DE4430364B4

DE4430364B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE4430364B4
Application number: DE19944430364
Authority: DE
Inventors: Claus-Markus Pfeffer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2014-08-27
Also published as: DE4430364A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs mit einem Mikrocomputer und einem nichtflüchtigen Speicher, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus, der Vertikalbeschleunigung der Räder, der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung mit Hilfe gespeicherter Kennfelder, denen als weitere Eingangsgröße die Fahrzeuggeschwindigkeit zugeführt wird, mehrere Dämpfkraftvorgaben abgeleitet werden und dass die jeweils größte Dämpfkraftvorgabe als Dämpfkraftsollwert für die Stellglieder der Schwingungsdämpfer benutzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung der Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7.
Der Aufbau eines Kraftfahrzeugs bildet zusammen mit der Federung ein schwingfähiges System, das durch Schwingungsdämpfer bedämpft wird. Dabei führt eine niedrige Dämpfung zu einem größeren Fahrkomfort, während eine höhere Dämpfung den Fahrkomfort zwar verringert, jedoch die Fahrsicherheit erhöht. Bei den üblichen Kraftfahrzeugen führt die Auslegung der Schwingungsdämpfer stets zu einem Kompromiss zwischen Fahrsicherheit und Fahrkomfort.

Mit zunehmender Einführung von elektronischen Schaltungen im Kraftfahrzeug sind Systeme zur Steuerung der Fahrwerksdämpfung bekannt geworden, bei welchen die Dämpfung den jeweiligen Erfordernissen angepasst wird. Insbesondere erfolgt eine Erhöhung der Dämpfung bei kritischen Fahrzuständen. Ein derartiges System ist beispielsweise in DE 41 05 937 A1 beschrieben. Dort werden Schwingungsdämpfer verwendet, die eine gestufte Dämpfungsverstellung gestatten, wodurch unerwünschte Schaltübergänge entstehen.

Durch die gattungsbildende DE 41 19 323 A1 wird ein Verfahren zur frequenzabhängigen adaptiven Regelung eines Fahrwerks angegeben, bei welchem die Dämpfkraft eines Schwingungsdämpfers von der Fahrgeschwindigkeit und der Aufbaubeschleunigung so wie von Hilfsregelgrößen abhängt. Dabei ist der Einfluss der einzelnen Eingangsgrößen fest vorgegeben, so dass eine im Sinne der Fahrsicherheit wichtige Erhöhung der Dämpfkraft nicht immer gegeben ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Steuerung der Dämpfung des Fahrwerks ohne Schaltübergänge zu ermöglichen, wobei eine Erhöhung der Dämpfkraft immer dann erfolgen soll, wenn dies erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch gelöst, dass aus der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus, der Vertikalbeschleunigung der Räder, der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs mit Hilfe gespeicherter Kennfelder, denen als weitere Eingangsgröße die Fahrzeuggeschwindigkeit zugeführt wird, mehrere Dämpfkraftvorgaben abgeleitet werden und dass die jeweils größte Dämpfkraftvorgabe als Dämpfkraftsollwert für Stellglieder von Schwingungsdämpfern benutzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine kontinuierliche Verstellung der Dämpfkraft. Die Kennfelder sind dabei an die Eigenschaften des jeweiligen Fahrzeugtyps anzupassen. Obwohl eine Messung der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus und gegebenenfalls der Räder an einer repräsentativen Stelle des Kraftfahrzeugs erfolgen kann, ist vorgesehen, dass je eine Eingangsgröße die Vertikalbeschleunigung der Räder im hinteren und im vorderen Teil des Kraftfahrzeugs ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Lastverteilung des Kraftfahrzeugs starken Veränderungen unterworfen ist, wie beispielsweise bei Lieferwagen.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass ferner eine Eingangsgröße der Lenkwinkel und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit ist. Hierdurch ist eine noch bessere Anpassung der Dämpfkraft an die jeweiligen Fahrzustände möglich.

Um dem Fahrer eine Möglichkeit zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrwerks zu geben, ist gemäß einer anderen Weiterbildung vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einem zugeführten Umschaltsignal jeweils eines von mehreren Kennfeldern auswählbar ist. Hierbei kann beispielsweise der Umschalter zwei Stellungen aufweisen, die mit "Komfort" und "Sport" bezeichnet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können ein oder gegebenenfalls zwei Sensoren eingespart werden, wenn die Eingangsgröße Beschleunigung der Räder durch Bandpassfilterung des Ausgangssignals eines Sensors für die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus abgeleitet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die Dämpfkraft an den jeweiligen Fahrzustand angepasst werden, was an sich keine Regelung der Dämpfkraft, sondern eine adaptive Steuerung bedeutet. Vorzugsweise ist deshalb vorgesehen, dass die Eingangsgrößen den Amplituden von gemessenen oder abgeleiteten Beschleunigungen entsprechen.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine feinstufige, praktisch stufenlose Steuerung bei begrenztem Speicherbedarf für die Kennfelder dadurch, dass die Dämpfkraft der Schwingungsdämpfer stufenlos steuerbar ist, dass die Kennfelder in Form von Stützwerten gespeichert sind und dass bei der Ableitung der Dämpfkraftvorgaben eine Interpolation erfolgt.

Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs dadurch gelöst, dass in dem nichtflüchtigen Speicher mindestens je ein Kennfeld für die Abhängigkeit einer ersten Dämpfkraftvorgabe von der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus und der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer zweiten Dämpfkraftvorgabe von der Vertikalbeschleunigung von Rädern und der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer dritten Dämpfkraftvorgabe von der Querbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer vierten Dämpfkraftvorgabe von der Längsbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit ablegbar sind, und durch eine Einrichtung zur Auswahl der jeweils größten Dämpfkraftvorgabe als Dämpfkraftsollwert.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,
2 eines zweiten Ausführungsbeispiels und
3 verschiedene Beispiele für bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare Kennfelder.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die 1 und 2 erläutern zwei Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren in Form von Blockschaltbildern. Obwohl eine Ausführung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an sich mit diskreten Schaltungen möglich ist, wird vorzugsweise die gesamte Signalverarbeitung in einem Mikrocomputer oder digitalen Signalprozessor erfolgen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 werden mit Hilfe von an sich bekannten Sensoren bei 1 die Vertikalbeschleunigung, bei 2 die Querbeschleunigung und bei 3 die Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen. Außerdem werden die Ausgangssignale eines Bremslichtschalters 4 und eines Wahlschalters 5 verarbeitet. Der Sensor für die Vertikalbeschleunigung ist mit dem Aufbau verbunden, so daß er an sich die vertikale Aufbaubeschleunigung mißt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß durch Auswertung von höherfrequenten Spektralkomponenten dieses Signals auch eine Messung der Radbeschleunigung möglich ist. Dazu wird das Ausgangssignal des Vertikalbeschleunigungssensors 1 über zwei Bandpässe 6, 7 geleitet, wobei der Bandpaß 6 auf eine niedrigere Frequenz als der Bandpaß 7 abgestimmt ist. Diese Frequenzen sind vom Fahrzeugtyp abhängig. Bei verschiedenen Fahrzeugtypen haben sich Durchlaßfrequenzen im Bereich von 1,5 Hz im Falle des Bandpasses 6 und etwa 10 Hz im Falle des Bandpasses 7 bewährt. Außer der Trennung der Aufbaubeschleunigung von der Radbeschleunigung erfolgt mit Hilfe der Bandpässe 6 und 7 eine Störbefreiung des jeweiligen Signals.
Auf beide Bandpässe 6, 7 folgt jeweils eine Betragsbildung 8, 9 (Gleichrichtung) und eine Mittelwertbildung 10, 11, welche jeweils durch Integralzeichen symbolisiert ist. Dadurch stehen ein Signal VBAUFB, das die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus kennzeichnet, und ein Signal VBRAD zur Verfügung, welches die vertikale Radbeschleunigung beschreibt.
Aus der Querbeschleunigung wird mit Hilfe einer Betragsbildung 12 und einer Mittelwertbildung 13 ein Signal QB abgeleitet. Ein Signal LB, das die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs darstellt, wird aus der Fahrzeuggeschwindigkeit gewonnen, die mit einem elektrischen Tachometer oder gegebenenfalls mit Gebern eines ABS-Systems gemessen wird. Das Geschwindigkeitssignal VCAR wird bei 14 differenziert, was die Beschleunigung ergibt. Diese wird dann bei 15 gleichgerichtet und bei 16 gemittelt, so daß das Signal LB entsteht.
Die Signale VBAUFB, VBRAD, LB, QB und VCAR werden Kennfeldern 17, 18, 19, 20 zugeleitet. Ferner erhalten die Kennfelder das Signal WS des Wahlschalters 5. Dem Kennfeld 20 wird außerdem das Signal BS des Bremslichtschalters 4 zugeleitet. In den Kennfeldern werden Signale F1, F2, F3, F4 als Funktionen der den jeweiligen Kennfeldern zugeführten Größen abgeleitet. Die Größen F1 bis F4 stellen Dämpfkraftvorgaben dar, von denen bei 21 die größte ermittelt und als Dämpfkraftsollwert F von 22 geeigneten Stellgliedern der Schwingungsdämpfer zugeleitet wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist jeweils ein Sensor im vorderen und im hinteren Teil des Fahrzeugs zur Messung der Querbeschleunigung angeordnet. Die Teile 1, 6 bis 11, 17 und 18 dienen zur Messung bzw. Aufbereitung der mit dem vorderen Sensor gemessenen Vertikalbeschleunigung, woraus Dämpfkraftvorgaben F1V und F2V entstehen. In gleicher Weise wird mit Hilfe der Teile 1', 6' bis 11', 17' und 18' das Signal eines hinteren Vertikalbeschleunigungssensors aufbereitet und daraus die Sollwertvorgaben F1H und F2H abgeleitet. Danach wird bei 21 und 21' jeweils der höchste Wert aus F1V, F2V, F3, F4 bzw. F1H, F2H, F3 und F4 gebildet. Bei 22 und 22' steht dann jeweils ein Dämpfkraftsollwert FV und FH für die vorderen bzw. hinteren Schwingungsdämpfer zur Verfügung.
3 zeigt Beispiele für die Kennfelder 17 bis 20, wobei jeweils die Dämpfkraftvorgabe F1, F2, F3 oder F4 in Abhängigkeit der jeweils zugeführten Beschleunigungsgröße für verschiedene Geschwindigkeiten VCAR dargestellt sind.
Die Abhängigkeit der Dämpfkraftvorgaben von dem Schaltsignal WS ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Wie die anderen im folgenden erläuterten Abhängigkeiten können alle oder einige Dämpfkraftvorgaben in jeweils für den individuellen Kraftfahrzeugtyp ermittelter Weise von dem Schaltsignal WS abhängig sein. Grundsätzlich werden die Dämpfkraftvorgaben in der Stellung Sport des Wahlschalters 5 (1, 2) höhere Werte annehmen als in der Stellung Komfort.
Im einzelnen zeigt 3a) das Kennfeld 17, das heißt die Abhängigkeit der Dämpfkraftvorgabe F1 von der Größe VBAUFB und der Geschwindigkeit VCAR, nämlich für eine niedrige, eine mittlere und eine hohe Geschwindigkeit. Dabei sind die Stützwerte der Kurve für die niedrige Geschwindigkeit durch Quadrate, diejenigen für die mittlere Geschwindigkeit mit Punkten und diejenigen für die hohe Geschwindigkeit mit Kreuzen dargestellt. Je höher die Geschwindigkeit, desto steiler ist der Anstieg, das heißt bereits bei kleinen vertikalen Aufbaubeschleunigungen wird die Dämpfkraftvorgabe F1 erhöht.
3b) zeigt das Kennfeld 18. Bei diesem Beispiel ist die Dämpfkraftvorgabe F2 lediglich von der vertikalen Radbeschleunigung VBRAD und nicht von der Geschwindigkeit VCAR abhängig. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung gestatten jedoch auch eine Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, was bei manchen Fahrzeugtypen vorteilhaft sein kann.
Das in 3c) dargestellte Kennfeld umfaßt die Abhängigkeit der Dämpfkraftvorgabe F3 von der Querbeschleunigung QB und der Fahrzeuggeschwindigkeit VCAR. Sowohl bei steigender Fahrzeuggeschwindigkeit als auch bei steigender Querbeschleunigung wird die Dämpfkraftvorgabe F3 größer.
Das Kennfeld 20 ist in zwei Diagrammen dargestellt, nämlich in 3d) für den Fall der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und 3e) beim Bremsen. Der Teil des Kennfeldes, der für die Beschleunigung (Gasgeben) gilt, zeigt eine Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist in einem unteren Beschleunigungsbereich eine Dämpfkraftvorgabe 0 vorgesehen, um bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten und geringem Beschleunigen ein besonders komfortables Fahren zu ermöglichen, sofern keine der anderen Dämpfkraftvorgaben F1 bis F3 eine höhere Dämpfkraft zur Folge haben.
Die in 3e) dargestellte Abhängigkeit der Dämpfkraftvorgabe F4 von der Dämpfbeschleunigung beim Bremsen ist derart ausgelegt, daß bereits beim Betätigen des Bremspedals (Signal BS) die Dämpfkraftvorgabe F4 einen deutlich von 0 abweichenden Wert (beim Beispiel 40%) einnimmt. Damit ist sichergestellt, daß bei einem plötzlichen gegebenenfalls starken Bremsen die Bremskraft einen hohen, sicherheitsbetonten Wert einnimmt.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs mit einem Mikrocomputer und einem nichtflüchtigen Speicher, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus, der Vertikalbeschleunigung der Räder, der Querbeschleunigung und der Längsbeschleunigung mit Hilfe gespeicherter Kennfelder, denen als weitere Eingangsgröße die Fahrzeuggeschwindigkeit zugeführt wird, mehrere Dämpfkraftvorgaben abgeleitet werden und dass die jeweils größte Dämpfkraftvorgabe als Dämpfkraftsollwert für die Stellglieder der Schwingungsdämpfer benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Eingangsgröße der Lenkwinkel und/oder die Lenkwinkelgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einem zugeführten Umschaltsignal jeweils eines von mehreren Kennfeldern auswählbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgröße Vertikalbeschleunigung der Räder durch Bandpassfilterung des Ausgangssignals eines Sensors für die Vertikalbeschleunigung des Aufbaus abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsgrößen den Amplituden von gemessenen oder abgeleiteten Beschleunigungen entsprechen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfkraft der Schwingungsdämpfer stufenlos steuerbar ist, dass die Kennfelder in Form von Stützwerten gespeichert sind und dass bei der Ableitung der Dämpfkraftvorgaben eine Interpolation erfolgt.
Einrichtung zur Steuerung der Dämpfung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs mit einem Mikrocomputer und einem nichtflüchtigen Speicher, dadurch gekennzeichnet, dass in dem nichtflüchtigen Speicher mindestens je ein Kennfeld (17, 18, 19, 20) für die Abhängigkeit einer ersten Dämpfkraftvorgabe (F1) von der Vertikalbeschleunigung des Aufbaus und der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer zweiten Dämpfkraftvorgabe (F2) von der Vertikalbeschleunigung der Räder und der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer dritten Dämpfkraftvorgabe (F3) von der Querbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit und einer vierten Dämpfkraftvorgabe (F4) von der Längsbeschleunigung und der Fahrzeuggeschwindigkeit ablegbar sind, und durch eine Einrichtung (21) zur Auswahl der jeweils größten Dämpfkraftvorgabe (F1; F2; F3; F4) als Dämpfkraftsollwert.