專利名稱：確定本體特別是機動車輛的垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及確定本體的垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度的方法。本體可特別是機動車輛。本發(fā)明還涉及一種車輪懸架系統(tǒng)和一種機動車輛。
背景技術(shù)：
為了降低技術(shù)裝備失效的傾向性，期望能夠以盡可能少的部件數(shù)目來實施技術(shù)功能。例如，機動車輛，特別是機動車輛的懸架系統(tǒng)一般包括多個傳感器。在多個傳感器中， 存在用于測量機動車輛的垂直加速度的傳感器、確定機動車輛的水平加速度的傳感器和距離傳感器。一般地，測量本體相對被附接至車輪的底盤部件的距離的四個傳感器、確定機動車輛的垂直加速度的三個加速度計和確定機動車輛的水平加速度的至少兩個加速度計被用于確定機動車輛的垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度。確定機動車輛的重心處的垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度在車輛性能的最優(yōu)化控制方面，尤其是在控制半主動或主動減振器的參數(shù)方面特別重要。用于車輪懸架阻尼振動的系統(tǒng)的設(shè)計通常是兩個方面的折衷，一方面是將車輛本體與由道路表面不平度產(chǎn)生的高頻振動(次段行駛平順性(secondary ride))隔離，另一方面是實現(xiàn)車輛本體的低頻振動(主段行駛平順性(primary ride))方面的高水平的駕駛舒適性。這意味著，一方面車輛本體必須與高頻振動隔離，而另一方面由此保證了駕駛員對車輛的足夠控制，從而駕駛員接收關(guān)于車輛狀態(tài)和道路狀況的反饋。半主動和主動減振器系統(tǒng)可提供與由道路表面不平度產(chǎn)生的高頻振動良好的隔離同時保證駕駛員良好地控制車輛。此外，車輛本體可同時與道路表面不平度產(chǎn)生的低頻隔1 °主動阻尼系統(tǒng)與被動阻尼系統(tǒng)相比較具有如下缺點其明顯更復(fù)雜并且更加成本集約。與傳統(tǒng)的被動阻尼器和車輪懸架系統(tǒng)相比，除了阻尼器和車輪懸架的硬件更為復(fù)雜外，還需要用于實施半主動和主動阻尼和車輪懸架系統(tǒng)的控制和規(guī)則算法的傳感器。關(guān)于半主動和主動阻尼系統(tǒng)，車輛本體運動的動力學(xué)通常關(guān)于低頻振動(主段行駛平順性)被控制。在主動阻尼系統(tǒng)的情況下，這通過控制車輛本體和四個車輪之間的阻尼力來實現(xiàn)。阻尼力的改變通過使用連續(xù)可調(diào)的減振器而實現(xiàn)。為了估計特別是在主動阻尼系統(tǒng)的背景下的車輛本體的運動，通常使用緊固至車輛本體的三個加速度傳感器。加速度傳感器的測量數(shù)據(jù)被用于計算車輛本體相對于升高 (舉起)加速度或垂直加速度、側(cè)傾加速度或縱向角加速度和縱傾加速度或橫向角加速度的加速度。此外，測量數(shù)據(jù)被整合以便確定對應(yīng)的速度。額外地，測量了車輛的四角處的相應(yīng)的彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的是獲得用于確定本體的垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度的有利方法。本發(fā)明的第二目的是獲得有利的車輪懸架系統(tǒng)。本發(fā)明的第三目的是獲得有利的機動車輛。所述第一目的通過用于確定如本發(fā)明所述的本體的垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度的方法而實現(xiàn)。所述第二目的通過如本發(fā)明所述的車輪懸架系統(tǒng)而實現(xiàn)。所述第三目的通過如本發(fā)明所述的機動車輛而實現(xiàn)。本發(fā)明其他部分的說明包括本發(fā)明的進一步的有利配置。根據(jù)本發(fā)明的用于確定本體的垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度的方法涉及具有縱向旋轉(zhuǎn)軸線、橫向旋轉(zhuǎn)軸線、至少三個彈簧元件、至少三個減振器和至少三個高度傳感器的本體。一個高度傳感器在各個情況下被設(shè)置在相應(yīng)的減振器區(qū)域中。所述方法的區(qū)別在于以下步驟首先，確定(例如測量或通過其它值確定)減振器的阻尼力、彈簧元件的彈簧力、 本體的重心、本體的質(zhì)量、本體的轉(zhuǎn)動慣量、相對于本體的重心的減振器位置、縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度和橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度。然后，借助本體的質(zhì)量、本體的轉(zhuǎn)動慣量、相對于本體重心的減振器位置、縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度、橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度、減振器的阻尼力和彈簧元件的彈簧力來確定垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度?？v向旋轉(zhuǎn)軸線和橫向旋轉(zhuǎn)軸線可以特別是本體的想像的旋轉(zhuǎn)軸線。本體可有利地是機動車輛。與以上說明的用于確定本體(特別是機動車輛)的重心處的速度和加速度的常規(guī)方法相比較，根據(jù)本發(fā)明的方法具有不需要以上提到的三個垂直加速度傳感器的優(yōu)點。以此方式，免除了三個傳感器，借此降低了系統(tǒng)失效的傾向性同時保持了相同的功能。在機動車輛的情況下，垂直加速度還可以是舉起加速度。在此情況下，縱向角加速度還可以是側(cè)傾加速度，并且在此情況下橫向角加速度還可以是縱傾加速度。此外，可有利地確定(例如測量或計算)本體的縱向加速度和本體的橫向加速度。 這種確定可通過相應(yīng)的定向加速度傳感器的直接測量，或者通過存在的縱向和/或橫向速度信號在時域中的微分的間接測量而被實施。然后，借助本體的質(zhì)量、本體的轉(zhuǎn)動慣量、相對于本體重心的減振器位置、縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度和橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度、減振器的阻尼力、彈簧元件的彈簧力、本體的縱向加速度和本體的橫向加速度來確定垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度。此外，可借助垂直加速度、縱向角加速度和橫向角加速度來確定本體的垂直速度， 縱向角速度和橫向角速度。這種確定可特別地通過積分實施。在機動車輛的情況下，垂直速度還可以是舉起速度。在此情況下，縱向角速度還可以是側(cè)傾速度，并且在此情況下，橫向角速度還可以是縱傾加速度。此外，根據(jù)本發(fā)明的方法可被配置為這樣一種方式測量彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)?？纱_定(例如測量或計算)減振器的阻尼電流。此外，例如通過垂直偏轉(zhuǎn)信號在時域中的微分可確定彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)的速度。原則上，可計算或測量彈簧元件垂直偏轉(zhuǎn)的速度。此外，可確定彈簧元件的彈簧系數(shù)和減振器的阻尼曲線。然后，可借助減振器的阻尼電流、彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)速度和減振器的阻尼曲線來確定減振器的阻尼力。可借助彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)的速度和彈簧元件的彈簧系數(shù)來確定彈簧元件的彈簧力。所述本體，特別是機動車輛有利地包括四個減振器和四個高度傳感器。在本發(fā)明的背景下，高度傳感器被理解為借助其可測量本體和底盤元件之間距離的距離傳感器。各個高度傳感器可被有利地設(shè)置在每個減振器的區(qū)域中。所述本體可以例如是包括多個車輪(有利的是四個車輪)和裝備有減振器的至少一個車輪懸架系統(tǒng)的機動車輛。在此情況下，至少一個高度傳感器可被設(shè)置在相應(yīng)車輪的區(qū)域中。本發(fā)明方法的框架內(nèi)的計算基于關(guān)于減振器和彈簧元件的特性、車輛的幾何構(gòu)型 (特別是軸距和軌距)、牛頓第二定律和逆質(zhì)量矩陣(inverse mass matrix)的數(shù)據(jù)。輸入信號例如是作為來自高度傳感器的信號的彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)Zi和彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)速度Vzi，來自總線系統(tǒng)的每個減振器的實際阻尼電流(Im)和縱向線性加速度\以及橫向線性加速度ay，其中總線系統(tǒng)特別是CAN總線(控制器局域網(wǎng)，同步串行總線系統(tǒng))。首先，在車輛的各角處的力Fi可由減振器的阻尼力&和彈簧元件的彈簧力Fsi計笪弁。原則上，彈簧元件可被配置為被動式或主動式。在第一種情況下，各彈簧力Fsi可通過各彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)Zi和彈簧元件的彈簧系數(shù)Ci計算。在第二種情況下，彈簧系數(shù)是例如借助執(zhí)行器或借助控制電流可調(diào)節(jié)的或可控的。在此情況下，各彈簧力Fsi可通過各彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)Zi和例如通過用于調(diào)節(jié)各彈簧元件的彈簧系數(shù)的控制電流而被計算。減振器的阻尼力&可通過當(dāng)前阻尼電流Im、彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)速度Vzi和減振器的各自的阻尼曲線計算。原則上，減振器可被配置為被動減振器或主動減振器。在第一種情況中，阻尼力 ^和各彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)速度Vzi的依賴關(guān)系通過特征曲線確定。在第二種情況下，阻尼力 ^依賴于對應(yīng)的彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)速度Vzi并且額外地依賴于對應(yīng)的阻尼電流IDi，即依賴于控制阻尼器的主動值的電流。也就是說，阻尼力&與對應(yīng)彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)速度Vzi的依賴關(guān)系通過依賴于對應(yīng)阻尼電流Im的特征曲線而確定。阻尼力^li和彈簧力Fsi的和根據(jù)以下公式產(chǎn)生垂直作用在車輛的各角處的力Fi Fi = Fsi (zi; Ci)+FDi (IDi, vzi)作用在本體(例如車輛)重心上的力可使用本體的幾何構(gòu)型計算。在車輛的情況下，這個幾何構(gòu)型可以是軸距Iv、Ih和軌距Sf、Sh(參考圖2)。此外，所述力還借助縱向線性加速度^、橫向線性加速度 、裝配有彈簧的車輛質(zhì)量叫、縱向旋轉(zhuǎn)軸線的高度、和橫向旋轉(zhuǎn)軸線的高度hy而確定
權(quán)利要求
1.一種用于確定本體的垂直加速度(az)、縱向角加速度(Cix)和橫向角加速度(a y)的方法，所述本體具有縱向旋轉(zhuǎn)軸線(χ)、橫向旋轉(zhuǎn)軸線(y)、至少三個彈簧元件(5)、至少三個減振器(6)和至少三個高度傳感器(7)，一個高度傳感器(7)在各個情況下被設(shè)置在相應(yīng)的減振器(6)的區(qū)域中，其中確定減振器(6)的阻尼力0^)、彈簧元件( 的彈簧力(Fsi)、本體的重心、本體的質(zhì)量 (mB)、本體的轉(zhuǎn)動慣量(Jxx，Jyy)、減振器相對于本體重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度OO和橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hy)，并且借助本體的質(zhì)量(mB)、本體的轉(zhuǎn)動慣量(Jxx，Jyy)、減振器相對于本體重心的位置(sv、 sh、Iv、Ih)、縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度OO和橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hy)、減振器(6)的阻尼力(Fm)和彈簧元件(5)的彈簧力(Fsi)確定垂直加速度(az)、縱向角加速度(αχ)和橫向角加速度(ay)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中確定本體的縱向加速度(ax)和本體的橫向加速度(ay)，并且借助本體的橫向加速度 (ay)和本體的縱向加速度(ax)確定所述垂直加速度( )、所述縱向角加速度(α x)和所述橫向角加速度(ay)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中借助所述垂直加速度(az)、所述縱向角加速度(α J和所述橫向角加速度(α y)確定本體的垂直速度(Vz)、縱向角速度(ωχ)和橫向角速度(coy)。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中測量所述彈簧元件(5)的垂直偏轉(zhuǎn)(Zi)，確定所述減振器(6)的阻尼電流(IDi)、所述彈簧元件(5)的垂直偏轉(zhuǎn)速度(Vzi)、所述彈簧元件(5)的彈簧系數(shù)和所述減振器(6)的阻尼曲線，并且借助所述減振器(6)的阻尼電流(IDi)、所述彈簧元件(5)的垂直偏轉(zhuǎn)(Zi)、所述彈簧元件( 的垂直偏轉(zhuǎn)速度(Vzi)、所述彈簧元件( 的彈簧系數(shù)和所述減振器(6)的阻尼曲線來確定所述減振器(6)的阻尼力(i^Di)和所述彈簧元件(5)的彈簧力( )。
5.如權(quán)利要求1-4中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述本體包括四個減振器(6)和四個高度傳感器(7)。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中所述本體是機動車輛，其包括多個車輪( 和裝備有減振器(6)的至少一個車輪懸架系統(tǒng)(3)，并且至少一個高度傳感器(7)在各個情況下被設(shè)置在相應(yīng)的車輪O)的區(qū)域中。
7.如權(quán)利要求1-6中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中在確定所述垂直加速度(az)、所述縱向角加速度(Cix)和所述橫向角加速度(ay)之后，所述減振器(6)的阻尼電流(Im)和/或所述彈簧元件的彈簧系數(shù)作為已被確定的所述垂直加速度(az)、所述縱向角加速度(Cix)和所述橫向角加速度(ay)的函數(shù)而被調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求1-7中任意一項權(quán)利要求所述的方法，其中確定縱向角速度(ωχ)和/或在所述本體重心外側(cè)的額外的垂直加速度(aj以便確定所述本體的橫向角速度(《y)，并且借助所述縱向角速度(ωχ)和/或在所述本體重心外側(cè)的所述額外的垂直加速度(aj來確定所述本體的所述垂直加速度(az)、所述縱向角加速度(α x)和所述橫向角加速度(α y)。
9.一種能夠被連接至本體的車輪懸架系統(tǒng)(3)，所述車輪懸架系統(tǒng)C3)包括至少三個彈簧元件( 、至少三個高度傳感器(7)、至少三個減振器(6)和用于確定垂直加速度(az)、 縱向角加速度(αχ)和橫向角加速度(Ciy)的運動確定單元(9)，其中所述運動確定單元(9)被配置為使得僅借助所述減振器(6)的阻尼力(Fm)、彈簧元件 (5)的彈簧力( )、本體的質(zhì)量(mB)、本體的轉(zhuǎn)動慣量(Jxx，Jyy)、減振器相對于本體重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、本體的縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hx)和本體的橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hy)來執(zhí)行所述垂直加速度(az)、所述縱向角加速度(α χ)和所述橫向角加速度(α y)的確定。
10.如權(quán)利要求9所述的車輪懸架系統(tǒng)(3)，其中所述車輪懸架系統(tǒng)(3)包括用于確定所述本體的橫向加速度( )的裝置和用于確定所述本體的縱向加速度(ax)的裝置，并且所述運動確定單元(9)被配置為使得僅借助所述減振器(6)的阻尼力( )、彈簧元件(5)的彈簧力( )、本體的橫向加速度(ay)、本體的縱向加速度(ax)、本體的質(zhì)量(mB)、本體的轉(zhuǎn)動慣量(Jxx，Jyy)、減振器相對于本體重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、本體的縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hx)和本體的橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度 (hy)來執(zhí)行所述垂直加速度(az)、所述縱向角加速度(α J和所述橫向角加速度(α y)的確定。
11.如權(quán)利要求9或10所述的車輪懸架系統(tǒng)(3)，其中 所述運動確定單元(9)被配置為使得借助所述減振器(6)的阻尼電流(IDi)、彈簧元件 (5)的垂直偏轉(zhuǎn)(Zi)、彈簧元件( 的垂直偏轉(zhuǎn)速度(Vzi)、彈簧元件( 的彈簧系數(shù)和減振器(6)的阻尼曲線來確定所述減振器(6)的阻尼力( )和彈簧元件(5)的彈簧力( ),其中所述本體是機動車輛(1)。
12.—種機動車輛(1)，其包括如權(quán)利要求9-12中任意一項權(quán)利要求所述的車輪懸架系統(tǒng)(3)。
13.如權(quán)利要求13所述的機動車輛(1)，其中其包括用于估計道路表面不平度的裝置(18)。
14.一種用于操作車輛的方法，包括響應(yīng)于經(jīng)由多個減振器的阻尼電流和多個減振器的位置提供的車輛本體的垂直加速度、車輛本體的縱向角加速度以及車輛本體的橫向角加速度而調(diào)節(jié)阻尼器。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中經(jīng)由額外的參數(shù)提供車輛本體的垂直加速度、車輛本體的縱向角加速度以及車輛本體的橫向角加速度，所述額外的參數(shù)包括車輛本體的縱向加速度、車輛本體的橫向加速度、車輛本體的質(zhì)量以及車輛本體的兩個轉(zhuǎn)動慣量，所述方法還包括對所述多個減振器的位置微分以提供車輛本體的多個垂直速度。
16.一種用于操作車輛的方法，包括響應(yīng)于經(jīng)由車輛本體的質(zhì)量、車輛本體的兩個轉(zhuǎn)動慣量、關(guān)于車輛本體重心的多個減振器的位置、車輛本體的縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度、車輛本體的橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度、 多個減振器的阻尼力以及連接到車輛本體的多個彈簧元件的彈簧力提供的垂直加速度、縱向角加速度以及橫向角加速度而調(diào)節(jié)阻尼器。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括響應(yīng)于所述垂直加速度、縱向角加速度以及橫向角加速度而調(diào)節(jié)所述多個彈簧元件的彈簧剛度；確定車輛本體的縱向加速度和車輛本體的橫向加速度，并且其中所述垂直加速度、縱向角加速度以及橫向角加速度經(jīng)由車輛本體的所述橫向加速度和車輛本體的所述縱向加速度確定；響應(yīng)于車輛本體的垂直速度而調(diào)節(jié)所述阻尼器；以及測量所述多個彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)，并且其中提供所述多個減振器的阻尼電流、所述多個彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)的速度、所述多個彈簧元件的彈簧常數(shù)以及所述多個減振器的阻尼曲線。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中經(jīng)由所述多個減振器的阻尼電流、所述多個彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)、所述多個彈簧元件的垂直偏轉(zhuǎn)的速度、所述多個彈簧元件的彈簧常數(shù)以及所述多個減振器的阻尼曲線提供所述多個減振器的阻尼力和所述多個彈簧元件的彈簧力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于確定本體的垂直加速度(az)、縱向角加速度(αx)和橫向角加速度(αy)的方法。在此情況下，本體具有縱向旋轉(zhuǎn)軸線(x)、橫向旋轉(zhuǎn)軸線(y)、至少三個彈簧元件(5)、至少三個減振器(6)和至少三個高度傳感器(7)，一個高度傳感器(7)在各個情況下被設(shè)置在相應(yīng)的減振器(6)的區(qū)域中。所述方法的區(qū)別性在于確定減振器(6)的阻尼力(FDi)、彈簧元件(5)的彈簧力(FSi)、本體的重心、本體的質(zhì)量(mB)、本體的轉(zhuǎn)動慣量(Jxx，Jyy)、減振器相對于本體重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hx)和橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hy)，并且借助本體的質(zhì)量(mB)、本體的轉(zhuǎn)動慣量(Jxx，Jyy)、減振器相對于本體重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、縱向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hx)和橫向旋轉(zhuǎn)軸線的平均高度(hy)、減振器(6)的阻尼力(FDi)、彈簧元件(5)的彈簧力(FSi)來確定垂直加速度(az)、縱向角加速度(αx)和橫向角加速度(αy)。
文檔編號B60W40/10GK102198833SQ201110075840
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者M·舒摩爾, M·蘇爾曼, M·西曼, R·諾頓, U·霍夫曼, Y·博伊姆興 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司