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DE4202091A1 - Verfahren zum regeln eines fahrwerks fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Verfahren zum regeln eines fahrwerks fuer kraftfahrzeuge

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DE4202091A1 DE19924202091 DE4202091A DE4202091A1 DE 4202091 A1 DE4202091 A1 DE 4202091A1 DE 19924202091 DE19924202091 DE 19924202091 DE 4202091 A DE4202091 A DE 4202091A DE 4202091 A1 DE4202091 A1 DE 4202091A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Dämpfungskraft für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges mit re­ gelbaren Schwingungsdämpfern, welche zur Einstellung der Dämp­ fungskraft mit Proportionalventilen ausgerüstet sind, bei dem die Relativgeschwindigkeit zwischen Aufbau- und Radmasse und die Ausbaubeschleunigung gemessen werden und der Dämpfungskraft- Sollwert aus mindestens einer Zustandsgröße ermittelt wird.
Der Aufbau eines Radfederungssystems läßt sich anhand eines Zweimassenschwingers erläutern, wobei die ungefederte Masse von Rad und Radaufhängung als Radmasse und die anteilige Ausbaumasse des Fahrzeuges als Aufbaumasse bezeichnet wird. Zwischen beiden befindet sich ein Dämpfer-Feder-System. Von einem solchen Radfe­ derungssystem werden zwei sich widersprechende Aufgaben gelöst. Durch die Fortbewegung eines Fahrzeuges auf einer im gewissen Grad unvermeidbar unebenen Straße kommt es über die Räder zu einer Schwingungsanregung. Die resultierenden Fahrzeugschwingun­ gen beeinträchtigen den Fahrkomfort und auch die Sicherheit des Fahrzeuges. Damit hat also das Feder-Dämpfersystem einmal die Aufgabe, das Rad so genau wie möglich an der Fahrbahn entlangzu­ führen, um die Kraftübertragung vom Rad zum Untergrund auf mög­ lichst hohem Niveau zu halten, und andererseits die aus den Straßenunebenheiten resultierenden Achsbewegungen auszugleichen, um den Fahrkomfort für die Insassen zu steigern. Durch eine ge­ regelte Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers können im hohen Maße die auftretenden Schwingungen zur Verbesserung des Fahrkom­ forts absorbiert, andererseits die Fahrsicherheit gewährleistet werden.
Ein Verfahren zum Verändern der Dämpfungskraft eines Schwin­ gungsdämpfers über die Einstellung des Durchströmquerschnittes des verstellbaren Ventils ist aus der deutschen Offenlegungs­ schrift DE 39 35 376 A1 bekannt, wobei der Dämpfungskraft- Sollwert aus der Kolbengeschwindigkeit und der Aufbaugeschwin­ digkeit ermittelt wird. Der berechnete Dämpfungskraftsollwert und die Kolbengeschwindigkeit werden einem statischen Kennfeld zugeführt, das aus diesen Werten den bei den momentanen Fahr- Bedingungen einzustellenden Durchströmquerschnitt des Ventils ermittelt. Das Kennfeld übernimmt damit eine Anpassung des Durchströmquerschnittes an die Kolbengeschwindigkeit des Schwingungsdämpfers unter Berücksichtigung der Soll-Dämpfer­ kraft. Da der Dämpfungskraft-Istwert damit nur durch das Kenn­ feld statisch simuliert wird, können bei bestimmten Kolbenge­ schwindigkeitswerten Ungenauigkeiten bei der Berechnung der Ist-Dämpfungskraft auftreten, außerdem wird der Regelalgorithmus langsamer und kann somit auf eine Straßenunebenheit nur mit einer Verzögerung reagieren.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Regeln der Dämpfungskraft von Schwingungsdämpfern für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welches in seinem Aufbau einfach gehalten ist und das durch eine direkte Rückführung der zu regelnden Größe schnell auf eine Istgrößenveränderung mit einer Stellgröße zur genauen Einstellung der Dämpfungskraft eines Schwingungsdämpfers mit Proportionalventil reagiert.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausge­ staltungen dar.
Der gemessene Dämpfungskraft-Istwert wird mit einem Dämpfungs­ kraft-Sollwert verglichen und aus der Differenz eine Reglerein­ gangsgröße gebildet, die auf eine Regeleinrichtung, in einer vorteilhaften Ausführung einen Proportionalregler, zur Bildung einer Reglerausgangsgröße geführt wird, wobei der Dämpfungs­ kraft-Sollwert aus mindestens einer die Fahrbedingungen charak­ terisierenden Zustandsgröße, vorteilhafterweise der Aufbaube­ schleunigung, berechnet wird. Da die momentane Dämpfungskraft für eine notwendige Fahrsicherheit und im Kompromiß dazu für einen optimalen Fahrkomfort von Größen, wie Fahrbahnunebenhei­ ten, Lenkwinkel, Bremsnicken, Fahrzeuggeschwindigkeit und Ni­ veauregulierung abhängt, ist es zweckmäßig, diese bei der Be­ rechnung des Dämpfungskraft-Sollwertes zu berücksichtigen.
Um eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Dämpfungs­ kraftregelung auf die Straßenbedingungen zu erreichen, wird der errechnete Dämpfungskraft-Sollwert und die Relativgeschwindig­ keit zwischen Aufbau- und Radmasse einem Kennfeld zugeführt, das eine Simulation des Schwingungsdämpfers vornimmt. Das Kennfeld erzeugt einen Störgrößenkompensationswert, der zur Bildung der Stellgröße für die Dämpfungskraft der Reglerausgangsgröße auf­ geschaltet wird.
Um bei einer Störung der Reglungselektronik oder Stromausfall zur Gewährleistung der Fahrsicherheit eine Einstellung des Pro­ portionalventils auf hohe Dämpfungskraft zu erreichen, erzeugt die Regelung eine Stellgröße, die zur Erhöhung der Dämpfungs­ kraft verringert wird.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher er­ läutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Ausführung eines Fahrwerks mit vier Schwingungsdämpfern
Fig. 2 Aufbau eines Einrohrschwingungsdämpfers mit Relativge­ schwindigkeits- und Dämpfungskraftsensor
Fig. 3 Lineares Zweimassensystem des Einradmodells
Fig. 4 Verlauf der Rad- und Aufbaubewegung eines ungeregelten Fahrwerks für harte und weiche Kennung
Fig. 5 Blockschaltung der Dämpfungskraftregelung
Fig. 6 Verlauf der Dämpferkraft und der Aufbaubeschleunigung bei einer Kraftregelung mit Führungsgrößenänderung pro­ portional der Aufbaubeschleunigung
Fig. 7 Führungsgrößenverhalten mit und ohne Störgrößenauf­ schaltung.
Fig. 1 zeigt die Ausführung eines Fahrwerks mit vier Stoßdämp­ fern. Die hintere Achse wird über zwei Schwingungsdämpfer 1 und zwei Wendelfedern 2 abgestützt, die vordere Radaufhängung weist sogenannte niveaugeregelte Federbeine 3 auf. Die Schwingungs­ dämpfer 1 und die Federbeine 3 dämpfen die Relativbewegung der ungefederten Massen, des Rades und der Radaufhängung, und den gefederten anteiligen Aufbaumassen des Fahrzeuges.
Zum Verändern der Dämpfungseigenschaften ist eine Regeleinrich­ tung vorgesehen, die aus den von den Sensoren kommenden Signalen eine Stellgröße zur Veränderung der Dämpfungskraft bildet.
Mit dem Wahlschalter 5 im Fahrgastraum läßt sich die Dämpfungs­ kraft der Schwingungsdämpfer 1 und der Federbeine 3 zwischen "weicher" und "harter" Kennung sowie Automatik vom Fahrer ein­ stellen. Das Ausgangssignal des Wahlschalters 5 wird ebenfalls auf die Regeleinrichtung 4 geführt.
In Fig. 2 ist der Aufbau eines regelbaren Schwingungsdämpfers 1 gezeigt, der im wesentlichen aus einem Dämpferzylinder 11, der durch einen Führungsverschluß 15 verschlossen ist, einem mit einer Kolbenstange 12 verbundenen Dämpferkolben 13 und einer mit der Kolbenstange 12 verbundenen Abdeckung 14 besteht. Die Ab­ deckung trägt die axial angeordnete Spule 16 des Relativge­ schwindigkeitssensors, dessen ringförmiger Dauermagnet 17 auf dem Führungsverschluß 15 angeordnet ist. Im Dämpferzylinder 11 befinden sich zwei Arbeitsräume 18, 19, die durch den Trennkol­ ben 20 von einem gasgefüllten Ausgleichsraum getrennt sind. Der Dämpferkolben 13 ist neben den nicht dargestellten druckabhän­ gigen Dämpfungsventilen mit einem proportional regelbaren By­ passventil 21 versehen, dessen elektrische Anschlüsse 22 zusam­ men mit den Anschlüssen 24 des Kraftsensors 23 zur Messung des Dämpfungskraft-Istwertes durch die hohe Kolbenstange 12 nach außen geführt sind.
Zur Darstellung der Vertikaldynamik eines Fahrzeuges wird das in Fig. 3 dargestellte Einradmodell verwendet. Das lineare Zweimas­ sensystem besteht aus der gefederten anteiligen Aufbaumasse ma und der ungefederten Masse von Rad und Radaufhängung, als Rad­ masse mR bezeichnet. Zwischen beiden Massen befindet sich ein Dämpfer-Feder-System, bei dem ca die Federkonstante und da die Dämpferkonstante darstellen. Die Federkonstante cR und die Dämp­ ferkonstante dR sind die Konstanten des radimmanenten Dämpfer- Feder-Systems und hängen im großen Maß von der Radsteifigkeit, dem Reifendruck und der Reifentemperatur ab. Die Zusammenhänge können für Geradeausfahrt auf das Gesamtsystem übertragen wer­ den.
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Rad- und Aufbaubewegung eines unge­ regelten Fahrwerks bei weicher und harter Dämpfung durch Simula­ tion am Einradmodell. Die Straßenerregung xE wird durch einen Rechteckgenerator vorgegeben. Bei weicher Dämpfung erzeugt die Straßenanregung xE eine Schwingungsanregung der vertikalen Rad­ bewegung xR mit einer relativ hohen Amplitude, die nur langsam abklingt, die Fahrsicherheit ist beeinträchtigt. Bei harter Dämpfung klingt die Schwingung der Radbewegung xR schneller ab, die Amplitude ist geringer und das Rad wird genauer an der Fahr­ bahn entlanggeführt. Dies ist jedoch mit einem steileren Anstieg der Aufbaubewegung xa verbunden, was den Fahrkomfort verschlech­ tert.
Die in Fig. 5 gezeigte Kraftregelung ist eine Möglichkeit, die Dämpfungskraft D dem Fahrzustand des Fahrzeuges optimal anzupas­ sen. Zur Erläuterung wird wiederum das aus anteiliger Aufbaumas­ se ma und Radmasse mR bestehende Einradmodell verwendet. Der Dämpfungskraft-Sollwert Fsoll wird aus mindestens einer die Straßenbedingungen charakterisierenden Zustandsgröße, zum Bei­ spiel der Aufbaubeschleunigung aa, z. B. über einen Proportiona­ litätsfaktor K, ermittelt. Um die Fahrbedingungen des Fahrzeu­ ges, beispielsweise bei Kurvenfahrten oder beim Bremsen, zu be­ rücksichtigen, werden solche Einflußgrößen wie Fahrgeschwindig­ keit, Bremsnicken, Seitenneigung, Lenkwinkel und Wahlschalter als Hilfsregelgrößen in die Berechnung des Dämpfungskraft-Soll­ wertes Fsoll einbezogen. Das kann zum Beispiel über eine im Rechner abgelegte Entscheidungstabelle 10 geschehen. Der mit Hilfe eines Kraftmessers gemessene Dämpfungskraft-Istwert Fist wird mit dem Dämpfungskraft-Sollwert Fsoll verglichen und die Differenz wird als Reglereingangsgröße Rein auf eine Regelein­ richtung 8 geführt, die die Reglerausgangsgröße IR zur propor­ tionalen Einstellung der Dämpfungskraft D des Schwingungsdämp­ fers erzeugt. Die von der Straßenanregung xE abhängige Dämpfer­ relativgeschwindigkeit vrel geht dabei als Störgröße in den Re­ gelkreis ein.
Aus der Relativgeschwindigkeit vrel und dem Dämpfungskraft- Sollwert Fsoll wird mit Hilfe eines Kennfeldes 9, das die Simu­ lation des Schwingungsdämpfers vornimmt, der Störgrößen-Kompen­ sationswert IS errechnet und zur Bildung der Stellgröße I der Reglerausgangsgröße IR aufgeschaltet. Die durch die verschiede­ nen Stoßdämpferventile erzeugten Kennfelder (Weg- und Kraftpro­ portional) sind prinzipiell für eine Kraftregelung geeignet, wobei die Merkmale der einzelnen Kennlinien zum Tragen kommen.
Fig. 6 verdeutlicht den Einfluß der erfindungsgemäßen Regelung auf den Verlauf, wobei der Dämpfungskraft-Sollwert Fsoll zur Berücksichtigung der Vertikaldynamik in Abhängigkeit der Aufbau­ beschleunigung errechnet wird. Bei kleinen Beschleunigungen ist dadurch ausreichende Sicherheit bei gutem Komfort gewährleistet. Bei größer werdenden Beschleunigungswerten aa wird die Dämpfer­ kraft D proportional erhöht, wodurch die Sicherheit vergrößert wird. Sind die Anregungen im Bereich der Eigenfrequenzen, ist zusätzlich der Komfort optimal. Der Regelkreis ist zur Umschal­ tung auf härteste Kennung bei Stromausfall oder einer ähnlichen Störung so dimensioniert, daß die Stellgröße I zur Erhöhung der Dämpferkraft D verringert wird.
Die Aufschaltung der Relativgeschwindigkeit als Störgröße ver­ bessert die Dynamik des Führungsverhaltens und die Kraftregelung kann damit schneller auf Fahrbahnunebenheiten reagieren und Schwingungen können schneller abgebaut werden, wie Fig. 7 zeigt.
Bezugszeichen
 1 Schwingungsdämpfer
 2 Wendelfedern
 3 Federbein
 4 Regeleinrichtung
 5 Wahlschalter
 6 Kraftmeßeinrichtung
 7 Rechner
 8 Regler
 9 Kennfeld (f(v, Fsoll))
10 Entscheidungstabelle
11 Dämpferzylinder
12 Kolbenstange
13 Dämpfungskolben
14 Abdeckung
14 Führungsverschluß
16 Spule
17 Dauermagnet
18 Arbeitsraum
19 Arbeitsraum
20 Trennkolben
21 Bypassventil
22 Anschlüsse
23 Kraftsensor
24 Anschlüsse
Fsoll Dämpfungskraft-Sollwert
Vrel Relativgeschwindigkeit
ma Aufbaumasse
mR Radmasse
Fist Dämpfungskraft-Istwert
Rein Reglereingangsgröße
IR Reglerausgangsgröße
D Dämpfungskraft
Is Störgrößen-Kompensationswert
I Stellgröße
IH Hilfsregelgröße
Ca Federkonstante
da Dämpferkonstante
CR Federkonstante des radimmanenten Systems
dR Dämpferkonstante des radimmanenten Systems
Xe Straßenerregung
XR Radbewegung
Xa Aufbaubewegung
aa Aufbaubeschleunigung
k Proportionalitätsfaktor k

Claims (6)

1. Verfahren zum Regeln eines Fahrwerkes für Kraftfahrzeuge mit regelbaren Schwingungsdämpfern welche zur Einstellung der Dämpfungskraft mit Proportionalventilen ausgerüstet sind, bei dem die Relativgeschwindigkeit zwischen Aufbau- und Radmasse gemessen und der Dämpfungskraftsollwert aus mindestens einer Zustandsgröße ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskraft-Istwert (Fist) gemessen wird und mit dem Dämp­ fungskraft-Sollwert (Fsoll) einer Regeleinrichtung (8) zur Bildung einer Reglerausgangsgröße (IR) zugeführt wird, die Relativgeschindigkeit (Vrel) zwischen der Aufbaumasse (ma) und der Radmasse (mR) und der Dämpfungskraftsollwert (Fsoll) einem Kennfeld (9) zur Erzeugung eines Störgrößenkompensa­ tionswertes (IS) zugeführt werden, der zur Bildung der Stell­ größe (I) der Reglerausgangsgröße (IR) aufgeschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfungskraft-Sollwert (Fsoll) mindestens eine Funktion der Aufbaubeschleunigung (aa) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung, die Wankbe­ wegung des Fahrzeuges, das Bremsnicken und/oder die Niveaure­ gelung als Hilfsregelgrößen (IH) in die Berechnung des Dämp­ fungskraft-Sollwertes (Fsoll) eingehen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsregelgrößen (IH) über eine Entscheidungstabelle in die Berechnung des Dämpfungskraftsollwertes (Fsoll) eingehen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (8) als Proportionalregler ausgebildet ist.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße (I) zur Erhöhung der Dämpfungskraft (D) verringert wird.
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