CN108025611A - 用于双轮辙车辆的主动底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于双轮辙车辆的主动底盘，所述主动底盘具有车轮悬架，在所述车轮悬架中，承载车辆车轮(HR)的轮毂托架(1)通过控制臂(3，5)铰接在车辆车身(7)上，车辆车轮(HR)的外倾特性由机械外倾曲线(SM)决定，所述机械外倾曲线由所述控制臂(3，5)的刚体运动学特征预给定，所述机械外倾曲线定义关于车辆车身(7)的弹簧行程(d)的所述车辆车轮(HR)的外倾角(ε)的机械的改变，主动底盘具有外倾执行器(15)，所述外倾执行器能由底盘控制器(29)控制以执行主动的外倾角调节，使得车辆车身(7)在车辆负载状态(mz，Iz)变化时弹入或弹出弹簧行程(d)，特别是伴随有与此相应的机械的外倾角调节。根据本发明，控制器(29)配置有分析处理单元(37)，所述分析处理单元在负载状态(mZ，IZ)变化时控制外倾执行器(15)，从而尤其是通过主动的外倾角调节来至少部分地抵消机械的外倾角调节或支持机械的外倾角调节。

Description

用于双轮辙车辆的主动底盘
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1或9前序部分的用于双轮辙车辆的主动底盘。
背景技术
在传统车辆车桥中，负载状态的变化导致车辆车身弹入或弹出。根据车桥的结构形式，弹入或弹出随着车辆车轮上的外倾角调节而发生。
弹入或弹出行程与车轮外倾角之间的关系被定义成所谓的外倾曲线，所述外倾曲线在车辆车桥的结构设计中被有目的地构造。在设计外倾曲线时，必须考察各种边界条件，所述边界条件影响转向和制动动作时的行驶特性，尤其是在行驶动态极限范围内。另外需要考察的是，由于车桥的结构形式和轮胎应力，不可设计任意的外倾曲线。
此外，主动底盘可具有主动悬架系统，通过所述主动悬架系统可典型低进行车辆车身的高度调整和/或侧倾稳定。主动悬架系统的首要目标在于，使车辆车身在不平道路上行驶运行时稳静，和/或在弯道行驶时使车辆车身水平或者说倾斜和/或在车辆载重时补偿车辆车身的弹入行程。在车辆载重时，车辆车身弹入一个弹簧行程。通过相应控制悬架系统可进行高度调整，在所述高度调整中车辆车身又抬高到无负载状态中的车辆高度。所述高度调节随着车轮外倾角调节而发生，但所述车轮外倾角调节在控制主动悬架系统时大多不受关注。外倾角调节由此遭受很多目标冲突，因此仅可强烈受限地按照新的负载状态优化。
所述类型的主动底盘具有承载车辆车轮的轮毂托架，所述轮毂托架通过控制臂铰接在车辆车身上。车辆车轮的外倾特性在此通过由控制臂的刚体运动学特征预给定的机械外倾曲线来确定。机械外倾曲线定义关于车辆车身的弹簧行程的所述车辆车轮的外倾角的机械的改变。因此，在载重时，车辆车身弹入一个弹簧行程，确切地说随着外倾角调节而弹入，所述外倾角调节由机械外倾曲线预给定。此外，所述类型的底盘具有外倾执行器，所述外倾执行器可由底盘控制器根据多个行驶运行参数来控制，并且附加于机械外倾角调节可进行主动外倾角调节。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于双轮辙车辆的主动底盘，在所述主动底盘中，车辆车轮的外倾特性在不同的车辆负载状态下可用简单方式来改善。
所述目的通过权利要求1或9的特征来实现。本发明的优选扩展构型在从属权利要求中公开。
根据权利要求1的特征部分，底盘控制器配置有具有负载传感器的分析处理单元，所述负载传感器检测车辆负载状态的变化。分析处理单元根据负载状态的变化控制外倾执行器，以便在弹入或弹出上以及与可能情况下安装的主动悬架系统的车桥结构形式无关地调整相应车辆车轮的静态外倾角和/或外倾梯度。借助于分析处理单元，外倾特性可匹配于新的负载状态，确切地说这样，使得通过载重/卸载改变的车辆横摆特性可得到补偿。
例如借助于分析处理单元可将相应车辆车轮的外倾特性与负载(负载状态)无关地始终保持恒定。作为对此的替换方案，分析处理单元可在负载状态变化时这样控制外倾执行器，使得在载重时负车轮外倾角的取值提高(相对于纯机械外倾角调节)和/或外倾梯度在后车桥上的弹入行程上降低，以便提高行驶安全性。通常，借助于分析处理单元可在存在负载变化时自由调整外倾特性。
在一个技术实现方案中，分析处理单元具有底盘控制器的软件模块。分析处理单元可基于由负载传感器检测的实际负载状态求得执行器外倾曲线，所述执行器外倾曲线定义相应的车辆车轮关于车辆车身的(由于负载状态变化引起的)弹簧行程的主动的外倾角改变。分析处理单元通过外倾执行器控制将执行器外倾曲线叠加到机械外倾曲线，由此形成总外倾曲线，所述总外倾曲线描述车辆车轮上的外倾角调节。
为了求得实际负载状态，可借助于负载传感器求得当前车辆重量和车辆重心的位置。一般，由车辆无负载出发，求得载重的质量以及载重重心的位置并且将所述载重的质量以及载重重心的位置作为输入参数传输给分析处理单元。基于所述载重的质量以及载重重心的位置，分析处理单元确定执行器外倾曲线。
作为另外的输入参数，分析处理单元检测随着负载状态的变化而发生的弹入或弹出行程。基于所检测的弹入或弹出行程以及存储在分析处理单元中的执行器外倾曲线，产生外倾角信号，通过所述外倾角信号可控制车辆车轮的外倾执行器。
附加地，主动底盘可具有主动悬架系统，所述主动悬架系统具有调节单元，所述调节单元在车辆车身与车轮引导元件(即轮毂托架或控制臂)之间起作用。调节单元可与外倾执行器相组合地或与此无关地由底盘控制器控制并且尤其是用于车辆车身的高度调整和/或侧倾稳定。例如，调节单元可以是支撑在车辆车身与车轮引导元件之间的空气弹簧。作为对此的替换方案，调节单元可以是扭杆弹簧装置。这种装置具有固定在车身侧的转动执行器，所述转动执行器通过扭杆以及成形在其上的从动杆铰接地与车轮悬架的例如车轮控制臂连接。在控制转动执行器时，扭杆承受扭转应力，由此，所述扭杆将预张紧力施加在车轮控制臂上。转动执行器的控制在行驶运行期间进行，以便在道路不平时使车辆车身稳静和/或用于车辆车身的侧倾稳定。
在一个技术实现方案中，外倾执行器可以是主动控制臂，所述主动控制臂支撑在轮毂托架与车辆车身之间并且所述主动控制臂在通过底盘控制器相应控制时可伸缩式进行长度调节。作为对此的替换方案，外倾执行器可在结构空间上有利地直接配置给轮毂托架。在此情况下，轮毂托架例如可构造成两件式，确切地说具有车轮侧的承载车辆车轮的支撑元件和车桥侧的支撑元件，所述车桥侧的支撑元件通过控制臂铰接在车辆车身上。外倾执行器可布置在两个支撑元件之间。优选外倾执行器可具有车轮侧的转动件和车桥侧的转动件，所述车轮侧的转动件和车桥侧的转动件可绕其转动轴线彼此相对扭转。车轮侧的转动件可在转动件至少之一扭转时以摆动运动的形式偏转，确切地说在调整车轮外倾角的情况下偏转。外倾执行器的两个转动件可通过至少一个电动机操作，所述电动机可由底盘控制器的分析处理单元控制。
车轮侧的转动件的转动轴线在两件式轮毂托架的一个技术实施形式中相对于车桥侧的转动件的转动轴线斜置一个倾斜角。车轮侧的转动件因此可以以其中心轴线呈摆动运行的形式以可变的摆动角绕车桥侧的转动件的转动轴线转动。关于这种集成在两件式轮毂托架中的外倾执行器的结构和工作原理参见DE 10 2009 008 833A1中公开的调节元件。
本发明的上文提及的和/或从属权利要求中描述的有利的实施形式和/或扩展方案除了例如在关系单义或替换方案互不相容的情况下可单独地或彼此任意组合地来使用。
附图说明
下面借助于附图详细描述本发明和其有利的实施形式和扩展构型及其优点。附图中：
图1示出用于双轮辙车辆的主动底盘的车轮悬架的示意性视图；
图2示出双轮辙车辆的平面视图；
图3示出连接框图，该连接框图表示底盘控制器中的软件架构；
图4示出外倾曲线-曲线图，该外倾曲线-曲线图解释本发明的作用方式；以及
图5至7示出不同的底盘配置的等效模型。
具体实施方式
图1中示出了用于双轮辙车辆的主动底盘的部分视图，所述主动底盘一般具有承载右后车轮HR的轮毂托架1，所述轮毂托架借助于上部的和下部的横向控制臂3、5连接在车辆车身7上。横向控制臂3、5分别铰接在车身侧和轮毂托架侧的摆动支承部位上。在下部的横向控制臂5与车辆车身7之间以通常的方式支撑着具有承载弹簧以及减振器的减振支柱9。
在图1中，轮毂托架1构造成两件式，包括车轮侧的支撑元件11和车桥侧的支撑元件13。后车轮HR转动支承在车轮侧的支撑元件11上。此外，在车轮侧的支撑元件11上安置有未示出的制动装置。两个横向控制臂3、5通过控制臂支承件铰接在车桥侧的支撑元件13上。
车辆车轮HR的机械外倾特性通过由控制臂3、5的刚体运动学特征预给定的机械外倾曲线SM(图4)确定，所述机械外倾曲线定义了车辆车轮HR关于车辆车身7的弹入或弹出行程d的机械外倾角改变。在具有图4中所示机械外倾曲线SM的底盘配置中，车辆总质量的提高导致(负)静态外倾在取值上提高，这尤其是在被动车桥的情况下有意义。
附加于机械外倾调节，可借助于外倾执行器15提供主动外倾调节，所述外倾执行器连接在两个支撑元件11、13之间。外倾执行器15具有车轮侧的转动件17和车桥侧的转动件19。外倾执行器15的两个转动件17、19通过斜置的控制面彼此靠置。控制面处于转动平面中，在所述转动平面中，所述控制面一般以滑动接触的方式可彼此相对移动地支承着。转动件17、19可分别绕其转动轴线转动地支承在两个支撑元件17、19之间。在图1中，车轮侧的转动件17的转动轴线在车辆横向方向y上相对于车桥侧的转动件19的转动轴线轴向对齐地并且同轴线地取向。在转动件17、19至少之一被转动操作时，车轮侧的转动件17呈摆动运动的形式以可变的摆动角绕车轮轴线运动，由此主动调节后车轮HR上的外倾角ε。
两个转动件17、19可通过电动机27控制，所述电动机与底盘控制器29信号连接。在行驶运行中，底盘控制器29根据多个行驶运行参数产生控制信号S，为了主动的外倾角调节，可通过所述控制信号来控制外倾执行器15的电动机27。
此外，底盘控制器29与主动悬架系统的调节单元31信号连接。在图1中，调节单元31一般是扭杆弹簧装置。所述扭杆弹簧装置具有转动执行器31，所述转动执行器装配在车辆车身7上并且通过扭杆33与车轮悬架的下部的横向控制臂5在传动上连接。通过相应地控制转动执行器31，下部的横向控制臂5可被加载以执行器力FA，确切地说为了例如在行驶运行中对车辆车身7进行高度调整和/或侧倾稳定。
图1中所示车轮悬架例如是针对右后车轮HR而示出的。其它车辆车轮HL以及VL和VR的车轮悬架结构相同，因此，车辆车轮任意之一分别配置有可分别由底盘控制器29控制的外倾执行器15以及调节单元31。
在图3中，控制器29对于后部的车辆车轮HL、HR任意之一都具有分析处理单元37，在车辆负载状态变化时可借助于所述分析处理单元影响外倾角调节。前车轮VL、VR也配置有分析处理单元37，但其在图3中为了简化视图而没有示出。
分析处理单元37任意之一都与负载传感器39信号连接，借助于所述负载传感器可检测车辆的实际负载状态。为此，负载传感器39检测载重重量mZ以及载重重心的纵向位置IZ。基于实际负载状态，分析处理单元37确定执行器外倾曲线SA。此外，分析处理单元37任意之一都与弹簧行程传感器38信号连接，通过所述弹簧行程传感器可检测由于载重而在后车轮HR、HL上产生的弹簧行程dHR和dHL。分析处理单元37基于执行器外倾曲线SA和弹簧行程dHR、dHL产生外倾角信号SHL、SHR，通过所述外倾角信号可控制右后车轮和左后车轮HL、HR上的外倾执行器15。以此方式，单独通过控制臂5、7的刚体运动学特征预给定的机械外倾曲线SM附加地被叠加可由分析处理单元37自由调整的执行器外倾曲线SA，由此，外倾特性、即外倾角和外倾梯度可分别匹配于当前负载状态，以便提高行驶安全性。
下面借助于图4中的外倾曲线-曲线图解释分析处理单元37的工作方式：图4的曲线图示出了机械外倾曲线SM，所述机械外倾曲线单独通过横向控制臂5、7的刚体运动学特征确定。借助于分析处理单元37，机械外倾曲线SM被叠加以图4中未示出的执行器外倾曲线SA，由此得到作用在车辆车轮HR上的总外倾曲线SG1。
下面针对空载车辆进行装载的情况描述外倾执行器15和调节单元31的相互作用：在此情况下，车辆车身7在图4中弹入了弹簧行程d1。由此进行从外倾角ε0到外倾角ε1的由机械外倾曲线SM预给定的机械外倾角调节。在现有技术中通过控制(用箭头31表示)主动悬架系统的调节单元31进行高度调整，在所述高度调整中车辆车身7以弹簧行程d1又抬高到未负载状态中的车辆高度。所述高度调整在技术实现中可叠加到弹入过程。
因此，上述高度调节随着从外倾角ε1到外倾角ε0的外倾角调节而发生，所述外倾角调节对于行驶安全性而言可能情况下是不利的。为了提高行驶安全性，机械外倾曲线SM可被叠加执行器外倾曲线SA。执行器外倾曲线SA这样设计，使得得到作用在后车轮HR上的总外倾曲线SG1，所述总外倾曲线提供相对于机械外倾曲线SM降低的外倾梯度。
作为对此的替换方案，在分析处理单元37中可产生执行器外倾曲线SA，由所述执行器外倾曲线得到作用在后车轮HR上的总外倾曲线SG2(图4)。外倾曲线SG2在图4中相对于外倾曲线SG1平行向左移动。也就是说，不仅提供相对于机械外倾曲线降低的外倾梯度，而且提供在取值上更大的负外倾角ε2。
在上述载重下，在负载传感器39中确定附加质量以及载重重心的纵向位置。负载传感器39的工作原理以确定作用于底盘的垂直力为基础并且与底盘配置相关。在图5至图7中一般对于三个不同的底盘配置示出了用于垂直作用的总力F的计算方法。在此，c是承载弹簧的已知弹簧常数，d是减振器的已知阻尼系数，Fa是调节单元10的已知执行器力，dZu是所测量的弹簧行程。对于每个车辆车轮单独确定力。为了计算出由于驶过坑洼而产生的动态影响，在信号技术上通过非常平缓的低通滤波器来过滤垂直力。低通滤波器的典型的时间常数处于5秒的范围内。
如果例如车辆中的载重向后移动，则负载传感器39检测到新的当前负载状态。基于此，分析处理单元37求得执行器外倾曲线SA，所述执行器外倾曲线使得作用在车辆车轮上的外倾曲线梯度提高，这在行驶动态极限范围内有助于更稳定的行驶特性。这抵消车辆由于后车桥上的附加重量而过度转向趋势提高。

Claims (9)

1.一种用于双轮辙车辆的主动底盘，所述主动底盘具有车轮悬架，在所述车轮悬架中，承载车辆车轮(HR)的轮毂托架(1)通过控制臂(3，5)铰接在车辆车身(7)上，车辆车轮(HR)的外倾特性由机械外倾曲线(SM)决定，所述机械外倾曲线由所述控制臂(3，5)的刚体运动学特征预给定，所述机械外倾曲线定义所述车辆车轮(HR)的外倾角(ε)关于车辆车身(7)的弹簧行程(d)的机械改变，主动底盘具有外倾执行器(15)，所述外倾执行器能由底盘控制器(29)控制以执行主动的外倾角调节，使得车辆车身(7)在车辆负载状态(mZ，IZ)变化时弹入或弹出弹簧行程(d)，特别是伴随有与此相应的机械的外倾角调节，其特征在于：为了控制外倾执行器(15)，控制器(29)配置有分析处理单元(37)，所述分析处理单元在负载状态(mZ，IZ)变化时控制外倾执行器(15)，从而尤其是通过主动的外倾角调节来至少部分地抵消机械的外倾角调节或支持机械的外倾角调节。
2.根据权利要求1的主动底盘，其特征在于：所述分析处理单元(27)基于车辆的当前负载状态求得执行器外倾曲线(SA)；所述分析处理单元(37)通过控制外倾执行器(15)给机械外倾曲线(SM)叠加执行器外倾曲线(SA)，特别是形成总外倾曲线(SG1，SG2)。
3.根据权利要求2的主动底盘，其特征在于：为了求得当前负载状态(mZ，IZ)，分析处理单元(37)配置有负载传感器(39)，借助于所述负载传感器能求得车辆重量或载重重量(mZ)以及车辆重心位置或载重重心位置(IV)，车辆重量或载重重量以及车辆重心位置或载重重心位置能作为分析处理单元(37)的输入参数被检测，分析处理单元(37)基于车辆重量或载重重量以及车辆重心位置或载重重心位置确定执行器外倾曲线(SA)。
4.根据权利要求3的主动底盘，其特征在于：分析处理单元(37)获取在车辆载重或卸载的情况下的弹簧行程(d)作为另外的输入参数；分析处理单元(37)基于弹簧行程(d)和执行器外倾曲线(SA)产生外倾角信号(S)，利用所述外倾角信号能控制外倾执行器(15)。
5.根据上述权利要求任意之一的主动底盘，其特征在于：所述底盘具有在车辆车身(7)与车轮引导元件、例如轮毂托架(1)或控制臂(3，5)之间起作用的调节单元(31)，所述调节单元尤其是能被用于对车辆车身(7)进行高度调整和/或侧倾稳定；所述调节单元(31)能由底盘控制器(29)控制，特别是独立于外倾执行器被控制或与外倾执行器(15)组合地被控制。
6.根据上述权利要求任意之一的主动底盘，其特征在于：所述外倾执行器(15)配置给所述轮毂托架(1)；尤其是所述轮毂托架(1)构造成两件式，具有车轮侧的支撑所述车辆车轮(HR)的支撑元件(11)和车桥侧的支撑元件(13)，所述车桥侧的支撑元件通过控制臂(3，5)铰接在车辆车身(7)上；外倾执行器(15)布置在支撑元件(11，13)之间。
7.根据权利要求6的主动底盘，其特征在于：外倾执行器(15)具有车轮侧的转动件(17)和车桥侧的转动件(19)，所述车轮侧的转动件和车桥侧的转动件能绕其转动轴线(21，23)彼此相对转动；所述车轮侧的转动件(17)能在转动件(17，19)至少之一转动时呈摆动运动的形式相对于车桥侧的转动件(19)移位，特别是改变外倾角；尤其是能通过至少一个能由控制器(29)控制的电动机(27)使所述转动件(17，19)转动。
8.根据权利要求6的主动底盘，其特征在于：外倾执行器(15)是直线调节器或主动控制臂，所述直线调节器或主动控制臂支撑在所述轮毂托架(1)与所述车辆车身(7)之间；所述直线调节器在被底盘控制器(29)控制时能伸缩式进行长度调节。
9.一种用于运行根据上述权利要求任意之一的用于双轮辙车辆的主动底盘的方法。
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