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Title:
PROCESS FOR REGULATING A SUSPENSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1990/014240
Kind Code:
A1
Abstract:
In a process for regulating the suspension in vehicles, in particular passenger cars and utility vehicles, the properties of the suspension are modified by the control in function of the corresponding driving condition as determined by sensors. In order to adapt the tuning of the suspension to the various requirements concerning driving comfort and driving safety, the control parameters (RP) of the control circuit are modified automatically in function of the dynamics of the driving operation.

Inventors:
Kunz, Dieter (Turbinenstraße 18, Stuttgart 31, D-7000, DE)
Kallenbach, Rainer (Grimmstraße 8, Stuttgart 1, D-7000, DE)
Application Number:
PCT/DE1990/000343
Publication Date:
November 29, 1990
Filing Date:
May 12, 1990
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, D-70442, DE)
Kunz, Dieter (Turbinenstraße 18, Stuttgart 31, D-7000, DE)
Kallenbach, Rainer (Grimmstraße 8, Stuttgart 1, D-7000, DE)
International Classes:
B60G17/015; B60G17/018; B60G23/00; (IPC1-7): B60G17/01; B60G17/08
Foreign References:
EP0311131A21989-04-12
EP0345817A21989-12-13
EP0220658A21987-05-06
EP0338506A21989-10-25
Other References:
AUTOMOTIVE ENGINEER. vol. 12, no. 6, Dezember 1987, BURY ST EDMUNDS GB Seiten 39 - 40; "Developing less-active suspensions" siehe Seite 40, rechte Spalte, Zeilen 25 - 36
P.G. Wright, D.A. Williams: "Transportation Electronics, Proceedings of the international Congress" Oktober 1987, Society of Automotive Engineers, Warrendale, PA, U.S.A. siehe Seiten 333 - 338
Vehicle System Dynamics Dezember 1983, Lisse, NL Seiten 291 - 311; D. Karnopp: "Active Damping in Road Vehicle Suspension Systems"
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zur Fahrwerksregelung, insbesondere von Personen und Nutzkraftwagen, bei dem die Fahrwerks¬ eigenschaften in Abhängigkeit von dem jeweiligen sen¬ sorisch ermittelten Fahrzustand durch die Regelung verändert werden, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Reglerparameter (RP) des Regelkreises in Abhängigkeit von der Dynamik des Fahrvorganges zur Anpassung der Fahrwerksabstimmung an die unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrsicherheit selbstätig verändert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß zur Fahrzustandserken nung die Fahrzeuglängs und Fahrzeugquerdynamik er¬ faßt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in unkritischen Fahrzuständen eine Einstellung der Reg¬ lerparameter (RP) für eine komfortorientierte Fahr¬ werksauslegung erfolgt und daß bei kritischen Fahrzu¬ ständen ein kontinuierlicher oder stufiger Übergang zur fahrsicherheitsorientierten Auslegung der Regler¬ parameter (RP) vorgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erfassung der Fahrzeuglängsdynamik die Fahrzeuglängs geschwindigkeit (11) und/oder die Fahrzeuglängsbe¬ schleunigung herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus der Fahrzeuglängsdynamik ein Näherungswert für die Reifenlängskräfte (FL) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erfassung der Fahrzeugquerdynamik die Fahrzeugquerbe¬ schleunigung (14) und/oder die Giergeschwindigkeit (13) und/oder der Lenkwinkel (12) herangezogen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus der Fahrzeugquerdynamik ein Näherungswert für die Reifenseitenkräfte (F_) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Näherungswerte der Reifenlängs und Reifenseiten kräfte (FL'Fs) 2ur Festlegung der Reglerparameter (RP) herangezogen werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umwandlung der Näherungswerte der Reifenlängs und Reifenseitenkräfte (Fτ,F_) in die Reglerparameter (RP) über eine gespeicherte Wertetabelle (Umsetz¬ schaltung 6) oder eine Rechenoperation erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reglerparameter (RP) einem Regler (8) des Regelkreises zugeführt werden, der als Eingangsgrößen (9) eine oder mehrere Geschwindigkeiten (15) des Fahrzeugaufbaus in vertikaler Richtung und/oder einen oder mehrere Einfederwege (16) des Fahrwerks erhält und mit seiner Ausgangsgröße (Ausgang 10) die Dämpfungseigenschaften mindestens eines Dämpfers des Fahrwerks regelt.
Description:
Verfahren zur Fahrwerksreqelung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrwerks- regelung, insbesondere von Personen- und Nutzkraft¬ wagen, bei dem - entsprechend der Gattung des Haupt¬ anspruchs - die Fahrwerkseigenschaften in Abhängig¬ keit von dem jeweiligen sensorisch ermittelten Fahr¬ zustand durch die Regelung verändert werden.

Bei den heute gebräuchlichen Fahrzeugtypen, insbeson¬ dere Personenkraftwagen, werden die Fahrwerkseigen¬ schaften auf einen mittleren Betriebsfall optimiert. Die Eigenschaften sind durch die Konstruktion festge¬ legt und bleiben - abgesehen von Alterungserschei¬ nungen - im Fahrbetrieb unverändert. Da diese in ex¬ tremen Betriebsfällen, beispielsweise bei leerem oder

voll beladenem Fahrzeug und/oder sich extrem ändern¬ den Fahrzuständen (schnelle Kurvenfahrt, starkes Bremsen bzw. Beschleunigen) hohen Sicherheitsanforde¬ rungen ggf. nicht genügen kann, ist es bekannt, zwischen unterschiedlichen Dämpfereinstellungen umzu¬ schalten. Eine selbständige Einstellung auf ver¬ schiedene Fahrbahnzustände oder Fahrweisen in einer feinen Anpassung ist nicht möglich, da lediglich in groben Stufen eine Verstellung der Dämpfereigen¬ schaften erfolgt.

Ferner ist es bekannt, einer zwischen Achse und Chassis (Fahrzeugaufbau) angeordneten Feder einen Dämpfer parallel zu schalten, der aktiv oder semi¬ aktiv arbeitet. Der aktive Dämpfer weist ein Zylinder auf, der mittels eines Kolbens in zwei Arbeitskammern unterteilt ist. Durch aktive Druckmittelspeisung oder ein Ablassen des Druckmittels können die Dämpfereigenschaften gesteuert werden. Alternativ ist es bei einem semiaktiven System möglich, die Dämpfereigenschaften durch einen im Querschnitt steuerbaren Bypaß zu variieren. Beispielsweise kann der Kolben ein im Durchlaßguerschnitt steuerbares Ventil aufweisen. Beim semiaktiven System erfolgt keine aktive Druckmittelfluß-Steuerung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Hauptan¬ spruch genannten Merkmalen zeigt demgegenüber die Möglichkeit auf, wie auf einfache Weise und träg¬ heitslos in Abhängigkeit von der Dynamik des Fahrvor¬ ganges eine Fahrwerksabstimmung an die unterschied-

liehen Anforderungen hinsichtlich Fahrkomfort und Fahrsicherheit selbstätig vorgenommen werden kann. Dieses erfolgt durch eine entsprechende Variation der Reglerparameter. Mithin wird die jeweilige Übertra¬ gungsfunktion des Reglers der Dynamik des Fahrvor¬ ganges angepaßt, so daß - bei unkritischen Fahrzu¬ ständen der größt mögliche Komfort und bei kritischen Fährzuständen eine der Sicherheit dienende, straffe Fahrwerksabstimmung vorliegt.

Vorzugsweise wird zur Fahrzustandserkennung die Fahr- zeugslängs- und Fahrzeugquerdynamik erfaßt.

Ausgehend von unkritischen Fahrzuständen erfolgt beim Auftreten kritischer Fahrzustände ein kontinuier¬ licher oder stufiger Übergang zu einer fahrsicher- heitsorientierten Auslegung der Reglerparameter. So¬ mit ist eine kontinuierliche Einflußnahme gegeben, die mittels entsprechend kontinuierlich verstellbarer Aktuatoren realisiert wird. Dabei kann das zuvor be¬ schriebene aktive oder semiaktive System eingesetzt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird zur Er¬ fassung der Fahrzeuglängsdynamik die Fahrzeuglängsge¬ schwindigkeit und/oder die Fahrzeuglängsbeschleuni¬ gung herangezogen. Aus diesen für die Längsdynamik charakteristischen Größen läßt sich ein Näherungswert für die Reifenlängskräfte ermitteln. So kann bei¬ spielsweise durch Differentiation der Fahrzeugge¬ schwindigkeit ein Näherungswert für die Reifenlängs¬ kräfte erhalten werden.

Zur Erfassung der Fahrzeugquerdynamik ist vorzugs¬ weise vorgesehen, die Fahrzeugquerbeschleunigung und/oder die Giergeschwindigkeit und/oder den Lenk¬ winkel heranzuziehen. Aus der Fahrzeugquerdynamik läßt sich dann ein Näherungswert für die Reifen¬ seitenkräfte ermitteln. Hierbei sind gegebenenfalls der Schräglaufwinkel und die Reifenschräglaufsteifig- keit zu berücksichtigen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Näherungswerte der Reifenlängs- und Reifenseiten¬ kräfte zur Festlegung der Reglerparameter herange¬ zogen. Dabei kann die Umwandlung der Näherungswerte der Reifenlängs- und Reifenseitenkräfte in die Reg¬ lerparameter über eine gespeicherte Wertetabelle oder eine Rechenoperation erfolgen.

Das Gesamtsystem zeichnet sich dadurch aus, daß die Reglerparameter einem Regler des Regelkreises zuge¬ führt werden, der als Eingangsgrößen eine oder mehrere Geschwindigkeiten des Fahrzeugaufbaus in ver¬ tikaler Richtung und/oder einen oder mehrere Ein¬ federwege des Fahrwerks erhält und mit seiner Aus¬ gangsgröße die Dämpfungseigenschaften mindestens eines Dämpfers des Fahrwerkes regelt. Die erfindungs¬ gemäße Adaption der Reglerparameter an den jeweiligen Fahrzustand ermöglicht die Kopplung mit nahezu jedem Fahrwerkregelungssystem, wobei diskret oder kontinu¬ ierlich verstellbare Aktuatoren verwendet werden kön¬ nen. Kritische Fahrmanöver werden erkannt und führen zu einer die Sicherheit erhöhenden Fahrwerksabstim¬ mung, wobei in unkritischen Situationen der größtmög¬ liche Komfort vorliegt. Überdies werden einfache und physikalisch interpretierbare Entscheidungskriterien

für die Charakterisierung des Fahrverhaltens und die Adaption der Reglerparameter gegeben.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild, das das erfindungsge¬ mäße Verfahren zur Fahrwerksregelung ver¬ deutlicht und

Figur 2 ein Diagramm, das die Komfortziffer eines Fahrwerks in Abhängigkeit von der Radlast zeigt, wobei eine Grenzkurve dargestellt ist, deren Werte durch Variation der Reglerparameter der Fahrwerkregelung ange¬ nommen werden können.

Anhand des Blockschaltbilds der Figur 1 soll das er¬ findungsgemäße Verfahren erläutert werden. Es sind zwei Meß- und Auswerteeinrichtungen 1 und 2 vorge¬ sehen, denen Eingangsgrößen 3 zugeführt werden und deren Ausgänge 4 und 5 mit einer Umsetzschaltung 6 verbunden sind. Der Ausgang 7 der UmsetzSchaltung 6 ist an einen Regler 8 angeschlossen, dem Eingangs¬ größen 9 zugeführt werden und der einen Ausgang 10 aufweist. Der Regler 8 ist Bestandteil eines nicht dargestellten Regelkreises einer Fahrwerksregelung eines Kraftfahrzeuges.

Bei der Meß- und Auswerteeinrichtung 1 handelt es sich um eine die Längsdynamik des Kraftfahrzeuges er¬ fassende Einrichtung. Es sind Sensoren vorgesehen,

die die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit und/oder die Fahrzeuglängsbeschleunigung ermitteln. In der Figur 1 wird der Meß- und Auswerteeinrichtung 1 als Eingangs¬ größe 3 die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit 11 zuge¬ führt. Durch Differentiation läßt sich hieraus ein Näherungswert für die Reifenlängskräfte F_ erhalten. Es gilt die Beziehung:

wobei mges die Masse des Fahrzeuges und vL τ die Fahr- zeuglängsgeschwindigkeit bezeichnet.

Demgemäß steht am Ausgang 4 der Meß- und Auswerteein¬ richtung 1 ein Näherungswert für die Reifenlängs- kräfte F L zur Verfügung.

Der Meß- und Auswerteeinrichtung 2 werden andere Ein¬ gangsgrößen 3 zugeführt. Es handelt sich hierbei um den Lenkwinkel 12, die Giergeschwindigkeit 13 und die Fahrzeugquerbeschleunigung 14. Gegebenenfalls sind nicht alle Eingangsgrößen erforderlich. Die genannten Eingangsgrößen 3 werden ebenfalls durch geeignete Sensoren ermittelt. Die Meß- und Auswerteeinrichtung 2 bildet aus den Einganggrößen 3 einen Näherungswert für die Reifenseitenkräfte F_.

Die Reifenlängskräfte F τ und die Reifenseitenkräfte F_ werden der Umsetzschaltung 6 zugeführt. Bei der Umsetzschaltung 6 handelt es sich um eine ge¬ speicherte Wertetabelle, die am Ausgang 7 in Ab¬ hängigkeit von den Eingangsgrößen Reglerparameter RP zur Verfügung stellt, die dem Regler 8 zugeführt wer¬ den. Als Eingangsgrößen 9 erhält der vorzugsweise als

Skyhook-Regler ausgebildete Regler 8 die Geschwindig¬ keit 15 des Aufbaues des Fahrzeuges und den Einfeder¬ weg 16. Unter letzerem ist der Verlagerungsweg einer Achse des Kraftfahrzeuges relativ zum Chassis bzw. zum Aufbau zu verstehen. An seinem Ausgang 10 stellt der Regler ein Signal zur Stellung geeigneter Aktua- toren zur Verfügung, mit denen die Abstimmung der Fahrwerkseigenschaften vorgenommen wird. Es kann sich hierbei um aktiv oder semiaktiv arbeitende Dämpfer handeln.

Durch die Fahrzustandserkennung der Meß- und Aus¬ werteeinrichtungen 1 und 2 lassen sich in Verbindung mit semiaktiven oder aktiven Fahrwerksregelungen die Fahrwerkseigenschaften nach Maßgabe des jeweils vor¬ liegenden Betriebszustandes einstellen.

Dabei erfolgt eine Einstellung der Reglerparameter in unkritischen Fahrzuständen derart, daß eine kom¬ fortable Fahrwerksauslegung vorliegt. In kritischen Fahrzuständen ist ein kontinuierlicher Übergang zu fahrsicherheitsorientierter Auslegung der Reglerpara¬ meter vorgesehen. Mithin werden diese kritischen Fahrzustände durch die Sensoren der Meß- und Aus¬ werteeinrichtungen 1 und 2 erkannt und der Umsetz- Schaltung 6 entsprechende Werte für die Reifenlängs¬ kräfte F und/oder Reifenseitenkräfte F g zugeführt. Am Ausgang 7 der Umsetzschaltung 6 werden dann ent¬ sprechende Reglerparameter RP ausgegeben, die den Regler 8 derart im Hinblick auf seine Übertragungs¬ funktion beeinflussen, daß das am Ausgang 10 ausge¬ gebene, die Aktuatoren des Fahrwerks steuernde Signal eine der Fahrsicherheit dienende, straffere Fahr¬ werksabstimmung vornimmt. Dabei erfolgt der Übergang

von einer komfortorientierten Fahrwerksauslegung zu der genannten straffen Abstimmung kontinuierlich. Die Rückkehr zu höherem Fahrkomfort erfolgt ebenfalls kontinuierlich.

Die Figur 2 zeigt eine Grenzkurve für ein semiaktiv geregeltes System mit Skyhookregler und frequenzab¬ hängiger Dämpfung. Die Komfortziffer KA gibt über die Fahrwerksabstimmung Aufschluß. Je größer die Komfort¬ ziffer ist, umso schlechter wird der Komfort; mithin erhöht sich die Fahrsicherheit. Gleichzeitig sinkt - wie aus der Figur 2 ersichtlich - die auf der Abszisse abgetragene Radlast RL. Der Pfeil 17 zeigt somit die Tendenz der dargestellten Grenzkurve zu größerer Fahrsicherheit und der Pfeil 18 die Richtung zu größerem Fahrkomfort auf. Die Werte der Grenzkurve können durch Variation der Reglerparameter RP ange¬ nommen werden. Mithin wird deutlich, daß mit dem er¬ findungsgemäßen Verfahren durch die Variation der Reglerparameter RP eine Fahrwerksabstimmung für größere Sicherheit oder größeren Fahrkomfort vorge¬ nommen werden kann.