CN101395019A - 汽车底盘位置调节系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于调节汽车底盘(2)位置的系统，其具有促动器，该促动器通过调节单元和控制单元的调整信号进行调整，其中，通过距离传感器(4)获取底盘或者底盘上部件的位置，且当测得的距离传感器信号与预设的额定值出现偏差时，通过执行单元进行调整。在底盘底侧，在至少三个空间相隔的位置，分别安置有用于距离测量的传感器组件(3)，每个传感器组件都带有非接触工作的距离传感器。通过这些传感器在每一个方向(5，6，7)上可以进行至少两次距离测量。

Description

汽车底盘位置调节系统
背景技术
按照权利要求1的前序部分，本发明涉及一种汽车底盘位置调节系统。
在DE4039629C2中描述了一种用于汽车底盘的控制系统或者调节系统，该系统位于车轮和汽车车身中间，具有可变的可调节的弹簧/阻尼系统。汽车车轮和汽车车身之间的相对运动以及汽车的纵向及横向运动都可以以传感器探测。其中，探测到的传感器信号在考虑到汽车本身特征值以及参数的情况下换算成车身的运动，其中包含稳态部分和非稳态部分。作为计算出的车身运动的函数，通过对弹簧/阻尼系统的阻尼特性的调整，可以反作用于车身运动，例如车身的往复直线运动、摆动或者俯仰颠簸运动。
为了实现该控制系统或调节系统，在每一个避震器上需要有多个用于探测车身各种运动状态的传感器。各种传感器的应用——如果可能，应用的传感器的类型尽量不同——例如位移传感器、角度传感器或者力传感器的应用，就构成了一个相对复杂的系统，这需要一笔较高的硬件和软件费用。
本发明的任务和优点
本发明的目的在于，以简单的方法实现用于调节汽车底盘位置的系统，此系统的突出特点就是在没有信息丢失的情况下减少了系统的复杂性。
根据本发明，该目的通过权利要求1中的特征来实现。从属权利要求中给出了有利的改型。
根据该发明，用于调节汽车底盘位置的该系统包括至少三个安装在汽车底部的传感器组件(Sensoranordnung)，每个传感器组件都分别具有无接触工作的距离传感器，该传感器至少可以在不同的方向上进行两次距离测量。这优选地借助于各个装置的发送/接收单元上的距离传感器和射束分离器来实现，此射束分离器用于产生至少两条两两之间呈一定角度的扫描射线。首先，在该发送接收单元中产生传感射线，该传感射线通过附加安装的射束分离器分离成至少两条相互之间呈角度的扫描射线。这两束扫描射线指向不同的方向而且因此就能够测量传感器组件所在位置和其上出现相关的扫描射线的汽车部件或者环境之间的不同距离。相位调节部件或者棱镜装置(Linsengeometrie)可以作为射束分离器引入。反射方向也可以在时间上进行逐级转换。
该设计的优点在于统一的传感器系统的应用，因为至少三个相互间隔存在的传感器组件彼此以同样的方式构造，由此，还因为通用件的应用而实现了成本节约，并实现了更好的可靠性和硬件和软件方面的更小的复杂性。误差影响的可能性减小了，除此之外，重量和电气能量需求也降低了。
测量是通过各自的传感器组件非接触地实现的，由此可以进行至少两个不同的距离测量。相对于上述的射束分离构思还存在另外一种可能，那就是利用射线的面积和空间范围以实现至少两次不同方向上的测量。由此，在作为范例的棒状或者圆锥状设计的射线范围内选择一定的测量方向是可以实现的。由此，理论上也可以带来和射线分离器的应用相同的优点。
每个距离传感器至少进行两次距离测量，尤其是可以进行三次距离测量，这是优点明显的。例如，在这些测量中，涉及到底盘和地面之间的距离、底盘和车轮之间的距离和/或者底盘和位于传感器前面的遮挡物之间的距离，其中上述三种距离测量中的任意两种组合或者所有三种距离测量都可以进行。如果在至少一个传感器信号的测量值中与预设值存在误差，用于底盘位置调节的促动器——尤其是位置调整，如果可能还有位置控制——就会激活。原则上，位置调节可以准静态地实现——也即在所给的负载条件作为一次性匹配的情况下进行，或者动态地实现——例如在转弯行驶或者通过不平坦地面的行驶过程中调节各自的行驶状态，这是通过适应性的弹簧/阻尼系统例如Sky-Hook系统来实现的。例如为了照明距离的调整或者对于拖车负载也就是单方面负载的情况，通过把底盘提升到期望的高度就可以进行准静态的位置调节。一般不仅在准静态层面或者静态层面上，而且还在动态层面上都可以对摆动运动、俯仰运动和往复直线运动进行调节。如果可能，侧滑运动的调节也是可能的。
作为无接触工作传感器可以引入超声波传感器、雷达传感器、激光雷达传感器或者可视化传感器。基于污染不敏感性和好的测量精度首选雷达传感器，此外雷达传感器也不会受到不良环境因素，像雪、雨、沙等等的影响。特别是频率范围在77GHz和81GHz范围内的近距离雷达可以得到应用。以4GHz的带宽可以达到3.75cm的分辨率，也就是说目标在这个距离内可以辨别出来。这使轮缘与地面的辨别以及相应的底盘体上的传感器组件的所在位置和轮缘或者地面之间的距离测量成为可能。测量精度提高了100倍，该精度能够达到大概0.4mm的绝对精度。
例如，测量时间共计10ms，能够实现探测的角度范围限制在0.02度。
位于汽车左侧和右侧的传感器探测到汽车底盘相对于地面的高度变化，由此进行角度校正。非期望的摆动可以通过汽车左右两侧的促动器的反向运动进行调整。
在俯仰角的校正中，通过在汽车纵向间隔排列的传感器组件可以探测到牵引车和挂车底盘的实时高度变化，该高度是以地面为参照物的，其中调整又是通过牵引车和挂车上促动器的反向运动实现的。
水平调整一般是在汽车负载有变化的情况下实现的，负载变化造成的后果就是高度的变化。为了提升到期望中的高度，作为补充或者是备选，也可以实现超载报警或者偏载报警。这同样适用于所检测到底盘倾斜。同样，也可以采用一种自动化速度匹配，尤其是速度的减小作为解决方法。
底盘调节可以采用相对快速和精确的方法实现，因为由传感器组件获得的高度测量使对路面可能的不平度推断成为可能，其中，与现有技术状况下的测量方法相比，测量数据的高精度以及与之相对应的底盘调整的高精度是已知的或者说是可能的。此外，关于对位于车轮前面的地面进行预先辨识的情况，障碍物或者路面的不平，例如石块、砖块或者路边石，在车辆超越之前同样可以探测到，接着，就可以采取防止或者说躲闪措施，或者对底盘上如弹簧/阻尼系统的阻尼度的变化进行调节。
更多的的优点在于，可以对单一汽车部件的长时间效应如老化进行确认。例如通过高度数据的储存可以探测减震器的老化，这是通过对所测数据的时间特性进行分析实现的。一旦能够确定在汽车部件的特性中出现了老化或者其它的缓慢或者日趋明显的变化，在汽车上相应的信息就能显示出来，或者相应的用于可能的对策的信息就能提出来。例如，可以探测到车轮中日趋明显的压力损失，同样也可以探测到减震器中的磨损。
附图
从下面的权利要求、图形描述以及附图中可以获悉更多的优点和有利的实施形式。其中：
图1是汽车的顶视图，该车底盘下表面配备有四个同样类型的传感器组件，各个传感器组件都包含非接触式工作的距离传感器，它不仅能够测出底盘和地面之间距离、底盘和与之最近的车轮之间的距离，而且还能测出底盘与任何事先存在的障碍物之间的距离，
图2是该汽车的前视图，
图3是该汽车的后视图，
图4是该汽车的俯视图，
实施示例
图中显示的汽车1共有四个传感器组件3，它们分散排列在底盘的下侧，分别安放在汽车的前左、前右、后左及后右区域。传感器组件3专门具有非接触式工作的距离传感器4，该传感器专门用于距离测量。每一个传感器组件3都仅具有一个距离传感器4。在这些非接触式工作的距离传感器中特别涉及到了雷达传感器；当然激光传感器、超声波传感器、激光雷达传感器或者基于图像的传感器也在考虑之列。基于雷达技术的传感器的应用中尤其应用的是近距离雷达。分散放置的传感器组件3相互之间以相同的距离隔开放置。实际应用中至少需要在底盘下侧设计三组该类型的传感器组件3。此外，当然也可以设计四个以上的该类型传感器组件，例如六个分散放置的传感器组件3。传感器组件3在底盘下侧的位置也是可以改变的，例如传感器组件也可以设计在汽车的中部无论在纵向还是在横向都可以看到的位置。为了使环绕横轴和纵轴的角度计算的精度更好，尤其是在汽车倾斜的情况下，对于各个传感器组件提供的传感器信号之间正常的运行和相互作用，传感器组件之间不仅在纵向上而且在横向上具有尽可能大的间距是有利的。
通过安装在底盘下侧的专门用于距离测量的距离传感器4，可以探测各个距离传感器所在位置和位于所产生的扫描射线方向上障碍物之间的距离。借助于射束分离器，每一个距离传感器上可以有目的地产生至少两条特别是三条扫描射线5、6和7，其中，位于汽车前部的传感器组件3上的扫描射线5指向前方，并且从汽车前侧射出去，如图1所示，就可以探测到位于地面上的障碍物，比如石头或者路边石沿。在后面，设置于车尾的传感器组件3把障碍物扫描射线5向后射，而且射线超出汽车尾沿，以此在倒车的时候扫描到地面上的障碍物。障碍物扫描射线5大致地沿汽车纵向射出，可是也可以包含与汽车纵向轴呈大概到20度角的范围，其中位于汽车左右区域的距离传感器在方向上偏向各自临近的车侧。
用另一个扫描射线6——该射线也是距离传感器4的射束分离器产生的——可以探测底盘和其旁边的轮缘9之间的距离。因此，每个车轮和底盘2之间的相对运动都可以通过轮缘扫描射线6探测到。
用第三扫描射线7可以探测底盘2与地面8之间的距离。地面扫描射线7有目的地垂直向下扫描，与轮缘扫描射线6的空间扫描相反，该空间扫描包括汽车纵向、横向以及垂直方向。而且障碍物扫描射线5在汽车坐标系统中也包括x、y和z方向。
从每一个传感器组件3中的扫描射线5、6和7中获取的传感器信号提供给安置在汽车上的调节及控制单元，在该单元中，由获取的位移信号加以考虑汽车的几何形状，可以计算出在垂直方向上的偏移，以及俯仰角和摆动角数值，如果可能，还有偏离角度值。考虑到时间的推移，可以通过已知的计算方法得到速度和加速度层面上的相应数值。此外，通过对测量系列的长时间观察，还可以探测到例如弹簧/阻尼系统中的老化过程。
作为要采取的措施，不仅要考虑对汽车上发动机管理以及促动器控制的干预，尤其是在底盘上以及对刹车系统的干预，而且其它的与安全有关的功能的影响，例如探照灯的调节、轮胎压力的调节，或者还有舒适功能，例如镜子或者座位的调节，也在考虑之列。
此外该发明还包括一种用于汽车底盘位置调节的方法。在该方法中，通过与距离传感器信号相关的调节单元和控制单元的调整信号对底盘进行调整，由此，可以获取底盘的位置或者与底盘相连的配件的位置。由此，在汽车下侧的至少三个相隔的位置进行非接触式的距离测量，其中，在每个这样的位置上进行至少两次不同方向上的位移测量。当测得的传感器信号偏移了预设的额定值，就会进行对底盘的调整。另外，设有控制器件用于执行这个过程。

Claims (14)

1.一种用于调节汽车底盘位置的系统，该系统具有安置在底盘(2)上的促动器，所述促动器通过调节单元和控制单元的调整信号进行调整，该系统具有用于获取底盘(2)的位置或者与底盘(2)相连接的配件的位置的距离传感器(4)，其中，当测得的距离传感器(4)的传感器信号偏移了预设的额定值的时候，可以执行促动器的调整，其特征在于，在汽车底盘下侧，在至少三个相分隔的位置上，各自安置有检测距离的传感器组件(3)，所述传感器组件(3)带有非接触式工作的距离传感器(4)，而且通过每个距离传感器(4)可以在不同方向(5，6，7)上进行至少两次距离测量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，通过每一个距离传感器(4)都可以获取所述底盘(2)和地面(8)之间的距离。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，通过每一个距离传感器(4)都可以获取所述底盘(2)和轮缘(9)之间的距离。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的系统，其特征在于，通过每一个距离传感器(4)都可以获取到位于所述距离传感器之前的障碍物(10)的距离。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器组件(3)邻近于所述车轮而安置。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，每个车轮都配有传感器组件(3)。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的系统，其特征在于，距离传感器各自都具有发射/接收单元和射束分离器，该射束分离器用于产生至少两条其间具有夹角的扫描射线(5，6，7)。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在传感器组件中使用相位控制元件作为射束分离器。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在传感器组件中使用透镜装置作为射束分离器。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的系统，其特征在于，当测得的距离传感器(4)的传感器信号偏移了额定值时，对汽车部件进行准静态的位置调节。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的系统，其特征在于，当测得的距离传感器(4)的传感器信号偏移了额定值时，对汽车部件进行动态的位置调节。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的系统，其特征在于，使用近距离雷达波作为传感器信号。
13.一种用于调节汽车底盘位置的方法，尤其是用于操作根据权利要求1到12中所述系统的方法，其中，所述底盘(2)通过与距离传感器(4)的传感器信号相关的调节单元和控制单元的调整信号对底盘进行调整，由此，可以获取底盘(2)的位置或者与底盘(2)相连的配件的位置，其中，当测得的传感器信号偏移了预设的额定值的时候，对底盘(2)进行调整，其特征在于，在汽车下侧至少三个相隔开的位置上进行非接触式的距离测量，其中，在每个这样的位置上进行沿不同方向(5，6，7)的至少两次距离测量。
14.一种用于实现根据权利要求13中所述方法的控制装置。
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