DE69907447T2

DE69907447T2 - Wanksteuerung für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE69907447T2
Application number: DE69907447T
Authority: DE
Inventors: William Burdock; Andrew David CLARE
Original assignee: Land Rover Group Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: DE69907447D1; GB9812264D0; AU4274599A; EP1085993B1; EP1085993A1; WO1999064262A1; US6282471B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft aktive Federungssysteme für Fahrzeuge und insbesondere derartige Systeme, die einen aktiven Wankausgleich enthalten.
Bei aktiven Federungsausgleichssystemen kann es besonders bei Geländefahrzeugen ein Problem sein, dass sie nicht passend reagieren, wenn das Fahrzeug über einen steilen Seitenhang fährt. Dies ist der Fall, weil bei herkömmlichen Systemen das Vorhandensein eines Seitenhangs nicht erfasst werden kann und das System deshalb auf einen Seitenhang reagiert, als wenn das Fahrzeug in einer Kurve läge. Dies kann zu hohem Leistungsverbrauch führen, da das System versucht, etwas auszugleichen, was einem starken Fahrzeugwanken entsprechen aber lange andauern kann. Dies ist der Fall, weil das Fahrzeug eine beachtliche Zeit lang weiter über den Seitenhang fahren kann, wohingegen starkes Wanken im Allgemeinen nur kurzzeitig vorliegt.
Aus der EP 0 283 004 ist es bekannt, ein Fahrzeugwankausgleichssystem bereitzustellen, bei dem der Wankausgleichsmechanismus in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit geändert wird. Dieses System behandelt jedoch immer noch nicht das Problem des Wankausgleichs auf einem Seitenhang.
Die EP 0 689 116 , auf welcher der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, offenbart ein System zur Erfassung von Seitenhängen, über die ein Fahrzeug fährt, unter Verwendung von. Messungen der Querbeschleunigung und Radgeschwindigkeiten, die wiederum dazu verwendet werden, die Fahrzeug- und Giergeschwindigkeit zu bestimmen.
Die DE 19 607 050 offenbart ein Seitenhangerfassungssystem, das einen Giersensor und Radgeschwindigkeitssensoren verwendet.
Die DE 4 019 732 offenbart ein Wankausgleichssystem, das bei hohen Querbeschleunigungen von einem aktiven in einen passiven Zustand umschaltet, um Energie zu sparen und um die durch das System benötigte Leistung zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Gerät zur Erfassung der Fahrt über einen Seitenhang durch ein Fahrzeug bereit, wobei das Gerät einen Beschleunigungsmesser, der angeordnet ist, um ein Beschleunigungssignal zu erzeugen, das auf die Querbeschleunigung des Fahrzeugs schließen lässt, Geschwindigkeitsmessmittel, die angeordnet sind, um ein geschwindigkeitsabhängiges Signal zu erzeugen, das von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig ist, und Ausgleichsmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmittel Vergleichsmittel, die angeordnet sind, um ein Differenzsignal zu erzeugen, das auf den Unterschied zwischen dem geschwindigkeitsabhängigen Signal und dem Beschleunigungssignal schließen lässt, und Integrationsmittel, die angeordnet sind, um das Differenzsignal mit der Zeit zu integrieren und ein Seitenhangerfassungssignal zu erzeugen, wenn das Integral einen vorherbestimmten Wert erreicht, umfassen.
Das geschwindigkeitsabhängige Signal kann sich nur mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ändern. Wenn das Fahrzeug einen Sensor zur Messung des Lenkwinkels enthält, kann das geschwindigkeitsabhängige Signal alternativ auch von dem Lenkwinkel abhängig sein.
Bevorzugt ist das geschwindigkeitsabhängige Signal so angeordnet, dass es sich mit dem Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Dies gibt den besten Aufschluss über die Kurvenbeschleunigung, weil die Kurvenbeschleunigung sich mit dem Quadrat der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ändert.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Fahrzeugfederungssystem bereit, das Wankausgleichsmittel zum Wankausgleich des Fahrzeugs und ein erfindungsgemäßes Gerät zur Erfassung der Fahrt über einen Seitenhang durch ein Fahrzeug enthält. Bevorzugt weisen die Wankausgleichsmittel aktive und passive Modi auf und sind dafur angeordnet, auf die Erfassung eines Seitenhangs zu reagieren, indem sie im Passivmodus funktionieren. Bevorzugt enthalten die Wankausgleichsmittel einen Hydraulikkreis, der eine Pumpe enthält, die angeordnet ist, um hydraulischen Druck zur Verwendung bei dem aktiven Wankausgleich bereitzustellen, wenn die Wankausgleichsmittel sich im Aktivzustand befinden, die aber ausgeschaltet werden kann oder mit reduzierter Leistung funktionieren kann, wenn die Wankausgleichsmittel sich im Passivzustand befinden.
Die Wankausgleichsmittel können einen Überrollbügel enthalten, der zwei Teile aufweist, die bezüglich einander bewegbar sind, um das Wanken auszugleichen, wenn die Wankausgleichsmittel sich im Aktivzustand befinden, und die miteinander verriegelt werden können, wenn sich das Wankausgleichssystem im Passivzustand befindet.
Bevorzugt sind die Wankausgleichsmittel angeordnet, um von dem Passivmodus in den Aktivmodus umzuschalten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorherbestimmte Schwellengeschwindigkeit überschreitet, während sich die Wankausgleichsmittel im Passivmodus befinden. Dies ist der Fall, weil man bei höheren Geschwindigkeiten davon ausgehen kann, dass sich das Fahrzeug nicht mehr auf einem steilen Seitenhang befindet und dass der normale Wankausgleich erforderlich ist.
Bevorzugt umfasst das System ferner Mittel zur Erzeugung eines Hochgeschwindigkeitssignals, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die Schwellengeschwindigkeit überschreitet, wobei das Hochgeschwindigkeitssignal in die Vergleichsmittel eingegeben wird, die angeordnet sind, um durch die Änderung des Differenzsignals so zu reagieren, als ob ein Geschwindigkeitssignal, das auf eine hohe Fahrzeuggeschwindigkeit schließen lässt, oder ein Querbeschleunigungssignal, das auf eine geringe Querbeschleunigung schließen lässt, empfangen worden wäre.
Es sollen nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das eine Federung gemäfl einer Ausführungsform der Erfindung enthält,
2 eine Draufsicht des Fahrzeugs aus 1 in der Kurvenlage,
3 eine Rückansicht des Fahrzeugs aus 1 bei der Fahrt über einen Seitenhang,
4 eine schematische Darstellung der Ausgleichseinheit des Systems aus 1 und
5 eine Kurve, die zeitliche Änderungen bei dem Ausgang eines Teils einer Ausgleichsschaltung des Fahrzeugs aus 1 zeigt.
Mit Bezug auf 1 weist ein Fahrzeug vier Räder 10, 12, 14, 16 auf, die jeweils an dem Fahrzeugkasten 18 befestigt sind. Das Fahrzeug weist eine unabhängige Federung auf, wobei jedes der Räder über einen Federungsarm 20 an dem Kasten 18 befestigt ist, so dass es sich im Verhältnis zu dem Kasten 18 senkrecht bewegen kann. Ein Überrollbügel 22 ist zwischen den beiden Hinterrädern 14, 16 angeschlossen, um das Wanken des Fahrzeughecks auszugleichen. Der Überrollbügel 22 ist in der Mitte, in zwei Hälften 22a, 22b geteilt, die durch einen Drehstellantrieb 24 unter der Steuerung einer Ausgleichseinheit 26 zueinander drehbar sind. Dadurch kann das Fahrzeugwanken als Reaktion auf Signale, die von den Radgeschwindigkeitssensoren 27 und einer gewissen Anzahl an Beschleunigungsmessern, die Signale bereitstellen, die auf die Beschleunigung von Teilen des Fahrzeugskasten in verschiedenen Richtungen schließen lassen, in die Ausgleichseinheit eingegeben werden, aktiv ausgeglichen werden. Ein ähnlicher Überrollbügel, der nicht gezeigt ist, würde normalerweise ebenso zwischen den Vorderrädern 10, 12 angeschlossen sein.
Mit Bezug auf 2 ist einer der Sensoren ein Querbeschleunigungsmesser 30, der angeordnet ist, um die Beschleunigung des Fahrzeugkastens in der Querrichtung, d. h. der zu der normalen Fahrtrichtung rechtwinkligen waagerechten Richtung, zu messen. Wie in 2 gezeigt, erfasst der Querbeschleunigungsmesser 30, wenn das Fahrzeug in der Kurve liegt, eine Querbeschleunigung a, die durch die Formel a = v²/r gegeben ist, wobei a die Beschleunigung, v die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nach vorne und r der Radius des Bogens, durch den das Fahrzeug wendet, ist.
Mit Bezug auf 3 misst der Beschleunigungsmesser, wenn das Fahrzeug auf einem Seitenhang in einem Winkel θ zur Waagerechten fährt, eine Querbeschleunigung a, die durch die Formel a = g sinθ gegeben ist, wobei g die durch die Schwerkraft bedingte Beschleunigung (9,8 ms^–2) ist.
Das System muss unterscheiden, ob das Fahrzeug über einen steilen Seitenhang fährt, was im Allgemeinen nur bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten vorkommt, wenn das Fahrzeug im Gelände fährt, oder ob es schwer in der Kurve liegt, was im Allgemeinen nur bei höheren Geschwindigkeiten auf der Straße vorkommt.
Mit Bezug auf 4 weist die Ausgleichseinheit 26 einen Eingang 32 auf, der ein Querbeschleunigungssignal von dem Querbeschleunigungsmesser 30 empfängt, und einen anderen Satz Eingänge 34, die Signale von den Radgeschwindigkeitssensoren 27 empfangen. Das Querbeschleunigungssignal wird in einen Vergleicher 36 eingegeben und mit einem Schwellensignal verglichen. Ist die gemessene Querbeschleunigung größer als der Schwellenwert g_t, so schließt der Vergleicher 36 einen Schalter 38, der das Querbeschleunigungssignal über einen Verstärker 44 mit einer Verstärkung G1 mit einem ersten Eingang 40 eines Vergleichers 42 verbindet.
Die vier Radgeschwindigkeitssignale werden in eine Schaltung 46 eingegeben, welche daraus auf bekannte Art und Weise die Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal erzeugt, das proportional zu der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal wird in eine Quadriervorrichtung 47 eingegeben, die ein quadriertes Signal erzeugt, das sich mit dem Quadrat der Fährzeuggeschwindigkeit ändert und über einen Verstärker 48 mit einer Verstärkung G2 in einen zweiten Eingang 50 des Vergleichers 42 eingegeben wird.
Das Rad geschwindigkeitssignal wird ebenso in einen Vergleicher 52 eingegeben, der es mit einem Schwellengeschwindigkeitssignal vergleicht. Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb der durch das Schwellensignal bestimmten Schwellengeschwindigkeit, so erzeugt der Vergleicher 52 ein Hochgeschwindigkeitssignal, das über einen Verstärker 56 mit einer Verstärkung G3 in einen dritten Eingang 54 des Vergleichers 42 eingegeben wird.
Wenn man davon ausgeht, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb der Schwellengeschwindigkeit liegt, so dass es keine Eingabe in den dritten Eingang 54 des Vergleichers gibt, vergleicht der Vergleicher 42 die Signale an seinem ersten und zweiten Ausgang 40, 50 und erzeugt ein Differenzsignal, das gleich dem Unterschied zwischen dem Beschleunigungssignal und dem quadrierten Geschwindigkeitssignal ist. Dieses Differenzsignal lässt deshalb auf die unmittelbare Seitenhangneigung schließen, über die das Fahrzeug fährt. Um eine genaue unmittelbare Messung des Seitenhangs bereitzustellen, wäre offensichtlich der Lenkwinkel der lenkbaren Vorderräder des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Dazu ist jedoch ein getrennter Lenkwinkelsensor erforderlich, der das System verteuert, und die oben beschriebene Anordnung hat sich als für die meisten Zwecke präzise genug erwiesen.
Das Differenzsignal, das positiv ist, wenn das Querbeschleunigungssignal größer ist als das quadrierte Geschwindigkeitssignal, und negativ ist, wenn das quadrierte Geschwindigkeitssignal größer ist als das Querbeschleunigungssignal, wird dann in einen Integrator 58 eingegeben, der das Differenzsignal mit der Zeit ununterbrochen integriert. Der Integrator ist derart angeordnet, dass das Integralsignal nur positive Werte aufweisen kann. Wenn es auf Null sinkt, bleibt es dort, bis das Differenzsignal wieder positiv ist. Das Integralsignal ist also auf einen Höchstwert beschränkt, so dass, wenn das Fahrzeug einen Seitenhang verlässt, das Integralsignal innerhalb einer angebrachten Zeitspanne wieder auf Null sinkt.
Ist die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als die Schwellengeschwindigkeit, so wird das Hochgeschwindigkeitssignal über den Verstärker 56 in den Vergleicher 42 eingegeben. Die Verstärkung G3 dieses Verstärkers ist relativ hoch im Vergleich zu den Verstärkungen G1, G2 der anderen beiden Verstärker. Der Vergleicher leitet den Wert des Hochgeschwindigkeitssignals von dem Unterschied zwischen dem Querbeschleunigungssignal und dem quadrierten Geschwindigkeitssignal ab, um ein geändertes Differenzsignal zu erzeugen. Daraus, ergibt sich, dass, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die Schwellengeschwindigkeit überschreitet,das Differenzsignal auf einen relativ hohen negativen Wert geht, der das Integralsignal dazu veranlasst, schnell auf Null abzufallen.
Die Querbeschleunigung wird auch durch einen Vergleicher 60 verfolgt, und wenn sie einen vorherbestimmten hohen Pegel g_m überschreitet, setzt ein Signal an den Integrator 58 das System auf den normalen Betrieb zurück. Dieser Pegel ist so eingestellt, dass er geringfügig kleiner ist, als der Höchstwert, der auf einem Seitenhang vorkommen kann, ohne dass das Fahrzeug umkippt. Wenn dieser Pegel der Querbeschleunigung vorkommt, muss er entweder auf ein anderes Manöver als die Fahrt über einen Seitenhang, wobei der normale Wankausgleich erforderlich ist, oder auf einen extremen Seitenhang, wobei der normale Antiwankausgleich helfen kann zu verhindern, dass das Fahrzeug umkippt, zurückzuführen sein.
Es versteht sich, dass sich das Integralsignal mit der Zeit in Abhängigkeit von der Kurvenlage und dem Seitenhang, die oder den das Fahrzeug erfährt, in einer in 5 abgebildeten Art ändert.
Mit Bezug auf 5, die Änderungen des Integralsignals V mit der Zeit zeigt, fährt das Fahrzeug zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ über eine ungleichmäflige Geländefläche mit geringfügigem durchgehendem Seitenhang. Wenn unter diesen Umständen eine hohe gemessene Querbeschleunigung vorliegt, ist sie auf die Kurvenlage oder die Unebenheit des Bodens zurückzuführen und dauert nicht langzeitig an. Wenn das Differenzsignal also tatsächlich positiv wird, geht es schnell wieder auf Null zurück. Zu dem Zeitpunkt t₁ trifft das Fahrzeug auf einen Seitenhang, so dass die gemessene Querbeschleunigung ansteigt und auf einem hohen Pegel bleibt, während sie sich weiterhin wegen Fahrzeugwankens und Kurvenlage ändert. Das Differenzsignal steigt somit langsam an. Wenn das Differenzsignal einen Schwellenwert V_t erreicht, bestimmt die Ausgleichseinheit 26, dass sich das Fahrzeug auf einem Seitenhang befindet, und verriegelt die beiden Hälften des Drehstellantriebs 24 miteinander. Dies verriegelt die beiden Hälften des Überrollbügels miteinander, so dass er wie ein normaler einstöckiger Überrollbügel wirkt. Dies versetzt das Wankausgleichssystem in den passiven Modus und reduziert wirksam die durch den Drehstellantrieb benötigte Leistung auf Null. Zu dem Zeitpunkt t₂ erreicht das Integralsignal einen Höchstwert V_m und wird auf diesem gehalten, solange das Differenzsignal positiv bleibt. Zu dem Zeitpunkt t₃ verlässt das Fahrzeug den Seitenhang, und somit sinkt die Querbeschleunigung. Das Differenzsignal wird negativ, und das. Integralsignal fällt langsam ab. Zu dem Zeitpunkt t₄ überschreitet die Fahrzeuggeschwindigkeit die Schwellengeschwindigkeit, so dass das Hochgeschwindigkeitssignal in den Vergleicher 42 eingegeben wird und das Differenzsignal einen hohen negativen Wert annimmt. Das Integralsignal sinkt deshalb schnell auf Null. Während das Integralsignal durch den Schwellenwert Vt geht, wird der Drehstellantrieb 24 entriegelt, und das Wankausgleichssystem wird wieder aktiv.
Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Ausgleichsalgorithmen in verschiedenartigen aktiven Wankausgleichssystemen verwendbar sind. Z. B. kann das System, das in unserer ebenfalls anhängigen internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/GB97/03314 beschrieben ist und einen hydraulischen Linearstellantrieb statt des oben beschriebenen Drehstellantriebs verwendet, die Merkmale der vorliegenden Erfindung enthalten. Sie ist auch in vollhydraulischen oder vollpneumatischen Federungssystemen anwendbar, bei denen der aktive Wankausgleich bereitgestellt wird, indem auf senkrechte Stellantriebe an jedem Rad geregelter Fluiddruck angewendet wird.

Claims

Gerät zur Erfassung der Fahrt über einen Seitenhang durch ein Fahrzeug, wobei das Gerät einen Beschleunigungsmesser (30), der angeordnet ist, um ein Beschleunigungssignal zu erzeugen, das auf die Querbeschleunigung des Fahrzeugs schließen lässt, Geschwindigkeitsmessmittel (27), die angeordnet sind, um ein geschwindigkeitsabhängiges Signal zu erzeugen, das von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig ist, und Ausgleichsmittel (26) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmittel (26) Vergleichsmittel (42), die angeordnet sind, um ein Differenzsignal zu erzeugen, das auf den Unterschied zwischen dem geschwindigkeitsabhängigen Signal und dem Beschleunigungssignal schließen lässt, und Integrationsmittel (58), die angeordnet sind, um das Differenzsignal mit der Zeit zu integrieren und ein Seitenhangerfassungssignal zu erzeugen, wenn das Integral einen vorherbestimmten Wert (V_t) erreicht, umfassen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei das geschwindigkeitsabhängige Signal so angeordnet ist, dass es sich mit dem Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit ändert.
Fahrzeugfederungssystem, umfassend Wankausgleichsmittel (22, 24), um das Wanken des Fahrzeugs auszugleichen, und ein Gerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erfassung der Fahrt über einen Seitenhang durch ein Fahrzeug.
System nach Anspruch 3, wobei die Wankausgleichsmittel (22, 24) aktive und passive Modi aufweisen und dafür angeordnet sind, auf die Erfassung eines Seitenhangs durch Funktionieren in dem passiven Modus zu reagieren.
System nach Anspruch 4, wobei die Wankausgleichsmittel (22, 24) einen Hydraulikkreis enthalten, der eine Pumpe enthält, die angeordnet ist, um hydraulischen Druck zur Verwendung bei dem aktiven Wankausgleich bereitzustellen, wenn sich die Wankausgleichsmittel im Aktivzustand befinden, die aber ausgeschaltet werden oder mit reduzierter Leistung funktionieren kann, wenn sich die Wankausgleichsmittel im Passivzustand befinden.
System nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Wankausgleichsmittel einen Überrollbügel (22) umfassen, der zwei Teile (22a, 22b) aufweist, die bezüglich einander bewegbar sind, um das Wanken auszugleichen, wenn sich die Wankausgleichsmittel im Aktivzustand befinden, und die miteinander verriegelt werden können, wenn sich das Wankausgleichssystem im Passivzustand befindet.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Wankausgleichsmittel angeordnet sind, um von dem passiven Modus in den aktiven Modus umzuschalten, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit eine vorherbestimmte Schwellengeschwindigkeit überschreitet, während sich die Wankausgleichsmittel in dem passiven Modus befinden.
System nach Anspruch 7, ferner umfassend Mittel (56) zur Erzeugung eines Hochgeschwindigkeitssignals, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die Schwellengeschwindigkeit überschreitet, wobei das Hochgeschwindigkeitssignal in die Vergleichsmittel (42) eingegeben wird, die angeordnet sind, um durch die Änderung des Differenzsignals so zu reagieren, als ob ein Geschwindigkeitssignal, das auf eine hohe Fahrzeuggeschwindigkeit schließen lässt, oder ein Querbeschleunigungssignal, das auf eine geringe Querbeschleunigung schließen lässt, empfangen worden wäre.