CN103068656A

CN103068656A - 用于车辆系统的控制模块、车辆系统以及具有这种车辆系统的车辆

Info

Publication number: CN103068656A
Application number: CN2011800384453A
Authority: CN
Inventors: 瓦尔德马·卡米施克
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-04-24
Also published as: WO2012059147A1; DE102010050635A1; US20130261875A1; EP2635480A1; DE102010050635B4

Abstract

本发明涉及一种用于车辆系统(3)的控制模块(2)，其中，该控制模块(2)具有横向加速度传感器(8)、横摆角速度传感器(7)和中央控制装置(6)，其中，横向加速度传感器(8)用于测量横向加速度(a_s)并发出横向加速度测量信号(S3)；横摆角速度传感器(7)用于测定横摆角速度

并发出横摆角速度测量信号(S2)；中央控制装置(6)用于接收横摆角速度测量信号和横向加速度测量信号并且确定车辆(1)在其车辆重心(S)上的重心横向加速度(aq)，其中，中央控制装置(6)由横向加速度传感器(8)与车辆重心(S)之间的传感器间距(d)和横摆角速度测量信号(S2)对时间求导而确定重心横向加速度(aq)。在这种情况下，中央控制装置(6)首先利用低通滤波器过滤横摆角速度测量信号，并且接下来将该横摆角速度测量信号对时间求导，并且确定当前的传感器间距(d)。

Description

用于车辆系统的控制模块、车辆系统以及具有这种车辆系统的车辆

技术领域

本发明涉及一种用于车辆系统的控制模块、车辆系统以及具有这种车辆系统的车辆。此外还提供了一种用于控制或调节车辆的方法。

背景技术

用于车辆的行驶动力调节系统尤其使车辆不稳定性的测定和接下来的修改也成为可能。在这种情况下尤其可以测定车辆的摆动倾斜和过度倾斜或者倾斜不足。为此，部分车辆稳定系统具有横向加速度传感器和横摆角速度传感器。借助于已确定的车辆横摆角速度(即绕车辆垂直轴的旋转频率)和在侧向上的横向加速度以及已知的行车速度，通过有针对性的车轮制动作用可以改进车辆稳定性或者向驾驶员展现出改良的性能。

对于行驶动力调节系统或者行驶稳定性调节系统来说通常使用如下控制模块，在该控制模块上装配有中央控制装置和例如横摆角速度传感器和横向加速度传感器。安装位置通常是车辆重心，因为在这里可直接测量密切相关的行驶动力量。DE 198 56 303 A、DE 10 2005 033 237 B4、DE 10 2005 059 229 A1和EP 1351843 B1示出了相应的传感器系统和行驶动力调节系统。

但是，在某些车辆中将传感器模块安置在车辆重心上或者安置在离车辆重心非常近的地方是不可行的。例如，在旅游客车中，车辆重心可能位于乘客舱或者被其他车辆组件占用的区域中。车辆横摆角速度通常在车辆的所有点上都是相同的，并且因此也可以借助于在重心之外的传感器来确定；但是测量在重心之外的车辆横向加速度会导致错误的值，因为会出现由车辆动态旋转(即横摆角速度)引起的分量。

US 20070106444A1说明了如下系统，在该系统中横向加速度借助于在车辆重心之外的传感器测得。接下来由这个测得的横向加速度、横摆角速度变化量和杠杆臂(该杠杆臂是在重心与传感器安装位置之间的传感器间距)确定在车辆重心上的横向加速度。为此，由横摆角速度传感器的两个相继的测量信号确定横摆角速度变化量。横向加速度传感器相对于车辆重心的传感器间距假设是给定的。

但是这种测量系统具有如下缺点，即，由于在相继的测量值中的信号噪声这样确定的横摆角速度变化量可能相对较大，并且连同有错误地给出横向加速度传感器相对于重心的传感器间距，还可能出现大于横向加速度测量信号的补偿值。因此，以这种方式确定的车辆重心的车辆横向加速度对于车辆控制系统来说通常不够准确。

发明内容

本发明的任务在于提供一种用于车辆系统的传感器模块、这种类型的车辆系统以及一种用于控制或调节车辆的方法，利用它们，即使在将至少横向加速度传感器安装在车辆重心之外的情况下也能够足够准确地确定车辆横向加速度。

这个任务通过根据权利要求1的控制模块、根据权利要求8的车辆系统和根据权利要求10的方法来解决。从属权利要求说明了优选的改进方案。在这种情况下，整个车辆也补充性地设置有车辆系统。

本发明基于如下认识，即，通过如下方式在测量在重心之外的车辆横向加速度的情况下计算出在车辆重心上的车辆横向加速度，计算出的车辆横向加速度会导致好的结果，即，在几个所使用的量中实行相应的修正。在这种情况下看出的是，在对时间求导之前已经对横摆角速度测量信号进行容易的低通滤波是具有优点的。根据本发明尤其看出的是，切比雪夫滤波器非常适用于在对时间求导之前实行低通滤波。在这种情况下，尤其采用截止频率范围在7Hz至10Hz，尤其是7.5Hz至8.5Hz的切比雪夫滤波器被视作是具有优点的。

因此令人意外的是，通过将计算上不太复杂的切比雪夫滤波器应用于接收的横摆角速度测量信号能够实现明显改进的修正或者补偿(即确定在车辆重心上的车辆横向加速度)。切比雪夫滤波器的特别的优点尤其在于其边缘陡度。通过切比雪夫滤波器的滤波应足够低以消除噪声；但是在横摆角速度快速变化的情况下，过低的截止频率会使横向加速度的修正过慢地进行，并且由此会产生修正信号的超调(即横摆角速度的动态特性或者考虑到在时间上的变化量过小而由此不能驱动与安全性密切相关的车辆控制系统)。

根据本发明，在这种情况下尤其看出的是，在使用这种切比雪夫滤波器并且同时引入计算出的传感器间距值的情况下得到特别的优点。这尤其以如下认识为基础，即，在用于由横摆角速度变化量和间距确定车辆横向加速度的方程中的传感器间距值有错误时，切比雪夫滤波器快速导致错误值，该错误值在使用切比雪夫滤波的情况下能够比例如在其他的低通滤波的情况下更大。

在这种情况下，当前传感器间距的确定可以尤其通过车辆重心的确定进行。在这种情况下看出的是，车辆重心的确定尤其在车辆X方向上通过应用力矩平衡是可行的，其中使用了轮荷或者轴荷(即在车辆纵向方向上作用在轮轴上的重量分布)，或者将车辆划分为模块并且确定作用在轮轴上的模块重量。

因此，通过如下这两个计算，即，一是在确定横摆角速度变化量之前进行切比雪夫滤波，二是确定相对于横向加速度传感器的车辆重心，使得准确地确定在车辆重心上的车辆横向加速度成为可能。

附图说明

接下来借助于几个实施形式的附图详细阐述本发明。其中：

图1在说明密切相关的间距的情况下示出根据本发明的车辆；

图2示出在三个物体中达到力矩平衡的通用性图示；

图3不同模块的重量在车辆中的分布和确定的图示；

图4示出根据本发明的车辆在示出行驶稳定性调节系统的情况下的俯视图；

图5为根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

载货车1具有三根轴A1、A2和A3，其中，A1在此为前轴。车辆1沿车辆纵向方向或者X方向行驶。横向方向或者Y方向和垂直方向或者Z方向在图1和4中相应示出。此外，示出了载货车1的重心S以及其行驶动力调节系统或者行驶稳定性系统的控制模块2。依据图4的示意图，行驶动力调节系统3借助于控制信号S1作用到车辆的在轴A1、A2和A3的车轮上的车轮制动器5上，如其所公知的那样。

控制模块2具有中央控制装置6、用于测量横摆角速度的横摆角速度传感器7和用于测量传感器横向加速度a_s的横向加速度传感器8。横摆角速度传感器7将横摆角速度测量信号S2发出到中央控制装置6上；相应地，横向加速度传感器8将横向加速度测量信号S3发送到中央控制装置6上。此外，中央控制装置6也接受另外的信号，尤其是由在轴A1、A2和A3的车轮上的、未在此示出的车轮转速传感器或者ABS传感器发出的车轮转速信号，如本领域技术人员所知的那样。在示意图4中，控制模块2为了详细示出传感器7、8和信号S2、S3，在这种情况下明显放大地示出。

包括传感器7、8在内的控制模块2在X方向上与车辆1的重心S的间距d。在重心S上出现重心横向加速度aq，该重心横向加速度aq通常可能与传感器横向加速度a_s不同。与之相反，横摆角速度

不依赖于在x方向上的纵向位置。

根据本发明，对测得的传感器横向加速度a_s进行补偿或者修正，以便由此确定重心横向加速度aq。这以传感器横向加速度a_s、横摆角速度和间距d为基础根据以下公式进行：

其中，

为横摆角速度变化量，即横摆角速度

关于时间的导数

由此，间距d表示杠杆臂，横摆角速度变化量

与该间距d一起对传感器横向加速度a_s起影响。

根据本发明，因此确定间距d和横摆角速度变化量

横向加速度传感器8或者整个控制模块2的安装位置为已知的，其中，传感器7和/或8也可以构件在控制模块2外部。因此确定重心S或者重心S的纵向位置。这优选可以通过以下方式推导出：

1)由模块重量确定车辆重心S，

2)由在轴A1、A2、A3上的轮荷或者在轴A1、A2、A3的车轮上的轮荷来确定车辆重心S，

3)借助于外部系统确定车辆重心S。

此外，根据本发明通过如下方法确定横摆角速度变化量

即，横摆角速度测量信号S2首先通过低通滤波器，并接下来对时间求导，如下面进一步说明的那样。

根据本发明的方法在图5的示意流程图中详细示出。例如已经在车辆1接通点火装置的情况下，该方法从步骤St0开始。接下来，在步骤St1中由传感器7和8执行测量，并且将测量信号S2和S3发出到中央控制装置6上。接下来，在步骤St2中借助于切比雪夫滤波器对横摆角速度测量信号S2进行低通滤波，由此形成过滤信号S4。过滤信号S4接下来在步骤St3中对时间进行差分或者对时间求导，由此确定横摆角速度变化量

在步骤St4中确定载货车1的重心S，并且由此确定其相对于中央控制装置6或者横向加速度传感器8的安装位置的间距d。然后在步骤St5中利用上面提到的公式

确定重心横向加速度aq。步骤St4原则上也可在步骤St2之前进行；密切相关的是，所需值在步骤St5中为已知的。

根据本发明在这种情况下确定的是，低通滤波器尤其是切比雪夫滤波器提供非常好的结果，以便首先对横摆角速度测量信号低通滤波用以接下来对时间求导。在这种情况下，尤其是切比雪夫滤波器较高的边缘陡度被视为是具有优点的。

根据本发明确定的是，对于切比雪夫滤波器来说截止频率fg在7Hz至10Hz，优选在7Hz至9Hz，尤其在7.5Hz至8.5Hz，即在8Hz左右是具有优点的。确定的是，具有高于10Hz的fg的滤波不再引致所期望的结果。根据本发明在这种情况下看出的是，这样的横摆角速度测量信号S2可能还不够用于确定横摆角速度本身；但对于对时间求导来说，横摆角速度测量信号S2过于分散，从而使得将对时间进行差分或者对时间求导作为两个相继的测量值的差商会导致不够准确。过强的低通滤波也会使车辆调节系统或者行驶稳定性程序的动态特性和响应时间变差。

在所有截止频率过低的情况下，虽然进一步消除了测量信号的波动；但不利的影响是，在横摆角速度快速变化的情况下，信号的修正缓慢地进行，且因此所算出的横向加速度的修正也缓慢地进行，并且由此可能产生修正信号的超调。

对时间求导

已经可以通过形成简单的差商进行，该差商作为两个相继的值之间的差和测量时间点之间的差的商形成。但是具有优点地，在采用多个测量值的情况下对时间求导，即，对时间的导数为此前确定的过滤信号S4的函数的切线，因为根据本发明通过切比雪夫滤波形成比较平坦的函数，所以这种接下来通过切线求导是可行且具有优点的，因为这种通过切线求导考虑到整个曲线变化。

在步骤St4中分别确定当前的车辆重心S，因为根据本发明看出的是，由于车辆1的负载和负载状态的不同此前设定的车辆数据不够准确；因此，根据本发明使分别通过如下方式确定当前的间距d成为可能，即，模块2或者横向加速度传感器8的安装位置是已知的，并且由当前的测量信号或者测量数据(必要时在采用外部的信号或者测量信号的情况下)确定重心S。

根据本发明，重心S的确定可以通过不同方案进行。根据图2所示第一实施形式，车辆1的重心S由力矩平衡确定，即，重心S的纵向位置x₀为力矩(ABi*xi)的和除以质量ABi的和的商。因此由公式得出：

x 0 = \frac{Σ (ABi * xi)}{ΣABi}

其中，求和运算分别在指标i上进行，例如在有三个模块时，i＝1，2，3的情况下，由此得出：

x 0 = \frac{AB 1 * x 1 + AB 2 * x 2 + AB 3 * x 3}{AB 1 + AB 2 + AB 3}

根据图1所示的第一实施形式，通过如下方式计算出重心S，即，参考点(视点)位于前轴A1上。在轴A1、A2、A3上的轴荷F1、F2和F3以及相应的轴距R1和R2已知的情况下，可确定车辆1的重心S。因为在图1所示模块中，接下来的量L1和L2未知，所以由已知的量来代替这几个未知的量。

L_{1} = \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}

以及

L₂＝R₁-L₁

R_{1} - L_{2} = \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{3})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}

L_{2} = R_{1} - \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}

L_{2} = R_{1} - \frac{F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}

根据图3所示的实施形式，通过如下方式计算出重心S，即，建立多个模块以便示出车辆1，即尤其是加载后的载货车1的质量分布。因此，下面的公式是几个模块，尤其例如质量为AB1，AB4，AB3的三个模块的具体的和。因此可以利用相对简单的公式和少数几个参数得出整个结构的重心。根据本发明在这种情况下看出的是，在已加载的载货车1中可分别表示和确定特定的模块。在具有两根轴或三根轴的车辆中，当两根靠后的轴作为后轴彼此距离较近时，可以尤其设置前部区域、中部区域和后部区域。

根据参考图3所说明的实施形式，车辆重心也可以由应用于上面提到的力矩平衡公式中的模块重量来确定。在这种考虑下使用模块的以下特征值：

-模量重量，即AB1和AB3已知，

-模块AB1或者AB3的重心与所涉及的轴的距离作为值x1和x3已知，

-模块AB1和AB3的平均悬出长度作为L1和L3已知。

由这些数据和已知的轴距(即R1和R2)可确定车辆长度Lges。假设车身均质地分布，则可以估算出车辆重心S和车身重量。用于确定整个车辆的重心的参考点在这种情况下可位于车辆尾部。这在图3中相应地示意性示出。

因为各个车辆1的车身高度不同，因此合理的是，中部模块AB4的质量分布保持可变的。在这种情况下，在以下车辆类型中可以设置以下AB4的值：

低车架客车450kg/m，

高顶盖客车500kg/m，

双层客车650kg/m

该常量作为G_B应用于接下来的方程组中：

L_{1} + R_{2} + L_{4} = \frac{{AB}_{1} * (L_{1} + R_{2} - x_{1}) + {AB}_{3} * (L_{1} + R_{2} + R_{1} + x_{3}) + {AB}_{4} * \frac{L_{1} + R_{2} + R_{1} + L_{3}}{2}}{{AB}_{1} + {AB}_{3} + {AB}_{4}}

L_{4} = \frac{{AB}_{1} * (L_{1} + R_{2} - x_{1}) + {AB}_{3} * (L_{1} + R_{2} + R_{1} + x_{3}) + {AB}_{4} * \frac{L_{1} + R_{2} + R_{1} + L_{3}}{2}}{{AB}_{1} + {AB}_{3} + {AB}_{4}} - L_{1} - R_{2}

因此可相应地确定重心S。

此外，在这种情况下也可以补充性地引入关于行李舱和大小和位置、柴油箱的大小和位置以及电池的大小和位置的数据，这些数据在上面设置的模块中首先普遍地使用。

根据另一种实施形式，车辆重心S也可以通过外部系统或者外部系统的数据信号确定，其中，可以例如通过高度调节设备，尤其是通过车辆1的电调节ECAS的高度调节设备获取用于轮荷F1、F2和F3的值。在引入已知轴距R1和R2的情况下可以在图1中确定车辆重心S。如果L1和L2是未知的，则可以设置接下来的方程：

L_{1} = \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}

以及

L₂＝R₁-L₁

R_{1} - L_{2} = \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}

L_{2} = R_{1} - \frac{F_{1} * 0 + F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}

L_{2} = R_{1} - \frac{F_{2} * R_{1} + F_{3} * (R_{1} + R_{2})}{F_{1} + F_{2} + F_{3}}

因此，接下来可以进行补偿用于确定重心横向加速度aq。

根据本发明，在这些实施形式中，首先尤其要确定在X方向上的补偿。相应的补偿或者修正也可以相应地在Z方向上，即在垂直轴上进行，其中，相应地引入摆动角变化量以代替横摆角速度变化量

如果使用三角象限横摆角速度传感器(Dreieckquadranten-Gierratensensor)(该三角象限横摆角速度传感器因此也可获取摆动角的动态变化量)作为横摆角速度传感器7，那么因此安装位置是绝对可变的。

附图标记列表

Claims

1.用于车辆系统(3)的控制模块(2)，其中，所述控制模块(2)具有：

横向加速度传感器(8)，用于测量横向加速度(a_s)并且发出横向加速度测量信号(S3)；

横摆角速度传感器(7)，用于测定横摆角速度

并且发出横摆角速度测量信号(S2)；和

中央控制装置(6)，用于接收所述横摆角速度测量信号(S2)和所述横向加速度测量信号(S3)并且确定车辆(1)在车辆重心(S)上的重心横向加速度(aq)，

其中，所述中央控制装置(6)由所述横向加速度传感器(8)与所述车辆重心(S)之间的传感器间距(d)和所述横摆角速度测量信号(S2)对时间求导而确定所述重心横向加速度(aq)，

其特征在于，

所述中央控制装置(6)首先利用低通滤波器过滤所述横摆角速度测量信号(S2)，并且接下来将所述横摆角速度测量信号(S2)对时间求导，并且

所述中央控制装置(6)确定当前的所述传感器间距(d)。

2.根据权利要求1所述的控制模块(2)，其特征在于，所述低通滤波器是切比雪夫滤波器，其优选具有7Hz至10Hz，尤其是7.5Hz至8.5Hz的截止频率(fg)。

3.根据权利要求1或2所述的控制模块(2)，其特征在于，所述中央控制装置(6)由所述车辆重心(S)的力矩平衡来确定所述传感器间距(d)。

4.根据权利要求3所述的控制模块(2)，其特征在于，所述中央控制装置(6)确定所述车辆(1)的轮荷和/或轴荷(F1、F2、F3)，并且由所确定的轮荷和/或轴荷(F1、F2、F3)和已知的轴距(R1、R2)确定所述车辆重心(S)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制模块(2)，其特征在于，所述中央控制装置(6)由所述车辆(1)的被确定为所述车辆(1)的部件的模块的模块质量(AB1、AB2、AB3)来确定所述车辆重心(S)。

6.根据权利要求5所述的控制模块(2)，其特征在于，为了确定所述车辆重心(S)，采用模块重心与车轴(A1、A2)的距离(x1、x3)以及前部和后部模块的平均悬出长度(L1、L2)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的控制模块(2)，其特征在于，用于确定所述车辆重心的车辆数据中的至少几个数据由外部系统传输到所述中央控制装置(6)上。

8.车辆系统，尤其是行驶动力调节系统(3)，所述车辆系统(3)具有根据前述权利要求中任一项所述的控制模块(2)和车辆(1)的车轮制动器(5)。

9.具有根据权利要求8所述的行驶动力调节系统(3)的车辆(1)，其中，所述车辆为载货车(1)，尤其是旅游客车，例如低车架客车、高顶盖客车或者双层客车。

10.用于控制或调节车辆(1)的方法，具有以下步骤：

测量横摆角速度并且形成横摆角速度测量信号(S2)；

测量在车辆重心(S)之外的车辆横向加速度(a_s)并且形成横向加速度测量信号(S3)；

由所述横向加速度测量信号(S3)、在横向加速度传感器(8)与所述车辆重心(S)之间的传感器间距(d)以及所述横摆角速度测量信号(S2)对时间求导，确定重心横向加速度(aq)，

其特征在于，

所述横摆角速度测量信号(S2)被低通滤波，并且接下来将过滤后的横摆角速度测量信号(S4)对时间求导，并且

确定当前的所述传感器间距(d)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，使用切比雪夫滤波器，其优选具有7Hz至10Hz，尤其是7.5Hz至8.5Hz的截止频率。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，通过确定所述车辆重心(S)和在所述车辆重心(S)与所述横向加速度传感器(8)之间的间距来确定所述传感器间距(d)，其中，由所述车辆(1)的力矩平衡，在引入重力值和间距值尤其是所述车辆的轴距和已确定的车辆的轮荷或者轴荷的情况下，确定所述车辆重心(S)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，由所述车辆的模块重量确定所述车辆重心，其中，所述车辆(1)被划分成多个模块，并且确定或者采用模块的质量或者重量。