CN108146181B - 用于调节减振器的阻尼力的方法和控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于调节减振器(12)的阻尼力的方法，这些减振器在机动车辆的车辆转角处被连接在车身(11)与车轮(10)之间，其中，根据至少一个变量来确定涉及该车身(11)的重心的并且分配到该机动车辆的相应车轮的减振器(12)上的至少一个阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)，所述至少一个变量表示该车身(11)的运动和/或相应车轮(10)的运动，并且其中，针对提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向中的至少一者，根据相应的模态方向的预先限定的、保持恒定的阻尼度来确定相应的阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)。

Description

用于调节减振器的阻尼力的方法和控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于调节至少一个减振器的阻尼力的方法，该至少一个减振器被连接在机动车辆的车身与车轮之间。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的控制设备。
背景技术
用于调节机动车辆的减振器的阻尼力的方法是从实践中充分已知的。例如，根据天钩(Skyhook)原理，对连接在机动车辆的车身与车轮之间的减振器的阻尼力进行这样的调节，使得根据车身的运动和/或根据相应车轮的运动具体地在限定的致动范围内确定并且设置对于相应减振器的阻尼力。
在此背景下，根据实践，针对运动的提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向来计算在机动车辆的重心处的阻尼力或阻尼转矩。阻尼转矩可以被转换成阻尼力。针对运动的提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向来计算的并且涉及机动车辆的重心的阻尼力被分配在机动车辆的车桥之间和车辆转角之间，并且因此被分配在单独的车轮之间，并且进行累加。在此，基于永久预先限定的参数在车桥之间和车辆转角之间对涉及机动车辆的重心的阻尼力进行分配。
在从实践中已知的用于调节阻尼力的方法中，根据速度和/或加速度对针对运动的提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向的阻尼力进行适配。到目前为止，还未曾考虑过机动车辆的变化的质量以及变化的弹簧刚度。这就产生了机动车辆的不一致的振荡行为。
US 4,916,632 A和US 5,944,763 A已经披露了从现有技术中已知的用于调节减振器的阻尼力的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于调节机动车辆的减振器的阻尼力的新颖方法，并且提供一种用于执行该方法的控制设备，该方法和该控制设备可以用来改善阻尼品质。
此目的是通过根据本发明所述的方法来实现的。根据本发明，针对提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向中的至少一者，根据相应的模态方向的预先限定的、保持恒定的阻尼度来确定相应的阻尼力。
通过在此提出的发明，首次提出了使阻尼度保持恒定，由于变化的车辆质量和/或变化的弹簧刚度，该阻尼度本身在运行过程中有所变化。结果是，可以确保机动车辆的恒定的阻尼行为或振荡行为，并且可以改善阻尼品质。
针对所有的提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向，优选地根据对应的模态方向的预先限定的、保持恒定的阻尼度来确定阻尼力。这对于提供机动车辆的一致的振荡行为和改善阻尼品质而言是特别优选的。
根据有利的发展，针对该提升模态方向，该提升模态方向的阻尼度被这样保持恒定，使得根据该机动车辆的变化的提升弹簧刚度和/或变化的质量对该提升模态方向的阻尼常数进行适配，其结果是该提升模态方向的阻尼度保持恒定；和/或针对该俯仰模态方向，该阻尼度被这样保持恒定，使得根据该机动车辆的变化的俯仰弹簧刚度和/或变化的俯仰质量惯性矩来对该俯仰模态方向的阻尼常数进行适配，其结果是该俯仰模态方向的阻尼度保持恒定；和/或针对该侧倾模态方向，该阻尼度被这样保持恒定，使得根据该机动车辆的变化的侧倾弹簧刚度和/或变化的侧倾质量惯性矩对该侧倾模态方向的阻尼常数进行适配，其结果是该侧倾模态方向的阻尼度保持恒定。这准许了具体地独立于变化的弹簧刚度和/或变化的质量惯性矩和/或变化的车辆质量来使提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向的阻尼度保持恒定。这是特别优选的，以便提供机动车辆的一致的振荡行为并且改善阻尼品质。
在一个有利的实施方式中，该提升模态方向的阻尼常数被适配为使得该阻尼度保持恒定，即
Figure BDA0001491319080000031
其中，D提升是提升模态方向的阻尼度，d提升是提升模态方向的阻尼常数，c提升是提升弹簧刚度，并且m是质量。
在一个有利的实施方式中，该俯仰模态方向的阻尼常数被适配为使得该阻尼度保持恒定，即
Figure BDA0001491319080000032
其中，D俯仰是俯仰模态方向的阻尼度，d俯仰是俯仰模态方向的阻尼常数，c俯仰是俯仰弹簧刚度，并且J俯仰是俯仰质量惯性矩。
在一个有利的实施方式中，该侧倾模态方向的阻尼常数被适配为使得该阻尼度保持恒定，即
Figure BDA0001491319080000033
其中，D侧倾是侧倾模态方向的阻尼度，d侧倾是侧倾模态方向的阻尼常数，c侧倾是侧倾弹簧刚度，并且J侧倾是侧倾质量惯性矩。
以连续更新的方式计算相应的阻尼常数，以便保持阻尼度恒定。
本发明还涉及一种用于调节减振器的阻尼力的控制设备，这些减振器在机动车辆的车辆转角处被连接在车身与相应车轮之间，其中，所述控制设备在控制侧执行根据本发明所述的方法。
附图说明
在不局限于附图的情况下，参考附图更加详细地解释了本发明的示例性实施例。在附图中：
图1示出了机动车辆的细节；
图2示出了阐明现有技术的第一时间图；
图3示出了阐明现有技术的第二时间图；
图4示出了阐明本发明的第一时间图；并且
图5示出了阐明本发明的第二时间图。
具体实施方式
图1示出了作为机动车辆的四分之一车辆模型的机动车辆的车轮10的区域中的机动车辆及其车身11的高度示意性细节，其中，根据图1，减振器12和弹簧元件13均被连接在车身11与车轮10之间。
根据图1，可以对连接在车轮10与车身11之间的减振器12的阻尼力进行调节。
为了对由减振器12可获得的阻尼力进行调节，具体地根据表示车身11的运动的至少一个变量和/或根据表示相应车轮10的运动的至少一个变量、尤其通过机动车辆的控制设备来确定阻尼力。
然后，如果根据所谓的天钩原理调节阻尼力，则控制设备的对应的控制器具体针对车身11的运动的多个模态方向(具体针对车身11的模态提升、车身11的模态俯仰、以及车身11的模态侧倾)根据表示车身11的运动的至少一个变量和/或根据表示相应车轮的运动的至少一个变量来确定阻尼力。这个阻尼力首先涉及车身11或机动车辆的重心，并且必须分配到车桥上和边缘上。
在此讨论的使用控制器具体地根据天钩方法对涉及车身11或机动车辆的重心的设定点阻尼力进行基本确定对于本领域技术人员而言是基本上已知的。
此时，为了完整性，将参考的事实是，在现有技术中已知的天钩方法中，针对运动的提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向，通过考虑以下等式来计算对应的阻尼力F提升、F俯仰和F侧倾以及所转换的模态速度v提升、v俯仰和v侧倾：
Figure BDA0001491319080000051
Figure BDA0001491319080000052
Figure BDA0001491319080000053
根据现有技术，在机动车辆的单独的车辆转角之间和因此在机动车辆的单独的车轮之间对在机动车辆的重心处的这些阻尼力F提升、F俯仰和F侧倾进行计算和分配，并且针对每个车辆拐角对这些阻尼力进行累加来形成相应的车辆转角的总阻尼力。
对于针对提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向的阻尼力F提升、F俯仰和F侧倾的以上计算，对于这些模态方向考虑了相应的阻尼度D提升、D俯仰和D侧倾，对于阻尼度D提升、D俯仰和D侧倾应用以下关系：
Figure BDA0001491319080000054
Figure BDA0001491319080000055
Figure BDA0001491319080000056
在此背景下，根据现有技术，在控制侧预先限定恒定的阻尼常数D提升、D俯仰和D侧倾。
根据现有技术，到目前为止未曾考虑过变化的弹簧刚度c提升、c俯仰、c侧倾、变化的质量m和变化的质量惯性矩J俯仰和J侧倾。
图2和图3中示出了从现有技术中已知的这个过程在质量变化的情况下并且在提升模态方向的弹簧刚度变化的情况下对机动车辆的振荡行为的影响，其中，在图2和图3中，振荡路径z是针对提升模态方向随时间t绘制出来的。图2和图3中的振荡曲线14相应地阐明了在提升模态方向的实际弹簧刚度和机动车辆的实际质量与控制侧预先限定的对应变量相对应时形成的提升模态方向的振荡行为，其结果是于是形成了由弯曲曲线15展示的衰减行为。
然而，如果机动车辆的质量增加(例如，由于其货物增加)，则图2中的弯曲曲线16示出了增加的质量如何使振荡曲线或振荡行为变化(假定有恒定的弹簧刚度和恒定的阻尼常数)。在图2中，从第二谐波中清楚的是，呈按照时间顺序的衰减行为和按照振荡周期的衰减行为的形式的阻尼变得更小。
图3中的弯曲曲线17展示了在提升模态方向的弹簧刚度增大的情况下振荡曲线中的变化(具体地假定有恒定的机动车辆质量和恒定的阻尼常数)。例如由于悬架运动学，弹簧刚度可以变化。因此，例如在空气弹簧的情况下，可以通过连接和断开空气容积来改变弹簧刚度。
图3中的曲线轮廓17示出了弹簧刚度中的变化如何作用于振荡曲线。虽然图3中增加的弹簧刚度对随时间推移的衰减没有任何影响，但是它对按照振荡周期的相对衰减有所影响。相应地，从图2和图3可以得出，针对提升模态方向的机动车辆的振荡行为取决于针对提升模态方向的变化的车辆质量和变化的弹簧刚度。变化的质量和变化的弹簧刚度还引起阻尼要求的变化。
在此，在本发明的意义上，针对提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向中的至少一者、优选地针对所有的提升倾模态方向、俯仰倾模态方向和侧倾模态方向，根据预先限定的和保持恒定的阻尼度D提升、D俯仰和D侧倾来确定相应的阻尼力F提升、F俯仰和F侧倾。在此背景下，在车辆质量变化的情况下和/或在质量惯性变化的情况下和/或在相应的模态方向的弹簧刚度变化的情况下，对相应的阻尼常数进行适配，其结果是相应的模态方向的阻尼度保持恒定。
提升模态方向的阻尼常数优选地被适配为使得提升模态方向的阻尼度保持恒定，即
Figure BDA0001491319080000071
其中
D提升是提升模态方向的阻尼度，
d提升是提升模态方向的阻尼常数，
c提升是提升弹簧刚度，并且
m是质量。
俯仰模态方向的阻尼常数优选地被适配为使得阻尼度保持恒定，即
Figure BDA0001491319080000072
其中
D俯仰是该俯仰模态方向的阻尼度，
d俯仰是该俯仰模态方向的阻尼常数，
c俯仰是俯仰弹簧刚度，并且
J俯仰是俯仰质量惯性矩。
侧倾模态方向的阻尼常数优选地被适配为使得侧倾模态方向的阻尼度保持恒定，即
Figure BDA0001491319080000073
其中
D侧倾是侧倾模态方向的阻尼度，
d侧倾是侧倾模态方向的阻尼常数，
c侧倾是侧倾弹簧刚度，并且
J侧倾是侧倾质量惯性矩。
本发明相应地基于具体地根据变化的车辆质量和/或变化的质量惯性矩和/或变化的弹簧刚度来与相应的模态方向的阻尼常数d相适配的基础概念，以便由此保持阻尼度恒定。以此方式，可以获得机动车辆的一致的振荡行为。
例如可以根据特征曲线来确定变化的弹簧刚度。变化的质量可以通过使用负载传感器对器械进行测量来感测或替代地进行计算。可以根据变化的车辆质量使用本领域技术人员讨论中熟悉的所谓的斯坦纳定理相应地对质量惯性矩进行比例缩放。
图4和图5提供了根据本发明的方法对于提升模态方向的有效性的证明，其中，进而，图4和图5中示出了随时间t绘制的多个时间弯曲曲线，其中，图4和图5中的弯曲曲线14和15与图2和图3中的弯曲曲线14和15相对应，也就是说，示出了在提升模态方向的实际质量和实际弹簧刚度与在控制侧预先限定的变量相对应的情况下的振荡曲线14和衰减行为15。
在图4中，时间弯曲曲线18展示了在根据图2增加车辆质量(例如，由于货物增加)时形成的振荡曲线，但是根据本发明，阻尼常数d提升不保持恒定而是被这样适配：使得尽管车辆质量变化，但阻尼度D提升保持恒定。
这种措施的结果是，与弯曲曲线14的变化相比，涉及振荡周期的衰减可以保持不变。已经随着质量而变得更小的固有频率由于增大的阻尼常数而变得稍微更小。
图5示出了本方法在提升模态方向的弹簧刚度变化的情况下的有效性，其中，弯曲曲线19示出了在通过与图3类比在提升模态方向的弹簧刚度变得更大的情况下的振荡曲线，但是同时对阻尼常数d提升进行适配以保持阻尼度D提升恒定。
从图5中清楚的是，在通过使用本发明而形成的振荡曲线19的情况下，与曲线14相比，涉及振荡周期的衰减保持不变。通过增大弹簧刚度来稍微补偿由于相对高的弹簧刚度而已经变得更大的固有频率。
通过本发明，可以针对变化的车辆质量和/或变化的质量惯性矩和/或变化的弹簧刚度来确保一致的振荡行为。作为结果，阻尼控制器仅须应用于一种变化，并且每种另外的变化都具有应用的方法。这准许了显著减少应用支出。可以以最佳的方式对机动车辆的振荡行为进行调节，而不出现过量的阻尼或不足的阻尼。
本发明还涉及一种用于执行根据本发明的方法的控制设备。该控制设备在控制侧执行根据本发明的方法，并且为此目的，该控制设备具有装置、具体地具有硬件装置和软件装置。
硬件装置包括数据接口，以便与执行根据本发明的方法所涉及的组件交换数据。硬件装置还包括用于存储数据的数据存储器以及用于处理数据的处理器。软件装置包括用于执行该方法的程序模块。

Claims (10)

1.一种用于调节减振器的阻尼力的方法，这些减振器在机动车辆的车辆转角处被连接在车身与车轮之间，该方法包括以下步骤：
根据至少一个变量来确定涉及该车身的重心的并且分配到该机动车辆的相应车轮的减振器上的至少一个阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)，所述至少一个变量表示该车身的运动和/或相应车轮的运动，
针对提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向中的至少一者，根据相应的模态方向的预先限定的、保持恒定的阻尼度来确定相应的阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)，
其中，针对该提升模态方向，该提升模态方向的阻尼度被保持恒定：使得根据该机动车辆的变化的提升弹簧刚度和/或变化的质量对该提升模态方向的阻尼常数进行适配，其结果是该提升模态方向的阻尼度保持恒定，并且
该提升模态方向的阻尼常数d提升被适配为使得该阻尼度D提升保持恒定，即
Figure FDA0002751699680000011
其中
D提升是提升模态方向的阻尼度，
d提升是提升模态方向的阻尼常数，
c提升是提升弹簧刚度，并且
m是质量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所有的提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向，根据对应的模态方向的预先限定的、保持恒定的阻尼度来确定相应的阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以连续更新的方式计算所述提升模态方向的阻尼常数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对该俯仰模态方向，该阻尼度被保持恒定：使得根据该机动车辆的变化的俯仰弹簧刚度和/或变化的俯仰质量惯性矩来对该俯仰模态方向的阻尼常数进行适配，其结果是该俯仰模态方向的阻尼度保持恒定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对该侧倾模态方向，该阻尼度被保持恒定：使得根据该机动车辆的变化的侧倾弹簧刚度和/或变化的侧倾质量惯性矩对该侧倾模态方向的阻尼常数进行适配，其结果是该侧倾模态方向的阻尼度保持恒定。
6.一种用于调节减振器的阻尼力的方法，这些减振器在机动车辆的车辆转角处被连接在车身与车轮之间，该方法包括以下步骤：
根据至少一个变量来确定涉及该车身的重心的并且分配到该机动车辆的相应车轮的减振器上的至少一个阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)，所述至少一个变量表示该车身的运动和/或相应车轮的运动，
针对提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向中的至少一者，根据相应的模态方向的预先限定的、保持恒定的阻尼度来确定相应的阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)，
其中，针对该俯仰模态方向，阻尼度被这样保持恒定：使得根据该机动车辆的变化的俯仰弹簧刚度和/或变化的俯仰质量惯性矩对该俯仰模态方向的阻尼常数进行适配，其结果是该俯仰模态方向的阻尼度保持恒定，并且，
该俯仰模态方向的阻尼常数d俯仰被适配为使得该阻尼度D俯仰保持恒定，即
Figure FDA0002751699680000021
其中
D俯仰是俯仰模态方向的阻尼度，
d俯仰是俯仰模态方向的阻尼常数，
c俯仰是俯仰弹簧刚度，并且
J俯仰是俯仰质量惯性矩。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，以连续更新的方式计算所述俯仰模态方向的阻尼常数。
8.一种用于调节减振器的阻尼力的方法，这些减振器在机动车辆的车辆转角处被连接在车身与车轮之间，该方法包括以下步骤：
根据至少一个变量来确定涉及该车身的重心的并且分配到该机动车辆的相应车轮的减振器上的至少一个阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)，所述至少一个变量表示该车身的运动和/或相应车轮的运动，
针对提升模态方向、俯仰模态方向和侧倾模态方向中的至少一者，根据相应的模态方向的预先限定的、保持恒定的阻尼度来确定相应的阻尼力(F提升、F俯仰、F侧倾)，
其中，针对该侧倾模态方向，阻尼度被保持恒定：使得根据该机动车辆的变化的侧倾弹簧刚度和/或变化的侧倾质量惯性矩对该侧倾模态方向的阻尼常数进行适配，其结果是该侧倾模态方向的阻尼度保持恒定，
其中，该侧倾模态方向的阻尼常数d侧倾被适配为使得该阻尼度D侧倾保持恒定，即
Figure FDA0002751699680000031
其中
D侧倾是侧倾模态方向的阻尼度，
d侧倾是侧倾模态方向的阻尼常数，
c侧倾是侧倾弹簧刚度，并且
J侧倾是侧倾质量惯性矩。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，以连续更新的方式计算所述侧倾模态方向的阻尼常数。
10.一种用于调节减振器的阻尼力的控制设备，这些减振器在机动车辆的车辆转角处被连接在车身与相应车轮之间，其特征在于，所述控制设备被配置为在控制侧执行如权利要求1至9之一所述的方法。
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