DE3875082T2

DE3875082T2 - System zur regelung einer fahrzeugaufhaengung.

Info

Publication number: DE3875082T2
Application number: DE8888118236T
Authority: DE
Inventors: Masao Adachi; Motohisa Funabashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-11-05
Filing date: 1988-11-02
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2008-11-03
Also published as: KR920004520B1; DE3875082D1; JPH01122716A; EP0318713A1; US5058017A; KR890007943A; EP0318713B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft einen Regler für eine Fahrzeugaufhängung und mehr im einzelnen ein aktives Aufhängungsregelsystem für ein Fahrzeug. Dieses aktive Aufhängungsregelsystem liefert einem Fahrer eine gute Fahrt und ein gutes Fahrverhalten.
Ein aktives Aufhängungsregelsystem ist beispielsweise beschrieben in "Automotive Engineer" Februar/März 1984, Seiten 56 bis 57. Dieses System ist ein aktives Aufhängungssystem, das in einem Rennwagen angebracht ist und von Lotus (Britannien) entwickelt wurde. Bei diesem System werden keine Federn, Dämpfer und Querstabilisatoren verwendet, die alle in der herkömmlichen Aufhängung benutzt werden, sondern statt dessen erfüllen Drucköl-Betätigungseinrichtungen die Rolle der Federn und Dämpfer, um den Fahrzeugaufbau zu tragen. Es wird Öl ermöglicht, in die und aus der Drucköl-Betätigungseinrichtung sowie in eine und aus einer Ölpumpen-Antriebseinrichtung mittels eines Teils der Motorleistung zu gelangen. Dieses aktive Aufhängungssystem hat ein Gesamtgewicht von 40 kg und erfordert 3,7 kW Spitzenenergie. Im Betrieb wird eine Anzahl von Parametern, die die Längs- und Querbeschleunigungen am Schwerpunkt des Aufbaus, die relative Versetzung zwischen Aufbau und Rad, die Längsbeschleunigung des Rades und die Längslast vom Aufbau her umfassen, ermittelt und einer ausgeklügelten arithmetischen Verarbeitung an einer elektronischen Regeleinheit unterzogen, um ein Befehlssignal zu erzeugen, das dem Servoventil zugeführt wird, welches seinerseits den Austausch und Rückaustausch des Öls in die Kammern und aus diesen innerhalb und unterhalb des Betätitungskolbens steuert, um das Verhalten des Aufbaus, das Fahrgefühl und das Fahrverhalten (Steuerbarkeit) zu optimieren. Dieses System ist einerseits zur Verbesserung des Fahrgefühls, der Stabilität des Aufbauverhaltens und der Erhöhung der Geschwindigkeit durch Kurven vorteilhaft. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit durch Kurven um so viel wie 10% mit diesem System gesteigert werden. Das Lotus-System ist jedoch sehr kompliziert und teuer und erfordert eine hohe Leistung zum Antreiben einer Ölpumpe (eine damit einhergehende Zunahme im Energieverbrauch im Motor), so daß es Schwierigkeiten bei seiner Anwendung an Kraftfahrzeugen gegenübersteht, die auf der Grundlage der Massenfertigung hergestellt werden. Der große Energieverbrauch mindert die Sparsamkeit im Treibstoffverbrauch bei dem Kraftfahrzeug.
Die EP-A-0 236 947 offenbart ein Regelsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welches ebenfalls einen hydraulischen Kreis benutzt und deswegen mit den obigen Nachteilen belastet ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Ziel dieser Erfindung ist es, ein aktives Aufhängungsregelsystem für ein Kraftfahrzeug vorzusehen, das im Aufbau vereinfacht werden kann, sowie den sparsamen Treibstoffverbrauch, das Fahrgefühl und das Fahrverhalten wirksam verbessern kann.
Gemäß der Erfindung ist zum Erreichen des obigen Zieles eine Einheit zum Einstellen des Abstands zwischen jedem Rad und dem Aufbau, die nachfolgend als Höhenregler bezeichnet wird, zu der herkömmlichen Aufhängung mit Federund Dämpferanordnungen hinzugefügt. Das Ausmaß der Einstellung des Höhenreglers wird in Übereinstimmung mit der Ursache der Schwingung im Kraftfahrzeug, wie Nicken oder Rollen bzw. Schwanken, bestimmt. Deshalb umfaßt das Aufhängungsregelsystem dieser Erfindung ferner einen Meßfühler zum Ermitteln der Nick- bzw. Rollwinkel des Kraftfahrzeugs, einen Fühler, der jedem Rad zugeordnet ist, um die relative Versetzung im Abstand zwischen jedem Rad und dem Aufbau zu ermitteln, sowie eine arithmetische Einheit (beispielsweise einen Mikrocomputer) zum Errechnen des Ausmaßes der Nachstellung des Höhenreglers auf der Grundlage des Ausgangs eines jeden Fühlers. Die arithmetische Einheit unterscheidet eine Ursache des Nickens und Rollens von vorher klassifizierten Ursachen auf der Grundlage des ermittelten Nickwinkels, Rollwinkels und der Abstandversetzung mit Hilfe von Bereichen auf den Koordinaten zweidimensionaler Parameter, die repräsentativ sind für Werte der Nick- und Rollwinkel sowie der Abstandsversetzung und innerhalb welcher die gesuchten Nick- und Rollwinkel und die Abstandsänderung fallen, durch Unterscheiden bzw. Diskriminieren auf der Grundlage der Bereiche, die von zwei der Bereichs-Bestimmungseinrichtungen bestimmt wurden, wobei die Ursache den genannten, bestimmten Bereichen in vorbestimmter Weise klassifizierten Ursachen entspricht. Ferner bestimmt die arithmetische Einheit einen Sollwert des Abstands zwischen jedem Rad und dem Aufbau, d. h. das Ausmaß der Einstellung des Höhenreglers auf der Grundlage der unterschiedlichen Ursache und der Abstandsänderung.
Mit dem obigen Aufbau der Erfindung kann die herkömmliche Aufhängungsanordnung so benutzt werden, wie sie ist, so daß sich die Aufhängungsanordnung demzufolge am größten Teil des Gewichts des Aufbaus beteiligt, so daß es dem Höhenregler ermöglicht wird, daß er eine nur geringe Belastungskapazität aufweist, so daß der Energieverbrauch an der Pumpe, die dazu eingerichtet ist, den Höhenregler anzutreiben, auf ein Minimum reduziert werden kann und der wirtschaftliche Treibstoffverbrauch nur geringfügig von der Pumpenantriebsenergie beeinträchtigt wird. Da ferner die Anzahl der Parameter, die zugunsten der wirksamen Regelung ermittelt werden muß, verringert werden kann, kann der Aufbau des Regelsystems vereinfacht werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das ein aktives Aufhängungsregelsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführung eines Aufhängungsaufbaus in dem aktiven Aufhängungsregelsystem der Fig. 1;
Fig. 3A und 3B stellen die Zuordnung zwischen der Größe, die repräsentativ ist für das Aufbauverhalten, und Änderungen im Dämpferhub dar;
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das eine Prozedur zum Klassifizieren von Ursachen der Änderungen im Verhalten zeigt; und
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das eine Prozedur zum Regeln der Luftmenge zeigt, die einer Luftkammer einer Betätigungseinrichtung zugeführt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild zum Erläutern eines aktiven Aufhängungsregelsystems für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen; das Regelsystem ist zum Regeln eines Fahrzeugs 1 betreibbar und umfaßt einen Nickwinkelfühler 2 zum Messen von Nickwinkeln, einen Rollwinkelfühler 3 zum Messen von Roll- bzw. Kippwinkeln, einen Dämpferhubfühler (Höhenfühler) 4 zum Messen der Dämpfer- Hublagen, einen Mikrocomputer 5, der auf die gemessenen Werte der Meßfühler 2, 3 und 4 anspricht, um verschiedene Arten der Regelung durchzuführen, und eine Höhen-Steuerungs-Betätigungseinrichtung 6, die auf einen Befehl aus dem Mikrocomputer 5 anspricht, um die Höhe des Aufbaus zu ändern. Die Meßfühler 2, 3 sowie der Mikrocomputer 5 sind am Aufbau des Fahrzeugs 1 angebracht.
Die Aufhängungsregelung wird kurz unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Der Nickwinkelfühler 2 erzeugt einen gemessenen Wert 12, der eine Aussage über den Nickwinkel des Aufbaus liefert, der Rollwinkelfühler 3 einen gemessenen Wert 13, der eine Aussage über den Rollwinkel des Aufbaus liefert, und der Dämpferhubfühler (der jedem der vier Räder zugeordnet ist) einen gemessenen Wert 14, der eine Aussage über die Dämpfer-Hubposition für jedes Rad liefert. Der Mikrocomputer 5 nimmt die Ausgangssignale dieser Meßfühler jede 0,001 Sekunden auf. Ein Zeitseriensignal, das repräsentativ ist für die somit aufgenommenen Daten, wird vom Mikrocomputer 5 erzeugt, um ein Antriebssignal 16 für die Betätigungseinrichtung zu liefern, das der Höhen- Steuerungs-Betätigungseinrichtung 6 zugeführt wird, die jedem Rad zugeordnet ist. In Abhängigkeit von dem Antriebssignal 16 für die Betätigungseinrichtung ändert die Höhen-Steuerungs-Betätigungseinrichtung 6, die jedem der vier Räder zugeordnet ist, den Abstand zwischen jedem Rad und dem Aufbau.
Als Nickwinkelfühler 2 und Rollwinkelfühler 3 kann bequemerweise ein Verhaltenswinkelfühler benutzt werden, der einen vertikalen Kreisel benutzt und beispielsweise in "Automatic Control Handbook", herausgegeben von der Society of Instrument and Control Engineers, 1983, Seite 63, beschrieben ist. Als andere Lösung kann ein Beschleunigungsfühler benutzt werden und das Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers kann einer arithmetischen Verarbeitung unterzogen werden, um einen Winkel zu liefern, der repräsentativ ist für eine Änderung im Aufbauverhalten während des Nick- oder Rollvorganges. Als Dämpferhubfühler 4 oder Höhen-Steuerungs-Betätigungseinrichtung 6 können ein Fühler und eine Betätigungseinrichtung, die beispielsweise im SAE-Papier Nr. 840342 beschrieben sind, benutzt werden.
Einzelheiten des Aufhängungssystems der Erfindung, das einem Rad zugeordnet ist, sind beispielsweise in Fig. 2 dargestellt. In wesentlicher Weise haben Aufhängungssysteme, die den verbleibenden drei Rädern zugeordnet sind, denselben Aufbau. Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen; dort ist eine Anschlußstelle 21 des Aufbaus, eine Luftfeder 22, eine Luftkammer 23 für die Höhensteuerung, ein Luft-Einlaß-/-Auslaßrohr 24, ein Dämpfer 25 und ein Anschluß 28 an ein Rad (unterer Aufhängungsarm) zu sehen. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet die Lage des Dämpferhubes, wenn sich das Fahrzeug still verhält, bei Nenn-Fahrzeughöhe. Eine Versetzung in der Lage des Dämpferhubes ist mit 27 bezeichnet.
Die Höhen-Steuerungs-Betätigungseinrichtung gemäß der Erfindung umfaßt die Luftkammer 23, die gleiche Federbewegungen in vertikaler Richtung des Fahrzeugs durch Aufblasen oder Ablassen mit Luft verkürzt und verlängert, das Luftrohr 24, elektromagnetische Ventile 29 und 30, einen Vorratsbehälter 31 für Hochdruckluft, einen Vorratsbehälter 32 für Niederdruckluft sowie einen Kompressor 34, der von einem Motor 33 angetrieben ist. Wenn das elektromagnetische Ventil 29, das dem Hochdruck-Vorratsbehälter 31 zugeordnet ist, geöffnet wird, und während das elektromagnetische Ventil 30, das dem Niederdruck-Vorratsbehälter 32 zugeordnet ist, geschlossen wird, wird Hochdruckluft in die Luftkammer 23 mit dem Ergebnis eingeleitet, daß die Luftkammer 23 in vertikaler Richtung expandiert, um den Abstand zwischen dem Aufbau und dem Rad zu verlängern. Wenn umgekehrt das elektromagnetische Ventil 29, das dem Hochdruck-Behälter 31 zugeordnet ist, geschlossen wird, und während das elektromagnetische Ventil 30, das dem Niederdruck-Behälter 32 zugeordnet ist, geöffnet wird, dann wird Luft in der Luftkammer 23 zum Niederdruck-Behälter 32 abgegeben, mit dem Ergebnis, daß sich die Luftkammer 23 verkürzt, um den Abstand zwischen dem Aufbau und dem Rad zu verkürzen. Die Luftfeder 22 und der Dämpfer 25 haben im wesentlichen denselben Aufbau und dieselbe Funktion wie jene einer herkömmlichen Aufhängung. Die Luftfeder 22, die in diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird, kann ersetzt werden durch eine Spiralfeder, eine Blattfeder oder eine Torsionsstabfeder.
Die Zuordnung zwischen Änderungen im Verhalten des Aufbaus (Nicken und Rollen) und einer Änderung im Dämpferhub ist in den Fig. 3A und 3B gezeigt. Fig. 3A zeigt, wie der Nickwinkel einer Änderung in den Dämpferhüben zugeordnet ist, und Fig. 3B zeigt, wie der Rollwinkel einer Änderung im Dämpferhub zugeordnet ist. In Fig. 3A und 3B stellt die Abszisse die Werte des Nickwinkels p und Rollwinkels r dar, und die Ordinate stellt die resultierenden Werte dp und dr der Änderungen im Dämpferhub dar (Differenzen gegenüber der Standardhöhe 26, die dadurch positiv sind, daß sie Werte oberhalb des Bezugsverhaltens 36 aufweisen). Da die Änderungen im Verhalten des vorderen und hinteren Abschnitts des Aufbaus durch Nicken dargestellt sind, ist der resultierende Wert dp der Änderungen im Dämpferhub, die mit dem Nickvorgang einhergehen, wie in Fig. 3A gezeigt, definiert durch die Differenz zwischen den Änderungen im Dämpferhub für die Vorderräder und Änderungen im Dämpferhub für die Hinterräder wie folgt:
dp = (dfl + dfr) - (drl + drr) (1) wobei dfl eine Änderung im Dämpferhub für das linke Vorderrad,
dfr: eine Änderung im Dämpferhub für das rechte Vorderrad,
drl: eine Änderung im Dämpferhub für das linke Hinterrad, und
drr: eine Änderung im Dämpferhub für das rechte Hinterrad.
Da Änderungen im Verhalten der rechten und linken seitlichen Abschnitte des Aufbaus durch das Rollen dargestellt sind, wird in ähnlicher Weise der resultierende Wert dr der Änderungen im Dämpferhub, die mit dem Rollvorgang einhergehen, wie in Fig. 3B gezeigt, definiert durch die Differenz zwischen Änderungen im Dämpferhub für die rechten Räder und Änderungen im Dämpferhub für die linken Räder wie folgt:
dr = (dfr + drr) - (dfl + drl) (2) In den Fig. 3A und 3B liegen die Schwellenwerte auf vertikalen und horizontalen gestrichelten Linien. Genauer gesagt, po und -po sind positive und negative Schwellenwerte für den Nickwinkel, ro und -ro sind positive und negative Schwellenwerte für den Rollwinkel; dpo und -dpo sind positive und negative Schwellenwerte für den resultierenden Wert der Änderungen im Dämpferhub, die mit dem Kippwinkel einhergehen, und dro und -dro sind positive und negative Schwellenwerte für den resultierenden Wert der Änderungen im Dämpferhub, die mit dem Rollvorgang einhergehen. Die Schwellenwerte sind Parameter in der Konstruktion des Regelsystems und hängen ab von der Art oder dem Typ des Fahrzeugs. In Fig. 3A und 3B sind die Bereiche, die von den gestrichelten Linien (Schwellenwerten) begrenzt und schraffiert sind, in Regionen I und II klassifiziert. Außer den Regionen I und II gibt es eine Region III, die eine tote Zone ist.
In den Koordinaten der Fig. 3A entspricht die Region I im zweiten Quadranten entweder einem Zustand, in welchem infolge des Starts des Fahrzeugs der hintere Abschnitt des Fahrzeugaufbaus absinkt, um den vorderen Abschnitt des Fahrzeugs zu veranlassen, sich nach oben zu bewegen, oder einem Zustand, in welchem das hintere Rad über einen Höcker auf der Straßenoberfläche hinwegläuft und dann nach unten schlägt. In diesem Zustand erzeugt die kinetische Trägheitsenergie des Fahrzeugaufbaus ein Moment, das den hinteren Abschnitt des Aufbaus nach unten bewegt, und als Ergebnis findet ein negativer (nach der Ansicht der Zeichnung im Uhrzeigersinn) Nickvorgang statt. In diesem Zustand der Region I ist es, während sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, erwünscht, daß die Aufbauhöhe am Hinterrad so gesteuert wird, daß sie sich verlängert, vom Standpunkt des Fahrgefühls und des Fahrverhaltens her gesehen. Eine Region II im dritten Quadranten entspricht entweder einem Zustand, in dem das Vorderrad auf einen Höcker auftrifft, oder einem Zustand, in dem das Hinterrad umgekehrt auf ein Schlagloch trifft. In diesem Zustand findet ein negativer Nickvorgang wegen der Rauhigkeit in der Straßenoberfläche statt. In dieser Region II ist es erwünscht, daß die Aufbauhöhe vom Vorderrad so gesteuert wird, daß sie sich verkürzt, und die Aufbauhöhe an den Hinterrädern so gesteuert wird, daß sie sich verlängert. Eine Region I im vierten Quadranten entspricht entweder einem Zustand, in welchem als Ergebnis des Bremsens des Fahrzeuges sich der Frontabschnitt des Aufbaus senkt, so daß der hintere Abschnitt des Aufbaus nach oben bewegt wird, oder einem Zustand, in welchem das Vorderrad über einen Höcker läuft. In diesem Zustand erzeugt die kinetische Trägheitsenergie des Aufbaus ein Moment, das den Frontabschnitt des Aufbaus nach unten bewegt, und demzufolge findet ein positiver (im Gegenuhrzeigersinn) Nickvorgang statt. In diesem Zustand der Region I ist es, während sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, erwünscht, daß die Aufbauhöhe am Vorderrad so gesteuert wird, daß sie sich verlängert. Eine Region II im ersten Quadranten entspricht entweder einem Zustand, in welchem das Hinterrad auf einen Höcker auftrifft, oder einem Zustand, in welchem umgekehrt das Vorderrad auf ein Schlagloch auftrifft. In diesem Fall findet wegen der Rauhigkeit in der Straßenoberfläche ein positiver Nickvorgang statt. In diesem Bereich II ist es erwünscht, daß die Aufbauhöhe am Hinterrad so gesteuert wird, daß sie sich verkürzt, und die Aufbauhöhe am Vorderrad so gesteuert wird, daß sie sich verlängert.
In den Koordinaten der Fig. 3B entspricht eine Region I im zweiten Quadranten entweder einem Zustand, in dem infolge einer Drehung des Fahrzeugs nach rechts das bei der Drehung äußere Rad (linke Rad) niederschlägt und der innere Aufbau sich nach oben bewegt, oder einem Zustand, in welchem das linke Rad über einen Höcker läuft und das Rad dann niederschlägt. In diesem Zustand erzeugt die kinetische Trägheitsenergie des Aufbaus ein Moment, das den inneren Abschnitt (rechten Abschnitt) des Aufbaus nach oben bewegt, worauf demzufolge eine negative Rollbewegung (im Uhrzeigersinn) stattfindet. In diesem Zustand der Region I ist es, während sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, erwünscht, daß die Aufbauhöhe am linken Rad so gesteuert wird, daß sie sich verlängert, vom Standpunkt des Fahrgefühls und des Fahrverhaltens her gesehen. Eine Region II im dritten Quadranten entspricht entweder einem Zustand, in dem das rechte Rad auf einen Höcker trifft, oder einem Zustand, in dem das linke Rad umgekehrt auf ein Schlagloch trifft. In diesem Zustand findet wegen der Rauhigkeit der Straßenoberfläche eine negative Rollbewegung statt. In dieser Region II ist es erwünscht, daß die Aufbauhöhe beim rechten Rad so gesteuert wird, daß sie verkürzt wird, und die Aufbauhöhe am linken Rad so gesteuert wird, daß sie verlängert wird. Eine Region I im vierten Quadranten entspricht entweder einem Zustand, in welchem infolge einer linken Drehung des Fahrzeugs der äußeren Räder (rechte Räder bei der Drehung) niederschlagen und sich der innere Aufbau nach oben bewegt, oder einem Zustand, in dem das rechte Rad darüber hinwegläuft und dann niederschlägt. In diesem Zustand erzeugt die kinetische Trägheitsenergie des Aufbaus ein Moment, das den inneren Abschnitt (linken Abschnitt) des Aufbaus nach oben bewegt, und demzufolge findet eine positive Rollbewegung (entgegen dem Uhrzeigersinn) statt. In diesem Zustand der Region I ist es, während sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, erwünscht, daß die Aufbauhöhe am rechten Rad so gesteuert wird, daß sie sich verlängert. Eine Region II im ersten Quadranten entspricht entweder einem Zustand, in dem das linke Rad auf einen Höcker trifft, oder einem Zustand, in dem das rechte Rad umgekehrt auf ein Schlagloch trifft. In diesem Zustand findet eine positive Rollbewegung wegen der Rauhigkeit der Straßenoberfläche statt. In dieser Region II ist es erwünscht, daß die Aufbauhöhe beim linken Rad so gesteuert wird, daß sie sich verkürzt, und die Aufbauhöhe beim rechten Rad so gesteuert wird, daß sie sich verlängert.
Im Zustand der Region III ist, während das Fahrzeug sich in Fahrt bewegt, das Ausmaß der Nick- oder Rollbewegung Null oder ist nicht so groß, daß es das Fahrgefühl oder Fahrverhalten beeinträchtigt, und die Aufbauhöhe muß nicht nachgesteuert werden.
Der Mikrocomputer 5 führt die Aufbauhöhen-Regelverarbeitung durch, wie unten näher erörtert wird. Der Block des Mikrocomputers 5, der in Fig. 1 gezeigt ist, gibt einen Umriß eines Flußdiagramms eines Höhenregelprogramms.
Im Schritt 101 werden der gemessene Wert des Nickwinkels 12 (p) des Aufbaus, der gemessene Wert des Rollwinkels 13 (r) und der gemessene Wert der Dämpfer-Hubposition 14 für jedes der vier Räder alle 0,001 Sekunden aufgenommen. Der resultierende Wert dp der Änderung im Dämpferhub, der einhergeht mit der Nickbewegung, und der resultierende Wert dr der Änderungen im Dämpferhub, der mit der Rollbewegung einhergeht, werden entsprechend den Gleichungen (1) und (2) errechnet.
Im Schritt 102 zum Festlegen des Fahrzustandes werden die abgelesenen Daten und die resultierenden Werte dp und dr verwendet, um den gegenwärtigen Fahrzustand des Fahrzeugs aus den nachfolgenden drei Kategorien festzulegen.
(Kategorie 1): Schwingung hauptsächlich infolge kinetischer Trägheitsenergie des Aufbaus mit Rollbewegung, die bei Kurvenfahrt, Beschleunigung oder Verzögerung verursacht wird, eine Restschwingung, nachdem das Rad über eine rauhe Straße gelaufen ist, oder Schwingung infolge von quer erfolgendem Wind.
(Kategorie 2): Schwingung infolge der Versetzung des Rades durch eine Rauhigkeit in der Straßenoberfläche, wie etwa einen Höcker, oder ein Schlagloch in der Straßenoberfläche.
(Kategorie 3): Keine Schwingung.
Insbesondere weist der Mikrocomputer einen Speicher auf, der eine Klassifizierungstabelle aufweist, die die Regionen I und II in Fig. 3A und 3B widerspiegeln, und bestimmt die Kategorie 1 für Daten in der Region I und die Kategorie 2 für Daten in der Region II. Wenn Daten, die weder in Region I noch in Region II fallen, aufeinanderfolgend aufgenommen werden, ändert der Mikrocomputer nachfolgend 0,5 Sekunden lang nach der Abweichung aus der Region I oder II nicht seine Kategorieentscheidung und entscheidet sich nach dem Verstreichen der 0,5 Sekunden für die Kategorie 3.
Der entscheidende Schritt 102 für den Fahrzustand ist in speziellen Einzelheiten in einem Flußdiagramm dargelegt, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Im Schritt 200 wird durch Nachschlagen der Tabelle für Fig. 3A entschieden, ob die Region I vorliegt. Wenn ja, wird im Schritt 201 durch Nachschlagen in der Tabelle für Fig. 3B entschieden, ob die Region II vorliegt. Wenn das Auftreten der Region II in Fig. 3B im Schritt 201 bestimmt wird, wird es im Schritt 202 entschieden, daß der Zustand des Fahrzeugs sich in der Kategorie 3 befindet. Wenn das Auftreten der Region II in Fig. 3B verneint wird, wird im Schritt 203 entschieden, daß die Ursache für die Änderung im Verhalten des Fahrzeugs in die Kategorie 1 fällt. Wenn das Auftreten der Region I in Fig. 3A im Schritt 200 verneint wird, wird im Schritt 204 entschieden, ob die Region II in Fig. 3B vorliegt. Wenn ja, wird die Kategorie 2 im Schritt 205 entschieden. Wenn das Auftreten der Region II im Schritt 204 verneint wird, wird es im Schritt 206 entschieden, ob die Verneinung 0,5 Sekunden lang Bestand hat. Wenn Daten, die weder in die Region I noch in die Region II fallen, für mehr als 0,5 Sekunden fortfahren, wird die Kategorie 3 bestimmt.
Wenn die Klassifizierung der Ursache einer Änderung im Verhalten des Fahrzeugs fertiggestellt ist, wird ein Befehlswert D zum Steuern der Höhe des Aufbaus, der von jedem Rad getragen ist, bestimmt, und zwar im Schritt 103 zum Errechnen eines Befehls bezüglich der Aufbauhöhe und auf eine Weise, die unten zu beschreiben ist.
Die Gleichung der Bewegung für das Aufhängungssystem eines jeden Rades ist definiert durch die folgenden Gleichungen:
mi·z i=-Ci·d i-Ki-ui) (3) mwi·z wi=Ci·d i+Ki(di-ui)+fi (4) wobei von dem linken Vorderrad (fl), linken Hinterrad (rl), rechten Hinterrad (rr) und rechten Vorderrad (fr) jedes durch den Ausdruck des allgemeinen Zeichens "i" beschrieben ist, und
di: die Änderung im Dämpferhub am Rad "i",
mi: eine Masse oberhalb der Feder, die von der Aufhängung beim Rad "i" getragen ist,
mwi: eine Masse unter der Feder am Rad "i",
z i: die vertikale Beschleunigung des abgefederten Abschnitts am Rad "i",
z wi: die vertikale Beschleunigung des ungefederten Abschnitts am Rad "i",
fi: die Änderung in der Kraft, die von der Straßenoberfläche auf den ungefederten Abschnitt am Rad "i" ausgeübt wird (wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, gilt fi = 0),
ui: Verhältnis der Luftmenge, die in die Kammer 23 eingegeben und aus dieser entnommen wird, zur Querschnittsfläche der Luftkammer,
Ci: Dämpfungsbeiwert des Dämpfers beim Rad "i", und
Ki: Federkonstante der Luftfeder am Rad "i".
Durch Aufstellen von ui=di+Ci/Ki d i für jegliche Änderungen in der Straßenoberfläche, d. h. irgendwelche Änderungen in fi, gilt stets z i = 0, um ein komfortables Fahrgefühl zu liefern. In Anbetracht der Handhabung, der Kapazität der Betätigungseinrichtung und der äußeren Störung, die der Abschnitt oberhalb der Feder ausübt, gilt:
ui=αdi+β·Ci/Ki d i
wobei 0 < α und β < 1 Anpaßwerte sind. Auslegungsparameter α und β des Regelsystems werden für unterschiedliche Typen von Fahrzeugen experimentell bestimmt. Durch Unterziehen der Gleichungen (3) und (4), die durch die näher bestimmten Werte von ui, α und β bearbeitet sind, einer Differentialnäherung kann der Befehlswert für die Aufbauhöhe für die Kategorien 2 und 1 erhalten werden wie folgt:
(Kategorie 2) Di=αdi(0)+β·10³·Ci/Ki(di(0)-di(-1)) (5) (Kategorie 1) Di=-αdi(0)- β·10³·Ci/Ki(di(0)-di(-1)) (6) wobei Di: der Einstell-Sollwert der relativen Aufbauhöhe am Rad "i",
di(0): die Versetzung im Dämpferhub, die gegenwärtig am Rad "i" stattfindet, und
di(-1): die Veränderung im Dämpferhub am Rad "i" 0,001 Sekunden vorher.
Für die Kategorie 3 ist die Steuerung der Aufbauhöhe nicht erforderlich und es gilt Di=0.
Im Schritt 104 zum Abgeben von Antriebssignalen werden ein Volumen der Kammer 23, das erforderlich ist, um die Dämpfer-Hubposition in die Sollhöhe Dfl, Dfr, Drr oder Drl zu versetzen, und Signale 16 abgegeben, wodurch das Abgabebzw. Auslaßventil 30 und das Auflade- bzw. Einlaßventil 29 geöffnet oder geschlossen werden, um eine Luftmenge vorzusehen, die dem bestimmten Volumen entspricht.
Das Volumen Vi der Luftkammer 23, das erforderlich ist zur Einstellung von Di, ist gegeben durch Vi = S·Di (7) wobei S die Querschnittsfläche der Luftkammer 23 ist. Das Einlaßventil 29 und das Auslaßventil 30 werden unter der Steuerung des Mikrocomputers 5 in Übereinstimmung mit dem Flußdiagramm der Fig. 5 geöffnet oder geschlossen.
Unmittelbar nach dem Start des Motors werden sowohl das Einlaßventil 29 als auch das Auslaßventil 30 beide initialisiert, so daß sie geschlossen werden, und der kumulative Wert V 0/i für den Lufteinlaß/-auslaß wird auf Null festgesetzt. Im Schritt 300 wird der kumulative Wert V 0/i während des Schließens der Ventile bestimmt. Im Schritt 301 wird entschieden, ob die Fahrt des Fahrzeugs im Zustand der Kategorie 3 liegt. Wenn ja, werden das Schließen sowohl des Einlaß- als auch des Auslaßventils 29 und 30 im Schritt 302 befohlen, und die Einstellung der Höhe des Fahrgestells wird nicht durchgeführt. Wenn die Kategorie 3 nicht im Schritt 301 bestimmt wird, wird im Schritt 303 entschieden, ob der Wert V 0/i kleiner ist als der Sollwert S·Di. Wenn die Antwort ja ist, dann werden das Öffnen des Einlaßventils 29 und das Schließen des Auslaßventils 30 im Schritt 304 befohlen. In Abhängigkeit von diesem Befehl wird Luft in die Luftkammer 23 in einer Menge ΔV 1/i eingelassen. Wenn umgekehrt entschlossen wird, daß der Wert V 0/i größer ist als der Sollwert S·Di im Schritt 305, wird im Schritt 306 ein Befehl abgegeben, um das Einlaßventil 29 zu schließen und das Auslaßventil 30 zu öffnen. Infolge dieses Befehles wird Luft aus der Luftkammer 23 in einer Menge ΔV 2/i ausgelassen. Durch Wiederholung der obigen Schritte wird eine befehlsgemäße Luftmenge Vi in die Luftkammer 23 eingelassen, um hierbei die Soll-Aufbauhöhe Di zu erreichen.
Wie oben beschrieben, kann bei dem Aufhängungsregelsystem gemäß der Erfindung die aktive Aufhängungsregelung unter Verwendung der Betätigungseinrichtung mit nur geringer Kapazität durchgeführt werden, und deshalb können das Fahrgefühl und die Handhabbarkeit ohne Verschlechterung des wirtschaftlichen Treibstoffverbrauchs verbessert werden. Zusätzlich haben die vorliegenden Erfinder experimentell bestätigt, daß selbst dann, wenn man eine Betätigungseinrichtung mit nur niedriger Kapazität benutzt, das erfindungsgemäße System, das die Auslegung der Versetzung der relativen Aufbauhöhe/Geschwindigkeitsrückkopplung auf der Grundlage von Di heranzieht, gegenüber Verzögerungen im Ansprechverhalten der Betätigungseinrichtung robuster ist als das System, das die Auslegung für die Rückkopplung der vertikalen Beschleunigung des abgefederten Abschnitts heranzieht.

Claims

1. Regelsystem für eine Radaufhängung mit einer jedem Rad zugeordneten Kombination aus einer Feder (22) und einem Stoßdämpfer (25), das die folgenden Merkmale umfaßt:

Mittel (2) zur Erfassung des Längsneigungswinkels und/oder des Querneigungswinkels des Fahrzeugs (1);

Mittel (4), die jedem Rad zugeordnet sind, zur Erfassung des Relativversatzes im Abstand zwischen jedem Rad und einer Fahrzeugkarosserie;

Mittel (5, 101, 102, 200-207) zur Ermittlung einer Ursache für die Längs- und Querbewegung von vorbestimmten, sortierten Ursachen auf der Grundlage des erfaßten Längsneigungswinkels, Querneigungswinkels und des Entfernungsversatzes, einschließend

Mittel (101) zum Einlesen des von den Erfassungsmittel (2, 3, 4) ausgegebenen, erfaßten Längsneigungswinkels, Querneigungswinkels und der Abstandsänderung;

Mittel (5, 103) zur Bestimmung eines Zielwertes (Di) des Abstands zwischen jedem Rad und der Fahrzeugkarosserie auf der Basis der ermittelten Ursache und des Abstandsversatzes; und

Mittel (5, 104, 300-306, 6) zur Einstellung des Abstands zwischen jedem Rad und der Karosserie auf den Zielwert;

gekennzeichnet durch Mittel (102) zur Erfassung eines Koordinatenbereichs von zweidimensionalen Parametern, die Werte des Längsneigungswinkels und der Abstandsversatzänderung repräsentieren, und innerhalb dessen der erfaßte Längsneigungswinkel und die Abstandsversatzänderung fällt;

Mittel (102) zur Erfassung eines Koordinatenbereichs von zweidimensionalen Parametern, die Werte des Querneigungswinkels und der Abstandsversatzänderung repräsentieren und innerhalb dessen der erfaßte Querneigungswinkel und die Abstandsversatzänderung fällt; und

Mittel (200-207) zur Unterscheidung einer den ermittelten Bereichen entsprechenden Ursache von vorbestimmten, sortierten Ursachen auf der Basis der von zwei dieser Bereichs- Bestimmungsmittel bestimmten Bereiche.

2. Regelsystem nach Anspruch 1, bei dem die Zielwert-Erfassungsmittel (103) eine Einrichtung zur Berechnung des Zielwertes, der von der unterschiedenen Ursache abhängt, umfaßt.

3. Regelsystem nach Anspruch 2, bei dem die Bereichserfassungsmittel (102) Einrichtungen zum Aufteilen der Koordinaten auf Bereiche I und II und den verbleibenden Bereich III aufweist, wobei die Unterscheidungsmittel Einrichtungen umfassen, um den Bereich I einem Bereich zuzuordnen, demgemäß eine Ursache der Bewegungsänderung in dem sich bewegenden Fahrzeug liegt, und um den Bereich II einem Bereich zuzuordnen, demgemäß eine Ursache für die Änderungen in der Straßenoberfläche liegt, und die Zielwert-Bestimmungsmittel (103) Zielwerte in Übereinstimmung mit verschiedenen Zielwert-Bestimmungsgleichungen, die für die Bereiche I und II vorgesehen sind, berechnet, wenn diese Bereiche I und II bestimmt sind.

4. Regelsystem nach Anspruch 3, wobei die Mittel (5, 104, 300-306, 6) zur Einstellung des Abstands auf den Zielwert einen Luftkompressor (34) Ventile (29, 30) zur Steuerung eines Druckluftdurchsatzes des Luftkompressors und einen zwischen jedem Rad und der Karosserie angeordneten Aktor (6) aufweist, der zur Änderung seiner Höhe in Antwort auf die Zu/Abführung von Luft betätigbar ist, um hierdurch den Abstand zwischen jedem Rad und der Karosserie zu verändern, und das Schließen/ öffnen der Ventile (29, 30) gemäß den Zielwerten (Di, Vi), die von den Zielwert-Bestimmungsmitteln (103) geliefert werden, geregelt wird.

5. Regelsystem nach Anspruch 4, wobei das Mittel zur Erfassung eines relativen Versatzes im Abstand zwischen jedem Rad und der Karosserie ein Sensor zur Erfassung der Änderung des Stoßdämpferhubes ist.

6. Regelsystem nach Anspruch 5, wobei jeder der Mittel zur Erfassung des Längsneigungs- und Querneigungswinkels ein gyroskopischer Lagensensor ist.

7. Regelsystem nach Anspruch 5, wobei jeder der Mittel zur Erfassung des Längsneigungs- und Querneigungswinkels einen Beschleunigungssensor und Mittel umfaßt, die auf das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors zur Berechnung der Richtung der Fahrzeuglageänderung reagieren.