CN107257748B - 用于补偿倾斜度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于补偿车辆(2)在至少一个空间方向上的倾斜度的方法，其中，所述车辆(2)具有车身(6)和带有多个车轮(54，56)的主动式底盘，所述车轮与路面(4)接触，其中，每个车轮(54，56)通过在其长度方面可调节的执行器(58，60)在配置给该车轮(54，56)的悬置位置上与所述车身(6)连接，其中，求得所述车身(6)在所述至少一个空间方向上的倾斜度，其中，对于至少两个车轮(54，56)各检测与所述车身(6)的配置给相应车轮(54，56)的悬置位置(50)的竖直距离，其中，通过所述至少两个所求得的距离，通过对所述至少两个车轮(54，56)到所述车身(6)的竖直距离进行变换，计算所述底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度，其中，分别求得用于至少一个所述路面(4)在所述至少一个空间方向上所倾斜的角度Φ5、θ5的值，其中，确定用于所述至少一个执行器(58，60)的长度变化的理论值。

Description

用于补偿倾斜度的方法
技术领域
本发明涉及一种用于补偿车辆的车身的倾斜度的方法和系统。
背景技术
车辆的姿态在行驶期间根据车辆所行驶的道路的倾斜度或者说姿态而变化。用于检测车辆的姿态的角度可通过传感器检测。
在公开文献DE 10 2006 026 937 A1中描述了一种用于控制车辆系统的方法。在此，确定稳定性指标。此外，提供第一和第二观测器，所述第一和第二观测器基于车辆的运行参量确定参考横向速度以及横向速度，由所述参考横向速度和横向速度确定初始横向速度以及初始纵向速度。
由公开文献DE 10 2012 024 984 A1公知了一种用于确定在行驶曲线路面区段时车辆的给定弯道倾斜度的方法。在此，根据所检测的路面曲率来确定车辆的给定弯道倾斜度。此外，考虑曲线路面区段的视觉表面属性。
在公开文献DE 10 2012 216 205 A1中描述了一种用于处理车辆中的传感器数据的方法，其中，对车辆的行驶动态数据和底架传感器数据进行检测和滤波。
此外，由公开文献DE 10 2004 019 928 A1公知了一种用于车辆的用于识别斜坡或坡道状况的方法。
发明内容
根据本发明的方法被设置用于补偿行驶倾斜路面的车辆在至少一个空间方向上的倾斜度。车辆具有车身和带有多个车轮的主动式底盘，所述车轮与路面接触。每个车轮通过在其长度方面相对于车身在竖直方向上可调节的执行器在配置给该车轮的悬置位置上与车身连接。在所述方法中，首先求得车身在所述至少一个空间方向上的倾斜度，其中，对于至少两个车轮各检测与车身的配置给相应车轮的悬置位置的竖直距离。通过所求得的距离，通过用变换矩阵
对所述至少两个车轮到车身的竖直距离进行变换，计算底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度。此外，由车身在所述至少一个空间方向上的倾斜度和底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度的差来求得路面在所述至少一个空间方向上的倾斜度。以此为基础，分别求得用于至少一个所述路面在所述至少一个空间方向上所倾斜的作为侧倾角的角度Φs和/或作为俯仰角的角度θs的值。另外，分别预给定用于所述至少一个角度Φs、θs的值的限值Φs,lim、θs,lim。作为补充，考虑用于所述至少一个执行器关于车身的距离并且用于所述至少一个车轮关于车身的距离的变换系数iVA、iHA。通过：
来确定用于所述至少一个执行器的长度变化的理论值，所述长度变化用于补偿倾斜度。
通过用变换矩阵：
对所述至少两个车轮到车身的竖直距离进行变换，求得底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度。在此，前方纵向间距lv描述相应的前车轮与车身的重心在纵向空间方向上的距离。后方纵向间距lh描述相应的后车轮与重心在纵向空间方向上的距离。前方横向间距tv描述相应的前车轮与重心在横向空间方向上的距离。后方横向间距th描述相应的后车轮与重心在横向空间方向上的距离。
在一个构型中，通过执行器分别与车身的重心的通常恒定的可测量的距离以及车轮分别与车身的重心的通常恒定的可测量的距离来计算所述变换系数iVA、iHA。在此，对于车轮的距离可考虑间距lv、lh、tv和th。
通常或者说根据定义，在存在上坡行驶时求得负的俯仰角θs，在存在下坡行驶时求得正的俯仰角θs。
在倾斜角的情况中通过：
以及在俯仰角的情况中通过：
来预给定用于路面倾斜的所述至少一个角度Φs、θs的值的相应限值Φs,lim、θs,lim。
通常，在上坡行驶情况中θs,min的取值选择得大于在下坡行驶情况中θs,max的取值。
在所述方法的范围内，为了求得车身的倾斜度，使用与车身固定的第一坐标系，为了求得底盘的倾斜度，使用与底盘固定的第二坐标系。第三惯性坐标系用作参考坐标系，所述参考坐标系涉及重力。
在一个构型中，关于参考坐标系车身的倾斜度通过四元数来描述。
此外，可使用捷联算法，通过所述捷联算法设置：为了求得车辆的经校正的加速度，对传感器测量的加速度以离心加速度和重力加速度来校正。由此确定车辆在平面中的速度并且计算车身的倾斜度。
根据本发明的系统被构造用于补偿行驶倾斜路面的车辆在至少一个空间方向上的倾斜度。车辆具有车身和带有多个、通常四个车轮的主动式底盘，所述车轮与路面接触。所述系统具有多个传感器和控制设备。每个车轮通过在其长度方面可调节的执行器在配置给该车轮的悬置位置上与车身连接。至少一个第一传感器被构造用于，求得车身在所述至少一个空间方向上的倾斜度。至少一个第二传感器被构造用于，对于至少两个车轮检测与车身的配置给相应车轮的悬置位置的竖直距离。控制设备被构造用于，通过所述至少两个车轮的所求得的距离，通过用变换矩阵
对所述至少两个车轮到车身的竖直距离进行变换，计算底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度。
此外，控制设备被构造用于，由车身在所述至少一个空间方向上的倾斜度和底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度的差来求得路面在所述至少一个空间方向上的倾斜度并且分别求得用于至少一个所述路面在所述至少一个空间方向上所倾斜的角度Φs、θs的值。此外提出，分别预给定用于所述至少一个角度Φs、θs的值的限值Φs,lim、θs,lim。此外，控制设备被构造用于，考虑用于所述至少一个执行器关于车身的距离并且用于所述至少一个车轮关于车身的距离的变换系数iVA、iHA。另外，控制设备被构造用于，通过：
来确定用于所述至少一个执行器的长度变化的理论值。
所述至少一个第二传感器构造成距离传感器，通过所述距离传感器可求得相应车轮到车身的距离。在一个构型中，在其长度方面可调节的执行器也构造成所述系统的部件。
通过所述方法和所述系统，当在待行驶的路面上上坡行驶以及下坡行驶时，但即使在存在路面的横向倾斜时，也可实现车辆的车身的水平化或者说水平定向的调控以及由此调节和/或控制。据此，车辆的主动式底盘的执行器或者说促动器的长度被匹配以理论值并且路面的倾斜度通过车身倾斜的校准得到补偿。在此首先应识别：车辆是上坡行驶并且由此行驶向上取向的路面还是下坡行驶并且由此行驶向下取向的路面。以此为基础，采取用于使车身水平定向的措施，其中，在上坡行驶的情况中即在俯仰角为负时与在下坡行驶的情况中即在俯仰角为正时相比，采取车身的更强的水平定向。由此，在下坡行驶时与在上坡行驶的情况中相比应以较小的程度补偿路面的倾斜度。
在上坡行驶时，车辆通过执行器在后部抬高并且在前部下沉，由此，对于车辆的乘员可获得更好的视野和提高的舒适性。而在下坡行驶时，车辆通过执行器在前部抬高并且在后部下沉，但通常与在上坡行驶的情况中相比以较小的程度进行，以便不使乘员的视野变差并且保证在从下坡行驶或者说顺坡行驶过渡到水平定向的路面时车辆的地面通过性。车辆的乘员由此可较正地坐着并且在路面倾斜时不必太用力地支撑在车辆的内部空间中。通常，驾驶员的视野明显得到改善。
在本发明的范围内，估计车辆的车身关于惯性坐标系的俯仰角和/或侧倾角。这些角至少之一描述车身关于水平面的倾斜度，所述水平面通过惯性坐标系的空间方向xref、yref、zref上的轴来定义。通过距离传感器、例如车轮弹动传感器，由车身在惯性坐标系中的角来确定、通常计算路面在车辆的俯仰方向和侧倾方向上的角。借助于相应的角的值和符号识别：是否车辆处于坡道上以及是涉及上坡行驶还是涉及下坡行驶。
负的俯仰角表示上坡行驶，而正的俯仰角表示下坡行驶。车身的所求得的俯仰角换算成预控制，其中，在存在正的俯仰角时，底盘的两个前执行器伸出，并且两个后执行器缩入。而在识别到负的俯仰角时，底盘的前执行器缩入并且两个后执行器伸出。
为了实现车身在下坡行驶时不是这样强地水平定向，限制惯性系中的所计算的俯仰角，由此，对于俯仰角为了校正或者说补偿车身倾斜度作为结果得到不过大的负值并且由此在下坡行驶或者说顺坡行驶时得到不过强的水平定向。
所述处理方式可在车辆向前行驶时实现。在向后行驶时，或者不提供或充其量提供车身的水平定向或者提供执行器的关于向前行驶反向的长度变化。如果要向后执行上坡行驶，则实现较强的水平定向。如果要向后进行下坡行驶，则仅应实现小的水平定向，以便为乘员实现良好视野。
在一个构型中，作为补充或替换方案，当在上坡行驶或者说下坡行驶对车身水平定向时，在存在路面的横向倾斜时实现水平定向。据此，为了补偿车身关于惯性坐标系的倾斜度，可在考虑俯仰角和侧倾角的情况下将执行器的相应长度的匹配进行组合。为了在侧倾角方面补偿作为倾斜度的横向倾斜度，可与在俯仰角的情况中类似地进行处理。据此，由关于惯性坐标系的侧倾角计算并且由此求得用于执行器的预控制，其中，在向左横向倾斜或向右横向倾斜之间不予区分。在此情况下，θs,max的取值通常与θs,min的取值一样大。
与在何方向上考虑何角、即俯仰角和/或侧倾角无关，通过主动式底盘可实现路面的倾斜度的补偿。
在所述方法的可能实现中，将车辆的、通常车辆的车身的关于惯性坐标系在俯仰方向和/或侧倾方向上的相应角以及由此俯仰角和/或侧倾角求得，并且通过角的符号在上坡行驶与下坡行驶之间或在存在在横向方向上倾斜的路面时在向左倾斜或向右倾斜之间予以区分。在此也可将俯仰方向和侧倾方向组合地予以补偿。车身的可能情况下存在的倾斜度关于惯性坐标系以及由此水平平面可得到补偿，所述水平平面通过地球的重力场定向和/或定义。
在所述方法的范围内，为了使车辆的车身水平化或者说水平定向，所述车身不必绝对精确地相对于地平面平行地定向。在一个构型中，待实施的水平定向的程度应可应用地确定并且由此定义。可根据相对于地平面平行的车身初始姿态选择这样一个程度，例如到50％。用于倾斜度的程度可通过限值φs,lim、θs,lim来调整。
本发明的其它优点和构型由说明书和附图中得到。
不言而喻，前面提到的以及后面还要描述的特征不仅可在分别给出的组合中使用，而且可在其它组合中或独立地使用，而不偏离本发明的范围。
附图说明
借助于实施形式在附图中示意性示出并且参考附图示意性且详细描述本发明。
图1示出用于具有根据本发明的系统的实施形式的车辆的一个例子的示意性视图。
图2示出关于根据本发明的方法的实施形式的流程图。
图3示出图1的车辆的细节的示意性视图。
图4a至图4c示出在根据本发明的方法的实施形式的不同方案中图1的车辆。
具体实施方式
附图被相互关联和彼此交叉地描述，相同参考标号标记同一个部件。
图1中示意性示出了构造成机动车的车辆2和构造成道路的路面4，车辆2在行驶期间在所述路面上运动。在此，车辆2包括车身6和四个被设置用于车辆2前进运动的车轮8、10，图1中仅示出了所述车轮中的左前车轮8和左后车轮10。每个车轮8、10至少通过主动式执行器12、14与车身6连接，其中，车轮8、10和执行器12、14构造成车辆2的主动式底盘的部件。
根据本发明的系统16的实施形式作为部件包括控制设备18、至少一个用于确定车身6的倾斜度的第一传感器19以及多个、在此四个构造成距离传感器20、22的第二传感器，图1中仅示出了所述第二传感器中的两个，其中，每个车轮8、10都配置有这种距离传感器20、22。所述至少一个第一传感器19和所述距离传感器20、22同样构造成系统16的传感器组件的部件。另外，传感器组件以及由此系统16包括未进一步示出的用于确定、通常用于测量车辆2和/或车身6的至少一个动力学参量、通常为速度和/或加速度的传感器。
根据本发明的方法的在下面主要借助于图2的流程图描述的实施形式可通过根据本发明的系统16的在图1中示意性示出的实施形式来执行，其中，所述方法的实施形式的步骤可通过控制设备18调控并且由此控制和/或调节。
此外，图1中示出了三个坐标系24、26、28以及各种参数、在此为几何参数。
在此，与车身固定的第一坐标系24配置给车辆2的车身6，其中，所述第一坐标系的坐标原点处于车身6的重心25。第一坐标系24包括在相对于车身6纵向地以及相对于车辆2的行驶方向平行地取向的空间方向xa上的第一轴。第二轴在相对于车身6横向地以及相对于车辆2的桥平行地取向的空间方向ya上，所述桥分别在车辆2的两个车轮8、10之间延伸。第三轴在相对于车身6的竖直轴线平行的空间方向za上取向。所提到的全部三个轴以及由此空间方向xa、ya、za彼此相对竖直地取向。在此，在一个构型中提出，最先提到的两个轴以及由此空间方向xa和ya撑开车辆2的一个水平平面，重心25处于该水平平面中。
另外，图1示出了竖直取向的距离dza,VL、dza,HL的两个例子。第一距离dza,VL涉及左前车轮8与车身6之间的间隔。第二距离dza,HL涉及左后车轮10与车身6之间的间隔。所述距离dza,VL、dza,HL沿着执行器12、14取向并且可通过配置给车轮8、10的距离传感器20、22检测。
在相对于水平平面平行的平面中车轮8、10到车身6的重心25的距离在此可通过长度或者说侧面长度或间距tv、th、lh、lv来定义。在此，对于左前车轮8可考虑描述车轮8与重心25在横向空间方向上的距离的前方横向间距tv和描述车轮8与重心25在纵向空间方向上的距离的前方纵向间距lv。对于左后车轮10可考虑描述车轮10与重心25在横向空间方向上的距离的后方横向间距th和描述车轮10与重心25在纵向空间方向上的距离的后方纵向间距lh。
另一个竖直取向的距离dza,VR涉及在此未示出的右前车轮与车身6之间的间隔。在竖直方向上的附加的距离dza,HR涉及在此未示出的右后车轮与车身6之间的间隔。所述距离dza,VL、dza,HL、dza,VR、dza,HR或者说车轮8、10与车身6之间的间隔在构型中涉及重心25所处的水平平面。
另外，对于右前车轮可考虑描述右前车轮与重心25在横向空间方向上的距离的前方横向间距tv和描述右前车轮与重心25在纵向空间方向上的距离的前方纵向间距lv。对于右后车轮可考虑描述该车轮与重心25在横向空间方向上的距离的后方横向间距th和描述右后车轮与重心25在纵向空间方向上的距离的后方纵向间距lh，其中，图1中没有绘入对于右后车轮可考虑的后方横向间距。
与底盘固定的第二坐标系26配置给路面4并且包括在相对于所设置的行驶方向或者说路面4的纵向方向平行的空间方向xs上的第一轴、在相对于路面4的横向方向平行地取向的空间方向ys上的第二轴和在空间方向zs上的第三轴，其中，所提到的全部轴彼此相对垂直地取向。路面4的倾斜度以及由此姿态在此可借助于描述路面4在横向方向上的倾斜度的横向角或者说侧倾角Φs以及借助于描述路面4在纵向方向上的倾斜度并且由此例如描述坡度或落差的纵向角或者说俯仰角θs来描述。
第三坐标系28构造成参考坐标系并且包括在空间方向xref上的第一轴、在空间方向yref上的第二轴和在空间方向zref上的第三轴，全部这些轴彼此相对垂直地取向。
此外，第一坐标系24中示出了描述车身6绕在空间方向xa上取向的第一轴转动的侧倾角Φa、描述车身6绕在空间方向ya上取向的第二轴转动的俯仰角θa和描述车身6绕在空间方向za上取向的第三轴转动的横摆角ψa。
在车辆2的车身6的重心25中与车身固定的第一坐标系24[xa,ya,za]随动于车身6的平移和旋转运动。第三惯性坐标系28[xref,yref,zref]作为参考坐标系来考虑，其中考虑，重力加速度g仅仅在相对于重力矢量平行的空间方向zref上作用。
在所述方法的实施形式中，为了估计车身6的倾斜度或者说姿态，将俯仰角θa和侧倾角Φa关联到构造成参考坐标系的第三坐标系28上。
在与车身固定的坐标系24与参考系或者说惯性坐标系28之间所夹的角[θa,Φa,ψa]也被称为惯性俯仰角θa、惯性侧倾角Φa和惯性横摆角ψa。车身6在俯仰方向和侧倾方向上的取向被称为所述车身的倾斜度，由此确定俯仰角θa和侧倾角Φa。
为了估计车身6的倾斜度或者说姿态，通过具有六个自由度的用于确定惯性的传感器组件(IMU：Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)测量并且由此求得车身6或者说车辆2沿着空间方向xa、ya、za的加速度和转动速率其中，也可与所述方法的执行无关地在车辆2中使用传感器组件。
为了估计车身6的倾斜度，首先应考虑：待由传感器组件例如通过测量来求得的参量和受制于何物理边界条件。由传感器组件的加速度传感器的测量信号导出三个不同的物理参量：
-与车辆2的转动速率和平面速度相关的离心加速度
-在车辆的水平平面中在相应加速度传感器的一个轴的空间方向上车辆2和/或车身6的经校订的平面速度的变化以及由此加速度
-重力加速度：
在上述公式中，是车辆2在水平平面中的速度，R是欧拉旋转矩阵(6)，其在考虑欧拉角的情况下按照侧倾角Φ、俯仰角θ和横摆角ψ的旋转次序计算得到。在此，vEbene,x是在车辆2的纵向方向或者说行驶方向上的通常的车辆速度vFzg，所述车辆速度通过车轮8、10的转速来测量并且显示给速度计。
分别待确定的角Φ即Φa(对于车身)、Φf(对于底盘)或者说Φs(对于路面)和θ即θa(对于车身)、θf(对于底盘)或者说θs(对于路面)通常可通过两种不同的用于计算的计算方法或者说处理方式来求得：
-通过对传感器组件所测量的转动速率进行时间积分，或者
-通过将离心加速度和车辆2的平面速度的变化以及由此加速度从传感器组件所测量的加速度中消除掉并且通过三角函数计算角度。
如已借助于方程(5)所述，是具有三个元素的矢量[agv,x,agv,y,agv,z]T＝[g*sinθ,-g*sinΦ*cosθ,-g*cosΦ*cosθ]T，而重力加速度g＝9.81m/s2在此作为标量使用，其视车身6的用欧拉旋转矩阵R(6)描述的倾斜度而定影响矢量的不同元素。如果车身6不倾斜，则在侧倾角Φa＝90°并且俯仰角θa＝0°时，如果已知，则可通过上述反正切函数来计算俯仰角θa和侧倾角Φa。
然而，在待执行的计算中需要考虑：由于转动速率传感器的在时间上可变的偏移误差，转动速率的积分可能情况下静态不精确。这意味着，所计算的角度低频漂移并且仅测量信号的高频分量可用。而在通过加速度传感器求得角度时，需要考虑高频干扰，因为难于检测的例如在碾过坑洼时产生的速度变化不可从测量信号中消除掉。
在这里所述的实施形式中，作为滤波算法使用基于四元数的倾斜度滤波器或者说姿态滤波器。也可使用卡尔曼滤波器用于融合两种计算方法。由此将前面提到的两种计算方法联合，由此提供不仅低频可用而且高频可用的信号。
四元数是四维矢量通过所述四维矢量可描述刚体、在此为车身6的取向。如果刚体关于参考系转动了角度χ以及轴其中，是单位矢量，则关于参考系的所述取向通过四元数 来描述。
这首先用于传感器组件所测量的转动速率的时间积分，其中，车身6关于惯性参考系在当前情况下以转动速率旋转。由车身6的初始姿态出发，姿态或者说倾斜度的变化基于转动速率通过方程(7)：
来描述。算子在此表示四元数乘法。在时间离散情况中，合成的微分方程例如通过欧拉积分(8):
来求解，其中，Δt相应于两个时刻k与k–1之间的步长。
为了用四元数描述由传感器组件所测量的加速度和合成的经校订的重力加速度得到的车身6的取向，需要对下列优化问题(9)：
其中，
进行求解。不可直接计算倾斜度，因为绕相对于重力矢量平行地取向的旋转轴线存在无穷多的解。为了时间离散求解优化问题，使用基于梯度的方程(10)：
其具有可调整的步长μ。
为了融合关于由所测量的转动速率以及由加速度得到的倾斜度的信息，将两个四元数通过方程(11)加权相加：
其中，0≤γ≤1是可调整的参数。俯仰角和侧倾角于是通过方程(12a)、(12b)：
θa,k＝-sin-1(2qL,k,2qL,k,4+qL,k,1qL,k,3) (12a)
计算。
为了从传感器组件所测量的加速度消除掉离心加速度和平面速度的变化考虑也借助于重力加速度矢量计算的俯仰角和侧倾角。
为了执行所述方法的实施形式，使用所谓的捷联方案，所述捷联方案在图2的流程图中示出。下面详细描述所述方法的各个步骤40、42、44、46、48。
在所述方法开始时，提供加速度和转动速率的传感地求得的值。通过所述值在第一步骤40中执行“离心力的校正”，其中，传感器组件所测量的加速度被校正以离心力的分量。在此确定经校正的第一加速度在考虑用于侧倾角Φa和俯仰角θa的值的情况下在第二步骤42中在执行“重力的校正”的情况下用重力加速度来校正所述经校正的第一加速度由此得到水平平面中的加速度
在所述方法的范围内设置有两种计算平面速度的可能性。
在第三步骤44中在考虑车辆2的加速度车辆2的所测量的速度v和所述车辆的转向角δlenk的情况下执行“速度的确定”，其中，车辆的第一平面速度通过车辆2的加速度的积分(13)：
来计算并且由此求得。所述平面速度又在第一步骤40中的用于“离心力的校正”的闭环调节回路中使用。
对于在车辆2的纵向轴线的空间方向上的速度vEbene,x，在此提供在车辆2的方向xa上的通过车轮转速所测量的速度vFzg。另外，借助于单轨模型，可由转向角δlenk和所测量的速度vFzg计算对于机动车的横向轴线有效的速度vy,ESM。对于竖直速度vEbene,z，不提供另外的测量或者说计算方法。车辆的作为替换方案求得的第二平面速度(14)：
和通过积分(13)计算的速度可通过合适的滤波算法、例如通过卡尔曼滤波器(15)通过计算规则来融合，所述计算规则包括加权因子τ：
其中，0≤τ≤1 (15)
在用于“平面速度变化的校正”的第四步骤46中，考虑所测量的速度vFzg、转向角δlenk、角度θa、Φa的值和通过离心加速度校正的加速度其中，经校正的加速度通过平面速度的变化的分量来校正。为了避免不利反馈，使用速度的矢量的导数，来取代按照计算规则(15)所求得的速度
在第五步骤48中，在考虑车辆2的转动速率和重力加速度的情况下通过前面所述基于四元数的倾斜度滤波器计算车辆2的车身6的俯仰角θa和侧倾角Φa以及由此倾斜度或者说姿态。通过前面所述的处理方式，确定关于惯性坐标系28的俯仰角θa和侧倾角Φa并且在第二步骤42中的用于“重力的校正”以及第三步骤44中的用于“平面速度变化的校正”的闭环调节回路中使用。
从在第五步骤48中求得的车身6的倾斜度出发，求得路面4的倾斜度以及由此姿态，其中，作为所测量参量考虑车轮8、10与车身6之间的距离由此首先计算车辆2的底盘的俯仰角θf和侧倾角Φf，其中，待执行的计算与变换矩阵(16)相关：
用所述变换矩阵描述重心25关于车轮8、10的位置的几何姿态。在此，第一列描述在水平平面内左前车轮8到重心25的距离，第二列描述在水平平面内右前车轮到重心25的距离，第三列描述在水平平面内左后车轮10到重心25的距离，第四列描述在水平平面内右后车轮到重心25的距离。
底盘的倾斜度于是通过矢量关系(17)：
来确定。
通过由车身6的倾斜度减去底盘的倾斜度，路面4的关于与车身固定的第一坐标系24的倾斜度通过矢量关系(18)：
来计算。因为车轮8、10的轮胎屈挠与待考虑的距离相比非常小，所以所述轮胎屈挠在以上计算中予以忽略。
因为角度Φa和θa是用于车身6的倾斜度的涉及矢量的估计参量并且Φf和θf描述车身6与路面4的表面之间的相对角度，所以通过Φs和θs也提供角度作为所估计的参量用于路面4或者说道路关于重力矢量的倾斜度。
在实现所述方法时，对于车辆2的主动式底盘通过校正车身6的倾斜度实现路面4的倾斜度的补偿并且据此使车身6水平化或者说水平定向。
就此而言，借助于用于执行器12、14的长度变化的理论值来预给定：应以何程度进行倾斜度的这种补偿或者说车身的水平化。因此通过使执行器12、14的相应长度匹配于理论值，在上坡或者说逆坡行驶时比在下坡或者说顺坡行驶时可定量地设置更强的水平化。
在上坡行驶时，使车辆2的车身6在后部抬高并且在前部下沉，由此，乘员的视野可得到改善并且舒适性可得到提高。在下坡行驶时，使车身6在前部抬高并且在后部下沉，但在此与上坡行驶相比进行倾斜度的明显小的补偿，以便不使乘员的视野变差并且保证在从下坡或者说顺坡行驶过渡到水平面时车身6的地面通过性。
也可考虑，使车身6相对于车辆2的行驶方向在横向上水平化，其中，在横向方向上车身6的倾斜度的补偿也可通过预给定理论值来限制，以便例如避免可能限制地面通过性的行驶状况。
为了实现所述方法，路面的所计算的倾斜角Φs和θs首先通过预给定理论值或者说限值Φs,lim、θs,lim来限制：
然后将倾斜角Φs和θs换算成用于主动式底盘的执行器12、14的长度变化的理论值路面4的受限制的俯仰角和侧倾角换算成用于执行器12、14的长度的理论值借助于变换矩阵T和用于车辆2的前桥和后桥的涉及执行器与涉及车轮的距离之间的已知变换系数 和来执行，由此形成对角矩阵diag(iVA,iVA,iHA,iHA)。在此，对于涉及执行器的理论值使用与转置的变换矩阵(16)的下述关系：
在上述公式中，最大角或者说最小角Φs,max,、θs,max、Φs,min和θs,min是可根据相应行驶状况改变的可调整的协调参数或者说理论值。
在一个应用例子中，预给定下列初始值：
iVA＝iHA＝1；tv＝th＝0.5；lv＝lh＝1.5 (22)
由此得到：
这意味着，前方的执行器12向上运动2.6cm，后方的执行器14向下运动2.6cm，其中，相应的执行器12、14的长度根据在此描述的间距来变化。
图3示出了在布置在左前方的车轮8的区域中机动车2的一个细节的示意性视图，该车轮在此通过配置给该车轮8的执行器12与车辆2的车身6的悬置位置50连接。此外，图3示出了车轮8到重心25的横向距离tv。在此也通过双箭头表示了执行器12到重心25的横向距离tv,akt。在此也示出了车轮8到车身6的距离dza,VL以及执行器12到车身6的悬置位置50的距离zakt,VL。
相应地，对于左后车轮10可考虑其到车身的距离dza,HL以及其到重心25的距离th。对于配置给左后车轮10的执行器14，相应地可考虑到车身6的悬置位置的距离zakt,HL以及到重心25的距离th,akt。
在图4a中在路面4上上坡行驶情况中、在图4b中在路面4的水平平面中以及在图4c中在下坡行驶情况中，示意性示出了车辆2，其中，在全部三个图4a、4b、4c中通过箭头52表示车辆2的向前取向的行驶方向。此外，图4a、4b和4c中示出了车辆2的右前车轮54和车辆2的右后车轮56。在此提出，右前车轮54通过执行器58与车辆2的车身6的悬置位置连接，而右后车轮56通过执行器60与车身6的悬置位置连接。
根据图1和/或图3中的视图，右前车轮54到车身6具有距离dza,VR，到重心25具有距离tv。配置给右前车轮54的执行器58到车身6具有距离zakt,VR，到车身的重心25具有距离tv,akt。相应地，右后车轮56到车身6的悬置位置具有距离dza,HR，到重心25具有距离th。配置给右后车轮56的执行器60到车身6的悬置位置具有距离zakt,HR，到车身6的重心25具有距离th,akt。
在考虑根据本发明的方法的前面所述的步骤的情况下，使车辆2的后桥上的后车轮10、56与所述车辆的车身6连接的执行器14、60在上坡行驶时(图4a)与使车辆2的前桥上的前车轮8、54与所述车辆的车身6连接的两个执行器12、58相比伸长较大的间距。当在水平取向的路面上行驶时(图4b)，执行器12、14、58、60的长度调整得相同。在借助于图4c所示的下坡行驶时，使两个前车轮8、54与车辆2的车身6连接的执行器12、58与使车辆2的后桥的车轮10、56与所述车辆的车身6连接的执行器14、60相比伸长较大的间距。然而，在下坡行驶时前桥上的执行器12、58相对于后桥上的执行器14、60的伸长小于在上坡行驶时执行器14、60相对于执行器12、58的伸长。

Claims (11)

1.一种用于补偿车辆(2)在至少一个空间方向上的倾斜度的方法，
-其中，所述车辆(2)具有车身(6)和带有多个车轮的主动式底盘，所述车轮与路面(4)接触，
-其中，每个车轮通过长度可调节的执行器(12，14，58，60)在配置给该车轮的悬置位置(50)上与所述车身(6)连接，
-其中，求得所述车身(6)在所述至少一个空间方向上的倾斜度，其中，对于至少两个车轮分别检测与所述车身(6)的配置给相应车轮的悬置位置(50)的竖直距离，
-其中，通过所述至少两个车轮所求得的距离，通过用变换矩阵T
对所述至少两个车轮到所述车身(6)的竖直距离进行变换，计算所述底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度，
-前方纵向间距lv描述相应的前车轮(8，54)与所述车身(6)的重心(25)在纵向空间方向上的距离，后方纵向间距lh描述相应的后车轮(10，56)与所述重心(25)在纵向空间方向上的距离，前方横向间距tv描述前车轮(8，54)与所述重心(25)在横向空间方向上的距离，后方横向间距th描述后车轮(10，56)与所述重心(25)在横向空间方向上的距离，其中，由所述车身(6)在所述至少一个空间方向上的倾斜度和所述底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度的差来求得路面(4)在所述至少一个空间方向上的倾斜度，
-其中，求得所述路面(4)在所述至少一个空间方向上所倾斜的至少一个角度Φs、θs的值，
-其中，对于所述至少一个角度Φs、θs的值预给定限值Φs,lim、θs,lim，
-其中，考虑用于至少一个所述执行器(12，14，58，60)与所述车身(6)的距离并且用于至少一个所述车轮与所述车身(6)的距离的变换系数iVA、iHA，
-其中，通过：
来确定用于至少一个所述执行器(12，14，58，60)的长度变化的理论值
2.根据权利要求1的方法，其中，通过用变换矩阵
对所述至少两个车轮到所述车身(6)的重心(25)的竖直距离进行变换，求得所述底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度，其中，前方纵向间距lv描述相应的前车轮(8，54)与所述车身(6)的重心(25)在纵向空间方向上的距离，后方纵向间距lh描述相应的后车轮(10，56)与所述重心(25)在纵向空间方向上的距离，前方横向间距tv描述前车轮(8，54)与所述重心(25)在横向空间方向上的距离，后方横向间距th描述后车轮(10，56)与所述重心(25)在横向空间方向上的距离。
3.根据权利要求2的方法，其中，通过执行器(12，14，58，60)分别与所述车身(6)的重心(25)的距离以及车轮分别与所述车身(6)的重心(25)的距离来计算所述变换系数iVA、iHA。
4.根据权利要求1-3任意之一的方法，其中，在存在上坡行驶时求得负的俯仰角θs，在存在下坡行驶时求得正的俯仰角θs。
5.根据权利要求1-3任意之一的方法，其中，通过：
来预给定用于所述至少一个角度Φs、θs的值的相应限值Φs,lim、θs,lim；Φs,max是角度Φs的最大值，Φs,min是角度Φs的最小值，θs,max是角度θs的最大值，θs,min是角度θs的最小值。
6.根据权利要求5的方法，其中，在上坡行驶情况中θs,min的取值选择得大于在下坡行驶情况中θs,max的取值。
7.根据权利要求1-3任意之一的方法，其中，为了求得所述车身(6)的倾斜度，使用固定在车身上的第一坐标系(24)，为了求得所述底盘的倾斜度，使用固定在底盘上的第二坐标系(26)，其中，第三惯性坐标系(28)用作参考坐标系，所述参考坐标系涉及重力。
8.根据权利要求7的方法，其中，关于所述参考坐标系，所述车身(6)的倾斜度通过四元数来描述。
9.根据权利要求1-3任意之一的方法，其中，使用捷联算法，通过利用所述捷联算法规定：为了求得所述车辆(2)的经校正的加速度，对传感器测量的加速度以离心加速度和重力加速度来校正并且由此确定所述车辆(2)在平面中的速度；计算所述车身(6)的倾斜度。
10.一种用于补偿车辆(2)在至少一个空间方向上的倾斜度的系统，
-其中，所述车辆(2)具有车身(6)和带有多个车轮的主动式底盘，所述车轮与路面(4)接触，其中，所述系统(16)具有多个传感器(19，20，22)和控制设备(18)，
-其中，每个车轮通过长度可调节的执行器(12，14，58，60)在配置给该车轮的悬置位置(50)上与所述车身(6)连接，
-至少一个第一传感器(19)被构造用于，求得所述车身(6)在所述至少一个空间方向上的倾斜度，其中，至少一个第二传感器(20，22)被构造用于，对于至少两个车轮分别检测与所述车身(6)的配置给相应车轮的悬置位置(50)的竖直距离，
-其中，所述控制设备(18)被构造用于，通过所述至少两个车轮所求得的距离，通过用变换矩阵T
对所述至少两个车轮到所述车身(6)的竖直距离进行变换，计算所述底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度，
前方纵向间距lv描述相应的前车轮(8，54)与所述车身(6)的重心(25)在纵向空间方向上的距离，后方纵向间距lh描述相应的后车轮(10，56)与所述重心(25)在纵向空间方向上的距离，
前方横向间距tv描述前车轮(8，54)与所述重心(25)在横向空间方向上的距离，后方横向间距th描述后车轮(10，56)与所述重心(25)在横向空间方向上的距离，
-其中，所述控制设备(18)被构造用于，由所述车身(6)在所述至少一个空间方向上的倾斜度和所述底盘在所述至少一个空间方向上的倾斜度的差来求得所述路面(4)在所述至少一个空间方向上的倾斜度并且分别求得所述路面(4)在所述至少一个空间方向上所倾斜的至少一个角度Φs、θs的值，
-其中，对于所述至少一个角度Φs、θs的值分别预给定限值Φs,lim、θs,lim，
-其中，所述控制设备(18)被构造用于，考虑用于至少一个所述执行器(12，14，58，60)与所述车身的距离以及用于至少一个所述车轮与所述车身的距离的变换系数iVA、iHA，
-其中，所述控制设备(18)被构造用于，通过：
来确定用于至少一个所述执行器(12，14，58，60)的长度变化的理论值
11.根据权利要求10的系统，其中，所述至少一个第二传感器(20，22)构造成距离传感器。
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