DE4202091A1 - Regulating damping effect of vehicle shock absorber - using difference between actual and theoretically damping force values - Google Patents
Regulating damping effect of vehicle shock absorber - using difference between actual and theoretically damping force valuesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln der Dämpfungskraft für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges mit re gelbaren Schwingungsdämpfern, welche zur Einstellung der Dämp fungskraft mit Proportionalventilen ausgerüstet sind, bei dem die Relativgeschwindigkeit zwischen Aufbau- und Radmasse und die Ausbaubeschleunigung gemessen werden und der Dämpfungskraft- Sollwert aus mindestens einer Zustandsgröße ermittelt wird.The invention relates to a method for regulating the Damping force for a chassis of a motor vehicle with re gelatable vibration dampers, which for adjusting the damping are equipped with proportional valves, in which the relative speed between body and wheel mass and the Expansion acceleration are measured and the damping force Setpoint is determined from at least one state variable.
Der Aufbau eines Radfederungssystems läßt sich anhand eines Zweimassenschwingers erläutern, wobei die ungefederte Masse von Rad und Radaufhängung als Radmasse und die anteilige Ausbaumasse des Fahrzeuges als Aufbaumasse bezeichnet wird. Zwischen beiden befindet sich ein Dämpfer-Feder-System. Von einem solchen Radfe derungssystem werden zwei sich widersprechende Aufgaben gelöst. Durch die Fortbewegung eines Fahrzeuges auf einer im gewissen Grad unvermeidbar unebenen Straße kommt es über die Räder zu einer Schwingungsanregung. Die resultierenden Fahrzeugschwingun gen beeinträchtigen den Fahrkomfort und auch die Sicherheit des Fahrzeuges. Damit hat also das Feder-Dämpfersystem einmal die Aufgabe, das Rad so genau wie möglich an der Fahrbahn entlangzu führen, um die Kraftübertragung vom Rad zum Untergrund auf mög lichst hohem Niveau zu halten, und andererseits die aus den Straßenunebenheiten resultierenden Achsbewegungen auszugleichen, um den Fahrkomfort für die Insassen zu steigern. Durch eine ge regelte Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers können im hohen Maße die auftretenden Schwingungen zur Verbesserung des Fahrkom forts absorbiert, andererseits die Fahrsicherheit gewährleistet werden.The structure of a wheel suspension system can be based on a Explain dual mass transducer, the unsprung mass of Wheel and wheel suspension as wheel mass and the proportional removal mass of the vehicle is referred to as the body mass. Between the two there is a damper spring system. From such a Radfe two conflicting tasks are solved. By moving a vehicle on a certain Degrees of unavoidable uneven road come from the wheels a vibration excitation. The resulting vehicle vibrations conditions impair driving comfort and also the safety of the Vehicle. So the spring damper system has one The task is to move the bike along the road as precisely as possible lead to the power transmission from the wheel to the ground to maintain the highest possible level, and on the other hand that from the To compensate for uneven roads resulting in axis movements, to increase driving comfort for the occupants. By a ge regulated damping force of the vibration damper can in the high Measure the vibrations that occur to improve driving comfort continues to be absorbed, while on the other hand ensuring driving safety will.
Ein Verfahren zum Verändern der Dämpfungskraft eines Schwin gungsdämpfers über die Einstellung des Durchströmquerschnittes des verstellbaren Ventils ist aus der deutschen Offenlegungs schrift DE 39 35 376 A1 bekannt, wobei der Dämpfungskraft- Sollwert aus der Kolbengeschwindigkeit und der Aufbaugeschwin digkeit ermittelt wird. Der berechnete Dämpfungskraftsollwert und die Kolbengeschwindigkeit werden einem statischen Kennfeld zugeführt, das aus diesen Werten den bei den momentanen Fahr- Bedingungen einzustellenden Durchströmquerschnitt des Ventils ermittelt. Das Kennfeld übernimmt damit eine Anpassung des Durchströmquerschnittes an die Kolbengeschwindigkeit des Schwingungsdämpfers unter Berücksichtigung der Soll-Dämpfer kraft. Da der Dämpfungskraft-Istwert damit nur durch das Kenn feld statisch simuliert wird, können bei bestimmten Kolbenge schwindigkeitswerten Ungenauigkeiten bei der Berechnung der Ist-Dämpfungskraft auftreten, außerdem wird der Regelalgorithmus langsamer und kann somit auf eine Straßenunebenheit nur mit einer Verzögerung reagieren.A method of changing the damping force of a pig tion damper via the setting of the flow cross-section of the adjustable valve is from German disclosure document DE 39 35 376 A1 known, the damping force Setpoint from the piston speed and the build-up speed is determined. The calculated damping force setpoint and the piston speed become a static map supplied from these values to the current driving Flow cross-section of the valve to be set determined. The map thus adapts the Flow cross-section to the piston speed of the Vibration damper taking into account the target damper force. Since the actual damping force value is only determined by the characteristic field is statically simulated, with certain piston Speed inaccuracies in the calculation of the Actual damping force occur, also the control algorithm slower and can therefore only with a bump respond to a delay.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Regeln der Dämpfungskraft von Schwingungsdämpfern für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welches in seinem Aufbau einfach gehalten ist und das durch eine direkte Rückführung der zu regelnden Größe schnell auf eine Istgrößenveränderung mit einer Stellgröße zur genauen Einstellung der Dämpfungskraft eines Schwingungsdämpfers mit Proportionalventil reagiert.It is the object of the invention to provide a method for regulating the Damping force of vibration dampers for motor vehicles too create, which is simple in its structure and that by direct feedback of the size to be regulated quickly to an actual variable change with a manipulated variable for precise Setting the damping force of a vibration damper with Proportional valve reacts.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausge staltungen dar.The task is characterized by the characteristics of the contractor spell 1 solved. The subclaims are advantageous events.
Der gemessene Dämpfungskraft-Istwert wird mit einem Dämpfungs kraft-Sollwert verglichen und aus der Differenz eine Reglerein gangsgröße gebildet, die auf eine Regeleinrichtung, in einer vorteilhaften Ausführung einen Proportionalregler, zur Bildung einer Reglerausgangsgröße geführt wird, wobei der Dämpfungs kraft-Sollwert aus mindestens einer die Fahrbedingungen charak terisierenden Zustandsgröße, vorteilhafterweise der Aufbaube schleunigung, berechnet wird. Da die momentane Dämpfungskraft für eine notwendige Fahrsicherheit und im Kompromiß dazu für einen optimalen Fahrkomfort von Größen, wie Fahrbahnunebenhei ten, Lenkwinkel, Bremsnicken, Fahrzeuggeschwindigkeit und Ni veauregulierung abhängt, ist es zweckmäßig, diese bei der Be rechnung des Dämpfungskraft-Sollwertes zu berücksichtigen.The measured actual damping force value is compared with a damping Force setpoint compared and a controller from the difference gear size formed on a control device in a advantageous embodiment of a proportional controller, for education a controller output variable is performed, the damping Force setpoint from at least one characterizes the driving conditions terisizing state variable, advantageously the structure acceleration, is calculated. Because the momentary damping force for a necessary driving safety and in a compromise optimum driving comfort of sizes such as uneven road surfaces ten, steering angle, brake pitch, vehicle speed and Ni veauregulation depends, it is advisable to use this when loading calculation of the damping force setpoint.
Um eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Dämpfungs kraftregelung auf die Straßenbedingungen zu erreichen, wird der errechnete Dämpfungskraft-Sollwert und die Relativgeschwindig keit zwischen Aufbau- und Radmasse einem Kennfeld zugeführt, das eine Simulation des Schwingungsdämpfers vornimmt. Das Kennfeld erzeugt einen Störgrößenkompensationswert, der zur Bildung der Stellgröße für die Dämpfungskraft der Reglerausgangsgröße auf geschaltet wird.To improve the dynamic behavior of the damping to achieve force regulation on the road conditions calculated damping force setpoint and the relative speed speed between body and wheel mass fed a map that carries out a simulation of the vibration damper. The map generates a disturbance compensation value that is used to form the Manipulated variable for the damping force of the controller output variable is switched.
Um bei einer Störung der Reglungselektronik oder Stromausfall zur Gewährleistung der Fahrsicherheit eine Einstellung des Pro portionalventils auf hohe Dämpfungskraft zu erreichen, erzeugt die Regelung eine Stellgröße, die zur Erhöhung der Dämpfungs kraft verringert wird.In the event of a fault in the control electronics or a power failure To ensure driving safety an adjustment of the Pro portional valves to achieve high damping force the regulation is a manipulated variable that is used to increase the damping force is reduced.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher er läutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is based on an exemplary embodiment, he to be refined. The associated drawings show:
Fig. 1 Ausführung eines Fahrwerks mit vier Schwingungsdämpfern Fig. 1 execution of a chassis with four vibration dampers
Fig. 2 Aufbau eines Einrohrschwingungsdämpfers mit Relativge schwindigkeits- und Dämpfungskraftsensor Fig. 2 Structure of a single-tube vibration damper with Relativge speed and damping force sensor
Fig. 3 Lineares Zweimassensystem des Einradmodells Fig. 3 linear two-mass system of the unicycle model
Fig. 4 Verlauf der Rad- und Aufbaubewegung eines ungeregelten Fahrwerks für harte und weiche Kennung Fig. 4 course of the wheel and body movement of an uncontrolled chassis for hard and soft identification
Fig. 5 Blockschaltung der Dämpfungskraftregelung Fig. 5 block circuit of the damping force control
Fig. 6 Verlauf der Dämpferkraft und der Aufbaubeschleunigung bei einer Kraftregelung mit Führungsgrößenänderung pro portional der Aufbaubeschleunigung Fig. 6 course of the damper force and the body acceleration in a force control with change in command variable per proportional to the body acceleration
Fig. 7 Führungsgrößenverhalten mit und ohne Störgrößenauf schaltung. Fig. 7 reference variable behavior with and without disturbance variable circuit.
Fig. 1 zeigt die Ausführung eines Fahrwerks mit vier Stoßdämp fern. Die hintere Achse wird über zwei Schwingungsdämpfer 1 und zwei Wendelfedern 2 abgestützt, die vordere Radaufhängung weist sogenannte niveaugeregelte Federbeine 3 auf. Die Schwingungs dämpfer 1 und die Federbeine 3 dämpfen die Relativbewegung der ungefederten Massen, des Rades und der Radaufhängung, und den gefederten anteiligen Aufbaumassen des Fahrzeuges. Fig. 1 shows the execution of a chassis with four shock absorbers. The rear axle is supported by two vibration dampers 1 and two coil springs 2 , the front wheel suspension has so-called level-controlled struts 3 . The vibration damper 1 and the struts 3 dampen the relative movement of the unsprung masses, the wheel and the wheel suspension, and the sprung proportional body mass of the vehicle.
Zum Verändern der Dämpfungseigenschaften ist eine Regeleinrich tung vorgesehen, die aus den von den Sensoren kommenden Signalen eine Stellgröße zur Veränderung der Dämpfungskraft bildet.A control device is required to change the damping properties device provided from the signals coming from the sensors forms a manipulated variable for changing the damping force.
Mit dem Wahlschalter 5 im Fahrgastraum läßt sich die Dämpfungs kraft der Schwingungsdämpfer 1 und der Federbeine 3 zwischen "weicher" und "harter" Kennung sowie Automatik vom Fahrer ein stellen. Das Ausgangssignal des Wahlschalters 5 wird ebenfalls auf die Regeleinrichtung 4 geführt.With the selector switch 5 in the passenger compartment, the damping force of the vibration damper 1 and the spring struts 3 between "soft" and "hard" identifier and automatic can be set by the driver. The output signal of the selector switch 5 is also fed to the control device 4 .
In Fig. 2 ist der Aufbau eines regelbaren Schwingungsdämpfers 1 gezeigt, der im wesentlichen aus einem Dämpferzylinder 11, der durch einen Führungsverschluß 15 verschlossen ist, einem mit einer Kolbenstange 12 verbundenen Dämpferkolben 13 und einer mit der Kolbenstange 12 verbundenen Abdeckung 14 besteht. Die Ab deckung trägt die axial angeordnete Spule 16 des Relativge schwindigkeitssensors, dessen ringförmiger Dauermagnet 17 auf dem Führungsverschluß 15 angeordnet ist. Im Dämpferzylinder 11 befinden sich zwei Arbeitsräume 18, 19, die durch den Trennkol ben 20 von einem gasgefüllten Ausgleichsraum getrennt sind. Der Dämpferkolben 13 ist neben den nicht dargestellten druckabhän gigen Dämpfungsventilen mit einem proportional regelbaren By passventil 21 versehen, dessen elektrische Anschlüsse 22 zusam men mit den Anschlüssen 24 des Kraftsensors 23 zur Messung des Dämpfungskraft-Istwertes durch die hohe Kolbenstange 12 nach außen geführt sind. In FIG. 2, the structure of a controllable damper 1 is shown which essentially consists of a damping cylinder 11 which is closed by a guiding shutter 15, one connected to a piston rod 12 damper piston 13 and a connected to the piston rod 12. Cover 14 is made. From the cover carries the axially arranged coil 16 of the Relativge speed sensor, whose annular permanent magnet 17 is arranged on the guide closure 15 . In the damper cylinder 11 there are two working spaces 18 , 19 , which are separated by a separating chamber ben 20 by the Trennkol ben 20 . The damper piston 13 is provided in addition to the pressure-dependent damping valves, not shown, with a proportionally controllable by-pass valve 21 , the electrical connections 22 together with the connections 24 of the force sensor 23 for measuring the actual damping force value are guided through the high piston rod 12 to the outside.
Zur Darstellung der Vertikaldynamik eines Fahrzeuges wird das in Fig. 3 dargestellte Einradmodell verwendet. Das lineare Zweimas sensystem besteht aus der gefederten anteiligen Aufbaumasse ma und der ungefederten Masse von Rad und Radaufhängung, als Rad masse mR bezeichnet. Zwischen beiden Massen befindet sich ein Dämpfer-Feder-System, bei dem ca die Federkonstante und da die Dämpferkonstante darstellen. Die Federkonstante cR und die Dämp ferkonstante dR sind die Konstanten des radimmanenten Dämpfer- Feder-Systems und hängen im großen Maß von der Radsteifigkeit, dem Reifendruck und der Reifentemperatur ab. Die Zusammenhänge können für Geradeausfahrt auf das Gesamtsystem übertragen wer den.The unicycle model shown in FIG. 3 is used to represent the vertical dynamics of a vehicle. The linear two-mass sensor system consists of the sprung proportional body mass m a and the unsprung mass of the wheel and wheel suspension, referred to as the wheel mass m R. There is a damper-spring system between the two masses, in which c a represents the spring constant and d a the damper constant. The spring constant c R and the damper constant d R are the constants of the wheel-inherent damper-spring system and depend to a large extent on the wheel rigidity, the tire pressure and the tire temperature. The relationships can be transferred to the overall system for straight-ahead driving.
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Rad- und Aufbaubewegung eines unge regelten Fahrwerks bei weicher und harter Dämpfung durch Simula tion am Einradmodell. Die Straßenerregung xE wird durch einen Rechteckgenerator vorgegeben. Bei weicher Dämpfung erzeugt die Straßenanregung xE eine Schwingungsanregung der vertikalen Rad bewegung xR mit einer relativ hohen Amplitude, die nur langsam abklingt, die Fahrsicherheit ist beeinträchtigt. Bei harter Dämpfung klingt die Schwingung der Radbewegung xR schneller ab, die Amplitude ist geringer und das Rad wird genauer an der Fahr bahn entlanggeführt. Dies ist jedoch mit einem steileren Anstieg der Aufbaubewegung xa verbunden, was den Fahrkomfort verschlech tert. Fig. 4 shows the course of the wheel and body movement of an uncontrolled chassis with soft and hard damping by simulation on the unicycle model. The street excitation x E is specified by a rectangular generator. With soft damping, the road excitation x E generates a vibration excitation of the vertical wheel movement x R with a relatively high amplitude, which decays only slowly, and driving safety is impaired. With hard damping, the vibration of the wheel movement x R decays faster, the amplitude is lower and the wheel is guided more precisely along the road. However, this is associated with a steeper increase in the body movement x a , which worsens driving comfort.
Die in Fig. 5 gezeigte Kraftregelung ist eine Möglichkeit, die Dämpfungskraft D dem Fahrzustand des Fahrzeuges optimal anzupas sen. Zur Erläuterung wird wiederum das aus anteiliger Aufbaumas se ma und Radmasse mR bestehende Einradmodell verwendet. Der Dämpfungskraft-Sollwert Fsoll wird aus mindestens einer die Straßenbedingungen charakterisierenden Zustandsgröße, zum Bei spiel der Aufbaubeschleunigung aa, z. B. über einen Proportiona litätsfaktor K, ermittelt. Um die Fahrbedingungen des Fahrzeu ges, beispielsweise bei Kurvenfahrten oder beim Bremsen, zu be rücksichtigen, werden solche Einflußgrößen wie Fahrgeschwindig keit, Bremsnicken, Seitenneigung, Lenkwinkel und Wahlschalter als Hilfsregelgrößen in die Berechnung des Dämpfungskraft-Soll wertes Fsoll einbezogen. Das kann zum Beispiel über eine im Rechner abgelegte Entscheidungstabelle 10 geschehen. Der mit Hilfe eines Kraftmessers gemessene Dämpfungskraft-Istwert Fist wird mit dem Dämpfungskraft-Sollwert Fsoll verglichen und die Differenz wird als Reglereingangsgröße Rein auf eine Regelein richtung 8 geführt, die die Reglerausgangsgröße IR zur propor tionalen Einstellung der Dämpfungskraft D des Schwingungsdämp fers erzeugt. Die von der Straßenanregung xE abhängige Dämpfer relativgeschwindigkeit vrel geht dabei als Störgröße in den Re gelkreis ein.The force control shown in Fig. 5 is a way to optimally adapt the damping force D to the driving state of the vehicle. For explanation purposes, the unicycle model consisting of proportional body dimensions m a and wheel mass m R is used. The damping force command value F should be of at least one road conditions characterizing state variable, for the case of playing a body acceleration a, z. B. via a proportionality factor K, determined. To the driving conditions of the Fahrzeu ges, for example, when cornering or braking, be taken into BE, such influencing variables are as ness Fahrgeschwindig, brake dive, lateral inclination, steering angle and selector value as an auxiliary control variables in the calculation of the damping force command F should included. This can be done, for example, using a decision table 10 stored in the computer. The measured by means of a dynamometer damping force value F is compared with the damping force target value F is intended, and the difference is fed toward a Regelein as a controller input variable R is an 8 fers the controller output variable I R to the propor tional setting of the damping force D of the Schwingungsdämp generated. The damper relative speed v rel, which is dependent on the road excitation x E, is included as a disturbance variable in the control loop.
Aus der Relativgeschwindigkeit vrel und dem Dämpfungskraft- Sollwert Fsoll wird mit Hilfe eines Kennfeldes 9, das die Simu lation des Schwingungsdämpfers vornimmt, der Störgrößen-Kompen sationswert IS errechnet und zur Bildung der Stellgröße I der Reglerausgangsgröße IR aufgeschaltet. Die durch die verschiede nen Stoßdämpferventile erzeugten Kennfelder (Weg- und Kraftpro portional) sind prinzipiell für eine Kraftregelung geeignet, wobei die Merkmale der einzelnen Kennlinien zum Tragen kommen.V rel of the relative speed and the damping force target value F to a characteristic field 9, the lation the simu is makes the vibration damper by means of which disturbance Kompen sationswert calculated I S and the controller output variable I R switched to form the manipulated variable I. The maps (displacement and force proportional) generated by the various shock absorber valves are in principle suitable for force control, whereby the characteristics of the individual characteristic curves come into play.
Fig. 6 verdeutlicht den Einfluß der erfindungsgemäßen Regelung auf den Verlauf, wobei der Dämpfungskraft-Sollwert Fsoll zur Berücksichtigung der Vertikaldynamik in Abhängigkeit der Aufbau beschleunigung errechnet wird. Bei kleinen Beschleunigungen ist dadurch ausreichende Sicherheit bei gutem Komfort gewährleistet. Bei größer werdenden Beschleunigungswerten aa wird die Dämpfer kraft D proportional erhöht, wodurch die Sicherheit vergrößert wird. Sind die Anregungen im Bereich der Eigenfrequenzen, ist zusätzlich der Komfort optimal. Der Regelkreis ist zur Umschal tung auf härteste Kennung bei Stromausfall oder einer ähnlichen Störung so dimensioniert, daß die Stellgröße I zur Erhöhung der Dämpferkraft D verringert wird. Fig. 6 illustrates the influence of the control according to the invention on the course, the damping force setpoint F is calculated to take into account the vertical dynamics as a function of the body acceleration. At low accelerations, this ensures sufficient safety with good comfort. With increasing acceleration values a a , the damper force D is increased proportionally, which increases safety. If the suggestions are in the range of the natural frequencies, the comfort is also optimal. The control circuit is dimensioned for switching to the hardest identifier in the event of a power failure or a similar fault in such a way that the manipulated variable I is reduced to increase the damping force D.
Die Aufschaltung der Relativgeschwindigkeit als Störgröße ver bessert die Dynamik des Führungsverhaltens und die Kraftregelung kann damit schneller auf Fahrbahnunebenheiten reagieren und Schwingungen können schneller abgebaut werden, wie Fig. 7 zeigt. The activation of the relative speed as a disturbance variable improves the dynamics of the management behavior and the force control can thus react more quickly to uneven road surfaces and vibrations can be reduced more quickly, as shown in FIG. 7.
BezugszeichenReference numerals
1 Schwingungsdämpfer
2 Wendelfedern
3 Federbein
4 Regeleinrichtung
5 Wahlschalter
6 Kraftmeßeinrichtung
7 Rechner
8 Regler
9 Kennfeld (f(v, Fsoll))
10 Entscheidungstabelle
11 Dämpferzylinder
12 Kolbenstange
13 Dämpfungskolben
14 Abdeckung
14 Führungsverschluß
16 Spule
17 Dauermagnet
18 Arbeitsraum
19 Arbeitsraum
20 Trennkolben
21 Bypassventil
22 Anschlüsse
23 Kraftsensor
24 Anschlüsse
Fsoll Dämpfungskraft-Sollwert
Vrel Relativgeschwindigkeit
ma Aufbaumasse
mR Radmasse
Fist Dämpfungskraft-Istwert
Rein Reglereingangsgröße
IR Reglerausgangsgröße
D Dämpfungskraft
Is Störgrößen-Kompensationswert
I Stellgröße
IH Hilfsregelgröße
Ca Federkonstante
da Dämpferkonstante
CR Federkonstante des radimmanenten Systems
dR Dämpferkonstante des radimmanenten Systems
Xe Straßenerregung
XR Radbewegung
Xa Aufbaubewegung
aa Aufbaubeschleunigung
k Proportionalitätsfaktor k 1 vibration damper
2 coil springs
3 shock absorber
4 control device
5 selector switches
6 force measuring device
7 computers
8 controllers
9 map (f (v, F Soll ))
10 decision table
11 damper cylinders
12 piston rod
13 damping pistons
14 cover
14 guide lock
16 spool
17 permanent magnet
18 work space
19 work space
20 separating pistons
21 bypass valve
22 connections
23 force sensor
24 connections
F to the damping force target value
V rel relative speed
m a body dimensions
m R wheel mass
F is the actual damping force value
R a controller input variable
I R controller output variable
D damping force
I s disturbance variable compensation value
I manipulated variable
I H auxiliary controlled variable
C a spring constant
d a damper constant
C R spring constant of the wheel-inherent system
d R damper constant of the rad immanent system
X e street excitement
X R wheel movement
X a body movement
a a body acceleration
k proportionality factor k
Claims (6)
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