CN102198833A - 确定本体特别是机动车辆的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的方法 - Google Patents

确定本体特别是机动车辆的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于确定本体的垂直加速度(az)、纵向角加速度(αx)和横向角加速度(αy)的方法。在此情况下，本体具有纵向旋转轴线(x)、横向旋转轴线(y)、至少三个弹簧元件(5)、至少三个减振器(6)和至少三个高度传感器(7)，一个高度传感器(7)在各个情况下被设置在相应的减振器(6)的区域中。所述方法的区别性在于：确定减振器(6)的阻尼力(FDi)、弹簧元件(5)的弹簧力(FSi)、本体的重心、本体的质量(mB)、本体的转动惯量(Jxx，Jyy)、减振器相对于本体重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、纵向旋转轴线的平均高度(hx)和横向旋转轴线的平均高度(hy)，并且借助本体的质量(mB)、本体的转动惯量(Jxx，Jyy)、减振器相对于本体重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、纵向旋转轴线的平均高度(hx)和横向旋转轴线的平均高度(hy)、减振器(6)的阻尼力(FDi)、弹簧元件(5)的弹簧力(FSi)来确定垂直加速度(az)、纵向角加速度(αx)和横向角加速度(αy)。

Description

确定本体特别是机动车辆的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的方法
技术领域
本发明涉及确定本体的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的方法。本体可特别是机动车辆。本发明还涉及一种车轮悬架系统和一种机动车辆。
背景技术
为了降低技术装备失效的倾向性，期望能够以尽可能少的部件数目来实施技术功能。例如，机动车辆，特别是机动车辆的悬架系统一般包括多个传感器。在多个传感器中，存在用于测量机动车辆的垂直加速度的传感器、确定机动车辆的水平加速度的传感器和距离传感器。一般地，测量本体相对被附接至车轮的底盘部件的距离的四个传感器、确定机动车辆的垂直加速度的三个加速度计和确定机动车辆的水平加速度的至少两个加速度计被用于确定机动车辆的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度。
确定机动车辆的重心处的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度在车辆性能的最优化控制方面，尤其是在控制半主动或主动减振器的参数方面特别重要。
用于车轮悬架阻尼振动的系统的设计通常是两个方面的折衷，一方面是将车辆本体与由道路表面不平度产生的高频振动(次段行驶平顺性(secondary ride))隔离，另一方面是实现车辆本体的低频振动(主段行驶平顺性(primary ride))方面的高水平的驾驶舒适性。这意味着，一方面车辆本体必须与高频振动隔离，而另一方面由此保证了驾驶员对车辆的足够控制，从而驾驶员接收关于车辆状态和道路状况的反馈。
半主动和主动减振器系统可提供与由道路表面不平度产生的高频振动良好的隔离同时保证驾驶员良好地控制车辆。此外，车辆本体可同时 与道路表面不平度产生的低频隔离。
主动阻尼系统与被动阻尼系统相比较具有如下缺点：其明显更复杂并且更加成本集约。与传统的被动阻尼器和车轮悬架系统相比，除了阻尼器和车轮悬架的硬件更为复杂外，还需要用于实施半主动和主动阻尼和车轮悬架系统的控制和规则算法的传感器。
关于半主动和主动阻尼系统，车辆本体运动的动力学通常关于低频振动(主段行驶平顺性)被控制。在主动阻尼系统的情况下，这通过控制车辆本体和四个车轮之间的阻尼力来实现。阻尼力的改变通过使用连续可调的减振器而实现。
为了估计特别是在主动阻尼系统的背景下的车辆本体的运动，通常使用紧固至车辆本体的三个加速度传感器。加速度传感器的测量数据被用于计算车辆本体相对于升高(举起)加速度或垂直加速度、侧倾加速度或纵向角加速度和纵倾加速度或横向角加速度的加速度。此外，测量数据被整合以便确定对应的速度。额外地，测量了车辆的四角处的相应的弹簧元件的垂直偏转。
发明内容
本发明的第一目的是获得用于确定本体的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的有利方法。本发明的第二目的是获得有利的车轮悬架系统。本发明的第三目的是获得有利的机动车辆。
所述第一目的通过用于确定如本发明所述的本体的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的方法而实现。所述第二目的通过如本发明所述的车轮悬架系统而实现。所述第三目的通过如本发明所述的机动车辆而实现。本发明其他部分的说明包括本发明的进一步的有利配置。
根据本发明的用于确定本体的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的方法涉及具有纵向旋转轴线、横向旋转轴线、至少三个弹簧元件、至少三个减振器和至少三个高度传感器的本体。一个高度传感器在各个情况下被设置在相应的减振器区域中。所述方法的区别在于以下步骤：
首先，确定(例如测量或通过其它值确定)减振器的阻尼力、弹簧元件的弹簧力、本体的重心、本体的质量、本体的转动惯量、相对于本体的 重心的减振器位置、纵向旋转轴线的平均高度和横向旋转轴线的平均高度。然后，借助本体的质量、本体的转动惯量、相对于本体重心的减振器位置、纵向旋转轴线的平均高度、横向旋转轴线的平均高度、减振器的阻尼力和弹簧元件的弹簧力来确定垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度。
纵向旋转轴线和横向旋转轴线可以特别是本体的想像的旋转轴线。本体可有利地是机动车辆。
与以上说明的用于确定本体(特别是机动车辆)的重心处的速度和加速度的常规方法相比较，根据本发明的方法具有不需要以上提到的三个垂直加速度传感器的优点。以此方式，免除了三个传感器，借此降低了系统失效的倾向性同时保持了相同的功能。
在机动车辆的情况下，垂直加速度还可以是举起加速度。在此情况下，纵向角加速度还可以是侧倾加速度，并且在此情况下横向角加速度还可以是纵倾加速度。
此外，可有利地确定(例如测量或计算)本体的纵向加速度和本体的横向加速度。这种确定可通过相应的定向加速度传感器的直接测量，或者通过存在的纵向和/或横向速度信号在时域中的微分的间接测量而被实施。然后，借助本体的质量、本体的转动惯量、相对于本体重心的减振器位置、纵向旋转轴线的平均高度和横向旋转轴线的平均高度、减振器的阻尼力、弹簧元件的弹簧力、本体的纵向加速度和本体的横向加速度来确定垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度。
此外，可借助垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度来确定本体的垂直速度，纵向角速度和横向角速度。这种确定可特别地通过积分实施。
在机动车辆的情况下，垂直速度还可以是举起速度。在此情况下，纵向角速度还可以是侧倾速度，并且在此情况下，横向角速度还可以是纵倾加速度。
此外，根据本发明的方法可被配置为这样一种方式：测量弹簧元件的垂直偏转。可确定(例如测量或计算)减振器的阻尼电流。此外，例如通过垂直偏转信号在时域中的微分可确定弹簧元件的垂直偏转的速度。原则上，可计算或测量弹簧元件垂直偏转的速度。此外，可确定弹簧元件的弹簧系数和减振器的阻尼曲线。然后，可借助减振器的阻尼电流、弹簧元件 的垂直偏转速度和减振器的阻尼曲线来确定减振器的阻尼力。可借助弹簧元件的垂直偏转的速度和弹簧元件的弹簧系数来确定弹簧元件的弹簧力。
所述本体，特别是机动车辆有利地包括四个减振器和四个高度传感器。在本发明的背景下，高度传感器被理解为借助其可测量本体和底盘元件之间距离的距离传感器。各个高度传感器可被有利地设置在每个减振器的区域中。
所述本体可以例如是包括多个车轮(有利的是四个车轮)和装备有减振器的至少一个车轮悬架系统的机动车辆。在此情况下，至少一个高度传感器可被设置在相应车轮的区域中。
本发明方法的框架内的计算基于关于减振器和弹簧元件的特性、车辆的几何构型(特别是轴距和轨距)、牛顿第二定律和逆质量矩阵(inverse mass matrix)的数据。
输入信号例如是作为来自高度传感器的信号的弹簧元件的垂直偏转zi和弹簧元件的垂直偏转速度vzi，来自总线系统的每个减振器的实际阻尼电流(IDi)和纵向线性加速度ax以及横向线性加速度ay，其中总线系统特别是CAN总线(控制器局域网，同步串行总线系统)。首先，在车辆的各角处的力Fi可由减振器的阻尼力FDi和弹簧元件的弹簧力Fsi计算。
原则上，弹簧元件可被配置为被动式或主动式。在第一种情况下，各弹簧力FSi可通过各弹簧元件的垂直偏转zi和弹簧元件的弹簧系数ci计算。在第二种情况下，弹簧系数是例如借助执行器或借助控制电流可调节的或可控的。在此情况下，各弹簧力FSi可通过各弹簧元件的垂直偏转zi和例如通过用于调节各弹簧元件的弹簧系数的控制电流而被计算。
减振器的阻尼力FDi可通过当前阻尼电流IDi、弹簧元件的垂直偏转速度vzi和减振器的各自的阻尼曲线计算。原则上，减振器可被配置为被动减振器或主动减振器。在第一种情况中，阻尼力FDi和各弹簧元件的垂直偏转速度vzi的依赖关系通过特征曲线确定。在第二种情况下，阻尼力FDi依赖于对应的弹簧元件的垂直偏转速度vzi并且额外地依赖于对应的阻尼电流IDi，即依赖于控制阻尼器的主动值的电流。也就是说，阻尼力FDi与对应弹簧元件的垂直偏转速度vzi的依赖关系通过依赖于对应阻尼电流IDi的特征曲线而确定。
阻尼力FDi和弹簧力FSi的和根据以下公式产生垂直作用在车辆的各角处的力Fi：
Fi＝FSi(zi，ci)+FDi(IDi，vzi)
作用在本体(例如车辆)重心上的力可使用本体的几何构型计算。在车辆的情况下，这个几何构型可以是轴距Iv、Ih和轨距sf、sh(参考图2)。此外，所述力还借助纵向线性加速度ax、横向线性加速度ay、装配有弹簧的车辆质量mB、纵向旋转轴线的高度hx和横向旋转轴线的高度hy而确定：
F = F i * 1 1 1 1 - l v - l v l h l h s v 2 - s v 2 s h 2 - s h 2 + 0 a x m B h x a y m B h y
为了确定垂直加速度(特别是举起加速度)、纵向角加速度(特别是侧倾加速度)和横向角加速度(特别是纵倾加速度)，即车辆重心处的加速度aCOG，力F可被乘以逆质量矩阵：
a COG = F * m B 0 0 0 J yy 0 0 0 J xx - 1
Jxx和Jyy表示车辆的转动惯量。对于纵向角加速度和横向角加速度，低频干扰可使用例如离散巴特沃斯3Hz高通滤波器被有利地滤除。
在确定垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度之后，减振器的阻尼电流和/或弹簧元件的弹簧系数例如可以作为已确定的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的函数而被调节。类似地，减振器的阻尼电流和/或弹簧元件的弹簧系数例如可以作为已确定的垂直速度、纵向角速度和横向角速度的函数而被调节。以此方式，能够实现适于普遍条件(例如，道路条件和驾驶风格)的减振器和/或弹簧元件的调节。
此外，在本体重心外侧的纵向角速度和/或其他的垂直加速度可被确定(特别是被测量)，以便确定本体的横向角速度，并且本体的垂直加速度、 纵向角加速度和横向角加速度可借助纵向角速度和/或本体的重心外侧的额外的垂直加速度而确定。以此方式，对比以上说明的程序，能够获得更准确的结果，特别是在应用半主动阻尼系统的背景下。在机动车辆的情况下，可有利地获得机动车辆其他部件(例如气囊系统)的纵向角速度(侧倾率)和/或额外的垂直加速度。
根据本发明的车轮悬架系统可被连接至本体，例如机动车辆。所述本体包括想象的纵向旋转轴线和想象的横向旋转轴线。车轮悬架系统包括至少三个弹簧元件、至少三个高度传感器、至少三个减振器和用于确定垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的运动确定单元。
在此情况下，运动确定单元被配置为使得仅借助减振器的阻尼力、弹簧元件的弹簧力、本体的质量、本体的转动惯量、减振器相对于本体重心的位置、本体的纵向旋转轴线的平均高度和本体的横向旋转轴线的平均高度来执行垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的确定。
运动确定单元可被优选地配置为使得借助减振器的阻尼电流、弹簧元件的垂直偏转、弹簧元件的垂直偏转速度、弹簧元件的弹簧系数和减振器的阻尼曲线来执行减振器的阻尼力和弹簧元件的弹簧力的确定。
此外，根据本发明的车轮悬架系统可包括用于确定本体的横向加速度的装置和用于确定本体的纵向加速度的装置。用于确定本体的横向加速度的装置和用于确定本体的纵向加速度的装置可以是例如分别用于测量、计算或检测本体的横向和纵向线性加速度的装置。在此情况下，运动确定单元可被配置为使得仅借助减振器的阻尼力、弹簧元件的弹簧力、本体的横向加速度、本体的纵向加速度、本体的质量、本体的转动惯量、减振器相对于本体重心的位置、本体的纵向旋转轴线的平均高度和本体的横向旋转轴线的平均高度来执行垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的确定。
本体可优选地是机动车辆。此外，车轮悬架系统可包括用于固定车轮的多个元件。减振器和高度传感器可在各个情况下被特别地设置在这些元件的区域中。在机动车辆的情况下，垂直加速度还可以是举起加速度。纵向角加速度在此情况下还可以是侧倾加速度并且横向角加速度在此情况下还可以是纵倾加速度。相应地，垂直速度还可以是举起速度。纵向角速度在此情况下还可以是侧倾速度并且横向角速度在此情况下还可以是纵倾速 度。
根据本发明的机动车辆包括以上说明的根据本发明的车轮悬架系统。根据本发明的机动车辆具有与根据本发明的车轮悬架系统相同的特性和优点。此外，机动车辆可包括用于估计道路表面不平度的装置。借助该装置，能够实现适于所述情况的阻尼控制，特别是适于所述情况的减振器控制。
总体来说，本发明具有这样的优点，当确定本体，特别是机动车辆的重心的运动时，能够节省用于测量垂直加速度的三个传感器。以此方式，可降低系统失效的倾向性。同时可降低系统的成本和复杂度，特别是在本体的重心的运动基于测量的弹簧元件的垂直偏转而确定的情况下。
根据另一个方面，一种用于操作车辆的方法，包括：响应于经由多个减振器的阻尼电流和多个减振器的位置提供的车辆本体的垂直加速度、车辆本体的纵向角加速度以及车辆本体的横向角加速度而调节阻尼器。
在一个实施例中，经由额外的参数提供车辆本体的垂直加速度、车辆本体的纵向角加速度以及车辆本体的横向角加速度，所述额外的参数包括车辆本体的纵向加速度、车辆本体的横向加速度、车辆本体的质量以及车辆本体的两个转动惯量。
在另一个实施例中，经由额外的参数提供车辆本体的垂直加速度、车辆本体的纵向角加速度以及车辆本体的横向角加速度，所述额外的参数包括车辆本体的纵向加速度、车辆本体的横向加速度、车辆本体的质量以及车辆本体的两个转动惯量，所述方法还包括对所述多个减振器的位置微分以提供车辆本体的多个垂直速度。
在另一个实施例中，响应于车辆本体的垂直加速度、车辆本体的纵向角加速度以及车辆本体的横向角加速度而调节阻尼器包括响应于作用在所述多个减振器上的垂直力而调节阻尼电流。
在另一个实施例中，经由额外的参数提供车辆本体的垂直加速度、车辆本体的纵向角加速度以及车辆本体的横向角加速度，所述额外的参数包括车辆本体的纵向加速度、车辆本体的横向加速度、车辆本体的质量以及车辆本体的两个转动惯量，其中车辆本体的质量响应于制动力或加速所述车辆的扭矩而被调节。
在另一个实施例中，经由逆质量矩阵确定车辆本体的垂直加速度、车 辆本体的纵向角加速度以及车辆本体的横向角加速度。
根据另一个方面，一种用于操作车辆的方法，包括：响应于经由车辆本体的质量、车辆本体的两个转动惯量、关于车辆本体重心的多个减振器的位置、车辆本体的纵向旋转轴线的平均高度、车辆本体的横向旋转轴线的平均高度、多个减振器的阻尼力以及连接到车辆本体的多个弹簧元件的弹簧力提供的垂直加速度、纵向角加速度以及横向角加速度而调节阻尼器。
在一个实施例中，所述方法还包括：响应于所述垂直加速度、纵向角加速度以及横向角加速度而调节所述多个弹簧元件的弹簧刚度。
在另一个实施例中，所述方法还包括：确定车辆本体的纵向加速度和车辆本体的横向加速度，并且其中所述垂直加速度、纵向角加速度以及横向角加速度经由车辆本体的所述横向加速度和车辆本体的所述纵向加速度而确定；
在另一个实施例中，所述方法还包括：响应于车辆本体的垂直速度而调节所述阻尼器。
在另一个实施例中，所述方法还包括：测量所述多个弹簧元件的垂直偏转，并且其中提供所述多个减振器的阻尼电流、所述多个弹簧元件的垂直偏转的速度、所述多个弹簧元件的弹簧常数以及所述多个减振器的阻尼曲线。
在另一个实施例中，所述方法还包括：测量多个弹簧元件的垂直偏转，并且其中提供了所述多个减振器的阻尼电流、所述多个弹簧元件的垂直偏转的速度、所述多个弹簧元件的弹簧常数以及所述多个减振器的阻尼曲线，其中经由所述多个减振器的阻尼电流、所述多个弹簧元件的垂直偏转、所述多个弹簧元件的垂直偏转的速度、所述多个弹簧元件的弹簧常数以及所述多个减振器的阻尼曲线提供所述多个减振器的阻尼力和所述多个弹簧元件的弹簧力。
在另一个实施例中，车辆本体包括四个减振器和四个高度传感器。
在另一个实施例中，所述车辆包括多个车轮、配备有至少两个减振器和至少两个高度传感器的悬架系统。
在另一个实施例中，所述方法还包括：作为所述垂直加速度、所述纵 向角加速度以及所述横向角加速度的函数而调节所述多个减振器的阻尼电流和所述多个弹簧元件的弹簧常数。
根据另一个方面，车轮悬架系统被提供为连接到车辆本体。车轮悬架系统包括至少三个弹簧元件；至少三个高度传感器；至少三个减振器；以及控制器，该控制器包括用于响应于车辆本体的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度而调节至少三个减振器的阻尼率的指令，所述车辆本体的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度单独地经由所述至少三个高度传感器和至少三个减振器的阻尼力、所述至少三个弹簧元件的弹簧力、所述车辆本体的质量、所述车辆本体的两个转动惯量、车辆本体的纵向旋转轴线的平均高度和车辆本体的横向旋转轴线的平均高度而提供。
在一个实施例中，所述车轮悬架系统还包括用于调节至少三个弹簧元件的弹簧刚度的额外的指令。
在另一个实施例中，所述车轮悬架系统还包括用于调节至少三个弹簧元件的弹簧刚度的额外的指令并且所述至少三个弹簧元件的弹簧刚度是基于所述车辆本体的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的。
在另一个实施例中，所述控制器包括额外的指令，该额外的指令用于响应于道路表面不平度而调节所述至少三个减振器的阻尼率。
在另一个实施例中，所述控制器包括额外的指令，该额外的指令用于响应于道路表面不平度而调节所述至少三个减振器的弹簧刚度。
附图说明
以下将参考示例性实施例和附图更细节地说明本发明的进一步特征、特性和优点，在这些附图中：
图1示意性显示了机动车辆的一部分。
图2示意性显示了用于机动车辆的几何构型。
图3示意性显示了车辆的减振器控制系统的运行。
图4示意性显示了用于确定车辆的垂直加速度、纵向角加速度和横向角加速度的方法。
图5以示例性方式显示了作为时间的函数的纵向角速度(侧倾速度)。
图6以示例性方式显示了作为时间的函数的横向角速度(纵倾速度)。
图7以示例性方式显示了作为时间的函数的垂直速度(举起速度)。
图8示意性显示了根据本发明方法的第一变型的运动确定单元9的输入和输出数据。
图9示意性显示了根据本发明方法的第二变型的运动确定单元9的输入和输出数据。
附图标记
1    机动车辆
2    车轮
3    车轮悬架系统
4    用于固定车轮的装置
5    弹簧元件
6    减振器
7    高度传感器
8    用于确定纵向加速度和横向加速度的装置
9    运动确定单元
10   围绕X轴线的旋转
11   围绕Y轴线的旋转
12   阻尼曲线
13   弹簧系数
14   伪积分器
15   速度传感器
16   用于监控阻尼电流的装置
17   阻尼系统
18   用于估计道路表面不平度的装置
19  阻尼控制装置
20  来自根据本发明的方法的垂直速度
21  使用垂直加速度传感器确定的垂直速度
22  来自根据本发明的方法的纵向角速度
23  使用垂直加速度传感器确定的纵向角速度
24  来自根据本发明的方法的横向角速度
25  使用垂直加速度传感器确定的横向角速度
ax  纵向线性加速度
ay  横向线性加速度
az  垂直加速度
azj 在重心外侧的额外的垂直加速度
vz  垂直速度
vzi 垂直偏转速度
αx 纵向角加速度
ωx 纵向角速度
αy 横向角加速度
ωy 横向角速度
Fvr 右前方的力
Fhr 右后方的力
Fvl 左前方的力
Fhl 左后方的力
sv  前轴距
sh  后轴距
lv  前轮轴距总系统重心的距离
lh  后轮轴距总系统重心的距离
mB   本体的质量
Jyy  转动惯量
Jxx  转动惯量
IDi  主动减振器阀的上电
vzi  一个车轮处的垂直速度i＝1-4
zi   一个车轮处的垂直偏转i＝1-4
FDi  阻尼力
FSi  弹簧力
F    力
Fi   垂直作用在一个车轮处的力i＝1-4
aCOG 重心处的加速度
vCOG 重心处的速度
FCOG 作用在重心处的力
hx   纵向旋转轴线的高度
hy   横向旋转轴线的高度
具体实施方式
图1示意性显示了机动车辆1。机动车辆1包括车轮悬架系统3和四个车轮2。车轮2通过用于固定车轮4的装置连接至车轮悬架系统3。车轮悬架系统3包括四个弹簧元件5和四个减振器6，所述弹簧元件实施对车轮的悬架。一个弹簧元件5和一个减振器6在各个情况下被设置在各车轮2的区域中。
机动车辆1还包括四个高度传感器7和四个速度传感器15，所述高度传感器均被设置在各车轮2的区域中，所述速度传感器相似地均被设置在各车轮2的区域中。此外，机动车辆1或者车轮悬架系统3包括用于确定横向加速度8的装置和运动确定单元9。纵向加速度通过车辆重心处的纵向速度在时域上的微分而被确定。运动确定单元9可以是例如硬件部件或软 件模块的形式，硬件部件特别是专用集成电路(ASIC)，软件模块特别是CPU(中央处理单元)。
通过均被设置在各车轮2的区域中的高度传感器7，例如本体距车轮的距离或者本体距连接至车轮的底盘元件的距离能够被测量。相应距离变化的速度通过高度传感器7的信号在时域上的微分被确定，还可在各情况下通过速度传感器15确定，速度传感器同样均被设置在各车轮2的区域中。
图2示意性显示了机动车辆1的几何构型，以用于随后的说明。带有X轴线、Y轴线和Z轴线的坐标系统被布置为穿过机动车辆1。在此情况下，X轴线指向机动车辆1行驶的方向。Y轴线指向行驶的左侧并且Z轴线指向上方。
由于悬架和吸收振动的原因，力作用在机动车辆1的每个角处。作用在右前方的力是力Fvr，作用在左前方的力是力Fvl，作用在右后方的力是力Fhr并且作用在左后方的力是力Fhl。前轮2之间的距离由sv(前轨距)表示。后轮之间的距离由sh(后轨距)表示。此外，前轴距总系统的重心的距离由Iv表示并且后轴距总系统的重心的距离由Ih表示。
车辆1围绕X轴线的可行的旋转由参考标记10表示。相应的角速度由ωx表示并且相应的角加速度由αx表示。此外，围绕Y轴线的可行的旋转由箭头11表示。相应的角速度由ωy表示并且相应的角加速度由αy表示。此外，车辆1在z方向的偏转速度由vz表示并且相应的加速度由az表示。
图3示意性显示了机动车辆1的减振器控制系统。通过高度传感器7，例如在车轮2的区域中的本体的垂直偏转zi被确定。对应的偏转速度vzi通过高度水平传感器7的信号在时域上的微分而确定。被确定的值zi(i＝1-4)和vzi(i＝1-4)对运动确定单元9是可用的。此外，减振器6的各阻尼电流IDi(i＝1-4)通过监控阻尼电流的装置16对运动确定单元9可用。
运动确定单元9从馈送到其中的数据确定垂直速度vz、垂直加速度αz、纵向角速度ωx、纵向角加速度αx、横向角速度ωy和横向角加速度αy。这些数据被用于例如在阻尼控制装置19的环境下计算在各情况下作用在车轮2的区域中的横向力Fzi(i＝1-4)。力Fzi的作用是显示在图2中的力Fvr、Fvl、Fhr和Fhl。然后，为这些力确定的值对于监控阻尼电流的装置16是可用的。根据规定的参数，各阻尼电流IDi现在可作为确定的力Fzi的函数而改变。此 外，阻尼系统17的参数可被相应地设定或改变。
机动车辆1可额外地包括用于估计道路表面不平度的装置18。通过高度传感器7测量的偏转zi可被馈送到这种装置18中。此外，通过运动确定单元9确定的速度和加速度还可被馈送到用于估计道路表面不平度的装置18中。用于估计道路表面不平度的装置18还可确定车轮2的区域中的各加速度ai(i＝1-4)并且使得这些值对于例如阻尼控制装置19可用。
图4示意性显示了用于借助运动确定单元9确定机动车辆1重心处的速度和加速度的方法。运动确定单元9在每个减振器6处理阻尼曲线12中具有每个减振器6的弹簧系数13的值、机动车辆1的质量mB的值、机动车辆1的惯性转动惯量Jyy和Jxx的值、减振器6相对于总系统的重心的位置信息Iv、Ih、sv、sh或者减振器6相对于机动车辆1的重心的位置数据。随后的测量值被馈送到运动确定单元9中，包括：阻尼电流IDi、偏转Zi、偏转速度vzi、纵向线性加速度ax和横向线性加速度ay。
阻尼力FDi(i＝1-4)首先借助测量的阻尼电流IDi、测量的垂直偏转速度vzi和用于每个减振器的阻尼曲线12而确定。此外，在各情况下作用的弹簧力Fsi借助测量的偏转zi和各弹簧系数13而确定。然后，垂直作用在每个车轮2上的力Fi(i＝1-4)由确定的各阻尼力FDi和各弹簧力FSi的总和计算出。
由力Fi，即Fvl、Fvr、Fhl、Fhr形成的矢量，叉积形成为矩阵：
1 1 1 1 - l v - l v l h l h s v 2 - s v 2 s h 2 - s h 2
并且然后矢量
0 a x m B h x a y m B h y 被相加。以此方式，作用在机动车辆1的重心上的力FCOG在结果中获得。然后由相应的力分量形成的矢量乘以所述矩阵：
m B 0 0 0 J yy 0 0 0 J xx - 1
以此方式，确定了机动车辆1重心处的加速度aCOG或者其分量，即机动车辆1的垂直加速度az、纵向角加速度αx和横向角加速度αy。经由这些加速度分量，机动车辆在重心处的速度或者其分量，即垂直速度vz、纵向角速度ωx和横向角速度ωy可借助例如伪积分器14确定。
在随后的说明中，根据本发明的方法的结果与相应的借助垂直加速度传感器的测量相比较。图5以示例性方式显示了作为时间的函数的纵向角速度(侧倾速度)。图6以示例性方式显示了作为时间的函数的横向角速度(纵倾速度)。图7以示例性方式显示了作为时间的函数的垂直速度(举起速度)。在图5-图7中，时间在各情况下按秒绘制在X轴线上。相应的速度以弧度/秒或米/秒在各情况下被绘制在Y轴线上。在所有三个图示中，虚线的曲线表示借助垂直加速度传感器确定的速度，而连续的曲线表示借助根据本发明的方法确定的速度。
在图7中，借助垂直加速度传感器确定的垂直速度21与借助根据本发明的方法确定的垂直速度20吻合得非常好。在图6中，虽然偏转比图7中稍大，但是借助垂直加速度传感器确定的横向角速度25和借助本发明的方法确定的横向角速度24之间的吻合也相当好。在图5中，虽然借助根据本发明的方法确定的纵向角速度22在其基本进程上与借助垂直加速度传感器确定的纵向角速度23吻合，但不管怎样，细节上较大的偏转是明显的。
因此，为了实现更大的准确度，有利的是例如使用速度传感器单独地确定或测量纵向角速度(侧倾速度)。还能够通过额外地或者可替代地单独地确定横向角速度(纵倾速度)而进一步增加准确度。为此目的， 可使用例如在气囊系统的框架内测量或确定的数据，例如在该框架内测量的纵倾速度。其他变型包括额外确定在车辆重心外侧的垂直加速度并且使用该垂直加速度计算横向角速度(纵倾速度)。不同变型在图8和图9中被示意性描述。
图8示意性显示了根据本发明的方法的第一变型的运动确定单元9的输入和输出数据。在此情况下，运动确定单元9借助阻尼电流IDi、垂直偏转zi、垂直偏转速度vzi、纵向线性加速度ax和横向线性加速度ay确定重心处的速度vCOG和在重心处的加速度aCOG。在此情况下，重心处的速度vCOG由垂直速度vz(举起速度)、纵向角速度ωx(侧倾速度)和横向角速度ωy(纵倾速度)构成。类似地，重心处的加速度aCOG由垂直加速度az(举起加速度)、纵向角加速度αx(侧倾加速度)和横向角加速度αy(纵倾加速度)构成。
图9示意性显示了根据本发明的方法的第二和第三变型的运动确定单元9的输入和输出数据。图9与图8的不同在于：运动确定单元9额外地借助单独地确定的纵向角速度ωx和/或单独地确定的在重心外侧的额外的垂直加速度azj确定重心处的速度vCOG和在重心处的加速度aCOG。
原则上，取代先前说明的机动车辆1，仅具有三个车轮或三个弹簧元件、三个减振器和三个高度传感器的车辆或装置以类似的方式也是可行的。
总之，借助先前说明的方法，可在不具有通常使用的三个额外的垂直加速度传感器的情况下确定重心的运动。以此方式，降低了系统失效的倾向性。

Claims (18)

1.一种用于确定本体的垂直加速度(az)、纵向角加速度(αx)和横向角加速度(αy)的方法，所述本体具有纵向旋转轴线(x)、横向旋转轴线(y)、至少三个弹簧元件(5)、至少三个减振器(6)和至少三个高度传感器(7)，一个高度传感器(7)在各个情况下被设置在相应的减振器(6)的区域中，其中
确定减振器(6)的阻尼力(FDi)、弹簧元件(5)的弹簧力(FSi)、本体的重心、本体的质量(mB)、本体的转动惯量(Jxx，Jyy)、减振器相对于本体重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、纵向旋转轴线的平均高度(hx)和横向旋转轴线的平均高度(hy)，并且
借助本体的质量(mB)、本体的转动惯量(Jxx，Jyy)、减振器相对于本体重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、纵向旋转轴线的平均高度(hx)和横向旋转轴线的平均高度(hy)、减振器(6)的阻尼力(FDi)和弹簧元件(5)的弹簧力(FSi)确定垂直加速度(az)、纵向角加速度(αx)和横向角加速度(αy)。
2.如权利要求1所述的方法，其中
确定本体的纵向加速度(ax)和本体的横向加速度(ay)，并且借助本体的横向加速度(ay)和本体的纵向加速度(ax)确定所述垂直加速度(az)、所述纵向角加速度(αx)和所述横向角加速度(αy)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中
借助所述垂直加速度(az)、所述纵向角加速度(αx)和所述横向角加速度(αy)确定本体的垂直速度(vz)、纵向角速度(ωx)和横向角速度(ωy)。
4.如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的方法，其中
测量所述弹簧元件(5)的垂直偏转(zi)，
确定所述减振器(6)的阻尼电流(IDi)、所述弹簧元件(5)的垂直偏转速度(vzi)、所述弹簧元件(5)的弹簧系数和所述减振器(6)的阻尼曲线，并且
借助所述减振器(6)的阻尼电流(IDi)、所述弹簧元件(5)的垂直偏转(zi)、所述弹簧元件(5)的垂直偏转速度(vzi)、所述弹簧元件(5)的弹簧系数和所述减振器(6)的阻尼曲线来确定所述减振器(6)的阻尼力(FDi)和所述弹簧元件(5)的弹簧力(FSi)。
5.如权利要求1-4中任意一项权利要求所述的方法，其中
所述本体包括四个减振器(6)和四个高度传感器(7)。
6.如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的方法，其中
所述本体是机动车辆，其包括多个车轮(2)和装备有减振器(6)的至少一个车轮悬架系统(3)，并且至少一个高度传感器(7)在各个情况下被设置在相应的车轮(2)的区域中。
7.如权利要求1-6中任意一项权利要求所述的方法，其中
在确定所述垂直加速度(az)、所述纵向角加速度(αx)和所述横向角加速度(αy)之后，所述减振器(6)的阻尼电流(IDi)和/或所述弹簧元件的弹簧系数作为已被确定的所述垂直加速度(az)、所述纵向角加速度(αx)和所述横向角加速度(αy)的函数而被调节。
8.如权利要求1-7中任意一项权利要求所述的方法，其中
确定纵向角速度(ωx)和/或在所述本体重心外侧的额外的垂直加速度(azj)以便确定所述本体的横向角速度(ωy)，并且借助所述纵向角速度(ωx)和/或在所述本体重心外侧的所述额外的垂直加速度(azj)来确定所述本体的所述垂直加速度(az)、所述纵向角加速度(αx)和所述横向角加速度(αy)。
9.一种能够被连接至本体的车轮悬架系统(3)，所述车轮悬架系统(3)包括至少三个弹簧元件(5)、至少三个高度传感器(7)、至少三个减振器(6)和用于确定垂直加速度(az)、纵向角加速度(αx)和横向角加速度(αy)的运动确定单元(9)，其中
所述运动确定单元(9)被配置为使得仅借助所述减振器(6)的阻尼力(FDi)、弹簧元件(5)的弹簧力(FSi)、本体的质量(mB)、本体的转动惯量(Jxx，Jyy)、减振器相对于本体重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、本体的纵向旋转轴线的平均高度(hx)和本体的横向旋转轴线的平均高度(hy)来执行所述垂直加速度(az)、所述纵向角加速度(αx)和所述横向角加速度(αy)的确定。
10.如权利要求9所述的车轮悬架系统(3)，其中
所述车轮悬架系统(3)包括用于确定所述本体的横向加速度(ay)的装置和用于确定所述本体的纵向加速度(ax)的装置，并且所述运动确定单元(9)被配置为使得仅借助所述减振器(6)的阻尼力(FDi)、弹簧元件(5)的弹簧力(FSi)、本体的横向加速度(ay)、本体的纵向加速度(ax)、本体的质量(mB)、本体的转动惯量(Jxx，Jyy)、减振器相对于本体重心的位置(sv、sh、Iv、Ih)、本体的纵向旋转轴线的平均高度(hx)和本体的横向旋转轴线的平均高度(hy)来执行所述垂直加速度(az)、所述纵向角加速度(αx)和所述横向角加速度(αy)的确定。
11.如权利要求9或10所述的车轮悬架系统(3)，其中
所述运动确定单元(9)被配置为使得借助所述减振器(6)的阻尼电流(IDi)、弹簧元件(5)的垂直偏转(zi)、弹簧元件(5)的垂直偏转速度(vzi)、弹簧元件(5)的弹簧系数和减振器(6)的阻尼曲线来确定所述减振器(6)的阻尼力(FDi)和弹簧元件(5)的弹簧力(FSi)，
其中所述本体是机动车辆(1)。
12.一种机动车辆(1)，其包括如权利要求9-12中任意一项权利要求所述的车轮悬架系统(3)。
13.如权利要求13所述的机动车辆(1)，其中
其包括用于估计道路表面不平度的装置(18)。
14.一种用于操作车辆的方法，包括：
响应于经由多个减振器的阻尼电流和多个减振器的位置提供的车辆本体的垂直加速度、车辆本体的纵向角加速度以及车辆本体的横向角加速度而调节阻尼器。
15.如权利要求14所述的方法，其中经由额外的参数提供车辆本体的垂直加速度、车辆本体的纵向角加速度以及车辆本体的横向角加速度，所述额外的参数包括车辆本体的纵向加速度、车辆本体的横向加速度、车辆本体的质量以及车辆本体的两个转动惯量，所述方法还包括对所述多个减振器的位置微分以提供车辆本体的多个垂直速度。
16.一种用于操作车辆的方法，包括：
响应于经由车辆本体的质量、车辆本体的两个转动惯量、关于车辆本体重心的多个减振器的位置、车辆本体的纵向旋转轴线的平均高度、车辆本体的横向旋转轴线的平均高度、多个减振器的阻尼力以及连接到车辆本体的多个弹簧元件的弹簧力提供的垂直加速度、纵向角加速度以及横向角加速度而调节阻尼器。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：响应于所述垂直加速度、纵向角加速度以及横向角加速度而调节所述多个弹簧元件的弹簧刚度；
确定车辆本体的纵向加速度和车辆本体的横向加速度，并且其中所述垂直加速度、纵向角加速度以及横向角加速度经由车辆本体的所述横向加速度和车辆本体的所述纵向加速度确定；
响应于车辆本体的垂直速度而调节所述阻尼器；以及
测量所述多个弹簧元件的垂直偏转，并且其中提供所述多个减振器的阻尼电流、所述多个弹簧元件的垂直偏转的速度、所述多个弹簧元件的弹簧常数以及所述多个减振器的阻尼曲线。
18.如权利要求17所述的方法，其中经由所述多个减振器的阻尼电流、所述多个弹簧元件的垂直偏转、所述多个弹簧元件的垂直偏转的速度、所述多个弹簧元件的弹簧常数以及所述多个减振器的阻尼曲线提供所述多个减振器的阻尼力和所述多个弹簧元件的弹簧力。
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