DE69621138T2

DE69621138T2 - Verstellbares federungssystem für sitze und verfahren zur regelung desselben

Info

Publication number: DE69621138T2
Application number: DE69621138T
Authority: DE
Inventors: M. Catanzarite
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2016-06-20
Also published as: KR19990044529A; EP0850156B1; DE69621138D1; EP0850156A1; CA2229146C; US5652704A; WO1997010118A1; EP0850156A4; JP2000511128A; CA2229146A1

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf das Gebiet der steuerbaren Dämpfer gerichtet. Im besonderen ist die vorliegende Erfindung auf ein steuerbares Sitzaufhängedämpfersystem gerichtet, entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zum dynamischen Steuern eines derartigen Dämpfersystems entsprechend Anspruch 11.
Verschiedene Sitzdämpfersysteme sind vorgeschlagen worden für den Einsatz in Lastwagen, Straßenmaschinen, Bootssitzen und Kraftwagen- sowie Raumanwendungen. Die meisten Systeme, die bis heute zum Einsatz kommen sind passiv, d. h. sie besitzen eine Spiral- oder Luftfeder mit fixierten Betriebscharakteristika. Ein Kompromiß muß in derartigen Systemen gemacht werden zwischen der angestrebten Steuerung für Hochamplitudenvibration und einer Bereitstellung der angestrebten Isolation von hochfrequenten Störungen. Derartig abgestimmte passive Systeme können zu schlechten Fahrtzuständen führen, die für die Bedienungsperson zu einem mangelnden Komfort führen und in manchen Fällen den Steuerverlust des Fahrzeuges verursachen können.
Ein steuerbarer Sitzdämpfer entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 nach dem Stand der Technik wird beschrieben und beansprucht in der amerikanischen Patentschrift 5 358 305 (Kaneko et al). In der Kaneko et al Unterlage wird ein hydraulischer Sitzdämpfer eingesetzt mit einem steuerbaren Ventil, welches umgeschaltet werden kann zwischen einer geschlossenen und einer offenen Position, wobei die Einstellung auf eine einzige harte und eine einzige weiche Position begrenzt ist.
Entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1 besteht die Erfindung in einem steuerbaren Sitzdämpfersystem zum Dämpfen von Vibrationen, welche sich von einem Fahrzeugrahmen zu einem Fahrzeugsitz übertragen, mit einer Sitzaufhängung, welche zum Befestigen des Sitzes auf den Rahmen einen Träger und ein Federmittel umfaßt, wobei das steuerbare Sitzdämpfersystem folgendes umfaßt:
a) einen steuerbaren Dämpfer, welcher zwischen dem Sitz und dem Rahmen paralell zur Sitzaufhängung angeordnet ist, wobei der steuerbare Dämpfer ein magnetorheologisches Fluid oder ein elektrorheologisches Fluid enthält, dessen rheologische Eigenschaften durch Anlegen eines magnetischen Feldes am Fluid veränderbar sind, wobei das magnetische Feld zum kontinuierlichen Einstellen eines Kraftausganges des steuerbaren Dämpfers über einen ersten gewünschten Bereich eine variable Stärke aufweist,
b) einen ersten Sensor, welcher zum Überwachen einer Sitzposition relativ zum Fahrzeugrahmen mit einem Abschnitt der Sitzaufhängung verbunden ist,
c) eine elektronische Steuerung zum Empfang eines Signals des ersten Sensors,
d) einen Kabelbaum, welcher den Sensor, die Steuerung und den steuerbaren Dämpfer miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung zum Berechnen eines geeigneten Steuersignals zur Ausgabe an den steuerbaren Dämpfer mittels eines Steueralgorithmus ausgebildet ist, um zum Ändern der rheologischen Eigenschaften eine Stärke des magnetischen Feldes über einen zweiten vorbestimmten Bereich einzustellen, wodurch der Kraftausgang des steuerbaren Dämpfers über den ersten gewünschten Bereich einstellbar ist und
e) daß zum Ermöglichen einer Übertragung von Strom- und Datensignalen jeweils zwischen Kabelbaum, Sensor, Steuerung und steuerbarem Dämpfer wenigstens eine dieser Komponenten mit einer Energiequelle verbunden ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein ein größeres Ausmaß an Steuerung der Dämpfungskraft, die das System bereitstellt, zur Verfügung. Da der Dämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung ein steuerbares Fluid einsetzt, wobei es sich um ein matnetorheologisches Fluid handelt, und da das spezielle Steuerverfahren zum Einsatz kommt, kann die vorliegende Erfindung eine kontinuierliche Steuerung der Ausgangskraft des Dämpfersystems über einen signifikanten Bereich bereitstellen. Ein einzelner Positionssensor kann den erforderlichen Eingang bereitstellen, um die angestrebte Einstellung zu gestatten. Nullbänder vermeiden die Übertragung von hochfrequenten Vibrationen auf die den Sitz einnehmende Person. Der Einsatz von Endanschlägen kann die Dämpfungskraft erhöhen, wenn der Dämpfer an der unteren (oder oberen) Begrenzung eintrifft, um damit das ruckartige Gefühl einer Endanschlagskollision zu vermeiden.
Entsprechend dem unabhängigen Anspruch 11 umfaßt die Erfindung ein Ratensteuerverfahren zum Steuern eines steuerbaren Dämpfersytems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt
a) Erfassen einer ersten Auslenkung des Steuersystems,
b) Zuführen der ersten Auslenkung an einer Steuerung,
c) Erfassen einer nachfolgenden Auslenkung des Steuersystems,
d) Zuführung der nachfolgenden Auslenkung an die Steuerung,
e) Verarbeiten der ersten und der Nachfolgenden Auslenkung mittels eines Filters innerhalb der Steuerung, um eine Verschiebungsrate des Dämpfersystems zu bestimmen,
f) Bestimmen ob die Verschiebungsrate positiv oder negativ ist,
g) Einstellen einer Eingangverstärkung auf eine gewünschte Dehnungsverstärkung, wenn die Rate positiv ist und auf eine gewünschte Kompressionsverstärkung, wenn die Rate negativ ist,
h) Ableiten eines Ausgangssignals gleich der Verschiebungsrate, wenn positiv und gleich einem Absolutwert der Verschiebungsrate, wenn negativ,
i) Vergleichen des Ausgangssignals mit einem vorbestimmten Nullband, um zu bestimmen, ob das Signal in das Nullband fällt,
j) Einstellen des Ausgangssteuersignals auf einen Minimumwert, wenn das Ausgangssignal innerhalb des Nullbandes liegt, und Multiplizieren des Ausgangssignals mit der geeigneten in Schritt g) gesetzten Verstärkung, wenn dieses nicht im Nullband liegt und
k) Zuführen des Ausgangssignals an den steuerbaren Dämpfer und dessen Kraftausgangseinstellung auf einen geeigneten Wert einzustellen.
Durch den Einsatz einer beliebigen Anzahl zusätzlicher Sensoren, wie etwa einen Bremssensor, einen Kupplungssensor, einen Sitzbelegsensor, einen Ganghebelpositionssensor, einen Steuerwinkelsensor, einen Geschwindigkeitssensor, einen Überrollsensor, können zusätzliche Merkmale bereitgestellt werden, oder bestehende Merkmale verstärkt werden. Ein Sitzniveauschalter kann bereitgestellt werden, um den Sitz in einer angestrebten Höhe zu halten. Zusätzlich kann ein manueller Fahrverhaltensschalter vorgesehen sein, um es dem Fahrer zu ermöglichen, das Niveau des Dämpfens auszuwählen, welches für den augenblicklichen Fahrtyp oder den besonders bevorzugten Fahrtyp angestrebt wird.
Verschiedene andere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Vorrichtung und des Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden deutlich nach dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung und der angehängten Ansprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Die folgenden Figuren beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung und des Steuerverfahrens der vorliegenden Erfindung, wobei entsprechende Elemente gleiche Bezugsziffern tragen. Die Figuren geben die Erfindung im Detail wieder.
Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht des steuerbaren Sitzaufhängesystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht, wobei Teile weggeschnitten sind, eines steuerbaren Dämpfers, der für das Aufhängesystem gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Steuersystems mit der Aufzeichnung der Richtung der Daten und den Stromflusses durch die verschiedenen Elemente des Kabelbaums;
Fig. 4 ist eine diagrammatische Darstellung des logischen Ablaufplans für das Ratensteuersystem der vorliegenden Erfindung und
Fig. 5 ist eine Aufzeichnung des Ansprechens des steuerbaren Sitzaufhängesystems verglichen mit zwei passiven Systemen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das steuerbare Sitzdämpfersystem der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt und allgemein mit der Bezugsziffer 20 versehen. Der Sitz 11 ist auf einem Rahmen 13 montiert mittels eines Aufhängesystems, welches allgemein mit der Bezugsziffer 15 identifiziert ist. Das Aufhängesystem 15 umfaßt eine Federeinrichtung 17 sowie eine Trageeinrichtung 19, wobei die Federeinrichtung 17 hier als einstellbare Luftfeder dargestellt ist, während die Stützeinrichtung 19 als Scherenmontage dargestellt ist. Es ist offensichtlich, daß auch andere Federeinrichtungen und Stützeinrichtungen zum Einsatz kommen können. Beispielsweise kann eine mechanische Schraubenfeder mit einem Motor zur Einstellung von ihrer Vorlast die einstellbare Luftfeder, wie sie hier dargestellt ist, ersetzen. Die vorliegende Erfindung wird im Zusammenhang mit einer Lastwagensitzanwendung beschrieben, obwohl, wie zuvor erwähnt, das System eine breite Anwendbarkeit besitzt.
Der Dämpfer 22 ist parallel zur Federeinrichtung 17 und zur Stützeinrichtung 19 montiert, wobei er mit einem Ende an den Sitz 11 und dem anderen an dem Rahmen (oder die Etage) 13 angeschlossen ist. Der Zweck des Dämpfersystems 20, wie es in die Sitzaufhängung integriert ist, dient dazu, den Sitz 11 und dementsprechend den Passagier von der Übertragung der Vibrationsenergie von dem Rahmen 13 zu isolieren. Der Fahrzeugrahmen 13 kann natürlich Vibrationseingang aufnehmen von einer Anzahl hoch- und niedrigfrequenter Quellen einschließlich Straßeneingänge und Motoreingänge. Es ist die Absicht der vorliegenden Erfindung, einen einstellbaren Dämpfer bereitzustellen, der in der Lage ist, die Gesamtisolation zu verbessern durch das Einstellen der Dämpfungskraft, die bereitgestellt wird, um sowohl die hochfrequenten Niedrigamplitudenvibrationen als auch die niedrigfrequenten Hochamplitudenbewegungen zu dämpfen.
Der Dämpfer 22 ist im größeren Detail in Fig. 2 wiedergegeben. Der Dämpfer 22 ist ein Fluiddämpfer und kann entweder vom elektrorheologischen (ER) der magnetorheologischen (MR) Typ sein, ist jedoch vorzugsweise von dem MR-Arten, wie sie in den amerikanischen Patentschriften 5,277,281 und 5,284,330 beschrieben und beansprucht sind. Der Dämpfer 22 besitzt einen Kolben 24 mit einem Kolbenkopf 30, der gleitend innerhalb eines Zylindergehäuses 26 angeordnet ist, wodurch das Gehäuse in eine obere (28U) und eine untere (28L) Kammer unterteilt ist, die ein magnetorheologisches Fluid enthalten. Der Kolbenkopf 30 besitzt eine Öffnung 32, die sich axial hier hindurch erstreckt, wobei die Öffnung 32 zumindest teilweise und vorzugsweise insgesamt von einer feldinduzierenden Spule 34 umgeben ist.
Wenn Strom durch die Spule 34 mit Hilfe der Leiter 36 geführt wird, baut sich ein Magnetfeld einer vorbestimmten Stärke auf und die rheologischen Eigenschaften des MR-Fluids, welches sich zwischen den Kammern 28U und 28L bewegt, werden aufgebaut. Wenn der Strom eingestellt wird durch die Stromsteuerung 35 (Fig. 3; ein linearer Stromverstärker beispielsweise) werden die Eigenschaften des rheologischen Fluids verändert und stellen das Strömungsausmaß des Fluids ein. Dementsprechend wird die Kraft, die durch den Dämpfer 22 erzeugt wird, eingestellt durch die Veränderung des Ausmaßes des Stromflusses und dementsprechend die Feldstärke des induzierten Magnetfeldes, welches das MR-Fluid beeinflußt. Die Öffnung 32 wirkt als Ventil, da ein "eingedicktes" Fluid nun langsamer hindurchfließt. Da die Strömungseigenschaften des MR-Fluids schrittweise über einen substantiellen Bereich eingestellt werden können, kann die Kraft, die durch den Dämpfer 22 erzielbar ist, in einer ähnlichen Weise über einen substantiellen Bereich eingestellt werden. Der Dämpfer 22 kann mit einem Hilfskolben 38 ausgerüstet sein, welcher die Kammer 28L von einem Endbereich 40 trennt, welcher mit einem pneumatischen Fluid gefüllt werden kann über eine (nicht dargestellte) Einfüllöffnung. Dies dient als eine Expansionskammer für die thermische Expansion und Kontraktion des inkompressiblen Fluid wie auch zur Bereitstellung eines Raumes für das Fluid, welches durch die Kolbenstange verdrängt wird.
Die Steuerung 42 ist in Fig. 1 dargestellt und zwar befestigt unterhalb des Sitzes 11. Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 ist die Steuerung 42 vorzugsweise ein 8-Bit-Mikroprozeßrechner und ein Verdrahtungskabelbaum verbindet betrieblich die Steuerung 42 mit den anderen Komponenten des Systems. Für manche Anwendungen reicht ein 4-Bit-Rechner aus. Jede Leitung in Fig. 3 trägt eine Pfeilspitze (entweder am vorderen oder am hinteren Ende), welche ein Bestandteilselement des Verdrahtungskabelbaums repräsentiert. In der grundlegendsten Form umfaßt das steuerbare Sitzdämpfersystem 20 einen Dämpfer 22, der steuerbar ist, einen Primärsitzpositionssensor 44, um das Auslenkungsausmaß des Sitzes 11 zu bestimmen, eine elektronische Steuerung 42 zur Durchführung der Ratenberechnung und zum Absenden eines Steuersignals an den Dämpfer 22 sowie einen Verdrahtungskabelbaum, welcher diese Elemente miteinander verbindet und zumindest einige der Komponenten mit einer Batterie 21 oder einer ähnlichen Stromquelle.
Vorzugsweise umfaßt das Sitzdämpfersystem 20 einen Fahrverhaltensschalter 46 sowie einen Sitzniveauschalter 48. Der Fahrverhaltensschalter kann in einer Anzahl von Positionen arretiert werden, um manuell die algorithmischen Parameter zu ändern, um damit das gesteuerte Verfahren in Übereinstimmung mit den Wünschen des Fahrers einzustellen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß drei Positionen, wie etwa "weich", "mittel" und "hart" zufriedenstellend sind, ohne den Fahrer mit zu vielen Auswahlmöglichkeiten zu überfordern. Andere Markierungen könnten ausgewählt werden für andere Positionen, wie etwa "Kutschieren", "Gelände" und "Rangieren" oder "Leistung", "Sport" und "Reise" in Abhängigkeit von dem speziellen Einsatz. Die Werte für jede dieser Einstellungen sind vorzugsweise fabrikmäßig eingestellt, können jedoch, falls dies gewünscht wird, vom Fahrer justierbar gemacht werden.
Der Einsatz des Fahrverhaltenschalters 46 macht es möglich, das Gefühl des Sitzdämpfungssystems auf die Vorzüge des Fahrers einzustellen. Wie einige der Positionsnamen angeben, kann diese Auswahl einsatzbezogen sein oder einfach den Fahrgefühlvorzug des Fahrers wiedergeben. Diese manuelle Einstellung des Gefühls ändert die Parameter, die im ROM gespeichert sind und die ausgewählt sind für den Einsatz, wobei diese Parameter Verstärkung, Filterfrequenz und Nullbandbegrenzungen einfließen. Der Sitzniveauschalter 48 wird, wenn er aktiviert ist, den Mikrorechner 42 veranlassen, den Sitz auf einem Niveau zu halten, auf welches der Sitz eingestellt ist, unabhängig von den Fahrparametern, die versuchen, dieses zu verschieben.
Gewisse andere wahlweise eingesetzte Sensoren können dem System zusätzliche Merkmale zur Verfügung stellen oder die existierenden Betriebscharakteristika verstärken. Beispielsweise können Eingänge von einem Bremsensensor 50 und einem Kupplungssensor 52 die Dämpfungskraft des Sitzdämpfers 22 erhöhen, während des Bremsens oder des Schaltens, um zu verhindern, daß der Sitz sich von dem Gas-, Brems- und Kupplungspedal entfernt, welches sonst dazu führen kann, daß das Fahrzeug außer Kontrolle gerät. Der Sitzbelegsensor 54 kann zum Einsatz kommen, um den Sitz abzusenken, wenn der Fahrer das Gewicht von dem Sitz wegnimmt, um auszusteigen, so daß ein leichteres Aussteigen aus dem Fahrzeug ermöglicht wird, während ein Wiederanheben des Sitzes bis zur gewünschten Position erfolgt, bei der Rückkehr zum Fahrzeug.
Der Lenkwinkelsensor 56 kann der elektronischen Steuerung 42 ein Eingangssignal zur Verfügung stellen, welches zu einer größeren Dämpfungskraft führt, wenn der Sensor 56 anzeigt, daß das Fahrzeug durch eine scharfe Kurve fährt. Der Ganghebelpositionssensor 58 und der Geschwindigkeitssensor 60 können Einstellungen zum Dämpfersystem 20 vornehmen in Abhängigkeit von dem Fahrtyp, mit welchem sich der Fahrer engagiert. Wenn beispielsweise die Geschwindigkeit niedrig und die Schaltposition niedrig ist, kann der Sitz auf den "Kutschier"- Modus eingestellt werden. Wenn der Schaltpositionssensor 58 anzeigt, daß sich das Fahrzeug in rückwärtiger Richtung bewegt, kann die Sitzhöhe höher eingestellt werden, um eine bessere Sichtbarkeit nach hinten aus dem Fahrzeug zu ermöglichen. Schließlich kann ein Überrollsensor 62 zum Einsatz kommen, um den Dämpfer und die Luftfeder freizusetzen, um damit die Kraft, die auf den Sitz einwirkt, zu reduzieren, so daß sich die Möglichkeit verringert, daß der Fahrer im Fahrzeug eingeklemmt wird, während eines Überrollunfalles.
Die Mikroprozessorsteuerung 42 führt alle Rechnungen aus, um ein geeignetes Dämpfungsniveau zu bestimmen und um das erforderliche Stromniveau zu bestimmen, welches im Dämpfer 22 erforderlich ist, um das Dämpfungsniveau zu erzeugen, welches ein bestimmtes Steuerverfahren verwendet. Das spezielle Sitzdämpfersystem, welches oben beschrieben wurde, kann eingesetzt werden für jedes beliebige Steuerverfahren, wie etwa Beckenhaken- oder Auslenkungssteuerung, wie sie beschrieben und beansprucht werden in der amerikanischen Patentschrift 5,276,623, um das System zu betreiben. Das speziell wirksame Steuersystem, welches bei der vorliegenden Einrichtung zum Einsatz kommt und welches auch in anderen Anwendungen ebenfalls Verwendung finden kann, ist jedoch das Ratensteuerverfahren. Die besonderen Schritte, die eingesetzt werden, um die Ratensteuertechnik auszuführen, sind im Ablaufprogramm gemäß Fig. 4 wiedergegeben. Von aufeinanderfolgenden Ablesungen, die dem Auslenkungssensor 44 entnommen werden (der pro Sekunde 200 · oder mehr abgelesen werden kann) bestimmt der Mikroprozessor 42 die Rate und die Richtung der Sitzverschiebung. Ein Filter innerhalb des Mikroprozessors (welcher in die Software eingeschlossen werden kann, z. B. in einem Algorithmus oder in der Hardware) empfängt die aufeinander folgenden Auslenkungsmessungen und errechnet ein Ausmaß der Verschiebung. Die Einstellung der Eingangsfilterfrequenz wird erreicht durch die Einstellung einer Durchschnittszeitkonstante, womit die Steuerung ein angestrebtes Fahrgefühl abstimmt. Der Ratensteuerfilter bestimmt die Rate durch die Berechnung der folgenden Werte. Die Verschiebungssumme, Sn+1, ist gleich Sn - Dave (Auslenkungsdurchschnitt) + Dn (Auslenkung für die n'te Messung), wobei Dave gleich ist Sn+1/F (Filterfrequenz). Die Auslenkungsrate, R, ist gleich Dn - Dave.
Wenn die Rate positiv ist, d. h., wenn der Dämpfer sich ausdehnt, dann stellt der Rechner 42 die Eingangsverstärkung auf "Ausdehnungsverstärkung" ein, für eine spätere Anwendung. Wenn die Rate negativ ist, d. h., wenn der Dämpfer ein Zusammendrücken erfährt, stellt der Rechner 42 die Eingangsverstärkung auf "Zusammendrückungsverstärkung" ein, welche eingegeben wurde, und typischerweise ein unterschiedlicher Wert ist als die "Ausdehnungsverstärkung". Zusätzlich nimmt der Rechner den Absolutwert der Zusammendrückungsrate, d. h. er setzt den Wert um in einen positiven Wert, um die "Ausgangsrate" zu etablieren.
Die "Ausgangsrate" wird dann verglichen mit den hohen und niedrigen Wert als Eingang in das Nullband. Wenn die Ausgangsrate in das Nullband fällt, dann wird das Ausgangssignal auf seinen Minimalwert (beispielsweise "weich") eingestellt. Es leuchtet ein, da das Nullband ratenbezogen ist, es auch dynamisch ist, d. h. es kann sich bewegen, wenn sich der Sitz mit einer Rate bewegt, die langsam genug ist, um den Dämpfer nicht zu betätigen. Wenn die Ausgangsrate nicht in das Nullband hineinfällt, multipliziert der Mikroprozessor 42 diese Rate mit der Verstärkung (Ausdehnung oder Kompression), die zuvor ausgewählt wurde, um das sich ergebende Ausgangssignal zu erzeugen. Das resultierende Ausgangssignal wird dann dem Dämpfer 22 zugeführt. Das Ergebnis dieses Verfahrens liegt darin, die Ausgangskraft des Dämpfers 22 auf einen angestrebten Wert zu verstärken, wie er bestimmt wird, durch den Werteeingang für die Filterfrequenz und die Ausdehnungs- und Kompressionsverstärkung.
Wahlweise kann der Mikroprozessor 42 die "Ausgangsrate" nehmen und sie durch einen weiteren Schritt verarbeiten, um zu bestimmen, ob das Sitzdämpfersystem sich seinem "Endanschlag" nähert, d. h., ob der Kolben 24 sich in der Nähe einer Bewegungsgrenze befindet. Wenn der Auslenkungssensor 44 die Überprüfung durchführt und bestimmt, daß sich der Kolben nicht einem Endanschlag nähert, kehrt der Mikroprozessor zu seinem Fehlerprogramm zurück, d. h. er multipliziert die Ausgangsrate durch die entsprechende Ausdehnungs- oder Kompressions- Verstärkung, um das sich ergebende Ausgangssignal zu erzeugen, welches dem Dämpfer 22 zugeführt wird. Wenn andererseits der Sensor 44 anzeigt, daß sich ein Endanschlag nähert, kommt ein anderer typischerweise höherer Verstärkungswert, der manuell eingestellt wurde, zum Einsatz, um diese Ausgangsrate zu unterstützen und damit eine Grenzüberschreitung des Dämpfers 22 zu vermeiden. Während hier der Begriff "Grenzüberschreitung" zum Einsatz kommt, soll damit beabsichtigt werden, daß die Endanschlagverstärkung eine Übererstreckung des Dämpfers wie auch eine übermäßige Kompression zu verhindern. Außerdem soll, während diese Verstärkung beschrieben wurde als manuell eingestellt, dieses Einstellmerkmal dazu dienen, das System flexibler zu gestalten, und die Einstellung wird typischerweise vollzogen als Teil der fabrikmäßigen Einstellung für die spezielle Anwendung und nicht durch den Fahrer.
Fig. 5 ist eine Kurvendarstellung, die das Sitzaufhängesystem gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem weichen passiven Dämpfungssystem und einem harten passiven Dämpfungssystem vergleicht. Jedes System wurde mit dem identischen Sitz untersucht, um geeignete Vergleichsdaten zu erzeugen. Wie ersichtlich ist, isoliert das weiche passive System wirksam den Fahrer von einigen höher frequenten Vibrationen, die untersucht wurden, aber eine signifikante Übertragungsspitze ergab sich bei der harmonischen Frequenz des ungesteuerten Systems. Infolge seiner inhärenten Steifigkeit ist das feste passive System weniger wirksam bei der Isolierung höher frequenter Vibrationen, die untersucht wurden, und tatsächlich weniger wirksam bei der Isolation bei allen Frequenzen mit Ausnahme der harmonischen des weichen Systems. Das Dämpfersystem und das Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung stellen eine Übertragbarkeit unter 1 zur Verfügung für alle Vibrationseingänge über 4 Hz. Dieses verbesserte Verfahren ist nicht nur positiv für den Komfort des Fahrers, sondern gleichzeitig auch für die Sicherheit, da der Fahrer isoliert wird von Vibrationen mit großer Amplitude, die dazu führen können, daß er die Kontrolle über das Fahrzeug verliert.
Dieses spezielle Ratensteuerverfahren kann mit geringerem Kostenaufwand zum Einsatz gebracht werden, verglichen beispielsweise mit der "Deckenhaken"- Steuerung, und es hat sich erwiesen, daß es zu besseren Ergebnissen führt als das Auslenkungsverfahren des '623 Patentes. Verschiedene Alternativen, Modifikationen und Substitutionen leuchten dem Sachverständigen auf diesem Gebiet ein nach dem Lesen der vorangehenden Beschreibung. Beispielsweise kann das System offenbar, obwohl dieses System als geeignet für große Lastwagen und Geländefahrzeuge dargestellt wurde, auch zum Einsatz in PKW- und Schiffsanwendungen. Es ist beabsichtigt, daß alle diese Alternativen, Modifikationen und Substitutionen, die in den Rahmen der vorliegenden Ansprüche fallen, als Teil der vorliegenden Erfindung anzusehen sind.

Claims

1. Ein steuerbares Sitzdämpfersystem (20) zum Dämpfen von Vibrationen, welche sich von einem Fahrzeugrahmen (13) zu einem Fahrzeugsitz (11) übertragen, mit einer Sitzaufhängung, welche zum Befestigen des Sitzes auf dem Rahmen einen Träger (19) und ein Federmittel (17) umfaßt, wobei das steuerbare Sitzdämpfersystem folgendes umfaßt:

(a) einen steuerbaren Dämpfer (22), welcher zwischen dem Sitz (11) und dem Rahmen (13) parallel zur Sitzaufhängung angeordnet ist, wobei der steuerbare Dämpfer ein magnetrheologisches Fluid oder ein elektrorheologisches Fluid enthält, dessen rheologische Eigenschaften durch Anlegen eines magnetischen Feldes am Fluid veränderbar sind, wobei das magnetische Feld zum kontinuierlichen Einstellen eines Kraftausgangs des steuerbaren Dämpfers über einen ersten gewünschten Bereich eine variable Stärke aufweist;

(b) einen ersten Sensor (44), welcher zum Überwachen einer Sitzposition relativ zum Fahrzeugrahmen mit einem Abschnitt der Sitzaufhängung verbunden ist;

(c) eine elektronische Steuerung (42) zum Empfang eines Signals des ersten Sensors (44);

(d) einen Kabelbaum, welcher den Sensor (44), die Steuerung (42) und den steuerbaren Dämpfer (22) miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (42) zum Berechnen eines geeigneten Steuersignals zur Ausgabe an den steuerbaren Dämpfer (22) mittels eines Steueralgorithmus ausgebildet ist, um zum Ändern der rheologischen Eigenschaften eine Stärke des magnetischen Feldes über einen zweiten vorbestimmten Bereich einzustellen, wodurch der Kraftausgang des steuerbaren Dämpfers (22) über den ersten gewünschten Bereich einstellbar ist; und

(e) daß zum Ermöglichen einer Übertragung von Strom und Datensignalen jeweils zwischen Kabelbaum, Sensor (44), Steuerung (42) und steuerbare Dämpfer (22) wenigstens eine dieser Komponenten mit einer Energiequelle (21) verbunden ist.

2. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (42) zum Bestimmen einer Verschiebungsrate einen Eingang des ersten Sensors (44) filtert, aufeinanderfolgende Eingänge des ersten Sensors (44) miteinander vergleicht, um zu bestimmen, ob die Verschiebungsrate positiv oder negativ ist, ein Ausgangssignal gleich der Verschiebungsrate ableitet, wenn die Rate positiv ist, und gleich dem Absolutwert der Verschiebungsrate ableitet, wenn die Rate negativ ist, und dieses Ausgangssignal dem Dämpfer (22) zuführt, um dessen Kraftausgang einzustellen.

3. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Dämpfer (22) einen Zylinder (26) und einen verschiebbar im Zylinder angeordneten Kolben (24) umfaßt, wobei der Zylinder (26) mit dem Sitz (11) und der Kolben (24) mit dem Rahmen (13) oder umgekehrt verbunden ist, wobei der Kolben im Zylinder (26) eine erste und eine zweite Kammer (28U, 28L) ausbildet.

4. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (24) eine Öffnung (32), welche sich axial durch den Kolben (24) erstreckt, und eine magnetfelderzeugende Spule (34) zum Ändern der magnetrheologischen Eigenschaften des Fluids aufweist, welche die Öffnung (32) wenigstens teilweise umgibt.

5. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfelderzeugende Spule (34) eine stromführende Wickelspule ist, welche ein magnetisches Feld induziert, das proportional zur Stromstärke in der Spule ist.

6. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Dämpfer (22) ferner einen zweiten Kolben (38) innerhalb des Zylinders (26) aufweist, welcher das steuerbare Fluid von einem Druckraum (40) trennt.

7. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ferner ein zweite Sensormittel (50, 52) umfaßt, welche der elektronischen Steuerung Eingangsinformationen zur Verfügung stellen.

8. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Sensormittel (50, 52) wenigstens eines von folgendem umfassen, einen Bremssensor, einen Kupplungssensor, einen Sitz-Belegt-Sensor, einen Steuerwinkelsensor, einen Gangschaltungspositionssensor, einen Geschwindigkeitssensor und einen Überschlagsensor.

9. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ferner einen Fahrmodusschalter (46) umfaßt, welcher manuell von einer Bedienungsperson in eine von drei Positionen entsprechend zum Steuern von weichem, mittleren oder hartem Fahren schaltbar ist, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von der Stellung des Fahrmodusschalters eine Gruppe oder Fahrparameter wählt und diese manuelle Einstellung bei Auftreten von vorbestimmten Bedingungen übersteuert.

10. Steuerbares Sitzdämpfersystem (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses ferner einen Sitzlevelschalter (48) umfaßt, welcher bei Aktivierung zu führt, daß das steuerbare Sitzdämpfersystem den Sitz in einer einheitlichen Sitzhöhe hält.

11. Ein Ratensteuerverfahren zum Steuern eines steuerbaren Dämpfersystems gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt,

(e) Abtasten einer ersten Verschiebung des Dämpfersystems;

(f) Zuführen der ersten Verschiebung an eine Steuerung (42);

(g) Abtasten einer nachfolgenden Verschiebung des Dämpfersystems;

(h) Zuführen der nachfolgenden Verschiebung an eine Steuerung (42);

(i) Verarbeiten der ersten und der nachfolgenden Verschiebung mittels eines Filters (44) innerhalb der Steuerung (42) um einer Verschiebungsrate des Dämpfersystems zu bestimmen;

(f) Bestimmen, ob die Verschiebungsrate positiv oder negativ ist;

(g) Einstellen einer Eingangsverstärkung auf eine gewünschte Dehnungsverstärkung, wenn die Rate positiv ist und auf eine gewünschte Kompressionsverstärkung, wenn die Rate negativ ist;

(h) Ableiten eines Ausgangssignals gleich der Verschiebungsrate, wenn positiv, und gleich einem Absolutwert der Verschiebungsrate, wenn negativ;

(i) Vergleichen des Ausgangssignals mit einem vorbestimmten Nullband, um zu Bestimmen, ob das Signal in das Nullband fällt;

(j) Einstellen eines Ausgangssteuersignals auf einen Minimumwert, wenn das Ausgangssignal innerhalb des Nullbandes liegt, und Multiplizieren des Ausgangssignals mit der geeigneten, in Schritt (g) gesetzten Verstärkung, wenn dieses nicht im Nullband liegt; und

(k) Zuführen des Ausgangssignals an den steuerbaren Dämpfer (22), um dessen Kraftausgangseinstellung auf einen geeigneten Wert einzustellen.

12. Ratensteuerverfahren nach Anspruch 11, mit folgenden zusätzlichen Schritten

(l) Bestimmen, ob die Verschiebung des Dämpfers (22) im Bereich einer Endanschlagbegrenzung liegt;

(m) wenn ja, Multiplizieren des Ausgangssignals mit einer vorbestimmten Endanschlagverstärkung, um ein alternierendes Ausgangssteuersignal zu erzeugen;

(n) Zuführen des alternierenden Ausgangssteuersignals an den steuerbaren Dämpfer (22), um dessen Kraftausgangseinstellung auf einen geeigneten höheren Wert zu setzen, um ein Anschlagen am Endanschlag zu reduzieren.

13. Ratensteuerverfahren nach Anspruch 12, mit dem zusätzlichen Schritt, Einstellen der vorbestimmten Endanschlagverstärkung auf einen gewünschten Pegel, um, wenn implementiert, die gewünschte Dämpfung zu erzeugen.

14. Ratensteuerverfahren nach Anspruch 11, mit dem zusätzlichen Schritt, Eingeben einer oberen Begrenzung und einer unteren Begrenzung für das vorbestimmte Nullband.

15. Ratensteuerverfahren nach Anspruch 11, mit dem zusätzlichen Schritt, Einstellen einer Eingangsfilterfrequenz zum Steuern der niedrigsten, in dem System auftretenden, von dem System zu handhabenden Frequenz.

16. Ratensteuerverfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt der Einstellung der Eingangsfilterfrequenz durch Einstellen einer durchschnittlichen Zeitkonstante erfolgt, wodurch die Steuerung auf ein gewünschtes Fahrgefühl abgestimmt wird.