbahnoberflächensensor aus dem Zu
stand der direkten Ausrichtung nach unten durch die Winkel
verschiebevorrichtung nach vorn winkelverschoben, und die Er
fassungsposition auf der Fahrbahnoberfläche wird in Vorwärts
richtung des Fahrzeugaufbaus abgeteilt. Dadurch kann die Ver
zögerungszeit des Gesamtsteuersystems stets erreicht werden.
Die Verzögerungszeit wird in diesem Sensorstellzustand ähn
lich nach Bedarf berechnet, um ein Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft zum Stellglied auszugeben, wodurch der Zeit
punkt, zu dem zumindest das Vorderrad an der Erfassungsposi
tion auf der Fahrbahnoberfläche eintrifft, im wesentlichen
mit dem Zeitpunkt zum Umschalten der Dämpfungskraft der Vor
derradfederung in Übereinstimmung gebracht wird, indem die
Verzögerungszeit des Steuersystems berücksichtigt wird. Da
durch kann ein Fahrzeugverhalten im Gesamtverfahrbereich zu
verlässig stabilisiert werden.
Zur Lösung der weiteren Aufgabe sieht die Erfindung ein
Federungssteuersystem für ein Fahrzeug vor, in dem eine
Stellsteuerung für einen Fahrbahnoberflächensensor von einer
Frontseite eines Fahrzeugaufbaus abgehängt ist und durch ein
elektrisches Signal von einer Steuereinheit betrieben wird,
um sich aus einer Position eines kürzesten Abstands vorn ge
genüber hinten nach vorn vorzuschieben und dadurch fort
schreitend eine Erfassungsposition auf der Fahrbahnoberfläche
zu verschieben.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung wird der
Fahrbahnoberflächensensor durch die Sensorstellsteuerung so
angeordnet, daß er stets genau die Fahrbahnoberfläche in Vor
wärtsrichtung der Vorderräder erfaßt, und die Dämpfungskraft
der Federung wird gesteuert, um in Übereinstimmung mit Infor
mationen über die Fahrbahnoberfläche vom Fahrbahnoberflächen
sensor umgeschaltet zu werden. Dadurch wird stets der Zeit
punkt, zu dem zumindest das Vorderrad an der Erfassungsposi
tion auf der Fahrbahnoberfläche eintrifft, mit dem Zeitpunkt
zum Umschalten der Dämpfungskraft der Vorderradfederung in
Übereinstimmung gebracht, indem die Verzögerungszeit des
Steuersystems berücksichtigt wird, wodurch das Fahrzeugver
halten in einem Gesamtverfahrbereich zuverlässig stabilisiert
wird.
Zur Lösung der anderen Aufgabe sieht die Erfindung ein
Federungssteuersystem für ein Fahrzeug vor mit einem Fahr
zeugaufbau und mehreren Fahrzeugrädern, einer zwischen dem
Aufbau und dem Rad angeordneten Federung, einem an dem Fahr
zeug angebrachten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen
einer Geschwindigkeit des Rads und zum Erzeugen eines Fahr
zeuggeschwindigkeitssignals, einem Schwingungsdämpfer mit ei
ner Feder und einem einstellbaren Dämpfungssystem und einem
Stellglied in dem Schwingungsdämpfer zum Steuern einer Dämp
fungskraft, gekennzeichnet durch einen unter einer Frontseite
des Fahrzeugaufbaus angebrachten Fahrbahnoberflächensensor
zum Erfassen einer Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche vor
dem Rad und zum Erzeugen eines Signals für den Fahrbahnober
flächenzustand, eine mit dem Fahrbahnoberflächensensor ver
bundene Verschiebevorrichtung zum Vorwärts- und Rückwärtsbe
wegen des Fahrbahnoberflächensensors und eine auf das Fahr
zeuggeschwindigkeitssignal und das Signal für den Fahrbahno
berflächenzustand reagierende Steuereinrichtung zum Verarbei
ten und Ausgeben eines Signals für die schrittweise Verschie
bung zu der Verschiebevorrichtung ohne Verzögerung und zum
Erzeugen eines Umschaltsignals für die eingestellte Dämp
fungskraft, um die Verzögerungszeit als Reaktion auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit und die Verzögerungszeit eines Ge
samtsteuersystems auf einen Zeitraum einzustellen, in dem zu
mindest das Vorderrad an der Erfassungsposition auf der Fahr
bahnoberfläche eintrifft, um das Umschaltsignal für die Dämp
fungskraft zum Stellglied auszugeben.
Bei dem vorgenannten Federungssteuersystem wird die
Fahrbahnoberfläche durch den Fahrbahnoberflächensensor genau
erfaßt, und eine Dämpfungskraft der Federung wird gesteuert,
um in Übereinstimmung mit Informationen über die Fahrbahn
oberfläche vom Fahrbahnoberflächensensor umgeschaltet zu wer
den. Beim Fahren mit niedriger Geschwindigkeit ist der Fahr
bahnoberflächensensor an einer am kürzesten beabstandeten Po
sition befestigt. Als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindig
keit in diesem Zustand wird eine Verzögerungszeit durch Sub
trahieren der Verzögerungszeit eines Gesamtsteuersystems von
einem Zeitraum berechnet, in dem das Vorderrad eine Erfas
sungsposition auf der Fahrbahnoberfläche erreicht, und nach
Ablauf der Verzögerungszeit wird ein Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft zu einem Stellglied ausgegeben. Fährt das
Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit und erreichen seine Vor
derräder Erfassungspositionen auf der Fahrbahnoberfläche
schneller, wird der Fahrbahnoberflächensensor selbst schritt
weise in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugaufbaus vorgeschoben,
um in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugaufbaus abgeteilt zu wer
den. Dadurch kann die Verzögerungszeit des Gesamtsteuersy
stems stets erreicht werden. Die Verzögerungszeit wird in
diesem Sensorstellzustand ähnlich nach Bedarf berechnet, um
ein Umschaltsignal für die Dämpfungskraft zum Stellglied aus
zugeben, wodurch stets der Zeitpunkt, zu dem zumindest das
Vorderrad an der Erfassungsposition auf der Fahrbahnoberflä
che eintrifft, im wesentlichen mit dem Zeitpunkt zum Umschal
ten der Dämpfungskraft der Vorderradfederung in Übereinstim
mung gebracht wird, indem die Verzögerungszeit des Steuersy
stems berücksichtigt wird. Dadurch kann ein Fahrzeugverhalten
im Gesamtverfahrbereich zuverlässig stabilisiert werden.
Zur Lösung der nächsten Aufgabe sieht die Erfindung ein
Federungssteuersystem für ein Fahrzeug vor mit einem Fahr
zeugaufbau und mehreren Fahrzeugrädern, einer zwischen dem
Aufbau und dem Rad angeordneten Federung, einem an dem Fahr
zeug angebrachten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen
einer Geschwindigkeit des Rads und zum Erzeugen eines Fahr
zeuggeschwindigkeitssignals, einem Schwingungsdämpfer mit ei
ner Feder und einem einstellbaren Dämpfungssystem und einem
Stellglied in dem Schwingungsdämpfer zum Steuern einer Dämp
fungskraft, gekennzeichnet durch einen unter einer Frontseite
des Fahrzeugaufbaus angebrachten Fahrbahnoberflächensensor
zum Erfassen einer Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche vor
dem Rad, um aus der Umgebung des Vorderrads nach vorn ver
schoben zu werden, um eine Erfassungsposition auf der Fahr
bahnoberfläche zu ändern, und eine Steuereinheit zum Verar
beiten von Signalen vom Fahrbahnoberflächensensor und eines
Fahrzustands, um das Stellglied und eine Sensorverschiebevor
richtung zu betätigen.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist bei nied
riger Geschwindigkeit mit einem zeitlichen Spielraum für eine
Verzögerungszeit des Gesamtsteuersystems der Fahrbahnoberflä
chensensor in der Umgebung des Vorderrads angeordnet, und die
Verzögerungszeit wird durch die Steuereinheit eingestellt, um
als Reaktion auf die Unebenheit der Fahrbahnoberfläche ein
Stellsignal für die Dämpfungskraft zum Stellglied auszugeben.
Erreichen daher die Räder eine Erhöhung oder Vertiefung, be
tätigt sie die Dämpfung so, daß Federungskennlinien auf ge
eignete Weise geändert werden, um ein Fahrzeugverhalten sta
bil zu steuern. Bei mittlerer und hoher Geschwindigkeit wird
der Fahrbahnoberflächensensor fortschreitend nach vorn ver
schoben, um die Fahrbahnoberfläche frühzeitig zu erfassen und
das Stellsignal für die Dämpfungskraft zum Stellglied auszu
geben. Erreichen in diesem Fall die Räder die Erhöhung oder
Vertiefung, können auf diese Weise die Federungskennlinien
ähnlich ohne Zeitverzögerung geändert werden. Somit kann die
Fahrbahnoberfläche in der Nähe der Räder durch den Fahrbahn
oberflächensensor genau erfaßt werden, und die Federungskenn
linien können ohne Zeitverzögerung in einem großen Geschwin
digkeitsbereich des Fahrzeugs geändert werden.
Zur Lösung der folgenden Aufgabe sieht die Erfindung ein
Federungssteuersystem für ein Fahrzeug vor mit einem Fahr
zeugaufbau und mehreren Fahrzeugrädern, einer zwischen dem
Aufbau und dem Rad angeordneten Federung, einem an dem Fahr
zeug angebrachten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor zum Erfassen
einer Geschwindigkeit des Rads und zum Erzeugen eines Fahr
zeuggeschwindigkeitssignals, einem Schwingungsdämpfer mit ei
ner Feder und einem einstellbaren Dämpfungssystem und einem
Stellglied in dem Schwingungsdämpfer zum Steuern einer Dämp
fungskraft, gekennzeichnet durch einen unter einer Frontseite
des Fahrzeugaufbaus angebrachten Fahrbahnoberflächensensor,
der sich aus der Umgebung des Vorderrads nach vorn bewegt, um
eine Erfassungsposition auf der Fahrbahnoberfläche zu ändern,
zum Erfassen einer Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche vor
dem Rad und zum Erzeugen eines Signals für den Fahrbahnober
flächenzustand und eine auf das Fahrzeuggeschwindigkeits
signal und das Signal für den Fahrbahnoberflächenzustand rea
gierende Steuereinrichtung zum Einstellen einer Verzögerungs
zeit oder eines Sensorverschiebewerts für das Stellglied der
Vorderradfederung, um ein Stellsignal für die Dämpfungskraft
als Reaktion auf eine Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche
auszugeben, und Einstellen einer Verzögerungszeit für das
Stellglied der Hinterradfederung, um ein Stellsignal für die
Dämpfungskraft als Reaktion auf eine Unebenheit der Fahrbahn
oberfläche auszugeben.
Bei dem vorgenannten Federungssteuersystem wird die Ver
zögerungszeit oder der Sensorverschiebewert durch die Steuer
einheit für das Stellglied der Vorderradfederung eingestellt,
um den Fahrbahnoberflächensensor fortschreitend in Vorwärts
richtung des Fahrzeugaufbaus zu bewegen und die Fahrbahnober
fläche frühzeitig zu erfassen, und es wird ein Stellsignal
für die Dämpfungskraft als Reaktion auf die Unebenheit der
Fahrbahnoberfläche ausgegeben, wodurch die Verzögerungszeit
des Gesamtsteuersystems in einem großen Geschwindigkeitsbe
reich des Fahrzeugs gesteuert wird. Die durch die Steuerein
heit für einen Radstand berücksichtigte Verzögerungszeit wird
für das Stellglied der Hinterradfederung verzögert, und die
Stellsignale für die Dämpfungskraft werden jeweils als Reak
tion auf die Unebenheiten der Fahrbahnoberfläche ausgegeben.
Auch wenn die Vorderräder an die nächste unebene Oberfläche
gelangen, betätigt daher die Federung die Dämpfung, um auf
geeignete Weise die Federungskennlinien ähnlich wie die der
Vorderräder zu ändern, wenn die Hinterräder die unebene Ober
fläche erreichen, wodurch das Fahrzeugverhalten zuverlässig
und stabil gesteuert wird.
Ein besseres Verständnis des Wesens, der Zweckdienlich
keit und weiterer Merkmale der Erfindung wird durch die fol
gende nähere Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der
Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten, nachfolgend
kurz beschriebenen Zeichnungen erzielt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Gesamtansicht des Aufbaus einer Ausführungs
form eines erfindungsgemäßen Federungssteuersystems für ein
Fahrzeug;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Schwingungsdämpfers mit
einstellbarer Dämpfungskraft;
Fig. 3 ein Diagramm von Dämpfungskraftkennlinien der Fe
derung;
Fig. 4 einen Ablaufplan einer Steuerung zum Ändern von
Federungskennlinien als Reaktion auf den unebenen Zustand ei
ner Fahrbahnoberfläche;
Fig. 5a bis 5c Diagramme einer Verzögerungszeit, eines
Sensorverschiebewerts bzw. eines Einstellzustands eines Sen
sorneigungswinkels;
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines unebenen Zustands
einer Fahrbahnoberfläche;
Fig. 7 eine erläuternde Ansicht eines Sensoranordnungs
zustands;
Fig. 8 eine Gesamtansicht des Aufbaus einer weiteren
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federungssteuersy
stems für ein Fahrzeug;
Fig. 9 einen Ablaufplan einer Steuerung zum Umschalten
von Federungskennlinien als Reaktion auf den unebenen Zustand
einer Fahrbahnoberfläche;
Fig. 10a und 10b Diagramme von Dämpfungskraftkennlinien
einer Federung;
Fig. 11 eine schematische Ansicht eines unebenen Zu
stands einer Fahrbahnoberfläche;
Fig. 12 ein Diagramm von Dämpfungskraftkennlinien einer
Federung;
Fig. 13 einen Ablaufplan einer Steuerung zum Ändern von
Federungskennlinien als Reaktion auf einen unebenen Zustand
einer Fahrbahnoberfläche;
Fig. 14a und 14b Diagramme eines Einstellzustands einer
Verzögerungszeit bzw. eines Sensorverfahrwerts;
Fig. 15 einen Ablaufplan einer Steuerung zum Ändern von
Federungskennlinien als Reaktion auf einen unebenen Zustand
einer Fahrbahnoberfläche; und
Fig. 16a und 16b Diagramme eines Einstellzustands einer
Verzögerungszeit bzw. eines Sensorverfahrwerts.
Nachfolgend werden die Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Zunächst wird anhand von Fig. 1 ein Federungssteuersystem für
ein Fahrzeug beschrieben. Die Bezugszahl 1 bezeichnet einen
Fahrzeugaufbau. Federungen 5 bzw. 5′ sind zwischen Radachsen
4 eines Vorderrads 2 und eines Hinterrads 3 und dem Fahrzeug
aufbau 1 angeordnet. Die Vorderradfederung 5 ist parallel zu
einem Schwingungsdämpfer 20 mit einstellbarer Dämpfungskraft
mit einer Feder 6 zwischen dem Fahrzeugaufbau 1 und der Rad
achse 4 vorgesehen, und ein Elektromotor 7 ist als Stellglied
zum Steuern vorgesehen, um eine Dämpfungskraft des Schwin
gungsdämpfers 20 an seinem oberen Ende umzuschalten. Die Hin
terradfederung 5′ ist ähnlich wie die Vorderradfederung 5
aufgebaut, wobei gleiche Bestandteile mit den gleichen, mit
einem Strich (′) versehenen Bezugszahlen bezeichnet sind und
auf die Beschreibung ihres Betriebs verzichtet wird.
Ein Fahrbahnoberflächensensor 10 zum Erfassen einer Un
ebenheit einer Fahrbahnoberfläche ist an einer Verschiebevor
richtung 11 mit einem Motor 12 eines Stellglieds und einer
Winkelverschiebevorrichtung 15 direkt in Vorwärtsrichtung des
Vorderrads 2 des Fahrzeugaufbaus 1 angeordnet. Dadurch wird
der Fahrbahnoberflächensensor 10 durch die Verschiebevorrich
tung 11 nach vorn verschoben oder durch die Winkelverschiebe
vorrichtung 15 nach vorn geneigt, damit er seine Erfassungs
position auf der Fahrbahnoberfläche verschieben kann. Ferner
ist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 13 zum Erfassen eines
Fahrzustands des Fahrzeugs vorgesehen. Signale vom Fahrbahn
oberflächensensor 10 und Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 13
werden in eine Steuereinheit 14 eingegeben. Die Motoren 7 und
7′ der Vorder- und Hinterradfederungen 5 und 5′, die Ver
schiebevorrichtung 11 und die Winkelverschiebevorrichtung 15
werden entsprechend dem Ausgabesignal der Steuereinheit 14
betätigt.
Die Steuereinheit 14 wählt ein Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft als Reaktion auf Informationen über die Fahr
bahnoberfläche aus und steuert ferner einen Ausgabezeitpunkt
des Umschaltsignals für die Dämpfungskraft anhand einer Ver
zögerung des Steuersystems und der Erfassungsposition auf der
Fahrbahnoberfläche. Nachfolgend wird ihr Steueralgorithmus
beschrieben. Bezeichnet man die Fahrzeuggeschwindigkeit durch
V, die Verzögerungszeit des Gesamtsteuersystems durch Δt, den
kürzesten Abstand vorn gegenüber hinten zwischen dem Sensor
und einem Reifenmittelpunkt durch Lo, einen horizontalen Sen
sorverschiebewert des Sensors durch ΔL1 und einen horizonta
len Winkelverschiebewert, d. h., einen Sensorneigungsver
schiebewert, durch ΔL2, ergibt sich die Gesamtlänge bis zur
Erfassungsposition auf der Fahrbahnoberfläche vor dem Reifen
durch Lo + ΔL1 + ΔL2, und die Zeit vom Zeitpunkt der Erfas
sung der Fahrbahnoberfläche bis zum Zeitpunkt des Eintreffens
dort ergibt sich durch (Lo + ΔL1 + ΔL2)/V. Ein zeitlicher
Spielraum einschließlich der Verzögerungszeit ΔT, die bei
Verwendung von Informationen über die Fahrbahnoberfläche zum
Steuern einzustellen ist, ergibt sich durch (Lo + ΔL1 + Δ
L2)/V - Δt.
Maße für den Fall, daß der Fahrbahnoberflächensensor 10
vor dem Fahrzeugaufbau geneigt ist, sind gemäß Fig. 7 defi
niert. Hierin ist die Sensoranordnungshöhe durch Ho bezeich
net, der Sensorneigungswinkel durch R, die Höhe der Uneben
heit E der Fahrbahnoberfläche D durch ΔH und der Sensorerfas
sungsabstand durch Ln. Ist in diesem Fall der Fahrbahnober
flächensensor 10 bei R = 0 direkt nach unten gerichtet, er
gibt sich die Höhe der Unebenheit E der Fahrbahnoberfläche D
durch ΔH = Ln - Ho. Bei R < 0 ergibt sich ΔL2 = Ln · sin R
und ΔH = Ho - Ln · cos R. In diesem Fall ist die Aufwärts
richtung der Unebenheit E positiv, und der Abstand nach vorn
ist positiv. Bei geringer Geschwindigkeit, bei der die Verzö
gerungszeit berechnet werden kann, wird daher die Verzöge
rungszeit ΔT berechnet, um gesteuert zu werden. Bei mittlerer
und hoher Geschwindigkeit wird der Fahrbahnoberflächensensor
10 selbst horizontal verschoben und ferner winkelverschoben,
um ihn so zu steuern, daß die Erfassungsposition auf der
Fahrbahnoberfläche in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugaufbaus
verschoben wird. Dadurch kann die Verzögerungszeit Δt des Ge
samtsteuersystems stets erreicht werden, und der Zeitpunkt,
zu dem zumindest das Vorderrad 2 an der Erfassungsposition
auf der Fahrbahnoberfläche eintrifft, kann im wesentlichen
mit dem Zeitpunkt zum Umschalten der Dämpfungskraft der Vor
derradfederung 5 im Gesamtverfahrbereich in Übereinstimmung
gebracht werden.
Ist nun die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder klei
ner als eine Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs1 (Lo/Δt), bei der
die Verzögerungszeit berechnet werden kann, wird ΔL1 = R = 0
angenommen, die Verzögerungszeit Δt wird durch ΔT = Lo/V -
Δt berechnet, und die Höhe ΔH der Unebenheit der Fahrbahn
oberfläche wird durch ΔH = Ln - Ho berechnet, um eine Steue
rung vorzunehmen. Bei mittlerer und hoher Geschwindigkeit,
die gleich oder größer als die Sollfahrzeuggeschwindigkeit
Vs1 ist, wird eine Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs2 einge
stellt, bei der eine Steuerung vorgenommen werden kann, wenn
der Sensor am weitesten nach vorn verschoben ist. Ist die
Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder kleiner als die Soll
fahrzeuggeschwindigkeit Vs2, wird ΔT = R = 0 angenommen, der
horizontale Sensorverschiebewert ΔL1 wird durch ΔL1 = V · Δt
- Lo berechnet, und die Höhe ΔH der Unebenheit der Fahrbahn
oberfläche wird ähnlich durch ΔH = Ln - Ho berechnet, um eine
Steuerung vorzunehmen.
Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich oder größer als
die Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs2, wird ferner ΔL = ΔLmax
(ΔLmax bezeichnet einen maximalen Sensorverschiebewert) ein
gestellt, und der Sensorneigungswinkel R wird fortschreitend
als Reaktion auf die Beschleunigung der Fahrzeuggeschwindig
keit V im Wert erhöht. Danach wird der Sensorneigungsver
schiebewert ΔL2 durch ΔL2 = Ln · sin R berechnet. Ferner wird
die Verzögerungszeit ΔT durch ΔT = (Lo + ΔLmax + ΔL2)/V - Δt
berechnet. Die Höhe ΔH der Unebenheit der Fahrbahnoberfläche
wird durch ΔH = Ho - Ln · cos R berechnet, um eine Steuerung
vorzunehmen.
Gemäß Fig. 2 wird nunmehr eine Ausführungsform eines
Schwingungsdämpfers 20 mit einstellbarer Dämpfungskraft näher
beschrieben. Im Schwingungsdämpfer 20 ist eine Stange 22 mit
einem Kolben 23 an der Seite des Fahrzeugaufbaus 1 beweglich
in einen Zylinder 21 an der Seite der Fahrzeugachse 4 einge
fügt. Der Zylinder 21 ist durch den Kolben 23 in eine obere
Kammer 24 und eine untere Kammer 25 aufgeteilt, und Öl O ist
in die Kammern 24 und 25 eingefüllt. Der Kolben 23 ist mit
einem Hauptkanal 26 und einem Hauptventil 26a einer Ausfahr
seite sowie mit einem Hauptkanal 27 und einem Hauptventil 27a
einer Kompressionsseite versehen. Steigt die Stange 22 zum
Ausfahren an, wird das Hauptventil 26a geöffnet, und das Öl O
fließt aus der oberen Kammer 24 durch den Hauptkanal 26 zur
unteren Kammer 24. Fällt dagegen die Stange 22 zur Kompres
sion ab, wird das andere Hauptventil 27a geöffnet, und das Öl
O fließt aus der unteren Kammer 25 durch den Hauptkanal 27
zur oberen Kammer 24. In diesem Fall sind Öffnungsdurchmesser
der Hauptkanäle 26 und 27 auf kleine Werte eingestellt, wo
durch übereinstimmende harte Dämpfungskräfte sowohl auf der
Ausfahr- als auch der Kompressionsseite erzeugt werden.
In der Stange 22 ist eine einstellbare Dämpfungskraft
vorrichtung 30 vorgesehen. Die einstellbare Dämpfungskraft
vorrichtung 30 ist mit einer Verbindungsbohrung 31 in der
Mitte der Stange 22 zum Verbinden ihres unteren Endes mit der
unteren Kammer 25 versehen. Die Verbindungsbohrung 31 stellt
eine Verbindung eines Unterkanals 32 an der Ausfahrseite mit
einem Unterventil 32a, eines Unterkanals 33 auf der Kompres
sionsseite mit einem Unterventil 33a und mit der oberen Kam
mer 24 über einen Unterkanal 34 sowohl auf der Ausfahr- als
auch auf der Kompressionsseite her. Ein Verschluß 35 vom Mo
tor 7 ist drehbar in die Verbindungsbohrung 31 über eine An
schlußstange 36 eingefügt, und drei Arten von Bohrungen 38,
39 und 40 sind an drei Positionen ausgebildet, die in einem
vorbestimmten Winkel am Umfang des Verschlusses 35 winkelver
schoben sind.
Wird der Verschluß 35 durch den Motor 7 in einem vorbe
stimmten Winkel winkelverschoben, um lediglich eine Verbin
dung der Bohrung 38 mit dem Unterkanal 32 herzustellen, so
wird beim Abfallen der Stange 22 zur Kompression das Unter
ventil 32a geschlossen. Beim Ansteigen der Stange 22 zum Aus
fahren wird das Unterventil 32a geöffnet, und das Öl O in der
oberen Kammer 24 fließt zum Unterkanal 32, um den Öffnungs
durchmesser zu erhöhen, wodurch sich eine Dämpfungskraftkenn
linie einer ersten Arbeitsweise ergibt, die gemäß Fig. 3
weich auf der Ausfahrseite und hart auf der Kompressionsseite
ist. Wird durch den Motor 7 nunmehr eine Verbindung zwischen
der anderen Bohrung 39 mit dem Unterkanal 33 hergestellt, so
wird auch das Unterventil 33a geöffnet, um den Öffnungsdurch
messer nur dann zu erhöhen, wenn im Gegensatz dazu die Stange
22 zur Kompression abfällt. Dadurch ergibt sich eine Dämp
fungskraftkennlinie einer zweiten Arbeitsweise, die gemäß
Fig. 3 hart auf der Ausfahrseite und weich auf der Kompres
sionsseite ist. Wird ferner durch den Motor 7 eine Verbindung
zwischen der anderen Bohrung 40 und dem Unterkanal 34 herge
stellt, fließt das Öl O stets zum Unterkanal 34, um den Öff
nungsdurchmesser zu vergrößern, wodurch sich eine Dämpfungs
kraftkennlinie einer dritten Arbeitsweise ergibt, die gemäß
Fig. 3 auf der Ausfahr- und Kompressionsseite etwas weich
ist. Damit können durch den Motor 7 drei Arten von Arbeits
weisen für die Dämpfungskraftkennlinien erreicht werden.
Nunmehr wird anhand eines Ablaufplans von Fig. 4 der Be
trieb dieser Ausführungsform beschrieben. Bei fahrendem Fahr
zeug wird in einem Schritt S1 die Fahrzeuggeschwindigkeit V
eingelesen. In einem Schritt S2 wird die Ausgabe Ln des Fahr
bahnoberflächensensors 10 eingelesen. Anschließend wird die
Fahrzeuggeschwindigkeit V in einem Schritt S3 mit der Soll
fahrzeuggeschwindigkeit Vs1 verglichen, um einen Fahrzustand
zu kontrollieren. In diesem Fall werden als praktische Werte
z. B. Lo = 0,5 m und Δt = 0,03 s verwendet. Damit ergibt sich
Vs1 = 60 km/h.
Bei einer Geschwindigkeit, die kleiner als die Sollfahr
zeuggeschwindigkeit Vs1 ist, setzt der Ablauf dann mit einem
Schritt S4 fort, der Fahrbahnoberflächensensor 10 wird durch
ΔL1 = R = 0 in einem kürzesten Abstand im direkt nach unten
gerichteten Zustand angeordnet, und die Verzögerungszeit ΔT
wird im Schritt S4 berechnet. Die Verzögerungszeit ΔT wird
durch Subtrahieren der Verzögerungszeit Δt des Gesamtsteuer
systems von der Zeit Lo/V, in der das Vorderrad 2 an der Er
fassungsposition auf der Fahrbahnoberfläche (Lo) eintrifft,
als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet, um
gemäß der Verzögerungszeitkennlinie in Fig. 5a zur Fahrzeug
geschwindigkeit V in einer abfallenden Funktion eingestellt
zu werden. Ist daher die Fahrzeuggeschwindigkeit V gering und
erreicht das Vorderrad 2 die Erfassungsposition des Fahr
bahnoberflächensensors 10 auf der Fahrbahnoberfläche relativ
langsam, wird auch die Verzögerungszeit ΔT entsprechend er
höht.
In einem Schritt S5 wird danach die Höhe ΔH der Uneben
heit der Fahrbahnoberfläche berechnet. In einem Schritt S6
werden Zeithysteresedaten Δh der Höhe ΔH der Fahrbahnober
fläche gebildet. In einem Schritt S7 werden Informationen Δh
(ΔT) über die Fahrbahnoberflächenhöhe, die diesmal zum Ändern
der Dämpfungskraft erforderlich sind, in Abhängigkeit von den
Zeithysteresedaten Δh und der Rechenperiode eines Mikrocompu
ters berechnet. In einem Schritt S8 wird die für die Informa
tionen Δh über die Fahrbahnoberflächenhöhe geeignete Dämp
fungskraftkennlinie bestimmt, und das Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft wird gleichzeitig zu den Motoren 7, 7′ der
Schwingungsdämpfer 20, 20′ der Vorder- und Hinterradfederun
gen 5, 5′ nach Ablauf der Verzögerungszeit ΔT ausgegeben. Ist
die vorstehend beschriebene Fahrzeuggeschwindigkeit V gering,
wird das Umschaltsignal für die Dämpfungskraft mit einer län
geren Verzögerungszeit ΔT später ausgegeben, wodurch die ein
stellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30 der Vorderradfederung
5 auf eine geeignete Dämpfungskraft zum optimalen Zeitpunkt
umgeschaltet wird, der im wesentlichen mit dem übereinstimmt,
zu dem zumindest die Vorderräder 2 die Erfassungsposition auf
der Fahrbahnoberfläche erreichen.
Erfaßt gemäß Fig. 6 der Fahrbahnoberflächensensor 10 ei
ne Erhöhung A, wird das Umschaltsignal für die Dämpfungskraft
der zweiten Arbeitsweise von Fig. 3 zu den Motoren 7, 7′ aus
gegeben, und die einstellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30
der Vorderradfederung 5 wird auf die Kennlinie umgeschaltet.
Befahren daher die Vorderräder 2 tatsächlich die Erhöhung A,
um sich über die Erhöhung A hinwegzubewegen, betätigt die
einstellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30 die Dämpfung, die
weich auf der Kompressionsseite und hart auf der Ausfahrseite
ist. Da beim Überfahren der Hinterräder 3 über die Erhöhung A
die Hinterradfederungen 5′ bereits auf die gleiche Kennlinie
umgeschaltet sind, betätigt die einstellbare Dämpfungskraft
vorrichtung 30 die Dämpfung auf ähnliche Weise, um die Auf
wärtsbewegung des Fahrzeugaufbaus 1 zu unterdrücken.
Erfaßt andererseits der Fahrbahnoberflächensensor 10 ei
ne Vertiefung B, wird diesmal das Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft der ersten Arbeitsweise von Fig. 3 zu den Mo
toren 7, 7′ ausgegeben. Überfahren die Vorderräder 2 und Hin
terräder 3 tatsächlich die Vertiefung B und bewegen sich nach
unten, betätigt die einstellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30
der Vorder- und Hinterradfederungen 5, 5′ die Dämpfung, die
weich auf der Ausfahrseite und hart auf der Kompressionsseite
ist, um die Abwärtsbewegung des Fahrzeugaufbaus 1 zu unter
drücken. Damit wird der Fahrzeugaufbau 1 des Fahrzeugs zuver
lässig gesteuert und zeigt ein Verhalten mit Aufwärts- und
Abwärtsbewegungen, die kleiner als die Erhöhung A und die
Vertiefung B der Fahrbahnoberfläche sind.
Wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V bis zur Sollfahrzeug
geschwindigkeit Vs1 oder darüber beschleunigt, fährt der Ab
lauf vom Schritt S3 mit einem Schritt S9 im Ablaufplan von
Fig. 4 fort. Im Schritt S9 wird sie mit der Sollfahrzeugge
schwindigkeit Vs2 verglichen, bei der eine Steuerung erfol
gen kann, wenn der Sensor am weitesten nach vorn bewegt ist.
In diesem Fall sind praktische Werte auf Lo = 0,5 m, Δt =
0,03 s und ΔLmax = 0,33 m eingestellt. Damit ergibt sich Vs2
= 100 km/h.
Bei mittlerer Geschwindigkeit, die gleich oder kleiner
als die Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs2 ist, fährt der Ablauf
mit einem Schritt S10 fort. Im Schritt S10 wird ΔT = 0 fest
eingestellt. In diesem Fall wird der horizontale Sensorver
schiebewert ΔL1 durch Subtrahieren des kürzesten Sensorab
stands Lo vorn gegenüber hinten vom Abstand V · Δt berechnet,
der gemäß Fig. 5b als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindig
keit V und die Verzögerungszeit ΔT des Gesamtsteuersystems
ansteigt. In einem Schritt S11 wird die Höhe ΔH der Uneben
heit der Fahrbahnoberfläche ähnlich wie auf die vorstehend
beschriebene Weise berechnet. In einem Schritt S12 wird das
Verschiebesignal zur Verschiebevorrichtung 11 ausgegeben. Im
Zustand der direkten Ausrichtung nach unten wird der Fahr
bahnoberflächensensor 10 selbst verschoben, und die Erfas
sungsposition auf der Fahrbahnoberfläche wird in Vorwärts
richtung des Vorderrads 2 um den horizontalen Sensorverschie
bewert ΔL1 nach vorn bewegt.
Erreicht das Vorderrad 2 bei Beschleunigung der Fahr
zeuggeschwindigkeit V schnell die Erfassungsposition auf der
Fahrbahnoberfläche, wird die Position auf der Fahrbahnober
fläche durch die Bewegung des Fahrbahnoberflächensensors 10
selbst als Reaktion darauf so gesteuert, daß sie in Vorwärts
richtung des Fahrzeugaufbaus abgeteilt wird, wodurch stets
die Verzögerungszeit Δt des Gesamtsteuersystems erreicht
wird. Wird daher die für die Höhe ΔH der Unebenheit der Fahr
bahnoberfläche geeignete Dämpfungskraftkennlinie bestimmt und
danach das Umschaltsignal für die Dämpfungskraft ähnlich wie
im vorstehenden Fall zu den Motoren 7, 7′ der Schwingungs
dämpfer 20, 20′ der Vorder- und Hinterradfederungen 5, 5′
ausgegeben, so wird auch dann die einstellbare Dämpfungs
kraftvorrichtung 30 der Vorderradfederung 5 auf eine geeig
nete Dämpfungskraft zu einem optimalen Zeitpunkt umgeschal
tet, der im wesentlichen mit dem Zeitpunkt übereinstimmt, zu
dem zumindest die Vorderräder 2 an der Erfassungsposition auf
der Fahrbahnoberfläche eintreffen. Auch wenn die Vorderräder
2 und die Hinterräder 3 mit mittlerer Geschwindigkeit die Er
höhung A und die Vertiefung B der Fahrbahnoberfläche errei
chen, betätigen daher die Vorder- und Hinterradfederungen 5,
5′ die Dämpfung, um das Fahrzeugverhalten stabil zu regeln.
Bei hoher Geschwindigkeit, die gleich oder größer als
die vorstehend beschriebene Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs2
ist, fährt der Ablauf ferner vom Schritt S9 mit einem Schritt
S13 fort. In diesem Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs
werden Sensorneigungswinkel R bei den Fahrzeuggeschwindigkei
ten V auf z. B. R = 30° für Vs2 V < Vs3 (120 km/h), R = 40°
für Vs3 V < Vs4 (140 km/h), R = 50° für Vs4 V < Vs5
<150 km/h) und R = 55° für Vs5 V < Vs6 (180 km/h) wie die
Kennwerte für den Sensorneigungswinkel gemäß Fig. 5c einge
stellt. Bei einer Sollfahrzeuggeschwindigkeit von Vs3 oder
darunter fährt der Ablauf dann mit einem Schritt S14 fort,
und der Fahrbahnoberflächensensor 10 wird aus dem Zustand der
direkten Ausrichtung nach unten selbst um 30° weiter nach
vorn im Zustand des maximalen Sensorverschiebewerts ΔLmax ge
neigt. Dadurch wird die Erfassungsposition auf der Fahrbahn
oberfläche entsprechend der Winkeländerung des Fahrbahnober
flächensensors 10 in der am weitesten horizontal verschobenen
Position noch weiter nach vorn verschoben. Auch bei weiterer
Beschleunigung der Fahrzeuggeschwindigkeit V wird die Verzö
gerungszeit Δt des Gesamtsteuersystems erreicht.
Anschließend fährt der Ablauf mit einem Schritt S15
fort, und es wird der Sensorneigungsverschiebewert ΔL2 für
diesen Fall berechnet. Ähnlich wie bei niedriger Geschwindig
keit wird in einem Schritt S16 die Verzögerungszeit ΔT durch
Subtrahieren der Verzögerungszeit Δt des Gesamtsteuersystems
von der Zeit (Lo + ΔLmax + ΔL2)/V berechnet, in der die Vor
derräder 2 in diesem Fall die Position der Gesamtlänge als
Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit V erreichen, und die
Höhe ΔH der Unebenheit der Fahrbahnoberfläche wird anhand des
Sensorneigungswinkels R berechnet. Anschließend werden in ei
nem Schritt S17 Zeithysteresedaten ΔT(n) der Verzögerungs
zeit ΔT gebildet. In einem Schritt S18 werden Zeithysterese
daten Δh der Höhe ΔH der Fahrbahnoberfläche gebildet. In ei
nem Schritt S19 werden Informationen Δh (ΔT) über die Fahr
bahnoberflächenhöhe, die diesmal zum Ändern der Dämpfungs
kraft notwendig sind, in Abhängigkeit von den Zeithysterese
daten ΔT(n), Δh und der Rechenperiode des Mikrocomputers
berechnet. In einem Schritt S20 wird die für die Informatio
nen Δh (ΔT) über die Fahrbahnoberflächenhöhe geeignete Dämp
fungskraftkennlinie bestimmt, und das Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft wird nach Ablauf der Verzögerungszeit ΔT aus
gegeben.
Bei hoher Geschwindigkeit wird gemäß der vorstehenden
Beschreibung der Fahrbahnoberflächensensor 10 nach vorn ge
richtet, die Informationen über die Fahrbahnoberfläche werden
im geneigten Sensorzustand gewonnen und die Steuerung erfolgt
so, daß sie nach der Verzögerungszeit ausgegeben werden, wo
durch die einstellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30 der Vor
derradfederung 5 ähnlich auf eine geeignete Dämpfungskraft
zum optimalen Zeitpunkt umgeschaltet wird, der im wesentli
chen mit dem Eintreffen zumindest der Vorderräder 2 an der
Erfassungsstelle auf der Fahrbahnoberfläche zusammenfällt.
Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder größer als die
Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs3, fährt der Ablauf vom Schritt
S13 mit einem Schritt S 21 und nachfolgenden Schritten fort,
und die Steuerung erfolgt auf ähnliche Weise. Auch wenn die
Vorderräder 2 und die Hinterräder 3 die Erhöhung A und die
Vertiefung B der Fahrbahnoberfläche bei hoher Geschwindigkeit
erreichen, betätigen daher die Vorder- und Hinterradfederun
gen 5, 5′ die Dämpfung, um das Fahrzeugverhalten zuverlässig
und stabil zu regeln.
Erfaßt der Fahrbahnoberflächensensor 10 eine ebene Fahr
bahnoberfläche, wird die einstellbare Dämpfungskraftvorrich
tung 30 auf die Kennlinie der dritten Arbeitsweise einge
stellt, die sowohl auf der Ausfahr- als auch auf der Kompres
sionsseite etwas weich ist, was den Fahrkomfort verbessert.
Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kann
die Horizontalverschiebung und die Winkelverschiebung des
Fahrbahnoberflächensensors beliebig in Kombination gesteuert
werden. Obwohl außerdem die Erfindung im Hinblick auf das
halbaktive Federungssystem beschrieben wurde, kann sie auch
auf ein aktives Federungssystem, eine Einrichtung zum Ändern
des Fahrzeugverhaltens angewendet werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist erfindungsgemäß
der Fahrbahnoberflächensensor am Fahrzeugaufbau vorgesehen
und arbeitet unter Umschaltsteuerung von Federungskennlinien
als Reaktion auf den unebenen Zustand der Fahrbahnoberfläche
so, daß die Fahrbahnoberfläche durch den Fahrbahnoberflächen
sensor nahe an der Fahrzeugachse erfaßt wird. Daher kann die
Fahrbahnoberfläche unter geringeren Schwankungseinflüssen des
Fahrzeugs genau erfaßt werden, und außerdem verbessert sich
die Genauigkeit der Steuerung. Da der Fahrbahnoberflächensen
sor selbst anhand der Verzögerung des Steuersystems verscho
ben oder winkelverschoben wird, um die Erfassungsposition auf
der Fahrbahnoberfläche nach vorn zu bewegen, wird die Verzö
gerungszeit des Steuersystems stets erreicht. In diesem Zu
stand wird die für die Steuerung der Ausgabe des Umschalt
signals für die Dämpfungskraft erforderliche Verzögerungszeit
berechnet, die Federungskennlinien können anhand der Verzöge
rungszeit des Steuersystems stets zum optimalen Zeitpunkt um
geschaltet und das Fahrzeugverhalten kann im Gesamtverfahrbe
reich zuverlässig stabilisiert werden.
Bei mittlerer Geschwindigkeit wird der Fahrbahnoberflä
chensensor verschoben, und bei hoher Geschwindigkeit wird der
Fahrbahnoberflächensensor winkelverschoben. Damit wird eine
Vorwärtsbewegung des Fahrbahnoberflächensensors verringert,
um die Erfassungsposition auf der Fahrbahnoberfläche im Be
reich hoher Geschwindigkeit zuverlässig zu verschieben. Da
der Fahrbahnoberflächensensor um einen vorbestimmten Ver
schiebewert winkelverschoben wird, ist ein zuverlässiger Be
trieb gewährleistet. Da der Fahrbahnoberflächensensor nur bei
mittlerer und hoher Geschwindigkeit in Vorwärtsrichtung des
Fahrzeugaufbaus verschoben wird und die Vorwärtsbewegung da
bei relativ klein ist, führt der Sensor zu keinen Störungen
oder Beschädigungen des Fahrzeugs beim Abbiegen in scharfen
Kurven mit extrem niedriger Geschwindigkeit. Der Fahrbahn
oberflächensensor hat keine Auswirkungen auf die Konstruktion
des Fahrzeugs.
Fig. 8 zeigt ein Federungssteuersystem gemäß einer wei
teren Ausführungsform der Erfindung. Anhand von Fig. 8 wird
zunächst ein Federungssteuersystem für ein Fahrzeug beschrie
ben. Die Bezugszahl 1 bezeichnet einen Fahrzeugaufbau. Fede
rungen 5 bzw. 5 sind zwischen Radachsen 4 eines Vorderrads 2
und eines Hinterrads 3 und dem Fahrzeugaufbau 1 angeordnet.
Die Vorderradfederung 5 ist parallel zu einem Schwingungs
dämpfer 20 mit einstellbarer Dämpfungskraft mit einer Feder 6
zwischen dem Fahrzeugaufbau 1 und der Radachse 4 vorgesehen,
und ein Elektromotor 7 ist als Stellglied zum Steuern vorge
sehen, um eine Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers 20 an
seinem oberen Ende umzuschalten. Die Hinterradfederung 5′ ist
ähnlich wie die Vorderradfederung 5 aufgebaut, wobei gleiche
Bestandteile sind mit den gleichen, mit einem Strich (′) ver
sehenen Bezugszahlen bezeichnet sind und auf die Beschreibung
ihres Betriebs verzichtet wird.
Ein Fahrbahnoberflächensensor 10 zum Erfassen einer Un
ebenheit einer Fahrbahnoberfläche ist an einer Sensorstell
vorrichtung 60 angeordnet, um eine Erfassungsposition auf der
Fahrbahnoberfläche zu ändern. Ferner ist ein Fahrzeugge
schwindigkeitssensor 13 zum Erfassen eines Fahrzustands des
Fahrzeugs vorgesehen. Signale vom Fahrbahnoberflächensensor
10 und Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 13 werden in eine Steu
ereinheit 14 eingegeben. Die Motoren 7 und 7′ der Vorder- und
Hinterradfederungen 5 und 5′ und die Sensorstellvorrichtung
60 werden entsprechend dem Ausgabesignal der Steuereinheit 14
betätigt.
Die Steuereinheit 14 wählt ein Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft als Reaktion auf Informationen über die Fahr
bahnoberfläche aus und steuert ferner einen Ausgabezeitpunkt
des Umschaltsignals für die Dämpfungskraft anhand der Verzö
gerung eines Steuersystems und einer Erfassungsposition auf
der Fahrbahnoberfläche. Bezeichnet man daher die Fahrzeugge
schwindigkeit durch V, die Verzögerungszeit des Gesamtsteuer
systems durch Δt, den kürzesten Abstand vorn gegenüber hinten
zwischen dem Sensor und einem Reifenmittelpunkt durch Lo, ei
nen Sensorverschiebewert für den Sensor durch ΔL, eine einzu
stellende Verzögerungszeit, wenn die Informationen über die
Unebenheit der Fahrbahnoberfläche zum Steuern verwendet wird,
durch ΔT, so wird folgende Gleichung erfüllt: (Lo + ΔL)/V =
Δt + ΔT.
Ist nunmehr die Fahrzeuggeschwindigkeit V gering und
gleich oder kleiner als eine Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs
(Lo/Δt), wird die Verzögerungszeit ΔT in einem Sensoranord
nungszustand von ΔL = 0 durch ΔT = Lo/V - Δt bestimmt, und
das Umschaltsignal für die Dämpfungskraft wird zu den Vorder-
und Hinterradfederungen 5, 5′ ausgegeben. Bei mittlerer und
hoher Fahrzeuggeschwindigkeit V, die gleich oder größer als
die Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs und bei der eine Berech
nung der Verzögerungszeit unmöglich ist, wird ΔT = 0 erfüllt.
Anschließend wird der Sensorverfahrwert ΔL durch ΔL = V · Δt = Lo
bestimmt, und ein Verfahrsignal wird zur Sensorstellvor
richtung 60 ausgegeben.
Fig. 9 bis 11 zeigen einen Betrieb einer anderen Ausfüh
rungsform der Erfindung. Bei fahrendem Fahrzeug wird in einem
Schritt 51 die Fahrzeuggeschwindigkeit V eingelesen. In einem
Schritt S2 wird eine Sensorposition ΔL = 0 auf einen kürze
sten Abstand eingestellt. In einem Schritt 53 wird die Fahr
zeuggeschwindigkeit V mit der Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs0
(Lo/Δt) verglichen, um einen Fahrzustand zu kontrollieren. In
diesem Fall werden als praktische Werte z. B. Lo = 0,5 m und
= 0,03 s verwendet. Damit ergibt sich Vs0 = 60 km/h.
Bei geringer Geschwindigkeit, die gleich oder kleiner
als die Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs0 ist, setzt der Ablauf
dann mit einem Schritt S4 fort, der Fahrbahnoberflächensensor
10 wird durch ΔL1 = R = 0 auf einen kürzesten Abstand im di
rekt nach unten gerichteten Zustand eingestellt, und die Ver
zögerungszeit ΔT wird im Schritt S4 berechnet. Die Verzöge
rungszeit ΔT wird durch Subtrahieren der Verzögerungszeit Δt
des Gesamtsteuersystems von der Zeit Lo/V, in der das Vorder
rad 2 an der Erfassungsposition auf der Fahrbahnoberfläche
(Lo) eintrifft, als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit
V berechnet, um gemäß der Kennlinie für die Verzögerungszeit
in Fig. 10a zur Fahrzeuggeschwindigkeit V in einer abfallen
den Funktion eingestellt zu werden. Ist daher die Fahrzeugge
schwindigkeit V gering und erreicht das Vorderrad 2 die Er
fassungsposition des Fahrbahnoberflächensensors 10 auf der
Fahrbahnoberfläche relativ langsam, wird auch die Verzöge
rungszeit ΔT entsprechend erhöht.
In einem Schritt S5 wird danach die Höhe ΔH der Uneben
heit der Fahrbahnoberfläche berechnet. In einem Schritt S6
werden Zeithysteresedaten Δh der Höhe ΔH der Fahrbahnober
fläche gebildet. In einem Schritt S7 werden Informationen Δh
(ΔT) über die Fahrbahnoberflächenhöhe, die diesmal zum Ändern
der Dämpfungskraft erforderlich sind, in Abhängigkeit von den
Zeithysteresedaten Δh und der Rechenperiode eines Mikrocompu
ters berechnet. In einem Schritt S8 wird die für die Informa
tionen Δh über die Fahrbahnoberflächenhöhe geeignete Dämp
fungskraftkennlinie bestimmt, und das Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft wird gleichzeitig zu den Motoren 7, 7′ der
Schwingungsdämpfer 20, 20′ der Vorder- und Hinterradfederun
gen 5, 5′ nach Ablauf der Verzögerungszeit ΔT ausgegeben. Ist
die vorstehend beschriebene Fahrzeuggeschwindigkeit V gering,
wird nun das Umschaltsignal für die Dämpfungskraft mit einer
längeren Verzögerungszeit ΔT später ausgegeben, wodurch die
einstellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30 der Vorderradfede
rung 5 auf eine geeignete Dämpfungskraft zum optimalen Zeit
punkt umgeschaltet wird, der im wesentlichen mit jenem über
einstimmt, zu dem zumindest die Vorderräder 2 die Erfassungs
position auf der Fahrbahnoberfläche erreichen.
Erfaßt gemäß Fig. 11 der Fahrbahnoberflächensensor 10
eine Erhöhung A, wird das Umschaltsignal für die Dämpfungs
kraft der zweiten Arbeitsweise von Fig. 3 zu den Motoren 7,
7′ ausgegeben, und die einstellbare Dämpfungskraftvorrichtung
30 der Vorderradfederung 5 wird auf die Kennlinie umgeschal
tet. Befahren daher die Vorderräder 2 tatsächlich die Erhö
hung A, um sich über die Erhöhung A hinwegzubewegen,
betätigt die einstellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30 die
Dämpfung, die weich auf der Kompressionsseite und hart auf
der Ausfahrseite ist. Da beim Überfahren der Hinterräder 3
über die Erhöhung A die Hinterradfederungen 5′ bereits auf
die gleiche Kennlinie umgeschaltet sind, betätigt die ein
stellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30 die Dämpfung auf ähn
liche Weise, um die Aufwärtsbewegung des Fahrzeugaufbaus 1 zu
unterdrücken.
Erfaßt andererseits der Fahrbahnoberflächensensor 10 ei
ne Vertiefung B, wird diesmal das Umschaltsignal für die
Dämpfungskraft der ersten Arbeitsweise von Fig. 3 zu den Mo
toren 7, 7′ ausgegeben. Überfahren die Vorderräder 2 und die
Hinterräder 3 tatsächlich die Vertiefung B und bewegen sich
nach unten, betätigt die einstellbare Dämpfungskraftvorrich
tung 30 der Vorder- und Hinterradfederungen 5, 5′ die Dämp
fung, die weich auf der Ausfahrseite und hart auf der Kom
pressionsseite ist, um die Abwärtsbewegung des Fahrzeugauf
baus 1 zu unterdrücken. Damit wird der Fahrzeugaufbau 1 des
Fahrzeugs zuverlässig gesteuert und zeigt ein Verhalten mit
Aufwärts- und Abwärtsbewegungen, die kleiner als die Erhöhung
A und die Vertiefung B der Fahrbahnoberfläche sind.
Bei mittlerer und hoher Geschwindigkeit, die gleich oder
größer als die Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs0 ist, fährt der
Ablauf vom Schritt S3 mit einem Schritt S10 im Ablaufplan von
Fig. 9 fort. Für ΔL = L1 wird eine Erfassungsposition auf der
Fahrbahnoberfläche eingestellt, die einer Sensorverfahrkenn
linie b1 in Fig. 10b entspricht, und das Verfahrsignal wird
ausgegeben. Anschließend wird der Fahrbahnoberflächensensor
10 selbst durch die Verschiebevorrichtung 11 in Vorwärtsrich
tung des Fahrzeugaufbaus vorgeschoben, und die Erfassungspo
sition auf der Fahrbahnoberfläche wird in einem Abstand nach
vorn verfahren, der dem Sensorverfahrwert L1 entspricht. Wird
die Fahrzeuggeschwindigkeit V beschleunigt und erreicht das
Vorderrad 2 schnell die Erfassungsposition auf der Fahrbahn
oberfläche, ist daher die Erfassungsposition auf der Fahr
bahnoberfläche in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugaufbaus abge
teilt. Damit wird wiederum die Verzögerungszeit Δt des Ge
samtsteuersystems auf ähnliche Weise wie beim vorstehend be
schriebenen Betrieb gewonnen, und die Verzögerungszeit ΔT
kann berechnet werden.
Bei mittlerer Geschwindigkeit, die gleich oder kleiner
als die Sollfahrzeuggeschwindigkeit Vs2 ist, fährt der Ablauf
mit einem Schritt S10 fort. Im Schritt S10 wird ΔT = 0 fest
eingestellt. In diesem Fall wird der horizontale Sensorver
schiebewert ΔL1 durch Subtrahieren des kürzesten Sensorab
stands Lo vorn gegenüber hinten vom Abstand V · Δt berechnet,
der gemäß Fig. 6b als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindig
keit V und die Verzögerungszeit ΔT des Gesamtsteuersystems
ansteigt. In einem Schritt S11 wird die Höhe ΔH der Uneben
heit der Fahrbahnoberfläche ähnlich wie auf die vorstehend
beschriebene Weise berechnet. In einem Schritt S12 wird das
Verschiebesignal zur Verschiebevorrichtung 11 ausgegeben. Im
Zustand der direkten Ausrichtung nach unten wird der Fahr
bahnoberflächensensor 10 verschoben, und die Erfassungsposi
tion auf der Fahrbahnoberfläche wird in Vorwärtsrichtung des
Vorderrads 2 um den horizontalen Sensorverschiebewert ΔL1
nach vorn bewegt.
Wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V auf die Sollfahrzeug
geschwindigkeit Vs1 oder darüber beschleunigt, fährt der Ab
lauf mit Schritten S11 bis S13 des Ablaufplans von Fig. 9
fort, und der Sensorverfahrwert ΔL wird auf L2 erhöht und auf
ähnliche Weise gesteuert. In diesem Fall werden praktische
Werte auf Lo = 0,5 m, Δt = 0,03 s und der maximale Sensorver
fahrwert z. B. auf ΔL = 0,5 m eingestellt, wodurch sich für
die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der eine Steuerung
möglich ist, 120 km/h als ausreichend praktischer Wert er
gibt.
Erfaßt der Fahrbahnoberflächensensor 10 eine ebene Fahr
bahnoberfläche, wird die einstellbare Dämpfungskraftvorrich
tung 30 auf die Kennlinie der dritten Arbeitsweise einge
stellt, die sowohl auf der Ausfahr- als auch auf der Kompres
sionsseite etwas weich ist, was den Fahrkomfort verbessert.
Obwohl die Erfindung im Hinblick auf das halbaktive Fe
derungssystem beschrieben wurde, kann sie auch auf ein akti
ves Federungssystem, eine Einrichtung zum Ändern des Fahr
zeugverhaltens angewendet werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist erfindungsgemäß
der Fahrbahnoberflächensensor am Fahrzeugaufbau vorgesehen
und arbeitet unter Umschaltsteuerung von Federungskennlinien
als Reaktion auf den unebenen Zustand der Fahrbahnoberfläche
so, daß die Fahrbahnoberfläche durch den Fahrbahnoberflächen
sensor stets nahe an der Fahrzeugachse erfaßt wird. Daher
kann die Fahrbahnoberfläche unter geringeren Schwankungsein
flüssen des Fahrzeugs genau erfaßt werden, und außerdem ver
bessert sich die Genauigkeit der Steuerung. Da der Fahrbahn
oberflächensensor selbst anhand der Verzögerung des Steuer
systems verschoben oder winkelverschoben wird, um die Erfas
sungsposition auf der Fahrbahnoberfläche nach vorn zu bewe
gen, wird die Verzögerungszeit des Steuersystems stets er
reicht. In diesem Zustand wird die für die Steuerung der Aus
gabe des Umschaltsignals für die Dämpfungskraft erforderliche
Verzögerungszeit berechnet, die Federungskennlinien können
anhand der Verzögerungszeit des Steuersystems stets zum opti
malen Zeitpunkt umgeschaltet und das Fahrzeugverhalten kann
im Gesamtverfahrbereich zuverlässig stabilisiert werden. Fer
ner läßt sich die Vorwärtsbewegung des Fahrbahnoberflächen
sensors verringern, und die Verzögerungszeit kann leicht ge
steuert werden.
Da der Fahrbahnoberflächensensor so ausgebildet ist, daß
er durch die Verschiebevorrichtung nach vorn und hinten ver
fahren wird, ist der Aufbau einfach und die praktische Ein
satzfähigkeit groß. Der Fahrbahnoberflächensensor wird bei
Beschleunigung des Fahrzeugs allmählich in Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugaufbaus verschoben, wodurch der Sensor zu keinen
Störungen oder Beschädigungen des Fahrzeugs beim Abbiegen in
scharfen Kurven mit extrem niedriger Geschwindigkeit führt.
Der Fahrbahnoberflächensensor hat keine Auswirkungen auf die
Konstruktion des Fahrzeugs.
Fig. 12 bis 14 zeigen eine nächste Ausführungsform der
Erfindung. Bei fahrendem Fahrzeug wird in einem Schritt S1
die Fahrzeuggeschwindigkeit V eingelesen. In einem Schritt S2
wird die Fahrzeuggeschwindigkeit V mit Lo/Δt verglichen, um
einen Fahrzustand zu kontrollieren. In diesem Fall werden als
praktische Werte z. B. Lo = 0,5 m und Δt = 0,03 s verwendet.
Damit ergibt sich Lo/Δt = 60 km/h. Bei geringer Geschwindig
keit, die gleich oder kleiner als 60 km/h ist, fährt der Ab
lauf mit einem Schritt S3 fort. Im Schritt S3 ist für ΔL = 0
die Sensorposition auf einen kürzesten Abstand eingestellt,
und die Verzögerungszeit ΔT für die Vorderradfederung 5 wird
als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit V in Überein
stimmung mit der vorstehend genannten Gleichung eingestellt.
Die Verzögerungszeit ΔT für diesen Fall ist durch eine Voll
linie in Fig. 14a gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit V
dargestellt und wird in einer abfallenden Funktion zu einer
vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit Lo/Δt eingestellt. In
einem Schritt S4 werden durch den Fahrbahnoberflächensensor
10 gelieferte Informationen über eine Unebenheit der
Fahrbahnoberfläche eingelesen. In einem Schritt S6 wird ein
anhand der Informationen über die Unebenheit geeignetes
Einstellsignal für die Dämpfungskraft gleichzeitig zu den
Motoren 7, 7′ der Schwingungsdämpfer 20, 20′ der Vorder- und
Hinterradfederungen 5, 5′ zu einem Zeitpunkt nach Ablauf der
Verzögerungszeit ΔT ausgegeben.
Die Einstellung der Verzögerungszeit ΔT für die Hinter
radfederung 5′ erfolgt als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwin
digkeit V entsprechend der vorstehend beschriebenen Glei
chung. Die Verzögerungszeit ΔT wird in diesem Fall gemäß ei
ner unterbrochenen Linie in Fig. 14a in einer langsam abfal
lenden Funktion zur Fahrzeuggeschwindigkeit V eingestellt.
Daher wird die Verzögerungszeit ΔT stets so verzögert, daß
sie weitgehend auf die Verzögerungszeit ΔT abgestimmt ist.
Anschließend fährt der Ablauf mit einem Schritt S4 fort. Im
Schritt S4 werden durch den Fahrbahnoberflächensensor 10 ge
lieferte Informationen über die Unebenheit der Fahrbahnober
fläche eingelesen. In einem Schritt S5 wird ein anhand der
Informationen über die Unebenheit geeignetes Stellsignal für
die Dämpfungskraft zum Motor 7 des Schwingungsdämpfers 20 der
Vorderradfederungen 5 zu einem Zeitpunkt nach Ablauf der Ver
zögerungszeit ΔT ausgegeben. Ein ähnliches Stellsignal für
die Dämpfungskraft wird um die Verzögerungszeit ΔT verzögert
und zum Motor 7′ des Schwingungsdämpfers 20′ der Hinterradfe
derung 5′ ausgegeben.
Erfaßt gemäß Fig. 6 der Fahrbahnoberflächensensor 10 an
der Frontseite des Fahrzeugaufbaus 1 eine Erhöhung A, wird
das Stellsignal für die Dämpfungskraft der zweiten Arbeits
weise von Fig. 3 ausgegeben. Das heißt, wenn die Vorderräder
2 zuerst die Erhöhung A erreichen, wird das Stellsignal für
die Dämpfungskraft zum Motor 7 der Vorderradfederung ausgege
ben, und die einstellbare Dämpfungskraftvorrichtung 30 kann
die Kennlinie der zweiten Arbeitsweise einstellen. Befahren
dann die Vorderräder 2 tatsächlich die Erhöhung A, um sich
über die Erhöhung A hinwegzubewegen, betätigt die einstellba
re Dämpfungskraftvorrichtung 30 die Dämpfung, die weich auf
der Kompressionsseite und hart auf der Ausfahrseite ist. Beim
Überfahren der Hinterräder 3 über die Erhöhung A sind die
Hinterradfederungen 5′ dann bereits auf die gleiche Kennlinie
umgeschaltet. Auch wenn die Vorderräder 2 die nächste unebe
ne Oberfläche erreichen, wird unabhängig davon die Dämpfung
durch die Hinterradfederung 5′ auf ähnliche Weise betätigt,
wodurch die Aufwärtsbewegung des Fahrzeugaufbaus 1 zuverläs
sig unterdrückt wird.
Erfaßt andererseits der Fahrbahnoberflächensensor 10 ei
ne Vertiefung B, wird das Stellsignal für die Dämpfungskraft
der ersten Arbeitsweise von Fig. 3 zum Motor 7 zum Zeitpunkt
der Verzögerungszeit ΔT ausgegeben und anschließend zum Motor
7′ verzögert um die Verzögerungszeit ΔT auszugeben. Überfah
ren die Vorderräder 2 und die Hinterräder 3 nacheinander die
Vertiefung B und bewegen sich nach unten, betätigen die ein
stellbaren Dämpfungskraftvorrichtungen 30 der Vorder- und
Hinterradfederungen 5, 5′ die Dämpfung, die gemäß der Kennli
nie der ersten Arbeitsweise weich auf der Ausfahrseite und
hart auf der Kompressionsseite ist, um die Abwärtsbewegung
des Fahrzeugaufbaus 1 zuverlässig zu unterdrücken. Damit wird
der Fahrzeugaufbau 1 des Fahrzeugs so gesteuert, daß er ein
Verhalten mit Aufwärts- und Abwärtsbewegungen zeigt, die
kleiner als die Erhöhung A und die Vertiefung B der Fahrbahn
oberfläche sind.
Bei Beschleunigung der Fahrzeuggeschwindigkeit V auf die
vorgenannten 60 km/h oder darüber setzt der Ablauf nunmehr
vom Schritt S2 mit einem Schritt S6 im Ablaufplan gemäß Fig.
13 fort. Die Verzögerungszeit ΔT wird für die Vorderradfede
rung 5 auf ΔT = 0 eingestellt. Die Einstellung des Sensor
verschiebewerts ΔL erfolgt als Reaktion auf die Fahrzeugge
schwindigkeit V entsprechend der vorstehend beschriebenen
Gleichung. Dabei verhält sich der Sensorverschiebewert ΔL zur
Fahrzeuggeschwindigkeit V gemäß Fig. 14b und wird in einer
ansteigenden Funktion nach Erreichen einer vorbestimmten
Fahrzeuggeschwindigkeit Lo/Δt eingestellt.
In diesem Fall wird der Fahrbahnoberflächensensor 10 aus
der Position eines kürzesten Abstands vorn gegenüber hinten
in der Nähe des Vorderrads 2 durch die Verschiebevorrichtung
11 fortschreitend nach vorn um einen Abstand bewegt, der der
Verzögerungszeit Δt des Gesamtsteuersystems entspricht, und
die Fahrbahnoberfläche wird frühzeitig erfaßt. Damit werden
Informationen über die Fahrbahnoberfläche frühzeitig durch
den Fahrbahnoberflächensensor 10 gewonnen, wodurch die Verzö
gerung des Gesamtsteuersystems integriert wird. In diesem
Fall werden praktische Werte auf Lo = 0,5 m, Δt = 0,03 s und
der maximale Sensorverschiebewert z. B. auf ΔL = 0,5 m einge
stellt. Dadurch ergibt sich für die maximale Fahrzeugge
schwindigkeit, bei der eine Steuerung erfolgen kann, 120 km/h
als ausreichend praktischer Wert. Die Einstellung und Bestim
mung der Verzögerungszeit ΔT für die Hinterradfederung 5′
erfolgt auf ähnliche Weise.
Anschließend fährt der Ablauf mit den Schritten S4 und
S5 des Ablaufplans von Fig. 13 fort. Danach wird das anhand
der Informationen über die Unebenheit der Fahrbahnoberfläche
geeignete Stellsignal für die Dämpfungskraft unmittelbar zur
Vorderradfederung 5 ausgegeben. Das Stellsignal für die Dämp
fungskraft wird um die Verzögerungszeit ΔTr verzögert und zur
Hinterradfederung 5′ ausgegeben. Erreichen dann die Vorderrä
der 2 und die Hinterräder 3 nacheinander die Erhöhung A und
die Vertiefung B der Fahrbahnoberfläche und überfahren diese,
betätigen die Vorder- und Hinterradfederungen 5, 5′ die Dämp
fung auf ähnliche Weise, um die Federungskennlinien zu än
dern, und steuern so stabil das Fahrzeugverhalten.
Erfaßt der Fahrbahnoberflächensensor 10 eine ebene Fahr
bahnoberfläche, wird die einstellbare Dämpfungskraftvorrich
tung 30 auf die Kennlinie der dritten Arbeitsweise einge
stellt, die sowohl auf der Ausfahr- als auch auf der Kompres
sionsseite etwas weich ist, was den Fahrkomfort verbessert.
Obwohl vorstehend Ausführungsformen der Erfindung be
schrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf diese besonde
ren Ausführungsformen beschränkt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist erfindungsgemäß
der Fahrbahnoberflächensensor am Fahrzeugaufbau vorgesehen
und arbeitet unter Steuerung des Fahrzeugverhaltens zum Um
schalten von Federungskennlinien als Reaktion auf den unebe
nen Zustand der Fahrbahnoberfläche so, daß die Fahrbahnober
fläche durch den Fahrbahnoberflächensensor stets nahe an der
Fahrzeugachse erfaßt wird. Daher kann die Fahrbahnoberfläche
unter geringeren Schwankungseinflüssen des Fahrzeugs genau
erfaßt werden, und außerdem verbessert sich die Genauigkeit
der Steuerung. Die Verzögerungszeit oder der Sensorverschie
bewert wird anhand der Sensoranordnungsposition und der Ver
zögerungszeit des Gesamtsteuersystems in der Vorderradfede
rung eingestellt, um die Eingabe des Stellsignals für die
Dämpfungskraft zu steuern, wodurch die Kennlinien der Fede
rung in einem großen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs
auf geeignete Weise geändert werden können. Bei mittlerer und
hoher Geschwindigkeit wird der Fahrbahnoberflächensensor so
gesteuert, daß er fortschreitend nach vorn verfahren wird, um
die Verzögerungszeit zu integrieren, wodurch die Federungs
kennlinien in den jeweiligen Fahrzuständen auf geeignete
Weise geändert werden können. Daher läßt sich die Änderung
der Federungskennlinien im großen Geschwindigkeitsbereich des
Fahrzeugs ausreichend realisieren und leicht steuern.
Da der Fahrbahnoberflächensensor so ausgebildet ist, daß
er durch die Verschiebevorrichtung nach vorn und hinten ver
fahren wird, ist sein Aufbau einfach und die praktische Ein
satzfähigkeit groß. Da eine Verschiebung des Fahrbahnoberflä
chensensors in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugaufbaus nur bei
mittleren und hohen Geschwindigkeiten erfolgt, wird er beim
Abbiegen mit extrem niedriger Geschwindigkeit nicht gestört
oder beschädigt. Der Fahrbahnoberflächensensor hat keine Aus
wirkungen auf die Konstruktion des Fahrzeugs.
Anhand von Fig. 15 und 16 wird nunmehr eine folgende
Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Bei Beschleunigung der Fahrzeuggeschwindigkeit V auf die
vorgenannten 60 km/h oder darüber setzt der Ablauf vom
Schritt S2 mit dem Schritt S6 im Ablaufplan von Fig. 15 fort.
Die Verzögerungszeit ΔTf wird für die Vorderradfederung 5 auf
ΔTf = 0 eingestellt. Die Einstellung des Sensorverschiebe
werts ΔL erfolgt als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit
V entsprechend der vorstehend beschriebenen Gleichung. Dabei
verhält sich der Sensorverschiebewert ΔL zur Fahrzeugge
schwindigkeit V gemäß Fig. 16b und wird in einer ansteigenden
Funktion nach Erreichen einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwin
digkeit Lo/Δt eingestellt.
In diesem Fall wird der Fahrbahnoberflächensensor 10 aus
der Position eines kürzesten Abstands vorn gegenüber hinten
in der Nähe des Vorderrads 2 durch die Verschiebevorrichtung
11 fortschreitend nach vorn um einen Abstand bewegt, der der
Verzögerungszeit Δt des Gesamtsteuersystems entspricht, und
die Fahrbahnoberfläche wird frühzeitig erfaßt. Damit werden
Informationen über die Fahrbahnoberfläche frühzeitig durch
den Fahrbahnoberflächensensor 10 gewonnen, wodurch die Verzö
gerung des Gesamtsteuersystems integriert werden kann. In
diesem Fall werden praktische Werte auf Lo = 0,5 m, Δt =
0,03 s und der maximale Sensorverschiebewert z. B. auf ΔL =
0,5 m eingestellt. Dadurch ergibt sich für die maximale Fahr
zeuggeschwindigkeit, bei der eine Steuerung erfolgen kann,
120 km/h als ausreichend praktischer Wert. Andererseits er
folgt die Einstellung und Bestimmung der Verzögerungszeit ΔTf
für die Hinterradfederung 5′ auf ähnliche Weise.
Anschließend fährt der Ablauf mit den Schritten S4 und
S5 des Ablaufplans von Fig. 15 fort. Danach wird das anhand
der Informationen über die Unebenheit der Fahrbahnoberfläche
geeignete Stellsignal für die Dämpfungskraft unmittelbar zur
Vorderradfederung 5 ausgegeben. Das Stellsignal für die Dämp
fungskraft wird um die Verzögerungszeit ΔTr verzögert und zur
Hinterradfederung 5′ ausgegeben. Erreichen dann die Vorderrä
der 2 und die Hinterräder 3 nacheinander die Erhöhung A und
die Vertiefung B der Fahrbahnoberfläche und überfahren diese,
betätigen die Vorder- und Hinterradfederungen 5, 5′ die Dämp
fung auf ähnliche Weise, um die Federungskennlinien zu än
dern, und steuern so stabil das Fahrzeugverhalten.
Erfaßt der Fahrbahnoberflächensensor 10 eine ebene Fahr
bahnoberfläche, wird die einstellbare Dämpfungskraftvorrich
tung 30 auf die Kennlinie der dritten Arbeitsweise einge
stellt, die sowohl auf der Ausfahr- als auch auf der Kompres
sionsseite etwas weich ist, was den Fahrkomfort verbessert.
Obwohl vorstehend Ausführungsformen der Erfindung be
schrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf die besonderen
Ausführungsformen beschränkt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist erfindungsgemäß
der Fahrbahnoberflächensensor am Fahrzeugaufbau vorgesehen
und arbeitet unter Steuerung des Fahrzeugverhaltens zum Um
schalten von Federungskennlinien als Reaktion auf den unebe
nen Zustand der Fahrbahnoberfläche so, daß die Fahrbahnober
fläche durch den Fahrbahnoberflächensensor stets nahe an der
Fahrzeugachse erfaßt wird. Daher kann die Fahrbahnoberfläche
unter geringeren Schwankungseinflüssen des Fahrzeugs genau
erfaßt werden, und außerdem verbessert sich die Genauigkeit
der Steuerung. Die Verzögerungszeit oder der Sensorverschie
bewert wird anhand der Sensoranordnungsposition und der Ver
zögerungszeit des Gesamtsteuersystems in der Vorderradfede
rung eingestellt, um die Eingabe des Stellsignals für die
Dämpfungskraft zu steuern, wodurch die Kennlinien der Fede
rung in einem großen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs
auf geeignete Weise geändert werden können.
Da die Steuerung der Hinterradfederung so erfolgt, daß
das Stellsignal für die Dämpfungskraft durch Verzögern um die
für den Radstand berücksichtigte Verzögerungszeit in einem
großen Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs eingegeben wird,
kann die Federungskennlinie nach dem Vorderrad auf der glei
chen unebenen Oberfläche zuverlässig geändert werden. Die
Hinterradfederung wird separat gesteuert, um jenen Fall zu
verarbeiten, in dem Unebenheiten kurz aufeinanderfolgen, was
überaus zweckmäßig ist.
Claims (3)
1. Federungssteuersystem für ein Fahrzeug mit einem Fahr
zeugaufbau und mehreren Fahrzeugrädern, einer zwischen
dem Aufbau und dem Rad angeordneten Federung, einem an
dem Fahrzeug angebrachten Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Rads und zum Er
zeugen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssignals, einem
Schwingungsdämpfer mit einer Feder und einem einstellba
ren Dämpfungssystem und einem Stellglied in dem Schwin
gungsdämpfer zum Steuern einer Dämpfungskraft, gekenn
zeichnet durch
einen unter einer Frontseite des Fahrzeugaufbaus ange brachten Fahrbahnoberflächensensor zum Erfassen einer Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche vor dem Rad und zum Erzeugen eines Signals für den Fahrbahnoberflächenzu stand;
eine mit dem Fahrbahnoberflächensensor verbundene Ver schiebevorrichtung zum Vorwärts- und Rückwärtsbewegen des Fahrbahnoberflächensensors;
eine mit der Verschiebevorrichtung im Eingriff befindli che Winkelverschiebevorrichtung zum drehbaren Ändern ei nes Winkels zu der Fahrbahnoberfläche; und
eine auf das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und das Si gnal für den Fahrbahnoberflächenzustand reagierende Steuereinrichtung zum Verarbeiten und Ausgeben eines Stellsignals selektiv zu der Verschiebevorrichtung und der Winkelverschiebevorrichtung ohne Verzögerung und zum Erzeugen eines eingestellten Dämpfungssignals, um eine optimale Steuerung der Federung und eine Steuerung der Verhaltensstabilität des Fahrzeugs unter allen Fahrbe dingungen zu gewährleisten.
einen unter einer Frontseite des Fahrzeugaufbaus ange brachten Fahrbahnoberflächensensor zum Erfassen einer Unebenheit einer Fahrbahnoberfläche vor dem Rad und zum Erzeugen eines Signals für den Fahrbahnoberflächenzu stand;
eine mit dem Fahrbahnoberflächensensor verbundene Ver schiebevorrichtung zum Vorwärts- und Rückwärtsbewegen des Fahrbahnoberflächensensors;
eine mit der Verschiebevorrichtung im Eingriff befindli che Winkelverschiebevorrichtung zum drehbaren Ändern ei nes Winkels zu der Fahrbahnoberfläche; und
eine auf das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und das Si gnal für den Fahrbahnoberflächenzustand reagierende Steuereinrichtung zum Verarbeiten und Ausgeben eines Stellsignals selektiv zu der Verschiebevorrichtung und der Winkelverschiebevorrichtung ohne Verzögerung und zum Erzeugen eines eingestellten Dämpfungssignals, um eine optimale Steuerung der Federung und eine Steuerung der Verhaltensstabilität des Fahrzeugs unter allen Fahrbe dingungen zu gewährleisten.
2. Federungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei
die Steuereinrichtung das Stellsignal zum Ausrichten des
Fahrbahnoberflächensensors senkrecht zu der Fahrbahn
oberfläche in einer kleinsten Länge der Verschiebevor
richtung sowie das Dämpfungssignal zum Einstellen einer
Verzögerungszeit in Abhängigkeit von einer vorbestimmten
Gesamtverzögerungszeit erzeugt, wenn die Fahrzeugge
schwindigkeit gering ist;
die Steuereinrichtung das Stellsignal zum Ausrichten des Fahrbahnoberflächensensors senkrecht zu der Fahrbahn oberfläche und zum horizontalen Vorwärtsbewegen des Fahrbahnoberflächensensors sowie das Dämpfungssignal ohne Verzögerung in Abhängigkeit von der Fahrzeugge schwindigkeit und der vorbestimmten Gesamtverzögerungs zeit erzeugt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit mittel schnell ist; und
die Steuereinrichtung das Stellsignal zum Ausrichten des Fahrbahnoberflächensensors in einem Neigungswinkel zu der Fahrbahnoberfläche in einer größten Länge der Ver schiebevorrichtung sowie das Dämpfungssignal zum Ein stellen der Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der vorbestimmten Gesamtverzögerungszeit bei jedem Neigungs winkel erzeugt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist.
die Steuereinrichtung das Stellsignal zum Ausrichten des Fahrbahnoberflächensensors senkrecht zu der Fahrbahn oberfläche und zum horizontalen Vorwärtsbewegen des Fahrbahnoberflächensensors sowie das Dämpfungssignal ohne Verzögerung in Abhängigkeit von der Fahrzeugge schwindigkeit und der vorbestimmten Gesamtverzögerungs zeit erzeugt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit mittel schnell ist; und
die Steuereinrichtung das Stellsignal zum Ausrichten des Fahrbahnoberflächensensors in einem Neigungswinkel zu der Fahrbahnoberfläche in einer größten Länge der Ver schiebevorrichtung sowie das Dämpfungssignal zum Ein stellen der Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der vorbestimmten Gesamtverzögerungszeit bei jedem Neigungs winkel erzeugt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist.
3. Federungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei
die Verzögerungszeit in einer abfallenden Funktion zu
der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird; und
die Länge und der Neigungswinkel des Fahrbahnoberflä
chensensors in einer ansteigenden Funktion zu der Fahr
zeuggeschwindigkeit bestimmt werden.
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