DE69010681T2

DE69010681T2 - Steuersystem für die aufhängung eines fahrzeugs.

Info

Publication number: DE69010681T2
Application number: DE69010681T
Authority: DE
Inventors: David Williams
Original assignee: Group Lotus PLC
Current assignee: Group Lotus PLC
Priority date: 1989-05-05
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2010-05-05
Also published as: JPH04505141A; WO1990013448A1; US5295074A; EP0470991B1; EP0470991A1; CA2054206A1; JP2997044B2; GB8910392D0; ES2061035T3; DE69010681D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung. Mit "Fahrzeug" sind alle Arten von Fahrzeugen gemeint, die sich an Land bewegen können, und der Begriff umfaßt Automobile, Sattelschlepper und Anhänger, Traktoren und Kettenfahrzeuge.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung zum Steuern der Aufhängung eines Fahrzeugs mit einem aktiven Aufhängungssystem.
Aktive Aufhängungssysteme sind gut bekannt. Zum Beispiel offenbart unsere EP-A-0114757 ein aktives Aufhängungssystem, bei dem eine Anzahl von Variablen, die Sensoreingaben der Fahrzeugbewegung darstellen, in eine Mikroprozessor verarbeitet werden, um Signale zu erzeugen, die die benötigten Kräfte an den Aufhängungspunkten des Fahrzeugskörpers auf seinen Rad/Nabenanordnungen darstellen. Die benötigten Kräfte werden durch jeweilige hydraulische Stellglieder aufgebracht, die zwischen dem Fahrzeugkörper und jeder Rad/Nabenanordnung angebracht sind, um so angenähert wie möglich eine konstante Lage des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten.
Aktive Aufhängungssyteme arbeiten nach den Prinzipien, entweder die zwischen dem Fahrzeugkörper und den Rad/Nabenanordnungen wirkenden Kräfte zu messen, oder solche Kräfte aus gemessenen Werten zu berechnen, die das Fahrzeugverhalten anzeigen.
Das Hauptproblem, mit dem die Konstrukteure eines aktiven Aufhängungssystems konfrontiert sind, ist die Schwierigkeit, daß zwar das Fahrzeugs-Aufhängungssystem auf Störungen in der Straße - dynamische Eingaben - ansprechen soll, indem die an die Räder und Rad/Nabenanordnung angebrachten Stellglieder bewegt werden, das Aufhängungssystem aber nicht die Stellglieder zur Auslenkung bringen soll in Abhängigkeit von Belastungen, die auf das Fahrzeug aufgrund von "Stationärzustands Eingaben" wirken. "Stationäre Eingaben" umfassen Belastungen, die auf die Aufhängung aufgrund der Kurvenfahrt und Beschleunigung/Verlangsamung des Fahrzeugs wirken. "Stationärzustands-Eingaben" umfassen auch Veränderungen der Belastung des Fahrzeugs durch innerhalb des Fahrzeugs transportierten Lasten und durch auf das Fahrzeug wirkende aerodynamische Kräfte. Solche "Stationärzustands-Eingaben" sollten im allgemeinen nicht zu einer Verschiebung der Stellglieder führen. Mit anderen Worten, der Konstrukteur ist mit dem Problem konfrontiert, ein Aufhängungssystem zu gestalten, das auf Straßeneingaben "weich" und für "Stationärzustands-Eingaben" "hart" ist.
Erfindungsgemäß wird ein Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung geschaffen, umfassend: Mittel zum Bestimmen der Kräfte, die zwischen der gefederten Masse des Fahrzeugs und einer oder mehreren damit verbundenen ungefederten Massen wirken, und zur Erzeugung von zu diesen Kräften proportionalen Signalen;
Mittel zur Auflösung dieser Kraftsignale zur Darstellung von Stationärzustands-Kraftkomponenten bzw. dynamischen Kraftkomponenten;
erste Mittel, um aus den Stationärzustands-Kraftsignalen Werte von Vektorgrößen zu bestimmen, die zwischen der gefederten Masse und der oder jeder ungefederten Masse erforderlich sind, um eine konstante Orientierung der gefederten Masse relativ zu einer Bezugsebene aufrechtzuerhalten;
zweite Mittel um aus den dynamischen Kraftsignalen Werte von Vektorgrößen zu bestimmen, die zwischen der gefederten Masse und der oder jeder ungefederten Masse erforderlich sind, um die Übertragung von dynamischen Kräften zwischen der gefederten Masse und der oder jeder ungefederten Masse im wesentlichen zu eliminieren; und
Mittel zum Anlegen dieser erforderlichen Vektorgrößen.
Es folgt nun, als Beispiel, eine Beschreibung einer speziellen Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen ist:
Fig. 1 ein Grundriß eines Motorfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Steuersystem;
Fig. 2 eine schematische Aufrißansicht einer Ecke des Fahrzeugs aus Fig. 1; und
ein Blockdiagramm, das das Funktionsprinzip des Steuersystems aus Fig. 1 und 2 veranschaulicht.
In Fig. 1 ist ein Motorfahrzeug 10 mit vier Rädern 11, 12, 13, 14 gezeigt. Das Motorfahrzeug 10 hat einen Körper 15, und die Räder 11, 12, l3, 14 sind mit dem Körper 15 zur Aufhängungs- und Steuerung- oder Antriebskomponenten (nicht im Detail gezeigt) verbunden. Die Aufhängungskomponenten werden weiter unten in Bezug zu Fig. 2 beschrieben.
Die Vorderräder 11 und 12 des Fahrzeugs 10 sind steuerbar, und das Fahrzeug hat ein herkömmliches Steuergestänge 17, das durch ein Steuerrad 18 über eine Steuersäule 19 getrieben wird.
Das Fahrzeug 10 aus Fig. 1 hat einen On-Board-Rechner 20, der einen Mikroprozessor 21 enthält. Der Mikroprozessor 21 empfängt Signale von einer Anzahl Sensoren, die über das Fahrzeug verteilt sind, und steuert die Aufhängung des Fahrzeugs 10 in Antwort auf die Signale.
Jedes Rad und die damit verbundene Nabenanordnung hat drei Wandler, die in der Lage sind, Signale zum Mikroprozessor 21 zu senden, wobei diese Wandler Belastungszellen 22, Beschleunigungsmesser 23 und Versetzungswandler sind.
Die Kraftmaßzellen 22 messen jeweils die Last, welche zwischen dem oberen Ende jeder Aufhängungsverstrebung 30 (am besten in Fig. 2 zu sehen) und den Fahrzeugskörper 15 wirkt. Die Beschleunigungsmesser 23 messen die jeweilige Vertikalbeschleunigungen der Rad/Nabenanordnungen.
Die über die Kraftmeßzellen 22 übertragenen und aus den Messungen der Beschleunigungsmesser berechneten Kräfte sind dynamische Kräfte, die auf den Fahrzeugkörper 15 wirken, und werden, zum Beispiel, erzeugt, wenn das Fahrzeug Veränderungen in der Straßenoberfläche entlang seiner Fahrt vorfindet. Die Kraftmeßzellen 22, die Beschleunigungsmesser 23 und der Mikroprozessor 21 bilden somit Mittel zum Bestimmen der Kräfte, die zwischen der gefederten Masse (d.h. dem Körper 15) des Fahrzeugs und einer oder mehreren ungefederten Massen (d.h. der Rad/Nabenanordnung) wirken, und zum Erzeugen von zu diesen Kräften proportionalen Signalen. Die Kraftmeßzellen 22, die Beschleunigungsmesser 23 und der Mikroprozessor 21 bilden auch Mittel zum Auflösen der dynamischen Kraftkomponenten.
Der Mikroprozessor 21 empfängt auch Signale von weiteren Wandlern, wobei die Signale im Mikroprozessor 21 verarbeitet werden, um Stationärzustandskräfte darzustellen, die zwischen dem Fahrzeugkörper 15 und jeder Rad/Nabenanordnung wirken.
Ein Gyrometer 24, das in der Nähe des mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichneten Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet ist, mißt die Gierate (d.h. die Rotationsgeschwindigkeit) des Fahrzeugs 10. Signale werden von dem Gyrometer 24 erzeugt, wenn - z.B. - das Fahrzeug auf einer Kurvenstrecke fährt.
Ein Längsbeschleunigungsmesser 27 zeigt z.B. das Ausmaß an, in welchem das Fahrzeug beschleunigt oder gebremst wird.
Ein Querbeschleunigungsmesser 28 mißt die Querbeschleunigung des Fahrzeugs. Der Querbeschleunigungsmesser ist ebenfalls in der Nähe des Masseschwerpunkts 26 des Fahrzeugs und zeigt z.B. die Querbeschleunigungseffekte des Fahrzeugs an, das um eine Kurve fährt, und die Querkomponente der Erdbeschleunigung, wenn das Fahrzeug auf einer geneigten Straße ist.
Ein Lenkwinkelsensor 29, der in der Ausführungsform von Fig. 1 an der Lenksäule 19 angebracht ist, mißt den Winkel 9, um welchen das Lenkrad gedreht ist. Der Lenkwinkelsensor kann an verschiedenen Stellen angebracht sein, z.B. kann ein geeigneter Wandler im Lenkgestänge 17 oder an den Vorderrad/Nabenanordnungen angebracht sein.
Die Wandler 24, 27, 28 und 29 in Kombination mit dem Mikroprozessor 21 bilden weitere Mittel zum Bestimmen der Kräfte, die zwischen der gefederten Masse (d.h. dem Fahrzeugkörper 15) des Fahrzeugs 10 und einer oder mehreren ungefederten Massen (d.h. der Rad/Nabenanordnung) wirken, und zum Erzeugen von diesen Kräften proportionalen Signalen, und sie bilden auch Mittel zum Auflösen der Stationärzustands-Komponenten der Kräfte.
Die Stationärzustands-Kräfte, die zwischen dem Fahrzeugkörper 15 und den Rad/Nabenanordnungen wirken, sind somit jene, die durch die Bedingung des Fahrzeugs bewirkt werden, wie sie durch dessen Fahrer bestimmt werden, z.B. ist eine solche Bedingung, ob das Fahrzeug verlangsamt wird.
Der Mikroprozessor 21 ist in der Lage, aus den Stationärzustandskraftwerten Vektorgrößen in der Form von Geschwindigkeiten zu bestimmen, die zwischen der gefederten Masse (d.h. dem Fahrzeugkörper 15) und den ungefederten Massen (d.h. den Rad/Nabenanordnungen) zur Aufrechterhaltung einer konstanten Orientierung des Fahrzeugkörpers in Bezug auf eine vorgegebene Bezugsebene benötigt werden.
Der Mikroprozessor 21 ist ebenfalls in der Lage, aus den dynamischen Kraftwerten die Werte von Vektorgrößen in der Form von Geschwindigkeiten zu bestimmen, die zwischen dem Körper 15 und den Rad/Nabenanordnungen benötigt werden, um die Übertragung von dynamischen Kräften zwischen ihnen zu eliminieren.
Die benötigten Geschwindigkeiten werden als elektrische Signale zu den Rad/Nabenanordnungen über Ausgabeleitungen 31 übertragen, wo in den Aufhängungsverstrebungen integrierte Stellglieder 32 arbeiten, um die benötigte Geschwindigkeit zwischen jeder Rad/Nabenanordnung und dem Fahrzeugkörper 15 aufzubringen.
Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung der ein Abstützbein der Aufhängung an einer Ecke des Fahrzeugs 10 einer Ecke des Fahrzeugs 10 bildenden Komponenten. Ebenfalls ist in Fig. 2 die Anordnung der Pumpe 33 und des hydraulischen Versorgungskreises für das Stellglied 32 gezeigt. Es ist klar, daß der in Fig. 2 gezeigte Kreis ein Viertel des Kreissystems für das gesamte Fahrzeug 10 darstellt, und daß zwar die Pumpe 33, der hydraulische Steuerkreis 32 und der Mikroprozessor 21 für alle vier Aufhängungsanordnungen des Fahrzeugs gemeinsam sind, aber die elektrischen Steuerleitungen zwischen der Aufhängungsanordnung und dem Mikroprozessor 21, die hydraulische Versorgungs- und Rückführleitungen 32a und 32b, und das Abstützbein 30 für die drei nicht in Fig. 2 gezeigten Aufhängungsanordnungen grundstätzlich vorzusehen sind.
In Fig. 2 wird die gefederte Masse des Fahrzeugs in Form des Fahrzeugkörpers 15 gezeigt, die von einer Aufhängungsverstrebung getragen wird, die im allgemeinen durch das Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist, und welche wiederum von einem Rad und Reifen getragen wird, welche als ungefederte Masse 35 in der Form der Rad/Nabenanordnung dargestellt sind, die von einer Feder 36 und einen das Reifenverhalten darstellenden Dämpfer 37 dargestellt wird.
Die Aufhängungskomponenten 30 umfassen Mittel zur Aufbringung von Vektorgrößen in der Form von Geschwindigkeiten zur Steuerung der Lage des Fahrzeugs in der Form eines hydraulischen Stellgliedes 32, das vertikal fluchtend dargestellt ist und an seinem oberen Ende mit der vom Fahrzeugkörper 15 durch einen Isolator 38, z.B. einen Gummiblock, getrennten Kraftmeßzelle 22 fest verbunden ist. Das Stellglied 32 muß nicht notwendigerweise vertikal ausgerichtet sein, was von dem zur Verfügung stehenden Platz für die Aufhängungskomponenten und der gewählten Aufhängungsgestaltung abhängt. Die Kraftmeßzelle 22 ist in der Lage, zumindest einen Teil der zwischen der Rad/Nabenanordnung und dem Fahrzeugkörper wirkenden Last zu messen, und zu den Belastungen proportionale Signale zu erzeugen.
Eine Feder 39 ist dargestellt, die, parallel zu dem hydraulischen Stellglied 32 angeordnet ist.
Die Feder 39 steuert nicht die Lage des Fahrzeugs wie in einem Fahrzeug mit einem herkömmlichen Aufhängungssystem. Die Feder 39 dient ausschließlich zur Verringerung des Leistungsverbrauchs des erfindungsgemäßen Steuersystems, indem sie einen bedeutenden Anteil der statischen Kraft auf den Fahrzeugkörper 15 trägt.
Somit kann der Betrieb des Stellgliedes 32 tatsächlich über einen weiten Verschiebungsbereich tatsächlich stattfinden, um wirkungsvoll das Fahrzeug zu steuern, ohne einen exzessiven Leistungsverbrauch zu benötigen, wie er für gewöhnlich benötigt würde, wenn das Stellglied auch die statische Kraft auf den Fahrzeugkörper tragen müßte, zusätzlich zum Steuern der Stationärzustands- und dynamischen Belastungen, die aus dynamischen und statischen Zustandskräften resultieren, die auf das Fahrzeug wirken.
Das Stellglied 32 ist vorzugsweise ein zweiseitig wirkendes elektrohydraulisches Stellglied mit einem geschlossenen Zylinder, einem mit einer Verbindungsstange verbundenen Kolben und einem Flußsteuerventil. Der geschlossene Zylinder ist in der Lage unter hohem Druck stehende Fluide ohne nennenswerte Leckage zu enthalten. Der Kolben ist mit einer Verbindungsstange verbunden und in dem Zylinder aufgenommen. Die Kolbenvorrichtung ist in zwei Kammern unterteilt. Der Kolben ist mit Dichtungen versehen, um nennenswerte Leckagen von einer Kammer in die andere zu verhindern.
Der Hydraulik-Kreis 34 umfaßt vorzugsweise ein Vier-Wege- Steuerventil oder ein elektrohydraulisches Servoventil (EHSV), das zwei Ein- und zwei Ausgänge hat. Ein Eingang ist mit einer Quelle für unter hohem Druck stehendes hydraulischen Fluids verbunden, der andere Eingang ist mit einem Rückführweg verbunden, der auf niedrigem Druck gehalten ist. Das EHSV ist so gestaltet, daß - wenn ein elektrischer Strom durch seine Kraftspule fließt - es dem Druckmittel ermöglicht wird, von der Hochdruckquelle in die eine Zylinderkammer des Stellglieds 32 und aus der anderen Kammer des Stellgliedes 32 in den Rückführweg zu fließen. Dies veranlaßt den Kolben, sich relativ zum Zylinder mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die proportional zu dem elektrischen Strom ist, der auf die Kraftspule angewendet wird, und zu der Kraft, die über den Kolben durch den Differenzdruck wirkt. Wenn die Polarität des Stroms umgekehrt wird, wird die Geschwindigkeit des Kolbens umgekehrt. Wenn das EHSV im Idealzustand arbeitet, wird die Geschwindigkeit des Kolbens Null, wenn der elektrische Strom, der auf die Kraftspule angewandt wird, Null ist.
Da der Leistungsverbrauch des Stellgliedes 32 verringert ist, indem die Feder 39 verwendet wird, kann die Kolbenfläche relativ klein gestaltet werden, so daß eine kompakte Vorrichtung entsteht. Außerdem dient die Feder 39 als eine Ausfallsicherheitsvorrichtung, indem sie die statische Belastung des Fahrzeugkörpers 15 in dem Fall eines totalen Ausfalls des Steuersystems trägt.
Die Ein- und Ausgänge des hydraulischen Stellglieds 32 sind über ein hydraulisches Rohrwerk 32a und 32b mit einem hydraulischen Steuerkreis 34 verbunden, der eine geeignete Versorgungspumpe 33 enthält. Der hydraulische Kreis 34 arbeitet über elektrische Anschlüsse 34' unter den Befehlen eines Mikroprozessors 21, welcher eine Anforderungssignal für das Stellglied 32 in Abhängigkeit von der Zahl der gemessenen Eingaben erzeugt.
Das Abstützbein 30 und der hydraulische Kreis 34 bilden somit Mittel zum Aufbringen benötigter Vektorgrößen zwischen dem Fahrgestell 15 und der die ungefederte Masse 35 bildenden Rad/Nabenanordnung.
Elektrische Signale, die den hydraulischen Systemdruck und gegebenenfalls den Taumelscheibenwinkel der Pumpe anzeigen, können wahlweise dem Mikroprozessor 21 über Leitungen 34'' und 33' zugeführt werden. Außerdem wird die Position des Stellgliedes 32 durch lineare variable Induktivitätswandler (LVIT) 41 gemessen und über eine Leitung 41' dem Mikroprozessor 21 zugeführt.
Natürlich können Alternativen zu der Art von Wandlern, Pumpe und Stellglied, die hier beschrieben wurden, in den Ausführungsformen von Fig. 1 und 2 verwendet werden, wenn benötigt.
Fig. 3 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm die Art, wie der Mikroprozessor 21 die verschiedenen Signale verarbeitet, um die über die Ausgangsleitung 34' übertragenen Ausgangssignale zu erzeugen.
In Fig. 3 trennt eine strichpunktierte Linie das Diagramm in drei Abschnitte. Abschnitt A, der vorwiegend oberhalb der strichpunktierten Linie ist, stellt jene Schritte dar, die sich mit den dynamischen Kräften befassen, die auf das Fahrzeug wirken;
Abschnitt B, der vorzugsweise unterhalb der strichpunktierten Linie auftritt, stellt jene Schritte dar, die sich mit Stationärzustands-Kräften befassen, die auf das Fahrzeug wirken; und
C stellt die Endausgabe des Mikroprozessors dar, welche eine Kombination der Ausgänge aus den Abschnitten A und B ist.
Die Signale der vier Kraftmeßzellen 22 und Nabenbeschleunigungsmesser 23 werden in Block 42 eingeführt, welcher die dynamischen Kraftwerte, die durch die Signale repräsentiert werden, als modale, auf das Fahrgestell wirkende Kräfte rekonfiguriert, wobei die Modi den vier Verschiebungsmoden eines starren Körpers entsprechen, d.h. der Hub-, Neig-, Roll- und Verbiegemodus. Die Kräfte werden berechnet als Kräfte am "Reifenflecken", d.h. dem Auflagepunkt des Reifens auf der Straße. Diese Kräfte werden berechnet als Summe der gemessenen Kräfte und Produkt der Massen der ungefederten Massen und ihrer jeweiligen Beschleunigungen. Diese Summe ist notwendig, da die Kraft in einem Reifen am Auflagepunkt nicht insgesamt auf das Fahrgestell übertragen wird; ein Teil wird die Rad- und Nabenanordnung, mit der das Rad verbunden ist, beschleunigen.
In Block 43 werden ungemessene modale Kräfte zu den gemessenen modalen Kräften, die in Block 42 berechnet wurden, addiert. Der Anmelder betrachtet eine Situation, in der Federn parallel zu den Stellgliedern in der Fahrzeugaufhängung verwendet werden, und nur die Kraft gemessen wird, die vom Stellglied auf das Fahrgestell übertragen wird. Die übertragene Kraft auf das Fahrgestell kann aus den gemessenen Verschiebungen des Stellgliedes berechnet werden, welche der Box 42 von den LVITs 41 zugeführt werden. Die modalen Kräfte können auch angepaßt werden, um ungemessene Kräfte die auf das Fahrgestell über das Aufhängungsgestänge übertragen werden, und auch horizontale Lasten auf die Räder, die über das Stellglied aufgrund imperfekter Aufhängungsanordnungen übertragen werden, auszugleichen.
Der Block 44 eliminiert aus dem berechneten modalen Kräften jene Kräfte, die auf die Stationärzustands-Eingaben des Fahrzeugs zurückzuführen sind, die im anschließend diskutierten Abschnitt B berechnet werden. Der korrigierte modale Vektor kann geschrieben werden:
(Fcm) = (Tfm) ( (Fr) + (Mm) (DDXu) ) + (Γin) (Φe) + (Γsp) (Xdm) + (Kt) (Xx)
Hierbei ist:
bei (Fcm) der Vektor der korrigierten modalen Kräfte ist,
(Fr) der Vektor der gemessenen Ladungen,
(DDXu) der Vektor der gemessenen ungefederten Massenbeschleunigungen,
(Φe) das Transponierte des Vektors (nxx, nx-, ny, Dr),
wobei nx die Längsbeschleunigung
ny die Querbeschleunigung
Dr die Gierbeschleunigung ist,
(xdm) der Vektor der modalen Stellgliedverschiebungen,
(Xx) der Nullpunkt-Stellungsvektor;
(Kt) eine Diagonalmatrix der Reifen-Isolator-Steifheit,
(Mm) eine den Naben/Radmassen Diagonalmatrix proportional,
(Tfm) die modale Lasttransformationsmatrix,
(Γin) eine Matrix mit konstanten Koeffizienten zum Transformieren der gemessenen (Φe) Signale zu Stationär-Zustands-modalen-Kraftsignalen,
(Γsp) eine Matrix der Steifheiten der Federn, die parallel zu den Stellgliedern des Systems geschaltet sind.
Der Block 46 synthetisiert vier modale Feder- und Dämpfereinheiten und berechnet modale Geschwindigkeitsanforderungen. Die modalen Geschwindigkeitsanforderungen werden dann in einzelne Stellgliedkoordinaten umgewandelt.
Die Signale der Beschleunigungsmesser 23 werden zusätzlich im Block 45 als individuelle Nabengeschwindigkeitsanforderungen bearbeitet, die vorwärts zu den Blöcken 46 zugeführt werden, um mit den berechneten Eckgeschwindigkeitsanforderungen kombiniert zu werden. Die Aufhängungssimulation wird außerdem durch Hinzufügung der gewichteten Intertialgeschwindigkeit der ungefederten Massen zu jeder Stellgliedanforderung verbessert. Dies schafft die Möglichkeit, die Intertialämpfung der ungefederten Masse einzuführen.
Die Ausgabe des Blocks 46 wird durch einen Hochpaßfilterblock 47 gefiltert. Dies ist notwendig um sicherzustellen, daß Vorspannfehler der Messung die Simulation nicht verderben.
Block 48 stellt eine elektronische Anschlagstopsteuerung darf welche wahlweise die Ausgabe des Abschnitts A des Programms verändern kann. Die elektronische Aufschlagstopsteuerung ist in einer ebenfalls anhängigen Patentanmeldung der Anmelder offenbart.
Die Ausgangssignale der Blöcke 47 und 48 werden in einer Verbindungsstelle 48 kombiniert, und der kombinierte Geschwindigkeitsanforderungsausgang wird einer Anordnung 50 eingegeben, welche elektrische Steuersignale zu den Stellgliedern ausgibt. Eine geeignete Anordnung ist in einer ebenfalls anhängigen Anmeldung der Anmelder beschrieben, aber die Anordnung kann einer der vielen aus dem Stand der Technik gut bekannten Formen entsprechen.
Die die Stationärzustands-Kräfte darstellenden Ausgangssignale von dem LVIT 41, dem Gyrometer 24, des Längsbeschleunigungsmessers 27, des Seiten-Beschleunigungsmessers 28, eines Fahrzeugsgeschwindigkeitssensors 25 und eines Lenkwinkelsensors 29 werden in entsprechenden Blöcken 41a, 24a, 27a, 28a, 25a und 29a verarbeitet, um Übereinstimmung der Signaltypen zu erzielen (d.h. um die gemessenen Stationärzustandsvariablen in modale Kraftwerte aufzulösen).
Die Ausgänge dieser Blöcke werden einem Block 52 zugeführt, in welchem die Stationärzustands-Kräfte des Hebens, Neigens, Schrägstellens und Verbiegens berechnet werden.
Der Block 53 des Steuersystems stellt eine Reihe von Stellgliedern dar, die die Aufhängung des Fahrzeugs steuern. Die Stationärzustands-Kräfte werden in geforderte Eckverschiebungen umgewandelt, welche zu dem Steuersystem 50 ausgegeben werden, welches wiederum direkt die tatsächlichen Stellglieder des Fahrzeugs steuert.
Abschnitt B weist die Stellglieder an, aus- oder einzufahren, um die Fahrt und Handhabung des Feuerzeugs zu verbessern.
Die zusätzliche Bewegung der Stellglieder, die in Abschnitt B gefordert wird, könnte die gemessenen Kräfte verändern, was wiederum zu unerwarteten Reaktionen der simulierten Aufhängung in Abschnitt A führen kann. Jedoch, wie bereits erwähnt, werden die Änderungen der gemessenen Kräfte, die von solchen zusätzlichen Stellgliederbewegungen erwartet werden, abgeschätzt und von den gemessenen Kräften subtrahiert, um die ungewünschten Reaktionen der simulierten Aufhängung aus Abschnitt A zu vermeiden.
Wenn die benötigte Verschiebung der Stellglieder durch die simulierte Aufhängung aus Abschnitt A über einen langen Zeitabschnitt gemittelt wird, sollte die mittlere Verschiebung Null sein. Der Abschnitt B wirkt zur Steuerung der Mittelstellung der Stellglieder, um die Fahrt des Fahrzeugs zu verbessern.
Theoretisch betrachtet der Abschnitt A die vier Stellglieder als in Serie mit den vier Stellgliedern geschaltet, die in Abschnitt A gesteuert werden. Die Verschiebung der theoretischen durch Abschnitt B gesteuerten Stellglieder wird somit eine mittlere Verschiebungsstellung der Kombination der beiden Stellglieder bewirken. In der Praxis verändert Abschnitt B des Steuersystems die Mittelstellung der tatsächlich von dem Fahrzeug verwendeten Stellglieder.
Abschnitt B des Steuersystems gibt die benötigten Verschiebungsanforderungen aus, während Abschnitt A des Steuersystems eine benötigte Geschwindigkeitsanforderung ausgibt. Somit ist es nötig, daß eine der Ausgaben in Block 50 umgewandelt wird, so daß die Ausgaben kombiniert werden können und zur Steuerung der Stellglieder des Fahrzeugs verwendet werden können.
Die Erfindung schafft ein aktives Aufhängungs-Steuersystem, das die Stellglieder sowohl derart steuert, daß Straßeneingaben nicht auf das Fahrzeug übertragen werden, als auch derart, daß die mittlere Verschiebung von jedem Stellglied verändert werden kann, um eine bessere Fahrzeugfahrt und -lage zu erzielen. Z.B. kann das Steuersystem der Erfindung in einem weiten Ausmaß das Rollen des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt verhindern. Der Abschnitt B des Steuersystems wirkt, um zu vermeiden, daß die Stellglieder des Fahrzeugs an der Außenseite der Kurve ausgelenkt werden, in Folge der Schrägstellungskräfte auf das Fahrzeug, die durch die Kurvenfahrt verursacht werden. Tatsächlich können die Stellglieder, um jede Flexibilität in dem Aufhängungssystem zu kompensieren, beim Schrägstellen ausgefahren werden.
Da der Mikroprozessor die Eingangssignale von den Sensoren aufteilt, je nachdem, ob sie dynamische (d.h. im allgemeinen relativ hochfrequente) Eingaben oder Stationärezustands-(d.h. im allgemeinen relativ niederfrequente)-Krafteingaben darstellen, kann die Verarbeitung der Signale schnell erreicht werden, um die kombinierten Ausgangssignale zu erzeugen. Dies erlaubt dem Steuersystem Daten mit einer hohen Geschwindigkeit abzurufen, die vergleichbar mit der Änderungsgeschwindigkeit der verschiedenen Signalwerte ist, welche charakteristisch für die Aktivität von Aufhängungsystemen sind, durch eine genaue Steuerung des Fahrzeugaufhängungssystems ermöglicht wird.
Die Anmelderin hat ein System beabsichtigt, bei dem der Abschnitt A des Steuersystems mit einer höheren Geschwindigkeit als Abschnitt B Daten abtastet, was dies vorteilhaft ist, da die Zahl der durch das Steuersystem in einer bestimmten Zeit benötigten Rechenschritte verringert wird. Die Datenabtastgeschwindigkeit von Abschnitt A muß entsprechend hoch sein, da die entsprechenden Eingaben hochfrequent sein werden. Dagegen braucht die Datenabtastgeschwindigkeit von Abschnitt B nicht so hoch zu sein, da die Frequenzen der Stationärzustandssignale im allgemeinen wesentlich kleiner sind.

Claims

1. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung, umfassend

Mittel (22, 23, 24, 27, 28, 29) zum Bestimmen der Kräfte, die zwischen der gefederten Masse (15) des Fahrzeugs und einer oder mehreren, damit verbundenen ungefederten Massen (25) wirken, und zur Erzeugung von zu diesen Kräften proportionalen Signalen;

Mittel (22, 23, 24, 27, 28, 29) zur Auflösung dieser Kraftsignale zur Darstellung von Stationärzustands-Kraftkomponenten bzw. dynamischen Kraftkomponenten;

ersten Mitteln (41a, 24a, 27a, 28a, 25a, 29a, 52, 53) , um aus den Stationärzustands-Kraftsignalen Werte von Vektorgrößen zu bestimmen, die zwischen der gefederten Masse und der oder jeder ungefederten Masse erforderlich sind, um eine konstante Orientierung der gefederten Masse relativ zu einer Bezugsebene aufrechtzuerhalten;

zweiten Mitteln (42, 43, 44, 45, 46, 47) , um aus den dynamischen Kraftsignalen Werte von Vektorgrößen zu bestimmen, die zwischen der gefederten Masse und der oder jeder ungefederten Masse erforderlich sind, um die Übertragung von dynamischen Kräften zwischen der gefederten Masse und der oder jeder ungefederten Masse im wesentlichen zu eliminieren; und

Mittel (32, 32a, 32b, 33, 34, 27) zum Anlegen dieser erforderlichen Vektorgrößen.

2. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 1, bei dem die Mittel zum Detektieren von Kräften Sensormittel umfassen, die eine Anzahl von Ausgangssignalen erzeugen, wobei ein erster Satz dieser Ausgangssignale im wesentlichen den dynamischen Kraftkomponenten und ein weiterer Satz dieser Ausgangssignale im wesentlichen den Stationärzustands-Kraftkomponenten entspricht.

3. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 2, bei dem der erste Satz von Ausgangssignalen Signale enthält, die die in einem Kraftweg zwischen einer ungefederten Masse und der gefederten Masse gemessene Belastung darstellen.

4. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, in der der erste Satz von Signalen Signale enthält, die die vertikalen Beschleunigungen der ungefederten Masse darstellen.

5. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der zweite Satz von Signalen Signale enthält, die eine oder mehrere der folgenden Größen darstellen:

die relative Verschiebung der ungefederten Masse zur gefederten Masse;

die Längsbeschleunigung des Fahrzeuges;

die Querbeschleunigung des Fahrzeuges;

die Drehgeschwindigkeit des Fahrzeuges;

die Geschwindigkeit des Fahrzeuges;

der Winkel, in dem das Fahrzeug gesteuert wird.

6. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die den Stationärzustands- und/oder den dynamischen Kraftkomponenten entsprechenden Signale jeweils weiter aufgelöst werden, um eine Anzahl auf das Fahrzeug wirkender modaler Kraftkomponenten darzustellen.

7. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich Hochpaßfiltermittel enthält, um niederfrequente Komponenten der dynamischen Kraftkomponenten auszufiltern.

8. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das außerdem Tiefpaßfiltermittel enthält, um Hochfrequenzkomponenten der Stationärzustands-Kraftkomponenten herauszufiltern.

9. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich aufweist eine Simulatoreinrichtung zur Simulation des idealen Funktionierens der Mittel zum Anlegen dieser erforderlichen Vektorgrößen, und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der erforderlichen Vektorgrößen mit der idealen Funktion und Erzeugung eines entsprechenden Differenzsignals in Abhängigkeit von welchem die Mittel zum Anlegen der erforderlichen Vektorgrößen arbeiten.

10. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 9, bei dem das Differenzsignal mit einem Ausgangssignal der ersten Mittel zum Dedektieren der Werte von Vektorgrößen kombiniert wird zu einem Eingangssignal für die Mittel zum Anlegen der erforderlichen Vektorgrößen.

11. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ersten und zweiten Mittel zum Bestimmen der Werte von Vektorgrößen in der Lage sind, im wesentlichen gleichzeitig zu arbeiten.

12. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ersten und zweiten Mittel zum Bestimmen der Werte von Vektorgrößen als Mikroprozessor ausgebildet sind.

13. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 1, in dem die Mittel zum Bestimmen von Kräften erste Sensormittel enthalten, die einen ersten Satz von Signalen erzeugen, der Signale enthält, die die Kräfte im Kraftweg oder in Kraftwegen zwischen der ungefederten Masse oder Massen und der gefederten Masse anzeigen, und zweite Sensormittel enthalten, die einen zweiten Satz von Ausgangssignalen erzeugen, der Signale enthält, die die Fahrzeug-Längsbeschleunigung und Rotationsgeschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigen,

die Mittel zum Auflösen dieser Kraftsignale Mittel zum Verarbeiten des zweiten Satzes von Ausgangssignalen zum Erzeugen von Stationärzustands-Kraftsignalen und Mittel zum Kombinieren der Stationärzustands-Kraftsignale mit dem ersten Satz von Ausgangssignalen zur Erzeugung dynamischer Kraftsignale enthalten,

wobei die ersten Mittel zum Bestimmen der Werte von Vektorgrößen aus den Stationärzustands-Kraftsignalen Mittel zum Verarbeiten der Stationärzustands-Kraftsignale zur Erzeugung erster Steuersignale enthalten,

die zweiten Mittel zum Bestimmen der Werte von Vektorgrößen aus den dynamischen Kraftsignalen Mittel zum Verarbeiten der dynamischen Kraftsignale zur Erzeugung zweiter Steuersignale enthalten und

die Mittel zum Anlegen der Vektorgrößen Stellgliedmittel enthalten, die mit der gefederten Masse des Fahrzeugs und einer oder mehreren ungefederten Massen verbindbar sind, wobei die Stellgliedmittel in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Steuersignalen arbeiten.

14. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 13, bei dem die Mittel zur Erzeugung des zweiten Satzes von Signalen Stationärzustands-Kraftsignale erzeugen, welche eine Anzahl auf das Fahrzeug wirkender, modaler Kräfte darstellen, und ein Mittel vorgesehen ist, um den ersten Satz von Signalen zu modalen Signalen zu verarbeiten, bevor der erste Satz von Signalen mit den Stationärzustands-Kraftsignalen kombiniert wird.

15. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach Anspruch 13, oder 14, das außerdem Hochpaßfiltermittel enthält, um niederfrequente Komponenten der dynamischen Kraftsignale auszufiltern, bevor die dynamischen Kraftsignale zur Erzeugung der zweiten Steuersignale verarbeitet werden.

16. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13, 14 oder 15, bei dem die ersten Mittel zur Erzeugung der Stationärzustands-Kraftsignale und die zweiten Mittel zur Erzeugung der dynamischen Kraftsignale in der Lage sind, im wesentlichen gleichzeitig zu arbeiten.

17. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 16, bei dem die ersten Mittel zum Verarbeiten der Stationärzustands-Kraftsignale erste Soll-Verschiebungs-Steuer-Signale erzeugen, die zur Veränderung der mittleren Lage des Stellgliedes wirken.

18. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem die zweiten Mittel zum Verarbeiten der dynamischen Kraftsignale Soll-Geschwindigkeitsanforderungssignale erzeugen.

19. Steuersystem für eine Fahrzeugsaufhängung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem

die ersten Steuersignale Stationärzustands-Sollverschiebungs-Steuersignale sind,

die zweiten Steuersignale dynamische Soll-Geschwindigkeits- Steuersignale sind,

ein Mittel vorgesehen ist, um die Stationärzustands-Sollverschiebungs-Steuersignale in Stationärzustands-Soll- Geschwindigkeits-Steuersignalen zu verwandeln, und

Mittel zum Kombinieren der dynamischen Soll-Geschwindigkeits-Steuersignale mit den Stationärzustands- Sollgeschwindigkeits-Steuersignalen vorhanden sind.

20. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem der zweite Satz von Signalen, der durch die zweiten Sensormittel erzeugt wird, ein Signal oder Signale enthält, die die Verschiebung oder Verschiebungen der ungefederten Masse oder Massen in Bezug auf die gefederte Masse angibt bzw. angeben.

21. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem der zweite Satz von Signalen, der durch die zweiten Sensormittel erzeugt wird, ein Signal enthält, das die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt.

22. Steuersystem für eine Fahrzeugaufhängung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem der zweite Satz von Signalen, der von den zweiten Sensormitteln erzeugt wird, ein Signal enthält, das den Winkel angibt, in dem das Fahrzeug gesteuert wird.