DE3640152A1 - Radaufhaengung fuer ein fahrzeug mit einem frequenzabhaengigen daempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Üblicherweise erfolgt die Dämpfung von Fahrwerkschwingungen bei Landfahrzeugen entsprechend der Gleichung

F _D =k · v ⁿ

In der Regel wählt man die Dämpfungskonstante k unabhängig von der Frequenz der zu dämpfenden Schwingungen. Da die unter den Gesichtspunkten des Fahrkomforts einerseits und der Fahrsicherheit andererseits optimalen Dämpfungen im interessierenden Frequenzbereich nicht übereinstimmen, muß ein Kompromiß zwischen diesen beiden optimalen Dämpfungsverläufen getroffen werden.

In der Arbeit von Willumeit und Richter "Über den Einfluß von frequenzabhängigen Dämpfern und Schwingungstilgern in der Radaufhängung eines Straßenfahrzeugs", Automobil- Industrie 1971, Seiten 67 ff., wird daher bereits eine mit einem frequenzabhängigen Dämpfer ausgerüstete Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben, wobei der frequenzabhängige Dämpfer tiefpassartig Schwingungen im Bereich der Aufbauresonanzfrequenz und darunter dämpft, während zur Bekämpfung von Schwingungen im Bereich der Radresonanzfrequenz und darüber ein zusätzlicher Schwingungstilger Einsatz findet. Wenn auch in dieser Arbeit von dem üblichen Prinzip eines frequenzneutral arbeitenden Dämpfers abgegangen wurde, lassen sich mit diesem Vorschlag zumindest in einer Reihe von Fällen trotz des relativ großen Aufwands - Schwin­ gungstilger zusätzlich zum frequenzabhängigen Dämpfer - nicht optimale Verhältnisse erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die mit geringerem Aufwand als der beschriebene Stand der Technik eine bessere Annäherung an den gewünschten optimalen Dämpfungsverlauf über der Frequenz sicherstellt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung beschreibt der Unter­ anspruch.

Ein erster Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der beim Stand der Technik zur Bekämpfung der Schwingungen im Bereich der Radresonanzfrequenz vorhandene zusätzliche Schwingungstilger fortfällt, da die Mittel zur Dämpfung dieser Schwingungen durch die Auslegung des frequenzabhängigen Dämpfers gleichsam in diesen integriert sind. Ferner liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß eine Amplitudenbetrachtung im vorliegenden Falle nicht ausreicht, da die verwendeten frequenzselektiven Glieder, also Frequenzpässe, Phasengänge haben, die den durch die Frequenzabhängigkeit des Dämpfers an sich erzielten Verbesserungen entgegenwirken. Daher ist ein zweites wesentliches Merkmal der Erfindung in der bewußten Erzielung eines zumindest nahe beim Phasenwinkel 0 liegenden Phasenverlaufs zumindest innerhalb des interessierenden Frequenzbereichs der anregenden Schwingungen zu sehen. Das Ergebnis läßt sich schlagwort­ artig als hinsichtlich des Amplitudenverlaufs der Dämpfung frequenzabhängiger, dagegen hinsichtlich des Phasenverlaufs frequenzneutraler Dämpfer beschreiben.

Zur Abrundung des Standes der Technik sei an dieser Stelle eingefügt, daß die Verwendung mit Band- und Tiefpässen ausgerüsteter aktiver Einrichtungen zur Bekämpfung von Schwingungen zwischen Rad und Fahrzeugaufbau an sich aus der US-PS 36 06 365, B60G 17/04, bekannt ist. Dabei ergibt sich infolge der Frequenzauslegung der Pässe aber, sofern bestimmte Schwellwerte überschritten werden, eine Wirkungserhöhung im gesamten Frequenzbereich, so daß die für den Fahrkomfort wichtige Dämpfungsver­ ringerung zwischen den beiden oben definierten Resonanzfrequenzen fehlt, und außerdem sind keine Mittel zur Kompensation des Phasengangs der verschiedenen Pässe vorgesehen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 in logarithmischer Darstellung den Verlauf der Dämpfungskonstante k über der anregenden Frequenz f bei dem tiefpassartig ausgelegten Dämpfer nach dem eingangs behandelten Stand der Technik,

Fig. 2 den frequenzabhängigen Verlauf des Phasen­ winkels α zwischen der Dämpferkraft und der anregenden Schwingung bei dem bekannten frequenzabhängigen Dämpfer,

Fig. 3 ebenfalls in logarithmischer Darstellung den frequenzabhängigen Verlauf der Dämpfung bei der Erfindung sowie des Idealverlaufs derselben,

Fig. 4 den Verlauf des Phasenwinkels bei der Verwendung von zwei hintereinander geschalteten PID-Systemen zur Realisierung des Dämpfungsverlaufs nach Fig. 3,

Fig. 5 das Schaltschema der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und

die Fig. 6 u. 7 mögliche Ausbildungen der gesamten Dämpferan­ ordnung.

Betrachtet man zunächst die sich also auf den Stand der Technik beziehenden Fig. 1 und 2, so sinkt in für einen Tiefpass üblicher Weise der Wert der Dämpfungskonstante k oberhalb der Eckfrequenz f _e stark ab, bei einem idealen Tiefpass würde er bei der Frequenz f _e den Wert Null erreichen.

Wie Fig. 2 zeigt, besitzt der tiefpassartige Dämpfer einen Phasengang, d.h. einen frequenz­ abhängigen Verlauf des Phasenwinkels zwischen Dämpferkraft und anregender Schwingung, der, ausgehend vom Wert Null, bei der Eckfrequenz den Wert -45° und bei höheren Frequenzen den Wert -90° annimmt. Dieser Phasengang führt dazu, daß die an sich durch die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung erzielten Vorteile zum Teil nicht zum Tragen kommen.

Erfindungsgemäß wird nun zum einen der beim eingangs sowie anhand der Fig. 1 und 2 behandelten Stand der Technik zur Dämpfung der Schwingungen im Bereich der Rad­ resonanzfrequenz vorhandene Schwingungstilger überflüssig gemacht, d.h. seine Aufgabe von dem frequenzabhängigen Dämpfer mit gelöst, indem ein Frequenzgang des Dämpfungs­ faktors entsprechend der Kurve 1 in Fig. 3 angestrebt wird. Man erkennt zwei Frequenz­ bereiche, in denen eine hohe Dämpfung vorhanden ist, von denen der untere Frequenz­ bereich sich von einem etwas oberhalb der Resonanzfrequenz des Aufbaus liegenden Frequenzwert nach unten und der andere Frequenzbereich sich von einem etwas unterhalb der Radresonanzfrequenz liegenden Frequenzwert nach oben erstreckt; zwischen diesen Bereichen hat man einen Bereich stark verringerter Dämpfung.

Mit 2 ist der realisierbare Frequenzgang des Dämpfungsfaktors k bezeichnet, der sich von dem Idealverlauf 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Flankensteilheit endliche Werte besitzt. In jedem Fall ist aber eine ausreichende Dämpfung in den beiden definierten Frequenzbereichen sichergestellt.

Erzielen läßt sich ein derartiger Dämpfungsverlauf durch die Reihenschaltung von zwei PID-Systemen, also proportional-integral wirkenden Reglern mit Vorhalt, wobei diese Reihenschaltung über einen Geschwindigkeitssensor mit Signalen gespeist wird, die die jeweilige Relativgeschwindigkeit zwischen Rad und Aufbau wiedergeben. Würde man allein die Reihenschaltung von zwei PID-Systemen verwenden, so ergäbe sich der in Fig. 4 wiedergegebene Phasengang, der wiederum der angestrebten Dämpfung entgegenwirken würde.

Daher sieht die Erfindung in diesem Fall den Einsatz von zwei amplitudenneutralen Phasenschiebern, sogenannten Allpässen erster Ordnung, vor, so daß sich die in Fig. 5 dargestellte Schaltung ergibt:

Der Sensor 10 für die Ermittlung der Relativgeschwindigkeit zwischen Rad und Aufbau, beispielsweise ein magnetisch arbeitender Sensor, ist bekannt und braucht daher im einzelnen nicht beschrieben zu werden. Er arbeitet auf den Eingang einer Reihenschaltung mit zwei PID-Systemen, die einen (PI)²-Anteil 11 und einen (PD)²-Anteil 12 in dem in Fig. 4 dargestellten Phasengang erzeugen. Zur Kompensation dieses Phasengangs, d.h. zur Erzielung einer beim Wert α = 0 liegenden Phase über den gesamten interessie­ renden Frequenzbereich, sind zwei Allpässe 13 und 14 erster Ordnung als neutrale Phasen­ schieber vorgesehen, von denen der mit Vorzeichenumkehr 15 ausgerüstete Allpass 13 den erstgenannten Anteil kompensiert und der zweite Allpass 14 zur Kompensation des zweiten Anteils 12 des Phasengangs dient. An den Ausgang 16 dieser Reihenschaltung ist dann der eigentliche Dämpfer angeschlossen, der gemäß Fig. 6 in an sich bekannter Weise eine in Abhängigkeit von diesem Ausgangssignal angesteuerte regelbare Drossel in einem Bypass zu einer hydraulischen oder pneumatisch-hydraulischen Kolben-Zylinder- Anordnung oder gemäß Fig. 7 einen magnetisch beeinflußbaren Dämpfer enthalten kann.

Aus Stabilisierungsgründen wird man in der Schaltung ferner frequenzabhängige Begrenzer vorsehen. Auf die Beschreibung der verwendeten Allpässe wurde verzichtet, da derartige Pässe bekannt sind, siehe z. B. Oppelt, "Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge", 5. Auflage, Seiten 88/89.

In Fig. 6 ist der mit dem Rad verbundene Zylinder mit 20, der Kolben, dessen Kolbenstange mit dem Aufbau verbunden ist, mit 21 bezeichnet. Die beiderseits des Kolbens liegenden Druckmittelräume 22 und 23 können über den Bypass 24 miteinander verbunden werden, so daß dann die Dämpfung mehr oder weniger zum Verschwinden gebracht wird; ist dagegen die im Bypass 24 liegende regelbare Drossel 25 in Sperrstellung, liegt eine große Dämpfung vor. Die Drossel wird über die in Fig. 5 dargestellte, in Fig. 6 allgemein mit 26 bezeichnete frequenzabhängige Schaltung so angesteuert, daß sich der in Fig. 3 bei 2 angedeutete Dämpfungsverlauf ergibt.

In Fig. 7 ist die in Fig. 5 dargestellte Schaltung bei 30 angedeutet. Sie dient zur Speisung der Magnetspule 31 in dem Dämpfer 32, der zwischen Aufbau 33 und Radaufhängung 34 angeordnet ist und als in diesem Zusammenhang wesentliche Bestandteile außer der mit dem Kolben 35 verbundenen Magnetspule 31 den zylinderfesten Eisenkreis 36 enthält. Je nach der Höhe des Stromes, der die Magnetspule 31 durchsetzt, und damit je nach der Größe des Magnetfeldes wird eine bestimmte Dämpfung erzeugt. Auch hier wird durch die beschriebene Ausbildung der Ansteuerschaltung 30 sichergestellt, daß der Dämpfungsverlauf den Frequenzgang 2 in Fig. 3 befolgt und daß der Phasenwinkel der Dämpfung zumindest im interessierenden Frequenzbereich nahe bei Null liegt.

Claims (2)

1. Radaufhängung für ein Fahrzeug mit einem frequenzabhängigen Dämpfer zur Dämpfung von Schwingungen des Fahrzeugaufbaus im Bereich der Aufbauresonanzfrequenz sowie Mitteln zur Dämpfung von Schwingungen im Bereich der Radresonanzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer einen Frequenzgang (2) der Dämpfung mit Bereichen starker Dämpfung unterhalb einer etwas über der Aufbauresonanzfrequenz und oberhalb einer etwas unter der Radresonanzfrequenz liegenden Frequenz sowie einem dazwischen liegenden Bereich schwacher Dämpfung besitzt, und daß dem Dämpfer Einrichtungen (13, 14, 15) zur Erzeugung eines zumindest nahe beim Wert Null liegenden Phasengangs der Dämpfung in dem interessierenden Frequenzbereich zugeordnet sind.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzabhängige Dämpfer einen Sensor (10) für die Relativgeschwindigkeit und/oder den Relativweg zwischen Rad und Aufbau und daran die Reihenschaltung von zwei PID-Reglern (11, 12) sowie zwei amplitudenneutralen Phasenschiebern (13, 14) (Allpässen) erster Ordnung enthält, von denen der mit einer Vorzeichenumkehr (15) versehene erste (13) zur Korrektur des (PI)²-Anteils (11) im Phasengang und der zweite Phasenschieber (14) zur Korrektur des (PD)²-Anteils (12) im Phasengang ausgelegt ist.