CN103619691A - 操作车用侧风辅助系统的方法以及车用侧风辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用侧风辅助系统（1）以及操作所述车用侧风辅助系统（1）的方法，其中所述侧风辅助系统（1）检测作用于该车辆的侧风干扰（SW），并至少在超过干预阈值时通过实施侧风补偿干预来对所检测到的侧风干扰（SW）作出响应，以至少部分地补偿该侧风干扰（SW）的影响。所述侧风辅助系统（1）以如下方式构造，其对所述侧风干扰（SW）的响应是频率选择性的，根据所述侧风补偿干预或者所述侧风辅助系统（1）的与侧风补偿干预相关的状态（SE,～SE）对该频率选择性进行控制。特别是，根据是否实施所述侧风补偿干预以及根据所述侧风补偿干预的持续时间对所述频率选择性进行控制。

Description

操作车用侧风辅助系统的方法以及车用侧风辅助系统

技术领域

本发明涉及一种操作根据权利要求1的前序部分的车用侧风辅助系统（Seitenwindassistent）的方法以及一种根据权利要求10的前序部分的侧风辅助系统。

背景技术

从DE102004017638A1已知一种确定作用于车辆、特别是作用于载客车或载货车的侧风力的装置和方法。建议所述装置具有以车辆模型为基础根据横向加速度值和横摆率评估侧风力度的评估装置。其中所述横向加速度值为通过横向加速度传感器获得的横向加速度传感器值和/或所述横摆率为通过横摆率传感器获得的横摆率传感器值。所述车辆模型为车辆线性化横向动力学单轨模型。

从DE102008017950A1已知一种影响车辆横向动力的方法，其中通过干扰值测定装置获得作用于车辆、特别是车体的横向动力干扰量，以及通过下列步骤产生反作用于所述横向动力干扰量的反横摆力矩：

-通过干扰值测定装置获得动态的横向动力干扰量，

-借助于第一车辆系统产生用于至少部分地补偿动态的横向动力干扰量的第一反横摆力矩，

-在至少部分地补偿动态的横向动力干扰量后，降低所述第一反横摆力矩，

-通过干扰值测定装置来验证是否存在静态的横向动力干扰量，如果检测到静态的横向动力干扰量，则借助于第二车辆系统产生第二反横摆力矩，以用于至少部分地补偿静态的横向动力干扰量。

在此过程中，先检测动态侧风干扰，在有限的时间内通过针对各车轮的制动干预至少部分地补偿动态的侧风干扰。解除制动干预后，检测可能存在的静态侧风干扰并通过转向干预对静态侧风干扰进行补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种对侧风干扰进行补偿的改进方法和改进装置。

根据本发明，通过具有权利要求1的特征的方法实现所述目的。

本发明的有利实施方式是从属权利要求的主题。

本发明的方法涉及一种侧风辅助系统，该系统应用于车辆上，目的是检测作用于车辆的侧风干扰以及在至少超过干预阈值时，通过实施反作用于侧风干扰的侧风补偿干预对该侧风干扰做出响应。根据本发明，所述侧风辅助系统对检测到的侧风干扰的响应是频率选择性的，其中根据侧风补偿干预或者与侧风补偿干预相关的侧风辅助系统的状态来控制该频率选择性。所述与侧风补偿干预相关的侧风辅助系统的状态以下也称为干预状态，其表示该侧风辅助系统处于实施侧风补偿干预的状态或不实施侧风补偿干预的状态。

这意味着所述侧风辅助系统对侧风干扰的响应是频率敏感的，具有根据侧风补偿干预或干预状态进行调节的频率敏感性。

侧风干扰这里理解为作用于车辆的侧风或与侧风相关的信号，特别是作为用于衡量作用于车辆的侧风力度或强度的衡量量。因此，侧风辅助系统的目的是至少在侧风干扰超过干预阈值时，即当侧风至少以一最小力作用时，补偿由侧风引起的对车辆横向动力的影响。并不必然将补偿理解为完全补偿，部分补偿是有利的，原因是，由于偏差存在，驾驶者还能意识到侧风干扰以及通过存在的干扰获得反馈。

优选的是，根据侧风补偿干预的持续时间控制该侧风辅助系统的频率选择性。

在所述方法的一个有利实施方式中，频率选择性如此地控制，即，所述侧风辅助系统在不实施侧风补偿干预时对侧风干扰中的低于所预先设定的第一阈值频率的频率部分不作出响应。

在所述方法的另一个有利实施方式中，频率选择性如此地控制，即，所述侧风辅助系统通过在侧风补偿干预的持续时间中引入侧风补偿干预、但最长直到可预先设定的维持时间结束为止，对所述侧风干扰的全部或几乎全部的频率部分作出响应。

在所述方法的另一个有利实施方式中，频率选择性如此地控制，即，在可预先设定的维持时间结束后，所述侧风辅助系统对侧风干扰中的低于第二阈值频率的频率部分不作出响应，其中所述第二阈值频率小于所述第一阈值频率。

优选的是，所述侧风辅助系统包括一实施侧风补偿干预的控制装置以及一设置在所述控制装置上游的对侧风干扰进行滤波的可调高通滤波器，从而基于被滤侧风干扰实施侧风补偿干预。在此通过改变高通滤波器的滤波时间常数来控制所述侧风辅助系统的频率选择性。

所述可调高通滤波器基于传统的高通滤波器。其与传统的高通滤波器的差别在于所述高通滤波器的时间常数是可变的，以及可以停止高通滤波。

高通滤波器的传递函数是：

G_HP(s)＝1-G_PT(s)

其中G_PT(s)是低通滤波器的传递函数。一阶低通滤波器的传递函数为：

$G_{\mathrm{PT}}\left(s\right)=\frac{1}{1+\mathrm{Ts}}$

时间常数T决定了低通滤波器的时间特性。所述可调高通滤波器可以基于一阶或更高阶的低通滤波器。

所述可调高通滤波器的时间常数T随条件不同而改变。因此该可调高通滤波器在不同的时间常数之间切换，并因此形成高通滤波器的动态性能。所述切换可以是连续的或离散的。

此外，可以根据不同的条件停止高通滤波器的工作。在此情况下，高通滤波器的传递函数相当于全通滤波器的传递函数G_AP(s)＝1，使得直流成分也可以通过。

由于偏移补偿的动态性能和在侧风补偿干预结束后将控制转移给驾驶者的时长可与侧风补偿干预的持续时间相匹配，所以侧风补偿干预可以最佳地与所应用的传感器、所用的车辆以及驾驶者相配合。

借助于所述可调高通滤波器，可以区分动态的侧风干扰与静态的侧风干扰。此外，可设置侧风补偿干预以及从侧风辅助系统到驾驶者的控制转移。

另外还可以减少或消除例如由驱动传感器产生的偏移。

所述车辆的动态特性可以与侧阵风的动态特性相适应。

如果当前不实施侧风补偿干预，则所述可调高通滤波器可以处于状态A或调到状态A，其中可调高通滤波器以具有第一滤波时间常数的状态A工作，使得低于预先设定的第一阈值频率的信号频率部分被阻止。

当被滤信号已超过干扰阈值而引入侧风补偿干预时，可将所述可调高通滤波器从状态A调到状态B，其中处于状态B的可调高通滤波器具有非常大的滤波时间常数，几乎是以全通滤波器的方式工作。

当侧风补偿干预的持续时间达到或超过预先设定的维持时间时，可以将可调高通滤波器从状态B调到状态C，其中可调高通滤波器以具有第二滤波时间常数的状态C工作，使得低于预先设定的第二阈值频率的信号频率部分被阻止，其中所述第二滤波时间常数大于所述第一滤波时间常数。

当侧风补偿干预在维持时间结束之前结束时，所述可调高通滤波器可以从状态B调到状态A。另外，当侧风补偿干预结束时，可将可调高通滤波器从状态C调到状态A。

特别是如下地控制所述频率敏感性，即，所述侧风辅助系统对侧风干扰的低于可预先设定的第一阈值频率的频率部分不响应；引入侧风补偿干预后，该系统对侧风干扰的全部或几乎全部频率部分作出响应，持续时间为侧风补偿干预的持续时长，但最长为预先设定的持续时间即维持时间；以及在维持时间结束后，该系统对低于第二阈值频率的侧风干扰的频率部分不作出响应，其中第二阈值频率小于第一阈值频率。所述侧风辅助系统还优选只对超过可预先设定的干预阈值的侧风干扰作出响应。

所述工作方式如此地实现：通过将代表被引导经过可调高通滤波器的侧风干扰的信号传递到控制装置，该控制装置又根据该被滤信号、即根据被滤侧风干扰来实施侧风补偿干预。所述高通滤波器被如此地调控，即，根据侧风辅助系统的干预状态，也就是说根据控制装置的干预状态对高通滤波器的传递特性进行调节。例如设有如下的干预状态：实施侧风补偿干预、不实施侧风补偿干预、干预持续时间短、干预持续时间长。

可以使用转向干预和/或针对各车轮的制动干预和/或行驶机构作用的干预方式实施侧风补偿干预。

所述可调高通滤波器可以是数字滤波器，特别是一种在处理器中运行的软件函数。高通滤波器也可以用单个滤波器或者是与不同状态数量相对应的若干单个滤波器的并联，根据不同的状态分别激活其中一个滤波器。

可以采用一阶或更高阶的可调高通滤波器。

可以根据侧风补偿干预的方式，特别是根据侧风补偿干预是否以转向干预、制动干预或行驶机构作用干预的方式实施来预先设定维持时间。

根据本发明，用于实施侧风补偿干预以对作用于车辆的侧风干扰的影响进行部分或全部补偿的侧风辅助系统具有传递特性，该传递特性是频率敏感性的，特别是频率选择性的，其中可以根据侧风补偿干预或者侧风辅助系统的与侧风补偿干预相关的状态、以下也称为干预状态对频率敏感性或频率选择性进行控制。

根据本发明的侧风辅助系统特别是包括检测侧风干扰以及产生与侧风干扰相应的信号的装置，可在用于在至少一个车辆系统中实施侧风补偿干预的控制装置中采用该装置，以至少在已超过干预阈值时至少部分地补偿侧风的影响。还可设有可调高通滤波器，可通过该高通滤波器将信号传输给控制装置，其中可根据控制装置的干预状态调整可调高通滤波器的滤波时间常数。

所述可调高通滤波器的滤波特性的切换具有以下作用：只要所计算的侧风力度对于用于补偿侧风的侧风补偿干预而言过小，就选择快速的滤波时间，例如1s，使得高通滤波器足够快速，以迅速平衡干扰和偏移。因此也阻止了侧风辅助系统对很慢或很小的干扰作出响应，对于该很慢或很小的干扰，驾驶者无需帮助就可以平衡。只要被滤侧风力度超过干预阈值，驾驶者就应当在可参数化的持续时间内受到完全的支持/辅助。为此，可调高通滤波器停止工作，否则所计算的侧风力信号会被快速滤掉，使得对驾驶者的支持结束。因此持续时间是可调的。在停止高通滤波器的工作时，可以设定在存在强侧风时驾驶者应当受到支持的时间多长。例如在制动干预时，应当确保刹车制动器的磨损和发热不会太大，但驾驶者也可以通过相应的转向干预获得更长时间的支持。由于停止工作的高通滤波器像全通滤波器那样工作，因此也使直流成分、也称为偏移通过。传感器的偏移相对于风干扰而言变化非常慢且因此在维持时间内影响不大。

为了温和地结束侧风补偿干预以及将控制返还给驾驶者，在持续时间长于维持时间的侧风补偿干预后，不是切换回快的第一时间常数，而是切换到慢的第二时间常数，例如2.5s。如果侧风持续较长，尽管仍存在强侧风，但必要时仍会结束用于补偿侧风的侧风补偿干预。如果在此情况下选择快的滤波时间常数，将会存在问题，即驾驶者可能又会对侧风感到意外，因为在驾驶者看来，侧风与侧风补偿干预的突然停止之间没有区别。通过切换到慢的时间常数，可实现从实施侧风补偿干预的状态到驾驶者在侧风持续时间长的情况下完全掌握控制的状态的过渡。

所述可调高通滤波器的滤波频率随选择的时间常数而改变。可调高通滤波器的时间常数越慢，可调高通滤波器就越缓慢地减少侧风信号的直流成分。因此，侧风补偿干预被越缓慢地撤回，驾驶者可以越缓慢地接管控制。可以大致根据经高通滤波的侧风信号来实施所述侧风补偿干预。校正干预因此对应于经高通滤波的侧风干扰乘以加权因子。

因此，所述侧风补偿干预例如通过单边制动再次被缓慢撤回，驾驶者可以缓慢地朝与侧风相反的方向转向。侧风补偿干预结束后，可以再次切换回快的滤波时间。

附图说明

结合附图在下面进一步详细解释本发明的实施例，其中

图1为对作用于车辆的侧风干扰进行补偿的侧风辅助系统的示意图，

图2为操作图1的侧风辅助系统的方法的流程示意图，

图3为在所述侧风辅助系统的三种不同干预状态下，所述可调高通滤波器中的一个的传递函数。

彼此对应的部分在所有附图中设为相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了对作用于车辆的侧风干扰的影响进行补偿的侧风辅助系统1的示意图。所述侧风辅助系统1包括可调高通滤波器HP、控制装置RE和侧风检测装置SWE。该侧风检测装置SWE评估由传感器测定的车辆横向加速度QB和横摆率GR，通过这些值确定与侧风相关的信号SW，该信号对应于作用在车辆上的侧风干扰，即在车辆上起作用的侧风力。

所述信号SW被传输到可调高通滤波器HP处滤波。然后高通滤波器将被滤信号SW_F继续传输到控制装置RE，在超过干预阈值时，控制装置根据被滤信号SW_F在至少一个车辆系统（未示出）例如转向系统、制动系统或行驶机构作用中实施侧风补偿干预，从而补偿侧风对车辆的影响。所述控制装置RE因此处于两种状态SE或～SE中的一种，所述状态也被称为干预状态。其中状态SE对应于实施侧风补偿干预的状态，即在该状态下所述侧风辅助系统1主动干预车辆横向动力，状态～SE为不实施侧风补偿干预的状态，即在该状态下所述侧风辅助系统1是被动的。持续时间评估装置ZA根据状态SE或～SE和必要时也根据与预先设定的维持时间T_H相比较的侧风补偿干预持续时间T_SE在可调高通滤波器HP中设定例如图3中的所示三个传递函数G_A（s）、G_B（s）、G_C（s）中的一个。

图2为操作图1所示的侧风辅助系统的方法的流程示意图。

所述可调高频滤波器HP以这样的方式控制，其具有以下的状态：

状态A：如果没有实施侧风补偿干预～SE，则预先设定的第一阈值频率ω_g1以下的频率都被阻止，原因是所述被滤信号SW_F小于干预阈值，即被滤侧风干扰很小或者只是缓慢形成；

这相当于将滤波时间常数τ设为预先设定的第一值τ=T₁=1/ω_g1（例如1秒=>快的滤波时间）。所述高通滤波器的传递函数为G_A（s）=1-1/（1+T₁s），其中s为拉普拉斯变量（复变量）。

这就形成了如下工作模式：在存在很小的侧风干扰时，高通滤波器HP非常快（小的时间常数T₁）。干扰和偏移可以快速通过，只要被滤侧风干扰升高到超过干预阈值，就快速启动侧风补偿干预SE。

但是，若侧风干扰非常弱或慢（低频），致使被滤侧风干扰不超过干预阈值，则不引起任何侧风补偿干预。这样的侧风干扰微弱或缓慢，使得驾驶者自己可以毫无问题地进行平衡，因此所述侧风辅助系统不对这样的干扰作出响应。

状态B：通过引入侧风补偿干预，即从状态SE转换至状态～SE，只要该侧风补偿干预的持续时间不超过预先设定的维持时间T_H，则侧风干扰SW的所有频率或几乎所有频率全都通过；

这相当于高通滤波器HP暂时停止工作或暂时设定非常大的滤波常数τ或非常小的阈值频率ω，使所述高通滤波器HP暂时像全通滤波器那样工作或几乎像全通滤波器那样工作。则传递函数为GB（s）≈1。

这就形成了如下工作模式：只要被滤信号SW_F超过干预阈值，则驾驶者在所持续的时间为参数化的维持时间T_H中受到完全的支持。为此必须停止可调高通滤波器HP，使几乎所有的频率部分都通过。否则所计算的侧风干扰又被快速滤掉，从而导致驾驶者获得的支持结束。

状态C：在侧风补偿干预持续时间内，如果侧风补偿干预的持续时间T_SE超过预先设定的维持时间T_H，则低于可预先设定的第二阈值频率ω_g2的频率都被阻止，其中第二阈值频率ω_g2小于第一阈值频率ω_g1：ω_g2<ω_g1。

这相当于将可调高通滤波器HP的时间常数τ设为预先设定的第二值τ=T₂=1/ω_g2,其中T₂>T₁，例如T₂=2.5秒，即比T₁慢的滤波时间。则所述高通滤波器的传递函数为G（s）=1-1/（1+T₂s）。

这就形成了如下工作模式：在侧风干扰持续时间长于预先设定的持续时间T_H时，将可调高通滤波器HP切换到较慢的滤波时间T₂。所述侧风补偿干预随之逐渐地结束，驾驶者可以朝与风向相反的方向缓慢转向。侧风补偿干预结束后，再切换回状态A以及快速的滤波时间T₁。

当在状态B时，如果由于侧风干扰仅持续短时间而使所述侧风补偿干预在预先设定的维持时间T_H结束前结束，则切换到所述第一阈值频率ω_g1或短的滤波时间T₁，由此切换到状态A。

所述侧风补偿干预能够以转向干预和/或针对各车轮的制动干预和/或行驶机构作用的干预方式来实施。

所述可调高通滤波器HP也可以视为三个并行的单个滤波器，根据干预状态SE、～SE和侧风补偿干预的持续时间分别激活其中的一个。

所述可调高通滤波器HP可以是更高阶的滤波器。最简单的情况是使用一阶滤波器。取决于控制装置RE的干预状态SE、～SE，采用以下函数中的一个作为传递函数G（s）：

因此，当所述系统没有补偿侧风干扰时，滤波时间常数τ变为预先设定值T₁。仅当检测到超过预先设定的干预阈值的动态侧风干扰时，才会启动侧风补偿干预。随着引入侧风补偿干预，通过改变滤波器的传递函数来调整高通滤波器HP的频率选择性，从而暂时地在所预先设定的维持时间T_H内既补偿动态侧风干扰又补偿静态侧风干扰并让驾驶者获得完全的支持。在预先设定的维持时间T_H结束后，通过设定与预先设定值相比较慢的滤波时间常数τ=T₂来调整所述高通滤波HP的频率选择性，以便缓慢消除所述侧风补偿干预，并将控制缓慢地返还给驾驶者。之后，在侧风补偿干预结束后，滤波时间τ又切换回预先设定值T₁。仍可能存在的静态干扰则可以由驾驶者通过手动转向进行补偿。

Claims (10)

1.操作车用侧风辅助系统（1）的方法，其中所述侧风辅助系统（1）检测作用于车辆的侧风干扰（SW），并且至少在超过干预阈值时通过实施反作用于侧风干扰（SW）的侧风补偿干预对所检测到的侧风干扰（SW）作出响应，其特征在于，所述侧风辅助系统（1）对所述侧风干扰（SW）作出的响应是频率选择性的，根据所述侧风补偿干预或者所述侧风辅助系统（1）的与所述侧风补偿干预相关的状态（SE,～SE）对该频率选择性进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述侧风补偿干预的持续时间进行对所述侧风辅助系统（1）的频率选择性的控制。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述频率选择性的控制能够以这样的方式进行，即，当所述侧风辅助系统（1）处于不实施侧风补偿干预的状态（～SE）时，所述侧风辅助系统（1）对所述侧风干扰（SW）中的低于可预先设定的第一阈值频率（ω_g1）的频率部分不作出响应。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述频率选择性的控制能够以这样的方式进行，即，所述侧风辅助系统（1）通过在侧风补偿干预的持续时间中引入侧风补偿干预、但最长直到可预先设定的维持时间（T_H）结束为止，对所述侧风干扰（SW）的全部或几乎全部的频率部分作出响应。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述频率选择性的控制能够以这样的方式进行，即，在可预先设定的维持时间（T_H）结束后，所述侧风辅助系统（1）对所述侧风干扰（SW）中的低于第二阈值频率（ω_g2）的频率部分不作出响应，其中所述第二阈值频率（ω_g2）比所述第一阈值频率（ω_g1）低。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述侧风辅助系统（1）具有实施所述侧风补偿干预的控制装置（RE）以及设置在该控制系统（RE）上游的对所述侧风干扰（SW）进行滤波的可调高通滤波器（HP），通过改变所述高通滤波器（HP）的滤波时间常数（τ）对所述侧风辅助系统（1）的频率选择性进行控制。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高通滤波器（HP）的滤波时间常数（τ）能够以这样的方式设定，即，所述可调高通滤波器（HP）

-能够在状态A下工作，在此状态下，所述可调高通滤波器阻止所述侧风干扰（SW）的第一阈值频率（ω_g1）以下的频率部分，

-能够在状态B下工作，在此状态下，所述可调高通滤波器使所述侧风干扰（SW）的所有或几乎所有的频率部分通过，和

-能够在状态C下工作，在此状态下，所述可调高通滤波器阻止所述侧风干扰（SW）的第二阈值频率（ω_g2）以下的频率部分，其中所述第二阈值频率（ω_g2）比所述第一阈值频率（ωg1）低，

以及

-当所述侧风辅助系统（1）当前不实施侧风补偿干预时，所述可调高通滤波器（HP）在状态A下工作，

-当通过对所述侧风干扰（SW）滤波而获得的被滤侧风干扰（SW_F）超过干预阈值时，将所述可调高通滤波器（HP）从状态A切换到状态B，从而引入侧风补偿干预，

-当所述侧风补偿干预的持续时间（T_SE）达到或超过可预先设定的维持时间（T_H）时，将所述可调高通滤波器（HP）从状态B切换到状态C，

-当所述侧风补偿干预在所述持续时间（T_H）终止之前结束时，将所述可调高通滤波器（HP）从状态B切换到状态A，

-当所述侧风补偿干预结束时，将所述可调高通滤波器（HP）从状态C切换到状态A。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据侧风补偿干预的方式预先设定所述维持时间（T_H）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述侧风补偿干预以转向干预和/或针对各车轮的制动干预和/或行驶机构作用的干预的方式实施。

10.用于部分或全部补偿作用于车辆的侧风干扰（SW）的影响、特别是用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法的车用侧风辅助系统（1），其特征在于，所述系统具有频率敏感的传递特性，其中能够根据为补偿所述侧风干扰（SW）而实施的侧风补偿干预或者所述侧风辅助系统的与所述侧风补偿干预相关的状态（SE,～SE）对所述频率敏感性进行控制。

Images