DE3943007C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Einstellung der Aufhängungscharakteristik eines Kraftfahrzeugaufhängungssystems zwischen einer Fahrzeugkarosserie und Radaufhängungen, das Stellelemente zur Veränderung der Aufhängungscharakteristik zumindest zwischen einer ersten, weicheren Aufhängungscharakteristik und einer zweiten, härteren Aufhängungscharakteristik in Abhängigkeit von einer auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden Querbeschleunigung aufweist, mit einem Querbeschleunigungssensor und einer die Ausgangssignale des Querbeschleunigungssensors verarbeitenden, eine Recheneinheit enthaltenden Steuereinheit zur Ansteuerung der Stellelemente des Kraftfahrzeugaufhängungssystemes.

Es sind bereits verschiedene Steuereinrichtungen für Radaufhängungssysteme von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen worden, mit denen der Fahrkomfort und das Fahrverhalten von Kraftfahrzeugen verbessert werden soll. Bei solchen Vorrichtungen ist die Unterdrückung von Wankbewegungen des Fahrzeugs der wichtigste Faktor bei der Bewertung der Leistungsstärke des Regelvorgangs. Beispielsweise beschreibt die japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 62-72 811 eine Aufhängungsregelvorrichtung, bei der die Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung dazu verwendet wird, den Wankzustand des Fahrzeugs zu ermitteln, wenn dieses eine härtere Aufhängung verlangt.

Es ist augenscheinlich, daß eine solche Regelvorrichtung, die die auf die Fahrzeugkarosserie einwirkende Querbeschleunigungen ausnutzt, einen Schwingungszustand, bei dem eine härtere Aufhängungscharakteristik eingestellt werden soll, nur dann ermitteln kann, nachdem eine Wankbewegung in einem gewissen Ausmaß bereits hervorgerufen worden ist.

Im Hinblick darauf erscheint es vorteilhaft, den Fahrzeugwankzustand so früh wie möglich zu erfassen. Hierfür wurde erwogen, in vorteilhafter Weise die Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung anstelle der Amplitude der Querbeschleunigung zu verwenden, weil diese das bessere Ansprechverhalten zeigt. Zum Beginn einer Fahrzeugwankbewegung steigt nämlich der Gradient, d. h. die Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung schneller an als derjenige der Querbeschleunigung, so daß es einfach ist, den Wankzustand zu ermitteln.

Wenn jedoch andererseits das Fahrzeug durch eine relativ lange Kurve mit konstantem Radius fährt, dann wird die Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung Null, weil die Fahrzeuglenkung in einer konstanten Winkelstellung gehalten wird.

Wenn in einem solchen Falle die Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung als der den Fahrzeugwankzustand allein repräsentierende Parameter verwendet würde, dann könnte keine Unterscheidung zwischen dem Fahren auf einer geraden Straße in gleichförmigem Zustand und dem Fahren in einer Kurve getroffen werden, obgleich das Fahrzeug tatsächlich eine Querbeschleunigung erfährt und sich entsprechend zur Seite neigt. Dies führt dazu, daß die Aufhängungscharakteristik weicher eingestellt wird, obgleich die Querbeschleunigung erheblich ist und zu einer starken Neigung der Fahrzeugkarosserie führt.

Aus der DE-OS 36 32 920 ist ein Verfahren zur Dämpfkraftverstellung von Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines an der Fahrzeugkarosserie befestigten Beschleunigungs- oder Abstandsgeber in Verbindung mit einem Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen, belastungsabhängigen Schwellwertes ein Signal zum Ändern der Dämpfkraft ausgegeben wird. Hierbei werden die Ausgangssignale des Beschleunigungsgebers zu einem Mittelwert über eine Meßzeit summiert, die wesentlich größer ist als die Eigenschwingungsdauer der Fahrzeugkarosserie, jedoch kleiner als die für die Schwingungen des Fahrzeugaufbaus charakteristische Resonanzfrequenz. Durch ein derartiges Verfahren kann allerdings die frühzeitige Erfassung von Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus und eine entsprechende Dämpfkrafteinstellung für die Radaufhängung des Fahrzeuges nicht in hinreichendem Maße erreicht werden.

Aus der DE-OS 35 02 337 ist eine Fahrzeugfederung bekannt, in der eine Wanksteuereinrichtung die Wankbewegung der Fahrzeugkarosserie ausregelt, indem aus der Lenkeingangsgröße sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Wanksteuergröße abgeleitet wird, die im Kurveneinlauf aus der Lenkgeschwindigkeit und im weiteren Verlauf der Kurve aus dem Lenkwinkel ermittelt wird. Eine derartige Fahrzeugfederung erfordert einen erheblichen steuerungstechnischen Aufwand, wobei die Querbeschleunigung ihrerseits aus den Primärgrößen Lenkwinkeleinschlag bzw. Änderung desselben und Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungseinrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern derart, daß bei verhältnismäßig niedrigem Steuerungsaufwand das Ansprechverhalten für die Erfassung von Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus verbessert und bei Auftreten von Wankbewegungen, d. h. insbesondere bei Kurvenfahrten, eine verbesserte Fahrstabilität des Fahrzeuges erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wäh­ rend des Durchfahrens einer Kurve die Steuereinheit den Querbeschleunigungswert erfaßt und nach Differentiation des­ selben zur Ableitung der Änderungsgeschwindigkeit der Quer­ beschleunigung einen Summenwert aus dem Querbeschleunigungs­ wert und der Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung bestimmt, diesen Summenwert mit einem Summenreferenzwert vergleicht und die zweite, härtere Aufhängungscharakteristik wählt, wenn der Summenwert gleich oder größer als der Sum­ menreferenzwert ist, und daß die Einstellung der zweiten, härteren Aufhängungscharakteristik beibehalten wird, wenn und solange der Querbeschleunigungswert oberhalb eines Querbeschleunigungsreferenzwertes liegt, während die erste, weichere Aufhängungscharakteristik gewählt wird, wenn im Kurvenauslauf der Querbeschleunigungswert kleiner als der Querbeschleunigungsreferenzwert wird.

Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sind in den übrigen Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Steuervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Stoßdämpfer, der variable Dämpfungseigenschaften aufweist und der in Verbindung mit der in Fig. 1 dargestellten Steuervorrichtung verwendet werden kann;

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Steuerprogramms, das in der Steuervorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden kann, und

Fig. 4(A) bis 4(C) ein Zeitdiagramm, das die Änderung der Querbeschleunigung Yg, die Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung ΔYg und eine die Amplitude der Wankbewegung repräsentierenden Wert R (Yg + ΔYg) zeigen.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Steuervorrichtung S für ein Kraftfahrzeugaufhängungssystem nach den Fig. 1 und 2 verwendet eine mikroprozessorgesteuerte Steuereinheit 1 zur Regelung der Aufhängungscharakteristik der Fahrzeugkarosserie. Die Steuereinheit 1 ist mit einem Querbeschleunigungssensor 2 verbunden, der die Querbeschleunigung erfaßt, die auf eine Fahrzeugkarosserie (Fahrzeugaufbauten) einwirkt, um ein die Querbeschleunigung repräsentierendes Signal S_Yg zu erzeugen. Die Steuereinheit 1 besitzt eine Eingabeeinheit q1a, die einen A/D-Wandler enthält, um das in analoger Form vorliegende Querbeschleunigungssignal in ein digitales Querbeschleunigungssignal Yg umzuwandeln. Die Steuereinheit 1 hat auch Treiberschaltungen 1d und 1e, die mit Stellgliedern 16 der Aufhängungen am Fahrzeug vorn links, vorn rechts, hinten links und hinten rechts verbunden sind. In der gezeigten Ausführungsform enthalten diese Aufhängungen Stoßdämpfer 3 variabler Dämpfungscharakteristik, mit denen die Aufhängungscharakteristik eingestellt werden kann.

Wie man aus Fig. 2 erkennt, hat der Stoßdämpfer 3 variabler Dämpfungskraft einen Außenzylinder 5 und einen Innenzylinder 6, der koaxial in dem Außenzylinder 5 angeordnet ist. Ein Kolben 8 ist verschiebbar in den Innenzylinder 6 eingesetzt, um den Innenraum desselben in obere und untere Fluidkammern 11 und 12 zu unterteilen. Der Kolben 8 ist am unteren Ende einer Kolbenstange 7 befestigt, der in Einfeder- und Ausfederrichtung gemäß der Bewegung des Fahrzeugkörpers gegenüber dem Fahrgestell bzw. dem auf der Straße abgestützten Rad beweglich ist. Obgleich Fig. 2 dies nicht zeigt, ist eine untere Ventilanordnung am unteren Ende des Innenzylinders 6 befestigt, um die Fluidverbindung zwischen der unteren Fluidkammer 12 und einer Vorratskammer 9 zu begrenzen, die zwischen den Innen- und Außenzylindern 6 und 5 ausgebildet ist. Andererseits ist eine Stangenführung 10 am oberen Ende des Innenzylinders 6 befestigt, um das obere Ende des Innenzylinders an der Kolbenstange 7 abzuschließen und die Kolbenstange 7 gleitend zu führen.

Der Kolben 8 ist mit axialen Durchgangsöffnungen 8a und 8b versehen, die jeweils dazu vorgesehen sind, eine Fluidverbindung zwischen den oberen und unteren Fluidkammern 11 und 12 herzustellen. Das untere Ende der Öffnung 8b ist mittels eines unteren Strömungssperrventils 8c verschlossen, das die Fluidströmung von der unteren Fluidkammer 12 zur oberen Fluidkammer 11 verhindert und die Fluidströmung von der oberen Fluidkammer 11 zur unteren Fluidkammer 12 elastisch begrenzt, wenn sich der Kolben in Einfederrichtung (Verdichtungstakt) bewegt. Andererseits ist das obere Ende der Öffnung 8a mittels eines oberen Strömungssperrventils 8d verschlossen, das eine Fluidströmung von der oberen Fluidkammer 11 zur unteren Fluidkammer 12 sperrt, wenn sich der Kolben in Einfederrichtung bewegt und die Fluidströmung von der unteren Fluidkammer zur oberen Fluidkammer elastisch begrenzt, wenn sich der Kolben in Ausfederrichtung (Expansionstakt) bewegt.

Außerdem sind eine oder mehrere radiale Öffnungen 7a in der Kolbenstange 7 ausgebildet. Diese Öffnungen 7a haben innere Enden, die mit einer axialen Öffnung 13 in Verbindung stehen, die in der Kolbenstange 7 ausgebildet ist. Ein Drehventilelement 14 mit mehreren Fluidströmungsöffnungen 14a voneinander verschiedener Durchmesser befindet sich in der axialen Öffnung 13. Eine der Fluidströmungsöffnungen 14a ist auf die radialen Öffnungen 7a ausgerichtet, um eine Dämpfungskraft aufgrund der Strömungsbegrenzung durch die Öffnungen hindurch hervorzurufen. Das Drehventilelement 14 ist über eine Stellstange 15 mit einem Stellantrieb 16 verbunden, der einen Schrittmotor enthält.

Aufgrund des beschriebenen Aufbaus hat der Stoßdämpfer 3 variable Dämpfungseigenschaften und kann dadurch die Aufhängungscharakteristik des zugehörigen Aufhängungssystems ändern. Die Dämpfungscharakteristik des dargestellten Stoßdämpfers 3 ist zwischen mehreren Steifheits- oder Härtestufen verstellbar. Um jedoch die Beschreibung zu vereinfachen und das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird nachfolgend nur eine Änderung der Dämpfungseigenschaft zwischen zwei Betriebsarten, einer harten Betriebsart und einer weichen Betriebsart diskutiert. Das Drehventilelement 14 ist daher in seiner Winkelstellung zwischen einer "harten" Betriebsstellung und einer "weichen" Betriebsstellung verdrehbar, um am Stoßdämpfer 3 härtere und weichere Dämpfungseigenschaften einzustellen.

Gemäß Fig. 1 hat die Steuereinheit 1 eine arithmetische Schaltung 1b zur Ausführung eines Rechenvorgangs und zum Erzeugen eines Aufhängungsregelsignals, das an die vorderen und hinteren Treiberschaltungen 1d und 1e abzugeben ist. Die arithmetische Schaltung 1b ist mit einer Bezugssignalgeneratorschaltung 1c verbunden, die Bezugssignale speichert und dazu geeignet ist, Bezugssignale zu erzeugen, die der arithmetischen Schaltung zusammen mit den die Querbeschleunigung angebenden Daten Yg zuzuführen sind.

Die Betriebsweise der dargestellten Ausführungsform der Aufhängungsregelvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Das in Fig. 3 gezeigte Flußdiagramm beschreibt ein Verfahren eines von der Querbeschleunigung abhängigen Wankunterdrückungssteuerprogramms, das von der Steuereinheit 1 auszuführen ist. Das gezeigte Programm kann in regelmäßigen zeitlichen Abständen, z. B. alle 20 ms, abgearbeitet werden, um die Aufhängungscharakteristik nachzustellen.

Unmittelbar nach dem Beginn der Ausführung werden die die Querbeschleunigung angebenden Daten Yg im Schritt 100 ausgelesen. Sodann wird das entsprechende Signal durch Yg differenziert, um im Schritt 102 eine Änderungsgeschwindigkeit ΔYg abzuleiten. Anschließend wird ein die Wankamplitude repräsentierendes Signal R im Schritt 103 abgeleitet, indem ein Summenwert des die Querbeschleunigung angebenden Signals Yg und der Änderungsgeschwindigkeit ΔYg der Querbeschleunigung erzeugt werden.

Im Schritt 106 wird dieses Signal R mit einem vorbestimmten Schwellenwert R_ref verglichen. Wenn der die Wankamplitude repräsentierende Wert R größer oder gleich dem Bezugswert R_ref ist, wird die Betriebsart des Stoßdämpfers 3 darauf überprüft, ob sich das Aufhängungssystem in der "harten" Betriebsart befindet oder nicht. Dies erfolgt im Schritt 108. Wenn sich der Stoßdämpfer in der harten Betriebsart befindet, geht der Verfahrensablauf direkt zum Ende. Wenn andererseits der Stoßdämpfer sich in der "weichen" Betriebsart befindet, dann wird ein Aufhängungsregelsignal an die vorderen und hinteren Treiberschaltungen 1d und 1e im Schritt 110 gegeben, was die Einstellung der "harten" Regelsignal geben die Treiberschaltungen 1d und 1e Treibersignale an die entsprechenden Stellglieder 16, um letztere so anzutreiben, daß das Drehventilelement 14 in die "harte" Betriebsart gebracht wird, was im Schritt 112 stattfindet. Nach dem Einstellen des Stoßdämpfers 3 auf die harte Betriebsart geht der Verfahrensablauf zum Ende.

Wenn andererseits der die Wankamplitude angebende Wert R kleiner als der Schwellenwert R_ref ist, geht der Vorgang zum Schritt 112 über. Im Schritt 112 wird die Betriebsart des Stoßdämpfers 3 darauf überprüft, ob er sich in der harten Betriebsart befindet. Wenn sich im Schritt 112 erweist, daß der Stoßdämpfer sich in der weichen Betriebsart befindet, und daher die Antwort im Schritt 112 negativ ist, dann geht der Verfahrensablauf zum Ende. Wenn andererseits der Stoßdämpfer 3 sich in der harten Betriebsart befindet und die Antwort im Schritt 112 positiv ist, dann wird die Querbeschleunigung Yg mit einem vorbestimmten Querbeschleunigungsschwellenwert Yg_ref im Schritt 114 verglichen. Wenn die die Querbeschleunigung angebende Größe Yg größer oder gleich dem Schwellenwert Yg_ref ist, geht der Verfahrensablauf direkt zum Ende. Zu diesem Zeitpunkt wird daher die Betriebsart in der harten Betriebsart unverändert gehalten. Wenn andererseits der die Querbeschleunigung angebende Wert Yg kleiner als der Querbeschleunigungsschwellenwert Yg_ref ist, dann wird die verstrichene Zeit gemessen, und es wird nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer im Schritt 116 das Aufhängungssteuersignal abgegeben, das den Stoßdämpfer in die weiche Betriebsart umstellt. Anschließend geht der Verfahrensablauf zum Ende.

Da in der dargestellten Ausführungsform der Verfahrensablauf den die Wankamplitude repräsentierenden Wert R(Yg + ΔYg) verwendet, läßt sich ein besseres Ansprechverhalten erzielen. Dies geht klar aus den Fig. 4(A) bis 4(C) hervor. Wenn nämlich die Querbeschleunigung Yg (Fig. 4(A)) als der die Wankbewegung repräsentierende Parameter verwendet wird, dann wird eine Wankbewegung des Fahrzeugs ermittelt, wenn die Amplitude der Querbeschleunigung Yg einen vorbestimmten Schwellenwert a überschreitet, was nach Ablauf einer Zeit t₁ seit Beginn der Wankbewegung erreicht ist. Wenn, vergleichbar, die Änderungsgeschwindigkeit ΔYg der Querbeschleunigung als der die Wankbewegung repräsentierende Parameter verwendet wird, dann wird ein Fahrzeugwanken ermitteln, wenn die Änderungsgeschwindigkeit ΔYg einen vorbestimmten Schwellenwert b überschreitet, was nach Ablauf einer Zeit t₂ seit Beginn der Wankbewegung der Fall ist. Im Vergleich zu diesen Verfahrensweisen überschreitet der Summenwert R einen Schwellenwert c nach einer Zeitdauer t₃ seit Beginn der Wankbewegung, wenn der Summenwert R der Querbeschleunigung Yg und der Anderungsgeschwindigkeit ΔYg der Querbeschleunigung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Wie aus den Fig. 4(A) bis 4(C) hervorgeht, ist diese Zeitverzögerung bei Verwendung des Summenwertes R sehr viel kleiner als bei Verwendung der Querbeschleunigungsamplitude oder der Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung allein. Man erhält daher ein sehr viel besseres Ansprechverhalten bei der Unterdrückung von Wankbewegungen mit der Steuereinrichtung nach der Erfindung.

Da außerdem gemäß der gezeigten Ausführungsform das Ende der Wankbewegung allein auf der Grundlage der Querbeschleunigung ermittelt wird, kann die Aufhängungscharakteristik während der gesamten Kurvenfahrt in der harten Betriebsart gehalten werden, so daß die Fahrstabilität sichergestellt und verbessert wird. Da das gezeigte Verfahren eine vorbestimmte Zeitverzögerung seit der Ermittlung des Fahrzustandes zum Einstellen weicherer Aufhängungseigenschaften vorsieht, kann man Regelschwingungen bei der Einstellung der Aufhängungseigenschaften erfolgreich vermeiden.

Die Erfindung läßt sich in gleicher Weise an hydraulischen Stoßdämpfern anwenden als auch an pneumatischen Federn, die mit variablem Druck arbeiten, bei aktiven Aufhängungssystemen und dergleichen.

Claims (3)

1. Steuereinrichtung zur Einstellung der Aufhängungscharakteristik eines Kraftfahrzeugaufhängungssystemes zwischen einer Fahrzeugkarosserie und Radaufhängungen, das Stellelemente zur Veränderung der Aufhängungscharakteristik zumindest zwischen einer ersten, weicheren Aufhängungscharakteristik und einer zweiten, härteren Aufhängungscharakteristik in Abhängigkeit von einer auf die Fahrzeugkarosserie einwirkenden Querbeschleunigung aufweist, mit einem Querbeschleunigungssensor und einer die Ausgangssignale des Querbeschleunigungssensors verarbeitenden, eine Recheneinheit enthaltenden Steuereinheit zur Ansteuerung der Stellelemente des Kraftfahrzeugaufhängungssystemes, dadurch gekennzeichnet, daß während des Durchfahrens einer Kurve die Steuereinheit den Querbeschleunigungswert (Y_g) erfaßt und nach Differentiation desselben zur Ableitung der Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung (ΔY_g) einen Summenwert (Y_g + ΔY_g) aus dem Querbeschleunigungswert (Y_g) und der Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung (ΔY_g) bestimmt, diesen Summenwert mit einem Summenreferenzwert (R_ref) vergleicht und die zweite, härtere Aufhängungscharakteristik wählt, wenn der Summenwert (Y_g + ΔY_g) gleich oder größer als der Summenreferenzwert (R_ref) ist, und daß die Einstellung der zweiten, härteren Aufhängungscharakteristik beibehalten wird, wenn und solange der Querbeschleunigungswert (Y_g) oberhalb eines Querbeschleunigungsreferenzwertes (Y_gref) liegt, während die erste, weichere Aufhängungscharakteristik gewählt wird, wenn im Kurvenauslauf der Querbeschleunigungswert (Y_g) kleiner als der Querbeschleunigungsreferenzwert (Y_gref) wird.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der ersten, weicheren Aufhängungscharakteristik bei gegenüber dem Querbeschleunigungsreferenzwert (Y_gref) kleineren Querbeschleunigungswert (Y_g) zeitverzögert erfolgt.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn einer Wankbewegung des Fahrzeuges festgestellt wird, wenn der Summenwert (Y_g + ΔY_g) aus dem Querbeschleunigungswert (Y_g) und der Änderungsgeschwindigkeit der Querbeschleunigung (ΔY_g) größer oder gleich dem Summenreferenzwert (R_ref) ist und das Ende einer Wankbewegung des Fahrzeuges durch die Steuereinheit festgestellt wird, wenn der Querbeschleunigungswert (Y_g) kleiner ist als der Querbeschleunigungsgrenzwert (Y_gref).