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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Aufhängungen.
Insbesondere bezieht sie sich auf die Aufhängung von Fahrzeugen, zum Beispiel
Pkws. Sie bezieht sich, genauer, auf Mittel, die verwendet werden,
um das Durchfedern zwischen zwei Punkten zu gestatten (ein aufgehängter Punkt ist
zum Beispiel mit dem Aufbau oder dem Fahrgestell eines Fahrzeugs
verbunden, das heißt,
mit der aufgehängten
Masse, und ein nicht aufgehängter Punkt
ist zum Beispiel mit einem Aufhängungsarm oder
einem Radträger
verbunden, das heißt,
er ist fest mit der nicht aufgehängten
Masse verbunden), während
sie sich bemüht,
die Kraftänderungen
zu mindern, die von der Aufhängung
entwickelt werden, gesehen durch den aufgehängten Punkt.
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Die
EP 0 878 333 beschreibt
eine Aufhängungsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Man
sieht, daß die
Aufhängung
eines Fahrzeugs bauliche Anordnungen aufweist, durch die man die
Verlagerung eines Rades oder von Rädern einer Achse bezüglich des
Aufbaus führt
(oder bezüglich
des Fahrgestells, wenn das Fahrzeug damit versehen ist, oder, je
nachdem, auch zwischen Aufbau und Fahrgestell), und sie weist Mittel
auf, die das Durchfedern eines jeden Rades (ein Rad ist ein Organ,
das "nicht aufgehängt" genannt wird) bezüglich des
Aufbaus (jeder Punkt, der auf dem Aufbau gelegen ist, wird "aufgehängt" genannt) steuern,
um die Last zu tragen, während
man gleichzeitig einen bestimmten Abstand zum Boden des Fahrzeugs
aufrechterhält
(das ist die Funktion einer Feder), und um das Auftreten von Schwingungen
zwischen einem aufgehängten
und einem nicht aufgehängten
Punkt in der Folge einer Störung
zu verhindern (das ist die Funktion eines Stoßdämpfers).
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Eine
Feder wird so berechnet, daß sie
die Last des Fahrzeugs trägt,
während
sie gleichzeitig einen Abstand zum Boden einhält, der für das Fahrzeug ausreichend
ist. Dank der Dämpfungsfunktion neigen
die Räder,
die mit Luftreifen ausgestattet sind, dazu, stets in Berührung mit
der Straße
zu bleiben, wenn die Aufhängung
durch Unregelmäßigkeiten
der Straße
belastet wird. Ein Stoßdämpfer verhindert
das Auftreten von Schwingungen, die sich in der Folge einer Störung einstellen,
besonders der Schwingungen der Straße selbst, die der Reifen von
sich aus nicht ausreichend abschwächen kann.
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Bekanntlich
ist das Konzept einer Aufhängung
gekennzeichnet durch die Suche nach einem Kompromiß zwischen
Aufgaben, die den Ruf haben, mindestens in hohem Maße widersprüchlich zu
sein: der Komfort und die Straßenhaltigkeit.
Zahlreiche Bemühungen
wurden angestellt, um einen immer besseren Kompromiß zu finden.
Der Stand der Technik kennt sogenannte aktive oder halbaktive Aufhängungen,
deren Steuerung durch den Fortschritt in der Elektronik jetzt möglich geworden
sind. In solchen Aufhängungen
werden die Befehle auf elektrischem oder elektrohydraulischem Wege übertragen,
um in Echtzeit die Merkmale der Flexibilität und/oder der Dämpfung der
Aufhängung
zu modifizieren. Dies führt
dazu, zu den mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen, herkömmlichen
Vorrichtungen eine Stufe der elektronischen Regelung mit ihren Meßfühlern und
Berechnungsmitteln hinzuzufügen, sowie
Elektroventile und Servoventile, um auf die mechanischen Organe,
die die Funktion der Aufhängung
sicherstellen, die eigentlichen Befehle der Änderung von Eigenschaften zu übertragen.
Es handelt sich zum Beispiel darum, das Öffnen oder Schließen eines
Klappenventils in einem Stoßdämpfer hervorzurufen,
um die Energievernichtung, die er hervorruft, zu ändern.
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Man
kennt auch die vielfältigen
Vorschläge aktiver
Aufhängungen,
wie sie in den Patenten oder Patentanmeldungen
US 5 060 959 ,
US 5 028 073 ,
US 5 066 041 ,
US 5 740 039 oder
EP 0 878 333 beschrieben sind, um
von diesen nur einige zu nennen. Die Vielfalt vorgeschlagener baulicher
Anordnungen und Steuergesetze, verglichen mit der sehr kleinen Zahl
aktiver Aufhängungen
auf dem Markt, ist ein Bild der Schwierigkeit, die es gibt, um wirksam
die Aufhängungen
zu steuern. Der Stand der Technik trifft bei der Wahl der Steuerparameter
auf die korrekte Auswertung einer Vielzahl von Signalen, die man
nötig zu
haben glaubt, um das Verhalten eines Fahrzeugs korrekt zu erfassen.
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In
einer speziellen Ausführungsform,
die in der Patentanmeldung
EP
0 878 333 vorgeschlagen wurde, wird ein Einstellungsparameter,
der α genannt wird,
in Echtzeit gesteuert, um die Aufhängung zwischen einem Verhalten
einer reinen Federbegleitung oder eines reinen Profilfolgers (α = 1) und
einem Verhalten eines reinen Dämpfers
(α = 0)
zu steuern. Diese Funktionsweise ist besonders nützlich, um die Schwingungen
eines Reifens zu dämpfen.
Es wurde vorgeschlagen, das Entstehen einer Resonanz eines Reifens
zu erfassen, um rasch bei α einen
hinlänglich kleineren
Wert als 1 zu liefern (zum Beispiel entsprechend einem linearen
Schwingungsgesetz in Funktion der Amplitude), um die Schwingungen
der nicht aufgehängten
Masse zu dämpfen.
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Das
Ziel der Erfindung zielt darauf ab, sich dem Problem auf andere
Weise zu nähern,
die das Erfassen einer Resonanz der nicht aufgehäng ten Masse viel weniger nutzt,
um für
ein hohes Niveau der Funktionssicherheit der Fahrzeuge und für einen hohen
Komfort zu sorgen.
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Die
Erfindung schlägt
eine Aufhängungsvorrichtung
vor, die die Steuerung der vertikalen Durchfederns zwischen einer
aufgehängten
Masse und einer nicht aufgehängten
Masse sicherstellt, mit einer elastischen Verbindung, die zwischen
der aufgehängten
Masse und der nicht aufgehängten
Masse angebracht ist, wobei die genannte, elastische Verbindung
eine Feder aufweist und einen umkehrbaren, elektrischen Stellantrieb
aufweist, der parallel zur Feder wirksam ist, um die Bewegungen
relativen Durchfederns zwischen der aufgehängten Masse und der nicht aufgehängten Masse
zu steuern, Zcr der Abstand zwischen der
aufgehängten
Masse und der nicht aufgehängten
Masse ist, und die genannte Vorrichtung Mittel zum Steuern des elektrischen
Stellantriebs aufweist, damit, von einer beobachteten Änderung
des Abstandes Zcr zwischen der aufgehängten Masse
und der nicht aufgehängten
Masse ausgehend, infolge eines Durchfederns der elastischen Verbindung,
der elektrische Stellantrieb eine Kraft F entwickelt, dadurch gekennzeichnet,
daß die
Kraft F ein Massenausgleichsanteil F1 =
Ca.Mr.Acr ist,
der wie die Beschleunigung Acr des Durchfederns
der nicht aufgehängten
Masse in Bezug auf die aufgehängte Masse
orientiert ist, wobei Mr die nicht aufgehängte Masse
und Ca ein Beiwert ist, so daß sich ein
Dämpfungsanteil
F2 = –Cv.Vcr der Geschwindigkeit
Vcr dem genannten Durchfederns entgegensetzt,
wobei Cv ein Beiwert ist.
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Herkömmlicherweise
nennt man "rollende Anordnung" die Gesamtheit der
Organe, die, für
eine gegebene Aufhängungsausbildung,
man üblicherweise
in die nicht aufgehängte
Masse einreiht. Für eine
Aufhängung
der Art, die in der Patentanmeldung
EP
0 878 332 beschrieben ist, um faßt die nicht aufgehängte Masse
außer
allen Organen, die sich um die Drehachse des Rades herum in Drehung
befinden, den Radträger,
den Ausgleichsstab, den Bremssattel und den elektrischen Antriebsmotor
(der Motor der Aufhängung
nimmt daran nicht teil). Die Erfindung schlägt vor, im elektrischen Stellantrieb
einen Kraftanteil zu entwickeln, der der nicht aufgehängten Masse
Rechnung trägt,
was danach trachtet, die Energieanhäufung in dieser zu verhindern.
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Außerdem und
bevorzugt wird der elektrische Stellantrieb derart gesteuert, daß er einen
Feder-Begleitanteil entwickelt, der eine Kraft erzeugt wie die relative
Verlagerung zwischen Aufbau und Rad, so daß die Kraftveränderungen
infolge der Veränderungen
des Durchfederns beseitigt werden. Der elektrische Stellantrieb
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist in diesem Fall bevorzugt durch die genannten Steuermittel derart
gesteuert, daß der
elektrische Stellantrieb eine Kraft F entwickelt, die außerdem einen
Feder-Begleitanteil F3 = Cp.K.Zcr aufweist, der umgekehrt zur Änderung
der Kraft orientiert ist, die durch die Feder und aufgrund der Änderung
des Abstandes Zcr entwickelt wird, wobei
K die Steifigkeit der Feder und Cp ein Beiwert
ist.
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Es
ist die Rolle des elektrischen Stellantriebs, so weit wie möglich die
Kraftveränderungen
zu begrenzen, die von dem Aufbau empfunden werden. Wenn keine Kraftänderung
vorliegt, gibt es keine Beschleunigung, demnach keine Bewegung des
Aufbaus in vertikaler Richtung, und demnach wird der Komfort sehr
groß sein.
Der elektrische Stellantrieb wirkt ständig als Federkorrekturglied,
um radikal die Kraftänderungen
zu begrenzen, die die Feder ansonsten auf die aufgehängte Masse
unter Wirkung äußerer Störungen aufbringen
würde,
während gleichzeitig
eine Energieanhäufung
in der nicht aufgehängten
Masse verhindert wird. Die Funktion dieses Feder-Korrekturgliedes
liegt in der Veränderung der
Reaktionskraft, die natürlicherweise
die Feder auf eine Störung
hin entwickeln würde,
indem eine Korrekturstrategie aufgebracht wird, die darauf abzielt,
für den
bestmöglichen
Komfort zu sorgen, während
gleichzeitig die Sicherheit gewahrt bleibt.
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Die
Erfindung wird noch besser durch die nachfolgende Beschreibung eines
Beispiels verständlich,
das nicht einschränkend
angegeben wird, wobei sie sich auf die beiliegende Beschreibung
bezieht, in der:
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1 ein
Fahrzeug zeigt, das mit einer erfindungsgemäßen Aufhängung ausgestattet ist,
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2 ein
Einsatzschema der Hauptelemente der Erfindung an einem Fahrzeug
ist,
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3a, 3b und 3c in
Funktion der Zeit und synchron den Verlauf des Straßenprofils,
die Ursache der Belastung der Aufhängung, die hieraus resultierende
Verlagerung der nicht aufgehängten Masse,
die hieraus resultierende Verlagerung der aufgehängten Masse und den Verlauf
der Kraft im elektrischen Stellantrieb darstellen, und zwar für mehrere
Beiwerte Ca, Cv und
Cp, in denen man fortlaufend Ca erhöht, wenn
man von 3a zur 3c übergeht,
und Cv und Cp konstant
sind,
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4a, 4b und 4c die
selben Verläufe
für andere
Kombinationen der Beiwerte Ca, Cv und Cp darstellen,
in denen man fortlaufend Cv erhöht, wenn
man von 4a zur 4c übergeht
und Ca und Cp konstant
sind,
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5a, 5b und 5c die
selben Verläufe
für andere
Kombinationen der Beiwerte Ca, Cv und Cp darstellen,
in denen man fortlaufend Cp erhöht, wenn
man von 5a zur 5c übergeht
und Cv und Ca konstant
sind, und
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6 die
Erfindung in der Form eines Blockschemas darstellt.
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Man
sieht in
1 in der Frontansicht einen Pkw
mit vier Rädern,
der mit elastischen Verbindungen
1 ausgestattet ist, die
zwischen den Rädern
2 und
dem Aufbau
3 angebracht sind. Man sieht in
2 die
vier elastischen Verbindungen
1, die zwischen den Rädern
2 und
dem Aufbau
3 des Fahrzeugs angebracht sind. Jede elastische
Verbindung weist eine vertikale Gleitführung
7, eine wendelförmige Feder
4 und
einen elektrischen Stellantrieb
5 in paralleler Anbringung
auf. Der elektrische Stellantrieb umfaßt eine Zahnstange
50,
die fest mit einem nicht aufgehängten
Teil der Verbindung mit dem Boden verbunden ist. Ein Elektromotor
52 ist
mit seinem Gehäuse
am aufgehängten
Teil der Verbindung mit dem Boden befestigt. Ein Ritzel
51 ist
auf dem Läufer des
Motors angebracht und greift in die Zahnstange
50 ein.
Für mehr
Einzelheiten bezüglich
einer möglichen
Konstruktion, die eine Führung
der Radebene durch eine vertikale Gleitführung aufweist, kann man die
Patentanmeldung
EP 0 878 332 zu
Rate ziehen. Es wird ausdrücklich
darauf hingewiesen, daß auch andere
Prinzipien der Verbindung einer rollenden Anordnung mit einem Aufbau
herangezogen werden können
und kompatibel mit der Verwendung eines elektrischen Stellantriebs
und einer Feder sind, die parallel angebracht sind.
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Der
Aufbau 3, der in ausgezogenen Strichen dargestellt ist,
erfährt
kein Rollen. Dies ist sein natürliches
Verhalten bei geradliniger Fahrt. Der Aufbau 3' stellt dagegen
eine leichte Überkompensierung
des Rollens dar, und man wird auf diesen Aspekt in der Folge noch
mehr im einzelnen zurückkommen.
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Bekanntlich
ist es, damit man eine gegebene Kraft in einem elektrischen Stellantrieb 5 erhält, wie er
oben beschrieben ist, notwendig, daß der Motor ein bestimmtes
Moment entwickelt. Die Steuerung zum Erhalten einer bestimmten Kraft
im elektrischen Stellantrieb 5 kommt daher darauf zurück, daß man das
Moment des Motors ansteuert. In einer ganz besonders interessanten
Variante benutzt man einen Elektromotor 52, der der Art
nach ein selbstgesteuerter Synchronmotor mit Permanentmagneten ist.
Diese Art von Motor weist aufgrund seiner Konstruktion Läufer-Lagemeßfühler auf,
die verwendet werden, um hiervon die Steuerung sicherzustellen,
gleichgültig,
wie die Verwendung auch sein mag. In dieser Anwendung benutzt, messen
die Meßfühler tatsächlich die Änderung
des Abstandes zwischen dem Rad 2 und dem Aufbau 3.
Die den Meßfühlern, die
im Inneren des Motors sitzen, entstammende Information gelangt zu
einer individuellen Steuereinheit 55 des Rades, und zwar über die
Kanäle 53.
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Die
Einheit 55 umfaßt
elektronische Mittel, um die Information auszuwerten, die von den
genannten, im Inneren des Motors liegenden Meßfühlern her kommen, abhängig von
einer solchen Steuerstrategie, daß der elektrische Stellantrieb
eine Kraft F = Ca.Mr.Acr – Cv.Vcr + Cp.K.Zcr entwickelt.
Die Kraft F umfaßt
demnach einen Ausgleichsanteil der Masse, bewertet durch den Beiwert
Ca, einen Dämpfungsanteil, bewertet durch
den Beiwert Cv und einen Feder-Begleitanteil,
bewertet durch den Beiwert Cp. Die Beiwerte
können
experimentell in Abhängigkeit
von Ausgangswerten gewählt
werden, die unten vorgeschlagen sind.
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Die 3a bis 5c gestatten
es, die Auswirkungen der verschiedenen Anteile sichtbar zu machen.
In diesen Figuren hat man das Profil der Straße dargestellt, das äquivalent
ist zur Änderung
(in der Ordinate) des Bodenniveaus, abhängig von der Zeit (in der Abszisse),
wenn man annimmt, daß das
Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit fährt. Dies ist die Kurve "P". Die horizontale Achse stellt einen
Bezug dar, der bestimmt ist durch das mittlere Niveau der Straße. Die
Ordinatenwerte sind die Abweichungen von diesem mittleren Niveau.
Das Straßenprofil umfaßt demnach
einen ersten Absatz ohne Abweichung bezüglich des mittleren Niveaus,
gefolgt von einer Erhebung mit trapezförmigem Profil, gefolgt von
einem zweiten Absatz ohne Abweichung vom mittleren Niveau. Alle
Figuren beziehen sich auf das Überfahren
des selben Hindernisses, das heißt, eine Erhöhung des
Bodenniveaus, gefolgt von einer Rückkehr auf das anfängliche
Niveau (eine isolierte Erhebung). In allen Figuren zeigt die Kurve "Zr" die Verlagerung
des Rades (das heißt,
der nicht aufgehängten
Masse), die sich aus dem Überfahren
des Hindernisses für
eine Aufhängung
ergibt, die die Eigenschaften aufweist, die jeweils durch jede der
Figuren dargestellt wurden. In allen Figuren stellt "Zc" die Verlagerung
des Aufbaus dar, das heißt,
der aufgehängten
Masse, die sich aus dem Überfahren
des Hindernisses für
eine Aufhängung
ergibt, die die Eigenschaften aufweist, die jeweils durch jede der
Figuren dargestellt wurde. Schließlich stellt in jeder der Figuren
die Kurve "F" den Verlauf der
Kraft im elektrischen Stellantrieb 5 dar, die sich aus
dem Überfahren des
Hindernisses für
eine Aufhängung
ergibt, die die Eigenschaften aufweist, die jeweils durch jede der
Figuren dargestellt wurde.
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Die 3a, 3b und 3c stellen
die Auswirkung der Kompensierung der nicht aufgehängten Masse
durch eine Veränderung
des Beiwerts Ca dar, wobei die Beiwerte
Cv und Cp konstante Werte
haben. Der Beiwert Ca ist Null in 3a.
Man konnte interessante Leistungen bei der Kompensierung bis etwa
50% der nicht aufgehängten
Masse beobachten. Der Zwischenwert der 3b entspricht einer
Kompensierung von etwa 30% der nicht aufgehängten Masse. Der Wert der 3c entspricht
einer Kompensierung von etwa 70% der nicht aufgehängten Masse.
Die Störung,
die durch das Straßenprofil eingebracht
wird, und die Reaktion der Kraft F haben eine Verlagerung der nicht
aufgehängten
Masse, dargestellt durch die Kurve Zr, und
eine Verlagerung des Aufbaus zum Ergebnis, dargestellt durch die
Kurve Zc. Man sieht, daß die Verlagerung der nicht
aufgehängten
Masse viel treuer dem Profil der Straße folgt, wenn der Beiwert
Ca nicht Null ist. Wenn man für diesen
Anteil ein größeres Gewicht
heranzieht, gibt es nach den Durchgang des Hindernisses praktisch
keine Schwingung mehr, was für
die Sicherheit sehr vorteilhaft ist. Man sieht auch, daß, wenn
das Gewicht dieses Anteils größer wird,
auf die Bewegung, die durch den Aufbau erfahren wird, im wesentlichen nicht
eingewirkt wird. Zusammenfassend gestattet es die Erfindung, die
Sicherheit zu erhöhen,
ohne den Komfort zu mindern.
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Die 4a, 4b und 4c stellen
die Auswirkung der Dämpfung
durch eine Veränderung des
Beiwerts Cv dar, wobei die Beiwerte Ca und Cp konstante
Werte haben. Der Beiwert Cv ist gering in 4a,
weist einen mittleren Wert in 4b auf,
und einen höheren
Wert in 4c. Um einen Anfangswert von
Cv zu wählen,
nimmt man zum Kriterium, daß die
Amplitude der zweiten Schwingung um 90% abgeschwächt sein soll, bezogen auf
die Amplitude der ersten. Man sieht durch die Kurven F, daß sich im elektrischen
Stellantrieb 5 eine um so größere Kraft einstellt, wenn
man die Dämpfung
erhöht.
Die Störung,
die durch das Straßenprofil
aufgebracht wurde, und die Reaktionskraft F haben eine Verlagerung
der nicht aufgehängten
Masse zum Ergebnis, die durch die Kurve Zr dargestellt
ist, und eine Verlagerung des Aufbaus, die durch die Kurve Zc dargestellt ist. Man sieht, daß die Verlagerung
der nicht aufgehängten Masse
treu dem Straßenprofil
für die
beiden höheren Werte
des Beiwerts Cv folgt. Es gibt nach dem
Durchlauf des Hindernisses praktisch kein Schwingen des Rades, was
für die
Sicherheit sehr vorteilhaft ist. Dagegen sieht man, daß, wenn
die Amplitude der Bewegung des Aufbaus auch kaum betroffen ist,
die Steigung der Kurve immer steiler wird, was das Zeichen einer
sehr viel höheren
Beschleunigung ist, was dem Komfort schadet.
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Die 5a, 5b und 5c stellen
die Auswirkung der Kompensierung der Feder dar, wenn man ihre erkennbare
Steifigkeit ändert,
wie es in der Patentanmeldung EO 0 878 333 erläutert ist, und zwar durch eine Änderung
des Beiwerts Cp, wobei die Beiwerte Ca und Cv konstante
Werte haben. Der Beiwert Cp ist in 5a Null.
Der Beiwert Cp beträgt 1, wenn der elektrische
Stellantrieb als reiner Profilfolger funktioniert, in dem Sinn,
der diesem Ausdruck im vorgenannten Patent verliehen wurde. Dieser
Beiwert ist nicht unabhängig
von der Feder gewählt.
Je steifer man eine Feder wählt,
desto zweckmäßiger ist es,
diesem Anteil Gewicht zu verleihen, wenn man den Komfort bewahren
möchte.
Man hat interessante Leistungen bis zu etwa 80% eines Verhaltens
als reiner Profilfolger beobachtet. Der Beiwert beträgt 0,4 in 5b und
0,8 in 5c. Man sieht durch die Kurven
F, daß,
sobald das Rad auf das Hindernis trifft, sich im elektrischen Stellantrieb 5 eine
Kraft einstellt, die die Feder 4 zusammendrückt, was
es dem Rad 2 gestattet, das Hindernis hinaufzulaufen, wobei
die Beschleunigung gemindert wird, die der Aufbau 3 erfährt. Die
Störung,
die durch das Straßenprofil
aufgebracht wird, und die Reaktionskraft F haben eine Verlagerung
der nicht aufgehängten Masse
zum Ergebnis, die durch die Kurve Zr dargestellt
ist, und eine Verlagerung des Aufbaus, die durch die Kurve Zc dargestellt ist. Man sieht, daß die Verlagerung
der nicht aufgehängten
Masse ein bißchen
weniger treu dem Straßenprofil
folgt, wenn der Beiwert Cp nicht Null ist. Es
tritt eine leichte Schwingung der nicht aufgehängten Masse nach der anfänglichen
Kompressionsphase auf. Man sieht auch, daß, besonders in 5c, wenn
das Gewicht dieses Anteils sehr erheblich ist, der Aufbau eine Bewegung
mit kleinerer Amplitude erfährt,
und besonders, daß die
Steigung der Kurve weniger steil ist, das Zeichen einer geringeren
Beschleunigung, was für
den Komfort sehr günstig
ist.
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In
der Zusammenfassung stellen die 3b (Ausbildungen
identisch zu den 4b und 5b) und 5c gute
Kombinationen der Werte der Beiwerte dar. Es ist indes schwierig,
Kombinationen vorzuschlagen, die universellen Wert haben. Es ist zweckmäßig, experimentell
vorzugehen, um auszuwählen,
was am besten zu einem gegebenen Fahrzeug paßt. Aber im Gegensatz zu herkömmlichen Aufhängungen
erfolgt die Suche nach der besten Lösung hier durch einfaches Programmieren.
Es ist demnach sehr viel rascher, effektiver und ökonomischer,
eine große
Zahl vom Kombinationen von Merkmalen zu überstreichen, denn es gibt
keinerlei mechanisches Teil, das zu wechseln wäre.
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Es
soll nun die (nicht einschränkende)
Möglichkeit
erläutert
werden, eine Entspannung der Kraft einzusetzen, die im elektrischen
Stellantrieb entwickelt wird. Die Steuereinheit 55 empfängt von
Meßfühlern im
Inneren des Motors her über
den Kanal 53 die Information über die augenblickliche, gemessene Lage "Zim" des elektrischen
Stellantriebs (siehe 6). Ein Funktionsblock 70 der
Einheit 55 errechnet von neuem ständig die Gleichgewichtslage,
die mit Z0 bezeichnet ist, in der die Kraft
der Feder 4 genau die statische Last des Aufbaus kompensiert.
Diese Gleichgewichtslage Z0 wird zum Beispiel
erhalten, indem man den Wert Zim über einen
verhältnismäßig langen
Zeitraum (zum Beispiel in der Größenordnung von
10 Sekunden) mittelt. Von den Informationen Zim und
Z0 ausgehend kann man unmittelbar und durch Differenz
den Abstand Zcr = Zim – Z0 bezüglich
der Gleichgewichtslage ableiten. Die Einheit 55 errechnet
ständig
die auszuübende
Kraft F in einer vorbestimmten Probenperiode (zum Beispiel alle
Millisekunden). Im Verlauf der aufeinanderfolgenden Berechnungen
paßt die
Einheit 55 fortlaufend die Kraft des elektrischen Stellantriebs
an die Abweichungen der Durchfederung an, mit einem permanenten
Charakter, um fortlaufend die Korrektur aufgrund deren aufzuheben.
Dies stellt eine gewissen Entspannung sicher.
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Ausgehend
vom Wert von Zcr, seiner ersten Ableitung
(Geschwindigkeit) und seiner zweiten Ableitung (Beschleunigung)
errechnet dann ein Funktionsblock 71 den Wert von F wie
oben erläutert,
wobei die Auswahlen berücksichtigt
werden, die für
die Beiwerte getroffen wurden.
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In
vorteilhafter Weise kann man durch eine Stufe der globalen Steuerung
der Anordnung der Verbindungen mit dem Boden des Fahrzeugs eine
aktive Kompensierung des Rollens und Nickens sicherstellen, Phänomenen
von Trimmungsänderungen,
die durchaus bekannt sind und gleichzeitig für den Komfort und die Sicherheit
schädlich
sind.
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Man
hat in
1 gesehen, daß der
Aufbau
3, der in ausgezogenen Linien dargestellt ist, kein Rollen
erfährt.
Dies ist sein natürliches
Verhalten bei geradliniger Fahrt. Es sei vermerkt, daß die Mitte
des Rollens des Aufbaus unter seinem Schwerpunkt liegt, und zwar
für eine
Aufhängung,
die eine Führung der
Radebenen durch eine vertikale Kulisse hat, gemäß der Patentanmeldung
EP 0 878 332 . Wenn eine Fliehkraft
C auftritt, die auf den Schwerpunkt CG wirkt, wird sich der Aufbau,
außerhalb
jeder aktiven Korrektur, mit einem Rollwinkel zur Außenseite
der Kurve neigen, der von der Fliehkraft und der Flexibiltät der Aufhängungen
abhängt.
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Die
erfindungsgemäße Aufhängungsvorrichtung
weist Mittel zur Bewertung einer solchen Belastung auf, die nicht
vertikal ist und parallel zur Geraden ausgerichtet ist, die die
Mitten der Berührungsflächen mit
dem Boden der betrachteten Räder
verbindet, die hier an einer Achse auftritt, da man ja den Fall des
Rollens darlegt. Man widersetzt sich diesem Phänomen, indem man in den elektrischen
Stellantrieben 5 einen Korrekturanteil +C1 auf
der Außenseite
der Kurve und –C1 auf der Innenseite der Kurve entwickelt.
Indem man die Amplitude dieser Korrektur beeinflußt, kann
man den Rollwinkel begrenzen oder ihn sogar überkompensieren, wie es durch
den Aufbau 3' gezeigt
ist, der gestrichelt dargestellt ist. Man bezeichnet unten das Rollen
und das Nicken ohne Unterscheidung mit "Veränderung
der Trimmung".
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Für jede Verbindung
mit dem Boden fügt man
außer
einer individuellen Steuerung, die durch eine Steuereinheit 55 sichergestellt
wird, die es gestattet, im genannten elektrischen Stellantrieb 5 eine Kraft
zu entwickeln, die mindestens einen Anteil zur Kompensierung der
nicht aufgehängten
Masse, der Dämpfung
und gegebenenfalls der Federkorrektur aufweist, wie oben erläutert, einen
Anteil F4 zur Korrektur der Trimmung hinzu.
Wenn man zum Beispiel ein Fahrzeug betrachtet, das mindestens zwei
Verbindungen mit dem Boden aufweist, die eine Achse bilden, dann
sind die genannten Verbindungen mit dem Boden beiderseits der Symmetrie-Mittelebene angebracht,
und die Steuerung wird derart program miert, daß man ein Korrekturmoment der
Trimmung erzeugt, das sich dem Rollen entgegensetzt. Wenn man ein
Fahrzeug betrachtet, das mindestens zwei Verbindung mit dem Boden
aufweist und eine vordere Verbindung und eine hintere Verbindung
umfaßt, wird
die Steuerung jedoch derart programmiert, daß man ein Korrekturmoment der
Trimmung erzeugt, das das Nicken steuert. Die Erfindung richtet
sich, worauf ausdrücklich
hingewiesen wird, auf ein Fahrzeug, das mindestens vier Verbindungen
mit dem Boden aufweist, die eine vordere Achse und eine hintere
Achse bilden, wobei die Steuerung derart programmiert wird, daß sie ein
Korrekturmoment der Trimmung erzeugt, das gleichzeitig das Rollen
und das Nicken steuert.
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Die
Steuerung der Korrekturanteile der Trimmung ist zentral zusammengefaßt, denn
sie betrifft global das Gleichgewicht des Fahrzeugs. Sie wird durch
eine Zentraleinheit 6 sichergestellt. Bevorzugt, zumindest
für ein
Fahrzeug mit vier Rädern,
stellt die Zentraleinheit 6 mindestens eine Korrektur des
Rollens sicher. Vorteilhafterweise kann die Zentraleinheit 6 außerdem eine
Korrektur des Nickens des Fahrzeuges sicherstellen oder stellt sie
sicher.
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Wenn
man, worauf ausdrücklich
hingewiesen wird, gleichzeitig das Rollen und das Nicken kompensiert,
dann ist jede der genannten Verbindungen mit dem Boden imstande,
von den Mitteln zum Steuern der elektrischen Stellantriebe eine
Vorschrift für
die Kraft zu erhalten, die die Resultierende eines Beitrags für die Korrektur
des Rollens und eines Beitrags für
die Korrektur des Nickens ist. Für
jeden elektrischen Stellantrieb ist der gesamte Anteil zur Korrektur
der Trimmung die algebraische Summe eines relativen Beitrags zum
Rollen und eines relativen Beitrags zum Nicken. Im Fall des reinen
Rollens (kein Nicken) oder des reinen Nickens (kein Rollen) haben die
Korrekturanteile gleiche Absolutwerte und sind zueinander auf der
einen und der anderen Seite des Fahrzeugs entgegengerichtet.
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Es
soll zum Beispiel ein reiner Rollvorgang verfolgt werden. Die genannten
Korrekturanteile des Rollens haben gleiche Absolutwerte und sind
zueinander in jeder Achse (eine Achse bildet eine Gruppe von Verbindungen
mit dem Boden) entgegengerichtet, um auf den Aufbau 3 ein
Antirollmoment aufzubringen. Das Rollen kann nur teilweise kompensiert werden
(geringerer Energieaufwand), oder vollständig (besserer Komfort, bessere
Funktion der Reifen), oder kann sogar überkompensiert werden, wie
oben erwähnt,
um noch radikaler die Wirkungsweise eines Fahrzeuges wie eines Pkw
mit vier Rädern
zu verbessern. Je höher
die Kompensierung ist, desto mehr muß man imstande sein, ein bedeutendes
Moment in den Motoren 52 zu entwickeln, und es während der Zeit
aufrechterhalten, die die Querbelastungen (oder Längsbelastungen)
dauern, die deutlich länger
sind als die Belastungen, die dem höckerigen Charakter der Straße entstammen,
wobei man den Dämpfungsanteil
anspricht, von dem man unten noch sprechen wird.
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Man
kann Meßfühler 61, 62, 63 verwenden, wie
zum Beispiel Beschleunigungsmesser, die mit dem Aufbau verbunden
sind, um eine nicht vertikale Belastung zu bewerten. Es kann sich
um die Querbeschleunigung und/oder die Schlingergeschwindigkeit handeln
(die ein Rollen zur Folge hat). Man kann auch die Längsbeschleunigung
bewerten (die das Nicken zur Folge hat). Diese Wertung oder Wertungen gestatten
es, ein geeignetes Moment oder geeignete Momente zur Korrektur der
Trimmung zu entwickeln.
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In
einer Variante kann man Meßfühler verwenden,
die es gestatten, Parameter zu bewerten, die Indikatoren der Fahrbedingungen
des Fahrzeugs sind. Dies ist zum Beispiel ein Meßfühler des Winkels am Lenkrad,
des Drucks der Bremsen, der Wirkung auf das Gaspedal, und ein Fahrzeug-Geschwindigkeitsmeßfühler. Dies
kann gestatten, bezüglich
des Augenblicks, in dem sie auftreten, Beschleunigungen parallel
zum Boden (Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung)
vorwegzunehmen. Man kann in diesem Fall Steuerstrategien benutzen,
die die der Tätigkeiten
des Fahrers beobachten und die möglichen Folgen
auf das Rollverhalten (und auf das Nickverhalten) abschätzen, und
man bestimmt die geeignete Trimmungskorrektur.
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Es
ist, worauf ausdrücklich
hingewiesen wird, möglich,
eine Änderung
der Trimmung der aufgehängten
Masse hervorzurufen, indem auf eine beliebige Art von Befehl angesprochen
wird. Zum Beispiel kann man, selbst wenn keine Längsbeschleunigung vorliegt,
die an den Aufbau angelegt wird, die Steuermittel derart ansteuern,
daß, wenn
ein Moment eine Querbeschleunigung überkompensiert, dies von einem
freiwilligen, leichten Abtauchen des Fahrzeugs begleitet sein soll.
Dieses Beispiel ist nur genannt, um zum Verständnis zu bringen, daß es eine
unbegrenzte Menge möglicher
aktiver Steuerungsvorgänge
gibt.
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In
vorteilhafter Weise gestattet es die Erfindung auch, in Echtzeit
und sehr einfach die Aufteilung der genannten Roll-Korrekturanteile
zwischen Vorderachse und Hinterachse zu steuern. Wenn man ein Gesamt-Antirollmoment als
gegeben annimmt, das auf den Aufbau einwirkt, dann ist der Anteil
der Rollkorrektur, der von der Hinterachse geliefert wird, um so
größer, je
mehr das Fahrzeug zu einem übersteuerenden
Verhalten neigt, und umgekehrt. Man kann die Kurventrägheit des
Fahr zeugs zum Beispiel an der Einfahrt in eine Kurve überwinden,
indem man sehr flüchtig
einen größeren Teil
der Antirollwirkung am Hinterrad anlegt, und dann kann man die Bewegungsbahn
des Fahrzeugs stabilisieren, indem man ihm dadurch einen kurventreueren
Charakter verleiht, daß der
Teil der Rollwirkung vorne größer wird. Indem
man die vom Fahrer gewünschte
Bewegungsbahn mit der tatsächlichen
Bewegungsbahn des Fahrzeugs vergleicht, nach Art von Stabilisierungsvorrichtungen,
die unter der Bezeichnung "ESP" bekannt sind, kann
man eine Stabilisierungswirkung erhalten, indem man dynamisch auf
die Aufteilung des Roll-Korrekturmomentes zwischen Vorder- und Hinterseite
des Fahrzeugs einwirkt. Die Erfindung richtet sich demnach in einer
speziellen Ausführungsweise an
ein Fahrzeug, das mindestens eine Vorderachse und eine Hinterachse
aufweist, die jeweils zwei Verbindungen mit dem Boden haben, die
beiderseits der Symmetrie-Mittelebene des Fahrzeugs angebracht sind,
wobei die genannten Steuermittel in Echtzeit die Aufteilung der
genannten Trimmungs-Korrekturanteile zwischen der Vorderachse und
der Hinterachse steuern, die sich dem Rollen entgegensetzen.
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Ebenso
hängt die
Korrektur beim Nicken eines Aufbaus eines Pkw mit 4 Rädern ab
von einem globalen Nick-Korrekturmoment, und man kann beiderseits
der Symmetrieebene des Fahrzeugs, gegebenenfalls durch eine Steuerung
in Echtzeit, die Korrekturanteile aufteilen, die auf das Nicken
einwirken. Die Erfindung richtet sich demnach in einer speziellen
Ausführungsweise
an ein Fahrzeug, das mindestens eine Vorderachse und eine Hinterachse
umfaßt, die
jeweils zwei Verbindungen mit dem Boden aufweisen, die beiderseits
der Symmetrie-Mittelebene des Fahrzeugs angebracht sind, wobei die
genannten Steuermittel in Echtzeit die Aufteilung beiderseits der
Symmetrie-Mittelebene des Fahrzeugs der genannten Korrekturanteile
steuern, die auf das Nicken einwirken.
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Was
schließlich
die Beiwerte Ca, Cv und
Cp angeht, so soll noch angezeigt werden,
daß diese
in Echtzeit angepaßt
werden können,
um zum Beispiel den Effekt einer variablen Flexibilität (dynamische Anpassung
von Cp), oder eine variable Dämpfung (Anpassung
von Cv) zu erzeugen, oder um die Begleitung
der Feder und/oder die Kompensation der nicht aufgehängten Masse
zu verringern (dynamische Anpassung von Cp und/oder
Ca), oder wenn zum Beispiel ein Anteil zur
Trimmungskorrektur eingeführt
wird (siehe oben), dann kann man den Wert der Beiwerte Cp und Ca aufgrund
des unvermeidlich begrenzten Charakters verfügbarer elektrischer Leistung
verringern, um der Trimmungskorrektur den Vorrang einzuräumen.
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In
einer letzten Anmerkung soll noch unterstrichen werden, daß man auch,
wie es in der Patentanmeldung
EP
0 878 333 angegeben ist, eine Korrektur des Bodenabstandes
(das ist eine Korrektur der Höhe
bezüglich
des Bodens) des Aufbaus herbeiführen
könnte,
um zum Beispiel einen konstanten Bodenabstand zu erhalten, wie die
statische Last des Fahrzeugs auch sein mag. Aber man muß dann hinnehmen,
ständig
Energie zu verbrauchen, damit der Anteil der Last, der das tote
Gewicht des Fahrzeuges überschreitet,
vom elektrischen Stellantrieb getragen wird. Das setzt tatsächlich voraus,
daß ein
Bruchteil des Trimmungs-Korrekturanteils
sich ständig
der genannten Last entgegensetzt, die das tote Gewicht überschreitet,
was mit dem Prinzip der Erfindung nicht inkompatibel ist, aber das
Herstellen eines ständigen
Stromanteils in den elektrischen Stellantrieben erfordert. Es erscheint
indessen zu bevorzugen zu sein, die Höhenkorrektur zu übergehen,
oder die Funktion der Höhenkorrektur
einer anderen Vorrichtung als dem genannten, elektrischen Stellantrieb vorzubehalten,
wobei diese andere Vorrichtung mit einer großen Zeitkonstanz wirkt und
nur während
der Phase der Korrektur Energie verbraucht.