DE19931211A1

DE19931211A1 - Vorrichtung zum Abschätzen einer gefederten Masse

Info

Publication number: DE19931211A1
Application number: DE19931211A
Authority: DE
Inventors: Satoru Ohsaku; Hideo Nakai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: DE19931211B4; US6055471A; FR2780779B1; FR2780779A1; JP2000016047A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse eines gefederten Bauteils eines Fahrzeugs, das ein Federungssystem besitzt. Die Vorrichtung erfaßt unter Verwendung eines Beschleunigungssensors (31a-31d) und eines Wegsensors (32a-32d) die Beschleunigung "a" der gefederten Masse bzw. die Größe der Relativverschiebung "s" des gefederten Bauteils gegenüber einem ungefederten Bauteil. Des weiteren berechnet die Vorrichtung die Relativgeschwindigkeit ds/dt auf der Basis der Größe der Relativverschiebung "s". Die Vorrichtung leitet sodann unter Bezugnahme auf eine Dämpfkraftcharakteristiktabelle die der Relativgeschwindigkeit ds/dt entsprechende Dämpfkraft F sowie den einzustellenden Dämpfungskoeffizientenpegel her. Auf der Basis einer Datenreihe a(k), einer Datenreihe s(k) und einer Datenreihe F(k) (wobei k = 1, 2, ..., N) betreffend die Beschleunigungen "a" der gefederten Masse, die Relativverschiebungsgrößen "s" bzw. die Dämpfkräfte F, die über einen derart langen Zeitraum hinweg erhalten werden, daß das Verhältnis beta der Federkonstante zur gefederten Masse M als konstant behandelt werden kann, berechnet die Einrichtung schließlich die gefederte Masse M. Durch diese Einrichtung läßt sich die gefederte Masse somit auch im Fahrzustand des Fahrzeugs abschätzen, ohne daß es hierzu eines komplizierten Mechanismus bedarf.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vor richtung zum Abschätzen der gefederten Masse eines gefeder ten Bauteils eines Fahrzeugs.

Derartige Einrichtungen sind beispielsweise in der ja panischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. HEI 7-27907 und der japanischen Patentanmeldung Nr. HEI 1-293211 offenbart. Diese Einrichtungen erfassen den Luftdruck in einem pneuma tischen Federmechanismus und schätzen die gefederte Masse (die bewegte Last) unter der Voraussetzung, daß der Luft druck in dem pneumatischen Federmechanismus proportional zur gefederten Masse ist, aus dem erfaßten Luftdruck in dem pneumatischen Federmechanismus ab. In Abhängigkeit von der abgeschätzten gefederten Masse verstellen diese Vorrichtun gen die Dämpfkraftcharakteristik eines Dämpfkrafterzeu gungsmechanismus oder stellen die dem pneumatischen Feder mechanismus zugeführte oder von diesem abgeführte Luftmenge ein. Die japanische Patentanmeldung Nr. HEI 8-304154 offen bart beispielsweise ein Verfahren, gemäß dem eine gefederte Masse (bewegte Last) auf der Basis der Weggröße einer zwi schen der Fahrzeugkarosserie und der Achse angeordneten Fe der erfaßt und die gefederte Masse auf einer Anzeigeein richtung in der Nähe des Fahrersitzes angezeigt wird.

Mit den vorstehend erwähnten herkömmlichen Einrichtun gen läßt sich die gefederte Masse dann genau erfassen, wenn das gefederte Bauteil (die Fahrzeugkarosserie) nicht schwingt, d. h. beispielsweise im Stillstand des Fahrzeugs. Bewegt sich das Fahrzeug jedoch, d. h. schwingt das gefe derte Bauteil, dann schwankt der Luftdruck in dem pneumati schen Federmechanismus, so daß die herkömmlichen Einrich tungen die gefederte Masse nicht genau erfassen können. Darüber hinaus wird gemäß dem vorstehend beschriebenen Ver fahren, in dem ein pneumatischer Federmechanismus zum Ein satz kommt, im besonderen ein dem pneumatischen Federmecha nismus zugeordneter Drucksensor benötigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Vorrichtung zum Abschätzen einer gefederten Masse vorzuse hen, die die gefederte Masse immer mit einer hohen Genauig keit abschätzen kann und einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch die Einrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. das Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprü che.

Die Erfindung betrifft im besonderen eine Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse eines gefederten Bau teils eines Fahrzeugs, das ein Federungssystem umfassend einen pneumatischen Federmechanismus und einen Dämpfkraf terzeugungsmechanismus, die zwischen dem gefederten Bauteil und einem ungefederten Bauteil angeordnet sind, besitzt. Die Vorrichtung umfaßt eine Beschleunigungserfassungsein richtung, die die Beschleunigung des gefederten Bauteils in Vertikalrichtung erfaßt, eine Relativverschiebungserfas sungseinrichtung, die die Größe der Relativverschiebung des gefederten Bauteils gegenüber dem ungefederten Bauteil in Vertikalrichtung erfaßt, eine Dämpfkrafterfassungseinrich tung, die die von dem Dämpfkrafterzeugungsmechanismus er zeugte Dämpfkraft erfaßt, und eine Rechner- bzw. Bestim mungseinrichtung, die die Masse des gefederten Bauteils aus einer Vielzahl von Beschleunigungen, einer Vielzahl von Re lativverschiebungsgrößen und einer Vielzahl von Dämpfkräf ten, die durch die Beschleunigungserfassungseinrichtung, die Relativverschiebungserfassungseinrichtung bzw. die Dämpfkrafterfassungseinrichtung über einen Zeitraum von ei ner bestimmten Länge hinweg erfaßt werden, bestimmt.

Bei dieser Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse kann die Bestimmungseinrichtung durch die Vielzahl von Beschleunigungen, die Vielzahl von Relativverschie bungsgrößen und die Vielzahl von Dämpfkräften die gefederte Masse selbst im Fahrzustand des Fahrzeugs genau abschätzen.

Die durch den Dämpfkrafterzeugungsmechanismus erzeugte Dämpfkraft hängt von der Konstruktion des Dämpfkrafterzeu gungsmechanismus und der Geschwindigkeit des gefederten Bauteils relativ zum ungefederten Bauteil ab. Daher kann bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse die Dämpfkrafterfassungseinrichtung eine Relativgeschwindigkeitserfassungseinrichtung zum Er fassen der Relativgeschwindigkeit des gefederten Bauteils gegenüber dem ungefederten Bauteil in Vertikalrichtung, eine Speichereinrichtung zum Speichern von Daten betreffend die Dämpfkraft entsprechend der Relativgeschwindigkeit und eine Dämpfkraftbestimmungseinrichtung zum Herleiten bzw. Bestimmen der Dämpfkraft, die der durch die Relativge schwindigkeitserfassungseinrichtung erfaßten Relativge schwindigkeit entspricht, unter Bezugnahme auf die Spei chereinrichtung beinhalten.

Die vorstehend erwähnte Relativgeschwindigkeit läßt sich auf der Basis des Ausgangssignals der Relativverschie bungserfassungseinrichtung, die oftmals im Rahmen einer normalen Dämpfkraftsteuerung und dergleichen verwendet wird, leicht berechnen. Daher kann die Vorrichtung zum Ab schätzen der gefederten Masse die gefederte Masse mittels eines geeignet entwickelten Softwarebetriebsverfahrens, das von einem Mikrocomputer oder dergleichen ausgeführt wird, abschätzen, wofür nur eine einfache Hardware benötigt wird, d. h., ohne daß es einen speziellen Sensor, beispielsweise einen Drucksensor wie im Stand der Technik, bedarf.

Die vorstehend erwähnten, in der Speichereinrichtung gespeicherten Daten betreffend die Dämpfkräfte können für die jeweiligen einzustellenden Dämpfungskoeffizientenpegel des Dämpfkrafterzeugungsmechanismus variieren.

Des Weiteren kann die Bestimmungseinrichtung zum Be stimmen der Masse des gefederten Bauteils die Masse des ge federten Bauteils unter Verwendung der Beziehung M(a - βs) = F, wobei M die Masse des gefederten Bauteils, a die Beschleunigung, β das Verhältnis der Federkonstante des Fe dermechanismus zur Masse des gefederten Bauteils, s die Größe der Relativverschiebung und F die Dämpfkraft ist, un ter der Voraussetzung, daß das Verhältnis β konstant ist, berechnen.

Nachstehend wird das Prinzip der vorstehend beschriebe nen optionalen Ausführungsform der Erfindung erläutert. Das Verhältnis β zwischen der Federkonstante des pneumatischen Federmechanismus und der gefederten Masse ist in einem sta tischen Zustand im wesentlichen konstant. Daher kann das Verhältnis als konstant angenommen werden, wenn der vorste hend erwähnte bestimmte Zeitraum ausreichend lange ist, beispielsweise wenigstens 10-mal so lang ist wie die Reso nanzdauer ("resonance period") des gefederten Bauteils. So dann kann die Bewegungsgleichung M(a - βs) = F aufgestellt werden, wobei M die gefederte Masse, a die Beschleunigung, β das Verhältnis, s die Größe der Relativverschiebung und F die Dämpfkraft ist. Aus einer Vielzahl von Beschleunigun gen, einer Vielzahl von Relativverschiebungsgrößen und ei ner Vielzahl von Dämpfkräften, die über einen derart aus reichend langen Zeitraum ermittelt werden, daß das Verhält nis β als konstant angenommen werden kann (d. h. wenigstens das 10fache der Resonanzdauer des gefederten Bauteils), kann die Bestimmungseinrichtung die gefederte Masse somit selbst im Fahrzustand des Fahrzeugs genau abschätzen.

Die vorstehenden Merkmale, weitere Merkmale und Vortei le der Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug nahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen dieselben Bezugszeichen dieselben Bauteile darstellen. Im Einzelnen zeigt

Fig. 1 ist den schematischen Aufbau eines Fahrzeugfede rungssystems, wofür die bevorzugte Ausführungsform der er findungsgemäßen Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse verwendet wird;

Fig. 2 ein Flußdiagramm, das das Hauptprogramm veran schaulicht, das von dem in Fig. 1 gezeigten Mikrocomputer ausgeführt wird;

Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, das die in Fig. 2 gezeigte Routine zum Abschätzen der gefederten Masse ausführlich veranschaulicht; und

Fig. 4 ein Diagramm, das die Dämpfkraftcharakteristiken angibt, die in einer im Mikrocomputer vorgesehenen Dämpf kraftcharakteristiktabelle gespeichert sind.

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse erfolgt eine theoretische Erläuterung des Verfahrens zum Abschätzen der gefederten Masse, gemäß dem die erfindungsgemäße Ein richtung arbeitet.

Die Bewegung einer gefederten Masse M in einem Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer Beschleunigung a(k) in Vertikalrichtung (wobei die Aufwärtsrichtung positiv ist) läßt sich durch die folgende Bewegungsgleichung aus drücken:

Ma(k) = Ks(k)s(k) + F(k) (1)

wobei Ks(k) die Federkonstante des pneumatischen Feder mechanismus im Federungssystem zu diesem Zeitpunkt, s(k) die Größe der Relativverschiebung des gefederten Bauteils gegenüber einem ungefederten Bauteil zu diesem Zeitpunkt (wobei die Kontraktionsrichtung des Federungssystems posi tiv ist), F(k) die durch den Dämpfkrafterzeugungsmechanis mus im Federungssystem zur Verfügung gestellte Dämpfkraft (wobei die Aufwärtsrichtung positiv ist) zu diesem Zeit punkt und k in Klammern eine positive ganze Zahl ist, die die Anzahl von Aktualisierungen angibt.

Mittels des Verhältnisses β(k) (= Ks(k)/M) der Feder konstante Ks(k) zur gefederten Masse M läßt sich die Glei chung (1) in eine Gleichung (2) umformulieren:

M{a(k) - β(k)s(k)} = F(k) (2)

Das Federungssystem eines Fahrzeugs, in dem ein pneuma tischer Federmechanismus zum Einsatz kommt, ist im allge meinen so ausgelegt, daß das Verhältnis β(k) der Federkon stante Ks zur gefederten Masse M in einem statischen Zu stand im wesentlichen konstant ist. Daher läßt sich die Gleichung (2) unter Einbeziehung der Vertikalbeschleunigung a(k), der Federkonstanten Ks(k), der Größe der Relativver schiebung s(k) und der Dämpfkraft F(k) über einen derart langen Zeitraum, daß das Verhältnis β(k) als ein konstanter Wert β (Mittelwert) (beispielsweise wenigstens das 10fache der Resonanzdauer bzw. Eigenschwingungsdauer ("resonsance period") der gefederten Masse), d. h. über einen derart lan gen Zeitraum, daß die nachstehende Gleichung (3) gilt, in eine Gleichung (4) umformulieren:

M{a(k) - βs(k)} = F(k) (4)

Die gefederte Masse M kann sodann beispielsweise mit tels der nachstehenden Gleichung (5), die auf der Methode der kleinsten Quadrate basiert, genau abgeschätzt werden.

Bezugnehmend auf die beigefügten Zeichnungen wird nun die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die sich der vorstehend erläuterten Theorie bedient.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Federungssystems eines Fahrzeugs, wofür die erfindungsgemä ße Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse verwen det wird.

Das Federungssystem umfaßt Luftkammern 11a-11d, d. h. pneumatische Federmechanismen, und Dämpfer 12a-12d, d. h. Dämpfkrafterzeugungsmechanismen, an Positionen, die dem linken Vorderrad, dem rechten Vorderrad, dem linken Hinter rad bzw. dem rechten Hinterrad zugeordnet sind.

Die Luftkammern 11a-11d tragen die Fahrzeugkarosserie elastisch und stehen über jeweils ein Magnetventil 13a-13d mit einem Kompressor 14 in Verbindung. Zum Schalten der Ventilstellungen, d. h. zum Öffnung und Schließen der Luft durchlässe zu den Dämpfern 12a-12d, werden die Magnetven tile 13a-13d elektrisch angesteuert. Der Kompressor 14 wird durch einen Elektromotor 14a angetrieben, um Luft von au ßerhalb über einen Filter 15 und ein Rückschlagventil 16 anzusaugen und Druckluft über einen Trockner 18 und ein Rückschlagventil 21 selektiv zu den Magnetventilen 13a-13d zu führen. Zwischen dem Rückschlagventil 17 und dem Trock ner 18 ist ein Magnetventil 22 angeordnet, das ebenfalls elektrisch angesteuert wird, um Luft aus den Luftkammern 11a-11d über die Magnetventile 13a-13d und ein festes Dros selventil 23 nach außen abzugeben.

Die Dämpfer 12a-12d kooperieren mit den Luftkammern 11a-11d, um die Fahrzeugkarosserie an den entsprechenden Radpositionen zu tragen und Schwingungen der Fahrzeugkaros serie zu dämpfen. Die Dämpfer 12a-12d umfassen Kolbenstan gen 24a-24d, die jeweils aus den oberen Seiten der Dämpfer 12a-12d ragen. Die Kolbenstangen 24a-24d stehen in Verbin dung mit elektrischen Stelleinrichtungen 25a-25d, wie z. B. Schrittmotoren oder dergleichen. Die elektrischen Stellein richtungen 25a-25d werden elektrisch angesteuert, um die Dämpfungskoeffizienten der Dämpfer 12a-12d auf eine Viel zahl von Pegeln (beispielsweise q Pegeln) einzustellen.

Dieses Federungssystem beinhaltet des Weiteren Be schleunigungssensoren 31a-31d und Wegsensoren 32a-32d an den vier Radpositionen. Die Beschleunigungssensoren 31a-31d sind an einem gefederten Bauteil befestigt und erfassen je weils die Beschleunigung "a" des gefederten Bauteils in Vertikalrichtung, wobei die Beschleunigung in Aufwärtsrich tung einen positiven Wert und die Beschleunigung in Ab wärtsrichtung einen negativen Wert hat. Die Wegsensoren 32a-32d sind zwischen dem gefederten Bauteil und einem un gefederten Bauteil angeordnet und erfassen jeweils die Größe der Relativverschiebung "s" zwischen dem gefederten Bauteil und dem ungefederten Bauteil. Ausgehend von einem bestimmten Bezugswert haben kleiner werdende Relativver schiebungsgrößen (d. h. in Kontraktionsrichtung der Dämpfer 12a-12d) positive Werte und größer werdende Relativver schiebungsgrößen s (d. h. in Expansionsrichtung der Dämpfer 12a-12d) negative Werte.

Die Beschleunigungssensoren 31a-31d und die Wegsensoren 32a-32d sind mit einem Mikrocomputer 33 verbunden. Der Mi krocomputer 33 führt in kurzen Zeitabständen den Flußdia grammen in den Fig. 2 und 3 entsprechende Programme aus, um das Fahrzeugniveau einzustellen, indem er die gefederte Masse M an jeder Radposition berechnet, die Dämpfungskoef fizienten des Federungssystems durch eine Ansteuerung der elektrischen Stelleinrichtungen 25a-25d ändert und die Ma gnetventile 13a-13d und den Elektromotor 14a ansteuert. Im Mikrocomputer 33 ist die in Fig. 4 dargestellte Dämpf kraftcharakteristiktabelle vorgesehen. Die Dämpfkraftcha rakteristiktabelle enthält im voraus gespeicherte Daten, die unabhängig voneinander für die einzelnen Pegeln 1 bis q des Dämpfungskoeffizienten der Dämpfer 12a-12d gemessen wurden, d. h. Daten in Bezug auf die Dämpfkraft F, die ent sprechend der Relativgeschwindigkeit ds/dt des gefederten Bauteils zum ungefederten Bauteil für die einzelnen Dämp fungskoeffizientenpegel 1 bis q unabhängig variiert.

Unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme in den Fig. 2 und 3 werden nachstehend die Prozesse der vorstehend be schriebenen Ausführungsform erläutert.

Wird ein (nicht dargestellter) Zündschalter eingeschal tet, wiederholt der Mikrocomputer 33 die Ausführung des Hauptprogramms umfassend die Schritte 100 bis 108 in be stimmten kurzen Zeitabständen. Nach dem Start des Hauptpro gramms im Schritt 100 führt der Mikrocomputer 33 im Schritt S102 die Routine zum Abschätzen der gefederten Masse aus.

Die Routine zum Abschätzen der gefederten Masse ist in Fig. 3 ausführlich dargestellt. Nach dem Start der Routine zum Abschätzen der gefederten Masse im Schritt 200 gibt der Mikrocomputer 33 die Beschleunigung a der gefederten Masse und die Größe der Relativverschiebung s jedes Beschleuni gungssensors 31a-31d bzw. jedes Wegsensors 32a-32d ein und speichert diese Daten im Schritt 202. Was die Daten betref fend die Beschleunigung a der gefederten Masse und die Größe der Relativverschiebung s anbelangt, so werden die im momentanen Zyklus und in einer geeigneten Anzahl vorheriger Zyklen eingegebenen Daten zur Verwendung in den nachstehend beschriebenen Differentiations- und Bandpaßfilterprozessen gespeichert. Im Schritt 204 wird sodann die Relativge schwindigkeit ds/dt des gefederten Bauteils gegenüber dem ungefederten Bauteil an jeder Radposition durch Ableitung der Größe der Relativverschiebung s unter Verwendung der momentanen und der vorherigen Eingaben für die Größe der Relativverschiebung s berechnet. Wenngleich eigentlich ver schiedene Berechnungen unter Verwendung der Beschleunigun gen a der gefederten Masse, der Relativverschiebungsgrößen s und der Relativgeschwindigkeiten ds/dt für die jeweiligen Radpositionen durchgeführt werden, werden nachstehend aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung nur die Berech nungen bezüglich einer Radposition erläutert.

Im Schritt 206 leitet der Mikrocomputer 33 unter Bezug nahme auf die in der Speichereinrichtung des Mikrocomputers 33 im voraus gespeicherte Dämpfkraftcharakteristiktabelle die Dämpfkraft F entsprechend der im Schritt 204 berechne ten Relativgeschwindigkeit ds/dt und dem Dämpfungskoeffizi entpegel i (einer der Pegel 1 bis q) her. Was den Dämp fungskoeffizientpegel i anbelangt, so verwendet der Mikro computer 33 eine im Rahmen einer Routine zum Steuern der Dämpfkraft im Schritt 104 (die nachstehend beschrieben wird) des Hauptprogramms vergebene Zahl. Was die Dämpfkraft F anbelangt, so werden der im momentanen Zyklus hergelei tete Wert und die in einer geeigneten Anzahl vorheriger Zy klen hergeleiteten Werte gespeichert, um sie in dem nach stehend erläuterten Bandpaßfilterverfahren zu verwenden.

Im Schritt 208 führt der Mikrocomputer 33 sodann ein Bandpaßfilterverfahren in Bezug auf die im Schritt 206 im momentanen und in den vorherigen Zyklen hergeleiteten Dämpfkräfte F durch, um die Gleichstromkomponenten und Stör- bzw. Rauschkomponenten, die in den Dämpfkräften F enthalten sind, zu beseitigen. Im Schritt 210 aktualisiert der Mikrocomputer 33 sodann eine Datenreihe F(k) aus einer Anzahl N von Daten (wobei k = 1, 2, . . ., N) entsprechend dem Zeitablauf. In der Datenreihe F(k) gibt die jeweils hö here Zahl k aus 1 bis N die jüngsten Daten an. Bei der Ak tualisierung der Datenreihe F(k) löscht der Mikrocomputer 33 daher die Daten F(1) und weist den momentanen Daten F(2), F(3), . . ., F(N) die Werte F(1), F(2), . . ., F(N-1) zu, weist der durch das Bandpaßfilterverfahren im Schritt 208 im momentanen Zyklus erhaltenen neue Dämpfkraft F den Wert F(N) zu und speichert diese aktualisierten Daten. Die Da tenreihe F(k) bildet zusammen mit einer weiteren Datenreihe x(k), die nachstehend erläutert wird, einen Datensatz, der über einen Zeitraum hinweg (wenigstens das 10fache der Re sonanzdauer (0,5-1,0 Sekunden) des gefederten Bauteils) erhalten wird, der derart ausreichend lang ist, daß das Verhältnis Ks/M der Federkonstante Ks der Luftkammern 11a-11d zur gefederten Masse M an jeder Radposition als ein fe ster bzw. konstanter Wert behandelt werden kann. In dieser Ausführungsform ist der Testzyklus (der Datenaktualisie rungszyklus) auf etwa 5 bis 20 ms und die Zahl N auf etwa 3000 eingestellt.

In dem auf den Schritt 210 folgenden Schritt 212 führt der Mikrocomputer 33 ein Bandpaßfilterverfahren in Bezug auf die im Schritt 202 im momentanen und in den vorherigen Zyklen eingegebenen Beschleunigungen a der gefederten Masse durch, um die Gleichstromkomponenten und Stör- bzw. Rausch komponenten zu beseitigen, die in den Beschleunigungen a der gefederten Masse enthalten sind, die durch den Be schleunigungssensor 31a (31b-31d) erfaßt werden. Im Schritt 214 führt der Mikrocomputer 33 sodann ein Bandpaßfilterver fahren in Bezug auf die im Schritt 202 im momentanen und in den vorherigen Zyklen eingegebenen Relativverschiebungsgrö ßen s durch, um die Gleichstromkomponenten und Stör- bzw. Rauschkomponenten zu beseitigen, die in den Relativver schiebungsgrößen s enthalten sind, die durch den Wegsensor 32a (32b-32d) erfaßt werden. Im Schritt 216 berechnet der Mikrocomputer 33 den Wert x mittels der Gleichung (6):

x = a - βs (6)

wobei β eine dem Mittelwert der Verhältnisse Ks/M ent sprechende Konstante ist, die über einen derart langen Zeitraum hinweg auftreten, daß die Verhältnisse Ks/M der Federkonstante Ks zur gefederten Masse M als ein konstanter Wert behandelt werden können. Im Schritt 218 aktualisiert der Mikrocomputer 33 sodann die Datenreihe x(k) einer An zahl N von Daten betreffend die Werte x (wobei k = 1, 2, . . ., N) gemäß dem Ablauf der Zeit in derselben Art und Weise wie beim Aktualisieren der Datenreihe F(k).

Im Schritt 220 berechnet der Mikrocomputer 33 schließ lich die gefederte Masse M mittels der Gleichung (7) unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate.

Im Schritt 222 beendet der Mikrocomputer 33 den momen tanen Zyklus der Routine zum Abschätzen der gefederten Masse.

Nach der Routine zum Abschätzen der gefederten Masse führt der Mikrocomputer 33 im Schritt 104 die Routine zum Einstellen der Dämpfkraft aus und im Schritte 106 sodann die Routine zum Einstellen des Fahrzeugniveaus. Im Schritt 108 beendet der Mikrocomputer 33 schließlich den momentanen Zyklus des Hauptprogramms.

Bei der Routine zum Einstellen der Dämpfkraft im Schritt 104 bestimmt der Mikrocomputer 33 die Pegelzahl i des Dämpfungskoeffizienten jedes der Dämpfer 12a-12d durch ein bekanntes Verfahren und korrigiert die bestimmte Dämp fungskoeffizientenpegelzahl i entsprechend der im Rahmen der Routine zum Abschätzen der gefederten Masse abgeschätz ten gefederten Masse M und führt die Ansteuerung der elek trischen Stelleinrichtungen 25a-25d entsprechend durch, um den Dämpfungskoeffizienten jedes Dämpfers 12a-12d auf den der korrigierten Pegelzahl i entsprechenden Wert einzustel len. Das vorstehend erwähnte bekannte Verfahren kann bei spielsweise ein Verfahren sein, gemäß dem der Dämpfungs koeffizient jedes Dämpfers 12a-12d proportional zum Ver hältnis der Beschleunigung a der gefederten Masse zur Rela tivgeschwindigkeit ds/dt auf der Basis des Werts der Be schleunigung a der gefederten Masse und des Werts der Rela tivgeschwindigkeit ds/dt bestimmt wird, die im Rahmen der Routine zum Abschätzen der gefederten Masse eingegeben und berechnet werden, oder ein Verfahren, gemäß dem der Dämp fungskoeffizient jedes Dämpfers 12a-12d auf der Basis des Fahrbahnzustands bestimmt wird, der in Abhängigkeit von der Größe der Beschleunigung a der gefederten Masse abgeschätzt wird, oder dergleichen. Bei der Korrektur der Dämpfungs koeffizientenpegelzahl i unter Verwendung der gefederten Nasse M kann es von Vorteil sein, eine Regelverstärkung in Bezug auf den durch das bekannte Verfahren bestimmten Dämp fungskoeffizienten so zu korrigieren, daß die Regelver stärkung mit einer Zunahme der gefederten Masse M zunimmt, oder einen Minimalwert des Dämpfungskoeffizienten der Dämp fer 12a-12d so zu definieren, daß der Minimalwert mit einer Zunahme der gefederten Masse M zunimmt, um die Fahrstabili tät des Fahrzeugs zu gewährleisten. Bei der Routine zum Einstellen der Dämpfkraft wird die korrigierte Dämpfungs koeffizientenpegelzahl i zur Verwendung in der Routine zum Abschätzen der gefederten Masse im Mikrocomputer 33 gespei chert.

Bei der Routine zum Einstellen des Fahrzeugniveaus im Schritt 106 stellt der Mikrocomputer 33 die in jeder der Luftkammern 11a-11d enthalten Luftmenge ein, um das Fahr zeugniveau an jeder Radposition auf ein Sollfahrzeugniveau einzustellen, indem er den Elektromotor 14a und die Magnet ventile 13a-13d und 22 so ansteuert, daß die bei der Rou tine zum Abschätzen der gefederten Masse eingegebene Rela tivverschiebungsgröße s (das Ist-Fahrzeugniveau) gleich dem Soll-Fahrzeugniveau wird. Auch bei der Routine zum Einstel len des Fahrzeugniveaus kann es von Vorteil sein, die Zu nahme des Soll-Fahrzeugniveaus zu begrenzen, indem die ab geschätzte gefederte Masse M verwendet wird, wenn sie groß ist, um die Fahrstabilität des Fahrzeugs zu gewährleisten.

Wie es aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht kann gemäß der vorstehenden Ausführungsform die gefederte Masse M mit einer hohen Genauigkeit abgeschätzt werden, und zwar auch im Fahrzustand des Fahrzeugs, indem die Datenrei hen a(k), s(k) und F(k) verwendet werden (wobei k = 1, 2, . . ., N), die die Beschleunigungen a der gefederte Masse, die Relativverschiebungsgrößen s bzw. die Dämpfkräfte F an geben, die über einen derart langen Zeitraum ermittelt wur den, daß die Federkonstanten der Luftkammern 11a-11d als ein im wesentlicher konstanter Wert behandelt werden kön nen. Die Beschleunigung a der gefederten Masse und die Größe s der Relativverschiebung lassen sich unter Verwen dung der Beschleunigungssensoren 31a-31d bzw. der Wegsenso ren 32a-32d erfassen, die ohnehin oftmals im Rahmen einer herkömmlichen Dämpfkraftsteuerung verwendet werden. Die Dämpfkraft F läßt sich auf der Basis der Dämpfungskoeffizi entpegelzahl i jedes Dämpfers 12a-12d, die im Rahmen der Routine zum Einstellen der Dämpfkraft eingestellt wird, und der Relativgeschwindigkeit ds/dt, die aus den Größen der Relativverschiebung s unter Verwendung der Dämpfkraftcha rakteristiktabelle als Bezug berechnet wird, herleiten. Da her kann gemäß dieser Ausführungsform die gefederte Masse M ohne Verwendung eines speziellen Sensors berechnet werden, indem der Mikrocomputer 33 lediglich geeignet konzipierte Softwareverfahren ausgeführt. Gemäß dieser Ausführungsform kann die gefederte Masse M somit unter Verwendung einer einfachen Hardware abgeschätzt werden.

Wenngleich gemäß der vorstehenden Ausführungsform die gefederte Masse M im Schritt 220 auf der Basis der Glei chung (7), in der die Datenreihen F(k) und x(k) verwendet werden (wobei k = 1, 2, . . ., N), könnte anstelle des Ver fahrens im Schritt 220 auch ein Prozeß nach Gleichung (5) verwendet werden, in der die Datenreihen F(k), a(k), s(k) (wobei k = 1, 2, . . ., N) betreffend die Dämpfkräfte F, die Beschleunigungen a der gefederten Masse bzw. die Größen s der Relativverschiebung und das bestimmte Verhältnis β (Konstante) zum Einsatz kommen, um die gefederte Masse M zu berechnen.

Wenn so verfahren wird, werden die Prozesse in den Schritten 216 und 218 der vorstehenden Ausführungsform aus gelassen, so daß die Datenreihen a(k) und s(k) (wobei k = 1, 2, . . ., N), die über einen derart langen Zeitraum erfaßt wurden, daß das Verhältnis β als eine Konstante angenommen werden kann, auf der Basis der Beschleunigungen a der gefe derten Masse und der Größen s der Relativverschiebung, die in den Schritten 212 bzw. 214 erhalten werden, aufgestellt und die aufgestellten Datenreihen a(k) und s(k) zusammen mit der Datenreihe F(k) betreffend die Dämpfkräfte F ver wendet werden, um die Gleichung (5) berechnen.

Wenngleich gemäß der vorstehenden Ausführungsform im Schritt 206 die Dämpfkraft F entsprechend der Dämpfungs koeffizientenpegelzahl i und der Relativgeschwindigkeit ds/dt hergeleitet wird, könnte im Schritt 206 auch die Dämpfkraft F entsprechend nur der Relativgeschwindigkeit ds/dt hergeleitet werden, wenn das Fahrzeug Dämpfer be sitzt, deren Dämpfungskoeffizienten nicht einstellbar sind. In diesem Fall könnte im Mikrocomputer eine Dämpfkraftcha rakteristiktabelle gespeichert sein, die Dämpfkräfte F ent hält, die nur in Abhängigkeit von der Relativgeschwindig keit ds/dt variieren.

Wenngleich gemäß der vorstehenden Ausführungsform das durch eine einmalige Ausführung des Prozesses des Schritts 220 erhaltene Ergebnis als die gefederte Masse M bestimmt wird, wäre es auch möglich, den Mittelwert aus einer Viel zahl von Ergebnissen zu bilden, die erhalten werden, indem der Prozeß des Schritts 220 mehrere Male ausgeführt wird, und indem der Mittelwert als die gefederte Masse M bestimmt wird.

Wenngleich gemäß der vorstehenden Ausführungsform die gefederte Masse M ständig abgeschätzt wird, indem die Rou tine zum Abschätzen der gefederten Masse ständig wiederholt wird, wäre es auch möglich, die Routine zum Abschätzen der gefederten Masse nur einmal auszuführen, um die gefederte Masse zu aktualisieren, und zwar dann, wenn eine Tür oder der Kofferraumdeckel während eines Fahrzeughalts geöffnet wird, da sich die gefederte Masse M im Normalfall durch ei ne Änderung der Zahl oder des Gesamtgewichts der Fahrzeug insassen oder durch eine Änderung der Gepäcklast ändert. In diesem Fall wäre es auch möglich, einen Fahrzeuggeschwin digkeitssensor sowie einen Öffnungs-/Schließschalter zum Erfassen, ob eine Tür oder der Kofferraumdeckel geöffnet oder geschlossen wird, vorzusehen. Dabei wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich oder niedriger ist als eine bestimmte sehr niedrige Geschwindigkeit und wenigstens ei ner der Öffnungs-/Schließschalter erfaßt, daß eine Tür oder der Kofferraumdeckel geöffnet wurde, die vorstehend be schriebene Abschätzung der gefederte Masse M nur einmal nach dem Schließen der Tür oder des Kofferraumdeckels aus geführt. Die abgeschätzte gefederte Masse M wird solange verwendet, bis während eines weiteren Fahrzeughalts erneut eine Tür oder der Kofferraumdeckel geöffnet wird.

Wenngleich gemäß der vorstehenden Ausführungsform die Methode der kleinsten Quadrate ("least squares method") verwendet wird, um die gefederte Masse M abzuschätzen, wäre es auch möglich, anstelle der Methode der kleinsten Quadrate eine verallgemeinerte Methode der kleinsten Quadrate ("generalized least squares method"), eine Methode der größten Mutmaßlichkeit ("maximum likelihood method"), eine Methode des wahrgenommenen Werts einer Begleitvariablen ("method of observed value of concomitant variable"), oder dergleichen zu verwenden, um die gefederte Masse zu berech nen. Wenn die Methode des wahrgenommenen Werts einer Be gleitvariablen verwendet wird, könnte die Gleichung (4) in die Gleichung (8) umgeschrieben werden, die eine Sensor wahrnehmungsstör- bzw. Sensorwahrnehmungsrauschkomponente e(k) berücksichtigt.

M{a(k) - βs(k)} = F(k) + e(k) (8)

Was die Begleitvariable anbelangt, so bedient sich diese Methode eines Regelungsbefehlswerts f_cr(k), der zwar keine Beziehung zur Sensorwahrnehmungsstör- bzw. Sensor wahrnehmungsrauschkomponente e(k), aber eine starke Beziehung zur Datenreihe F(k) aufweist, die den wahren Sensorausgang darstellt. Der Regelungsbefehlswert f_cr(k) betrifft die im Schritt 104 in Fig. 2 berechneten Soll-Dämpfkräfte an, wo hingegen die Dämpfkraft F(k) die Ist-Dämpfkräfte der Dämp fer 12a-12d betrifft. Was den Regelungsbefehlswert f_cr(k) anbelangt, so werden die im Schritt 104 berechneten Soll- Dämpfkräfte in zeitlicher Reihenfolge geeignet verwendet. Mittels des Regelungsbefehlswerts f_cr(k) kann die gefederte Masse M durch die Gleichung (9) wie folgt berechnet werden:

Wenngleich die Erfindung in Bezug auf ihre gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, wird darauf hingewiesen, daß sie nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Rahmen des in den Ansprüchen ausgedrückten Grundgedankens beliebig abge wandelt werden kann.

Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zum Ab schätzen der gefederten Masse eines gefederten Bauteils eines Fahrzeugs, das ein Federungssystem besitzt. Die Vorrichtung erfaßt unter Verwendung eines Beschleunigungssensors (31a-31d) und eines Wegsensors (32a-32d) die Beschleunigung "a" der gefederten Masse bzw. die Größe der Relativverschiebung "s" des gefederten Bauteils gegenüber einem ungefederten Bauteil. Des weiteren berechnet die Vorrichtung die Rela tivgeschwindigkeit ds/dt auf der Basis der Relativverschie bungsgröße "s". Die Vorrichtung leitet sodann unter Bezug nahme auf eine Dämpfkraftcharakteristiktabelle die Dämpfkraft F entsprechend der Relativgeschwindigkeit ds/dt sowie den einzustellenden Dämpfungskoeffizientenpegel her. Auf der Basis einer Datenreihe a(k), einer Datenreihe s(k) und einer Datenreihe F(k) (wobei k = 1, 2, . . ., N) betreffend die Beschleunigungen "a" der gefederten Masse, die Relativver schiebungsgrößen "s" bzw. die Dämpfkräfte F, die über einen derart langen Zeitraum hinweg erhalten werden, daß das Verhältnis der Federkonstante zur gefederte Masse M als konstant behandelt werden kann, berechnet die Einrichtung schließlich die gefederte Masse M. Durch diese Einrichtung läßt sich die gefederte Masse somit auch im Fahrzustand des Fahrzeugs abgeschätzen, ohne daß es hierzu eines komplizier ten Mechanismus bedarf.

Claims

1. Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse eines gefederten Bauteils eines Fahrzeugs, das ein Federungssystem umfassend einen pneumatischen Federmechanismus (11a-11d) und einen Dämpfkrafterzeugungsmechanismus (12a-12d), die zwischen dem gefederten Bauteil und einem ungefederten Bauteil ange ordnet sind, besitzt, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung (202) zum Erfassen der Beschleunigung des gefederten Bauteils in Vertikalrichtung;
eine Einrichtung (202) zum Erfassen der Größe der Rela tivverschiebung des gefederten Bauteils gegenüber dem ungefe derten Bauteil in Vertikalrichtung;
eine Einrichtung (204, 206) zum Erfassen der durch den Dämpfkrafterzeugungsmechanismus (12a-12d) erzeugten Dämpf kraft; und
eine Einrichtung (216, 218, 220) zum Bestimmen der Masse des gefederten Bauteils auf der Basis einer Vielzahl von Be schleunigungen, einer Vielzahl von Relativverschiebungsgrößen und einer Vielzahl von Dämpfkräften, die über einen Zeitraum von einer bestimmten Länge hinweg durch die Beschleunigungs erfassungseinrichtung (202), die Relativverschiebungserfas sungseinrichtung (202) bzw. die Dämpfkrafterfassungseinrich tung (216, 218, 220) erfaßt werden.

2. Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse nach An spruch 1, wobei die Länge des bestimmte Zeitraums auf eine derart ausreichend lange Zeit eingestellt ist, daß das Ver hältnis der Federkonstante des Federmechanismus zur Masse des gefederten Bauteils als ein konstanter Wert behandelt werden kann.

3. Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse nach An spruch 1 oder 2, wobei die Dämpfkrafterfassungseinrichtung (204, 206) umfaßt:
eine Relativgeschwindigkeitserfassungseinrichtung (204) zum Erfassen der Relativgeschwindigkeit des gefederten Bau teils gegenüber dem ungefederten Bauteil in Vertikalrichtung;
eine Speichereinrichtung zum Speichern von Daten betref fend die Dämpfkraft entsprechend der Relativgeschwindigkeit; und
eine Bestimmungseinrichtung (206) zum Bestimmen der Dämpfkraft entsprechend der durch die Relativgeschwindigkeit serfassungseinrichtung erfaßten Relativgeschwindigkeit unter Bezugnahme auf die Speichereinrichtung.

4. Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse nach An spruch 3, wobei die in der Speichereinrichtung gespeicherten Daten betreffend die Dämpfkräfte für jeweilige Dämpfungskoef fizientenpegeln des Dämpfkrafterzeugungsmechanismus (12a-12d) variieren.

5. Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse nach ei nem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einrichtung (216, 218, 220) zum Bestimmen der gefederte Masse die Masse des gefeder ten Bauteils auf der Basis einer Bewegungsgleichung des gefe derten Bauteils unter Einbeziehung der Vielzahl von Beschleu nigungen, der Vielzahl von Relativverschiebungsgrößen und der Vielzahl von Dämpfkräften bestimmt.

6. Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse nach An spruch 5, wobei die Bewegungsgleichung eine Gleichung ist, die auf der Voraussetzung basiert, daß das Verhältnis der Fe derkonstante des Federmechanismus zur Masse des gefederten Bauteils konstant ist.

7. Vorrichtung zum Abschätzen der gefederten Masse nach ei nem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einrichtung (216, 218, 220) zum Bestimmen der gefederte Masse die Masse des gefeder ten Bauteils unter Verwendung einer als M (a - s) = F zum Ausdruck gebrachten Beziehung bestimmt, wobei M die Masse des gefederten Bauteils, a die Beschleunigung, das Verhältnis der Federkonstante des pneumatischen Federmechanismus (11a-11d) zur Masse des gefederten Bauteils, s die Größe der Rela tivverschiebung und F die Dämpfkraft ist, und wobei vorausge setzt wird, daß das Verhältnis konstant ist.

8. Verfahren zum Abschätzen der gefederten Masse eines ge federten Bauteils eines Fahrzeugs, das ein Federungssystem umfassend einen pneumatischen Federmechanismus (11a-11d) und einen Dämpfkrafterzeugungsmechanismus (12a-12d), die zwischen dem gefederten Bauteil und einem ungefederten Bauteil ange ordnet sind, besitzt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Erfassen der Beschleunigung des gefederten Bauteils in Vertikalrichtung (Schritte 202);
Erfassen der Größe der Relativverschiebung des gefeder ten Bauteils gegenüber dem ungefederten Bauteil in Vertikal richtung (Schritt 202);
Erfassen der durch den Dämpfkrafterzeugungsmechanismus erzeugten Dämpfkraft (Schritt 206); und
Berechnen der Masse des gefederten Bauteils auf der Ba sis einer Vielzahl von Beschleunigungen, einer Vielzahl von Relativverschiebungsgrößen und einer Vielzahl von Dämpfkräf ten (Schritte 216, 218, 220), die im Schritt zum Erfassen der Beschleunigung (Schritt 202), im Schritt zum Erfassen der Re lativverschiebung (Schritt 202) bzw. im Schritt zum Erfassen der Dämpfkraft (Schritt 206) erfaßt werden, wobei die Viel zahl von Beschleunigungen, die Vielzahl von Relativverschie bungsgrößen und die Vielzahl von Dämpfkräften über einen Zeitraum von einer bestimmten Länge hinweg ermittelt werden.

9. Verfahren zum Abschätzen der gefederten Masse nach An spruch 8, wobei der Schritt zum Erfassen der Dämpfkraft (Schritt 206) die folgenden Schritte beinhaltet:
Erfassen der Relativgeschwindigkeit des gefederten Bau teils gegenüber dem ungefederten Bauteil in Vertikalrichtung; und
Herleiten der Dämpfkraft entsprechend der im Schritt zum Erfassen der Relativgeschwindigkeit erfaßten Relativgeschwin digkeit unter Bezugnahme auf Daten, die in einer Speicherein richtung gespeichert sind die Dämpfkraft entsprechend der Re lativgeschwindigkeit angeben.

10. Verfahren zum Abschätzen der gefederten Masse nach An spruch 8 oder 9, wobei die bestimmte Länge des Zeitraums auf eine derart ausreichend lange Zeit eingestellt ist, daß das Verhältnis der Federkonstante des pneumatischen Federmecha nismus zur Masse des gefederten Bauteils als ein konstanter Wert behandelt werden kann.

11. Verfahren zum Abschätzen der gefederten Masse nach ei nem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Schritt zum Bestimmen der Masse des gefederten Bauteils (Schritt 216, 218, 220) unter Verwendung der Vielzahl von Beschleunigungen, der Vielzahl von Relativverschiebungsgrößen und der Vielzahl von Dämpfkräften auf der Basis der Bewegungsgleichung des gefederten Bauteils unter der Voraussetzung, daß das Ver hältnis zwischen der Federkonstante des pneumatischen Fe dermechanismus und der Masse des gefederten Bauteils als konstant behandelt werden kann, bestimmt.