CN100475579C - 控制和调节主动式底盘系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用以控制和调节一汽车的主动式底盘系统(1)的方法，其包括一用以检验汽车加速度的传感器装置(2)和底盘系统(1)的至少一个元件(3、4、5)。元件(3、4、5)的操作方式经由一与传感器装置(2)作用连接的控制装置(6)可这样地改变，使在运行过程中发生的汽车车身振动减至最小程度。经由传感器装置(2)和控制装置(6)确定车身扭转振动。此外元件(3、4、5)的操作方式可由控制装置(6)附加地控制和调节而改变，使得它抵消所述确定的车身扭转振动。

Description

控制和调节主动式底盘系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用以控制和调节主动式底盘系统的方法。
背景技术
实际上一汽车的行驶性能在考虑到所要求的行驶舒适性和所需要的行驶安全性下通过底盘的相应的构型以及通过汽车的相应的抗扭转的车身来调节，以便可以以要求的方式和方法抵消在汽车运行中作用到汽车上的和由此产生的汽车运动。在设计上述汽车系统时考虑行驶动力学，其是工程力学或汽车动力学的分学科并且研究作用到汽车上的力和由此产生的汽车运动。行驶动力学本身基本上分为汽车的纵向动力学、横向动力学和垂直动力学。
纵向动力学根据路段和运行状况研究驱动力或制动力在车轮上的共同作用和行驶阻力。因此由纵向动力学还可得出关于燃料消耗量、加速性能和传动线路与制动装置的设计的重要的结论。
横向动力学研究力，例如侧风或离心力，其使汽车偏离行驶方向。可以只通过轮胎或车轮的侧向导向力实现这些力的平衡，其中橡胶轮胎的车轮相对于它的中平面在一相应的倾斜行驶角度下滚动。车轮动负荷、驱动力和制动力以及公路的摩擦特性也具有影响。按照重心的位置、风力作用点的位置、车轮悬挂装置的结构和轮胎特性得出行驶特性，其与司机的转向反作用一起可以推知行驶性能、直线行驶的行驶方向保持和弯道行驶的行驶稳定性。
垂直动力学研究垂直的力和运动，其因道路的不平度产生并且通过轮胎和汽车的弹簧悬挂装置的中间连接产生绕横向轴线的升降振动和俯仰振动，借助于减振器减小上述振动。在弯道行驶时产生一绕纵向轴线取决于轴装置的摇摆，可以通过稳定器给以影响。
通过电子调节系统的使用试图改善行驶动力学，其中纵向动力学例如通过一反联锁系统，横向动力学通过一行驶动力学调节包括期望时刻借助于一制作作用的针对性影响以及垂直动力学通过减小车身的摇摆倾向和减振特性的影响可以借助于电子底盘调节装置施加影响。
目前所谓主动式底盘系统应用于主动地减小车身振动，其由绕汽车的垂直轴线、纵向轴线和横向轴线的离心运动、摇摆运动和俯仰运动造成。在控制主动式底盘系统时将车身视为理想刚性的车身结构并且对主动式底盘系统的各个部件这样地控制或对底盘系统的各个部件的操作方式分别这样地调节，使车身振动以所要求的方式和方法减小到一5Hz的频率范围内或完全避免。
在这方面，具有连续可变的减振器特征曲线的减振器、在稳定器中的可主动旋转的促动器、在汽车的车身弹簧悬挂装置的区域内长度可变的促动器是主动式底盘系统的各部件，它们根据经由一传感器装置检测的汽车加速度和在一控制装置中经由相应的计算算法确定的控制参数加以控制，以便将车身振动考虑到汽车的当前的运行状况减到要求的范围内。
主动式底盘系统在汽车的车身弹簧悬挂装置的区域内构成有长度可变的促动器，该主动式底盘系统例如构成为一主动的电液压的弹簧系统，其应该将车身在全部的行驶状况下保持在同一水平上。利用这样的底盘系统不仅能够改变弹性和振动阻尼也可以实现水平调节。在此，在每一减振支柱中设置可垂直移动的液压缸用于调节。泵入液压缸中的油越多，弹簧偏压越强并且其弹簧力越大。油流量本身通过调节阀和截止阀控制。经由调节阀将压力或引向液压缸或引向回流。截止阀例如在停止马达时或在底盘系统操作故障时关闭进给。优选电磁地操纵全部的阀并且作为阀装置安装在轴上，其中可单独调节每一减振支柱。
具有设计成连续可变的特征曲线的减振器的主动式底盘系统提供以下可能性，使减振率在瞬间内匹配于相应的运行状况。自动检验的控制和调节装置包括例如用于速度、横向加速度和道路状况的各个传感器、一包智能的软件的计算机装置和多个促动器。其中一个促动器构成为比例减振阀，借其可在一最小值与一最大值之间连续调节减振力。
由实际已知的并且在稳定器中设计具有可主动旋转的促动器的主动式底盘系统还包括两个主动的稳定器、一个具有集成的各传感器的阀组、一泵、一横向加速度传感器、一控制仪和其他的供电部件。这样的底盘系统的核心元件构成两个主动的稳定器，其代替传统的机械稳定器集成在前轴和后轴的区域内。促动器是一液压操作的旋转马达，其中旋转马达轴和旋转马达壳体分别与一稳定器半部相连接。各主动的促动器将液压压力转变为一扭矩或经由连接转变为一稳定力矩。
液压压力经由两个电子控制的压力调节阀控制，使将车身在弯道行驶时的摇摆运动减至最小程度或完全消除，在全部的速度范围内达到一高的灵活性和瞄准精度并且产生一优化的自转向性能和一缓和的负荷变换性能。另一方面，各促动器在直线行驶或很小的横向加速度时是无压力的，从而稳定器的扭转弹簧率(Drehfederrate)不可能硬化主弹簧并且降低车身的仿形运动。
此外由于道路不平度激发的车轮振动导致所谓车身扭转振动，其由司机感受到干扰的并从而舒适性降低的。特别是敞蓬轿车与高级轿车相比由于缺少与汽车车身固定连接的汽车顶盖基本上具有一较小的扭转刚度并因此关于车轮激振是很敏感的。此外传统的用于减小车身振动的措施是被动车身减振器或主动的减振系统。
由DE 198 20 617 A1已知一种汽车，其构成有一减振装置或一主动的减振系统并且其中将各可主动变长的调节装置集成在车身扭转振动的力流中。借助于这些调节装置的反相于车身扭转振动设计的控制，其典型的以可扭转的汽车车身为基础，主动地减小车身扭转振动。此外敞蓬轿车的车身通过附加的材料添加本身构成有一较高的扭转刚度，以便可以将运行中发生的车身扭转振动减至最小程度。
但上述的和用于减小车身扭转振动设置的措施明显地增加汽车重量，然而这关于一力求的小的燃料消耗量和一灵活的行驶性能是不符合要求的。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种用以控制和调节汽车的主动式底盘系统的方法，借其与传统的汽车相比可减小车身扭转振动而不增加汽车重量。
按照本发明利用一种具有以下技术特征的方法达到该目的。
本发明的用于控制和调节一汽车的主动式底盘系统的方法包括一用以检测汽车加速度的传感器装置和底盘系统的至少一个元件，其操作方式经由一与传感器装置作用连接的控制装置可这样地改变，使在运行过程中发生的汽车车身振动减至最小程度，有利地提供以下可能性，即按简单和便宜的方式和方法在汽车的运行中减小车身扭转振动。
这通过以下措施达到，即对减小车身振动可控的元件的操作方式附加地控制和调节而可改变，使得抵消这样的车身扭转振动。
通过一已处于由实际已知的汽车中的汽车构件的应用，亦即应用一主动式底盘系统来减小车身振动、抵消车身扭转振动，可以省去用于减小车身扭转振动的附加的系统，例如一本身已知的车身减振器或一单独的主动式系统或一主动式减振系统。这不仅降低汽车的制造成本而且减小结构空间的需要，其然后可供其他的汽车部件使用。
另外通过本发明的一本身已知的主动式底盘系统的控制地降低一汽车的总重，因为可以放弃附加的主动的或同样被动的用于减小车身扭转振动的系统，并且车身本身与传统的汽车相比可构成有一较小的扭转阻力矩。
按照本发明一已在一汽车中存在的主动式底盘系统，其迄今为止设置用于使在汽车运行过程中发生的车身振动最小化，为了主动地减小车身扭转振动，其优选在达20Hz的频率范围内运动。通过一适当的传感器系统或传感器装置检测发生的车身扭转振动。此外借助于在控制装置中寄存的适当的操作和调节策略以相应的方式和方法改变主动式底盘系统的至少一个元件的操作方式，而主动地减小汽车运行中发生的车身扭转振动。
在本发明的一有利的进一步构成中设定，用于使车身扭转振动最小化的元件的控制和调节与用于使车身振动最小化的元件的控制和调节叠加，从而确保不仅车身振动而且车身扭转振动与传统的汽车相比减到要求的范围内并且对于汽车乘客显著地提高舒适性。
可由说明书和附图得知，按照本发明的方法的其他的优点和有利的实施形式。
附图说明
在以下的描述中借助一个实施例参照附图更详细地说明本发明。
唯一的附图中的图示出一汽车的主动式底盘系统的大大简化的视图，其包括一用于检测汽车加速度的传感器装置和底盘系统的多个元件。
具体实施方式
图中示出一用于汽车的大大简化示出的主动式底盘系统1的一部分，其包括一用于检测汽车加速度的传感器装置2和底盘系统1的多个元件3、4和5。元件3至5的操作方式经由一与传感器装置2作用连接的控制装置6可以本身已知的方式和方法改变成使可将在运行过程中发生的车身振动减至最小程度。
在这方面传感器装置2包括多个沿汽车车身分布设置的加速度传感器，借助于所述加速度传感器测出绕汽车垂直轴线、汽车纵向轴线和汽车横向轴线的加速度。借助加速度传感器的检测值在控制装置6中在假定一绝对刚性的汽车车身下确定所述的车身振动并且经由一适当的计算算法重新确定一所需的控制参数，其作为用于主动式底盘系统1的元件3至5的控制和调节参数发送给元件3至5，以便平衡在控制装置6中确定的、在0Hz至7Hz的范围内优选在0Hz至5Hz的范围内的车身振动，或至少几乎抵消。
此外，借助经由传感器装置2或经由其加速度传感器测出的检测值经由另一计算算法确定所述的车身扭转振动并确定用于元件3至5的相应的控制和调节参数，以便减小在运行中发生的、10Hz至40Hz的范围内优选在10Hz至20Hz的范围内的车身扭转振动，或至少几乎抵消。
在这方面设定，根据当时出现的运行状况，元件3至5之一的单独的操作方式、元件3至5的各两个的操作方式或全部元件3至5的操作方式同时在考虑到其他的元件3至5的控制下加以改变，以便在要求的范围内抵消确定的车身扭转振动。
第一元件3在当前构成为一车身弹簧悬挂装置7的长度可变的促动器，其中促动器3的长度总是可改变成使根据当时确定的汽车的运行状况改变车身弹簧悬挂装置7的偏压并且第一元件的操作方式在上述频率范围内在几毫秒内抵消在控制装置6中确定的车身扭转振动，而至少接近消除车身扭转振动。
第二元件4在图1所示的主动式底盘系统1的实施例中构成为一配设于车轮10的减振器，其具有连续可变的特征曲线。根据当时确定的汽车的运行状况连续地改变减振器4的特征曲线或减振速率，而将在汽车运行中发生的车身扭转振动与传统构成的汽车相比减至最小程度。其中减振器4的减振力可在一最小的与一最大的值之间连续地调节，从而经由减振器4的一相应的特性可以按简单的方式和方法在要求的范围内抵消经由传感器装置2和控制装置6确定的车身扭转振动。
底盘系统1的第三元件在当前构成为一稳定器装置8的一可主动旋转的促动器，稳定器装置8还包括两个主动的稳定器8A和8B。两主动的稳定器8A、8B根据测定的与运行状态有关的车身扭转振动经由可主动旋转的促动器5彼此可旋转，使由控制装置6经由一未更详细示出的泵装置产生的液压压力转变为一扭矩或经由两稳定器8A、8B在底盘9上连接转变为一稳定力矩。
关于减小车身振动的元件3至5的控制和调节以及关于减小车身扭转振动的元件3至5的控制和调节在当前是相互重叠的，从而根据当时测定的或出现的汽车的运行状况可以按简单的方式和方法有效地抵消经由传感器2和控制装置6确定的车身振动和确定的车身扭转振动，所述振动分别发生在不同的频率范围内。在这方面这样实现底盘系统1的元件3至5控制，用于减小车身振动的元件3至5的功能度不受用于减小车身扭转振动的控制和调节显著地影响。但另外还设定，用于减小车身扭转振动的元件3至5的功能度只在有限的范围内受用于减小车身振动的元件3至5的控制和调节的影响。
但与此不同也可以设定，相对于用于减小车身扭转振动的元件3至5的控制和调节优先实施用于减小汽车车身振动的主动式底盘系统1的元件3至5的控制。在这种情况下这样实现元件3至5的控制和调节，即首先将汽车车身振动减小到所需的范围内或消除并且只在满足该前提以后才通过元件3至5的相应的控制和调节主动地对抗车身扭转振动，而不影响汽车车身振动的抵消。
此外在本发明的用于控制和调节汽车的主动式底盘系统的方法的另一方案中可以设定，相对于用于减小汽车车身振动的元件3至5的控制和调节如下优先实施用于减小车身扭转振动的元件3至5的控制和调节，即将主动式底盘系统1的元件3至5的操作方式根据运行状况改变成使得首先减小确定的车身扭转振动或几乎完全消除并紧接着通过元件3至5的相应的控制和调节主动地对付确定的汽车车身振动，而不影响车身扭转振动的抵消。
附图标记清单
1         底盘系统
2         传感器装置
3、4、5   元件
6         控制装置
7         车身弹簧悬挂装置
8         稳定器装置
8A、8B    主动的稳定器
9         底盘
10        车轮

Claims (9)

1.用于控制和调节汽车的主动式底盘系统(1)的方法，该底盘系统包括一用以检测汽车加速度的传感器装置(2)和底盘系统(1)的至少一个元件(3、4、5)，所述元件的操作方式经由一与传感器装置(2)作用连接的控制装置(6)可这样地改变，使得将在运行过程中发生的汽车车身振动减至最小程度；其特征在于，经由传感器装置(2)和控制装置(6)确定车身扭转振动，并且元件(3、4、5)的操作方式可由控制装置这样地附加控制和调节而改变，使得它抵消所述确定的车身扭转振动，其中元件(4)构成为一配设于车轮的减振器，该减振器具有连续可变的特征曲线，并且将减振器(4)的特征曲线改变成使得在汽车的运行中发生的车身扭转振动减至最小程度；和/或元件(5)构成为一稳定器装置(8)的可主动旋转的促动器，并且使促动器(5)这样地旋转，使得在汽车的运行中发生的车身扭转振动减至最小程度；和/或元件(3)构成为一车身弹簧悬挂装置(7)的长度可变的促动器，其中使促动器(3)的长度这样地改变，使得在汽车的运行中发生的车身扭转振动减至最小程度。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，元件(3、4、5)在汽车的运行中这样地控制和调节，使得在10Hz至40Hz的范围内的车身扭转振动至少几乎被抵消。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，元件(3、4、5)在汽车运行中这样地控制和调节，使得在0Hz至7Hz的范围内的汽车车身振动几乎被抵消。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，相对于用于使车身扭转振动最小化的元件(3、4、5)的控制和调节优先实施用于使汽车车身振动最小化的元件(3、4、5)的控制和调节。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，相对于用于使汽车车身振动最小化的元件(3、4、5)的控制和调节优先实施用于使车身扭转振动最小化的元件(3、4、5)的控制和调节。
6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于使车身扭转振动最小化的元件(3、4、5)的控制和调节与用于使汽车车身振动最小化的元件(3、4、5)的控制和调节叠加。
7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，设置多个元件(3、4、5)，它们的操作方式可相应地彼此关联地改变，使得在汽车的运行中发生的车身扭转振动减至最小程度。
8.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，元件(3、4、5)在汽车的运行中这样地控制和调节，使得在10Hz至20Hz的范围内的车身扭转振动至少几乎被抵消。
9.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，元件(3、4、5)在汽车运行中这样地控制和调节，使得在0Hz至5Hz的范围内的汽车车身振动几乎被抵消。
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