CN109070681A - 用于调节机动车的减振器的减振器硬度的控制设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节机动车(1)的车轮(5)的减振器(6)的减振器硬度的方法，其中，通过机动车(1)的控制设备(9)由第一传感器单元(21)的第一传感器信号(22)产生车体运动信号(30)，所述第一传感器单元运动固定地与机动车(1)的车体(3)连接，由第二传感器单元(23)的第二传感器信号(24)产生车轮运动信号(32)，所述第二传感器单元检测车轮(5)相对于车体(3)的车轮位置，基于车体运动信号(30)和车轮运动信号(32)产生描述车体(3)的速度的速度信号(20)，并且根据速度信号(20)产生用于调节减振器硬度的调节信号(8)。本发明规定，借助具有高通特性或者带通特性的第一滤波器单元(33)对车体运动信号(30)进行滤波，和/或借助具有低通特性的第二滤波器单元(34)对车轮运动信号(32)进行滤波。

Description

用于调节机动车的减振器的减振器硬度的控制设备和方法
本发明涉及一种用于调节机动车的车轮的减振器的减振器硬度的方法和控制设备。减振器硬度根据两个传感器信号进行调节，其中之一由机动车车体上的传感器单元接收，并且第二传感器信号由检测车轮的车轮运动的传感器单元接收。
这种方法和这种控制设备例如由DE 10 2013 219 588 A1已知。根据所述专利文献，在机动车的底盘和机动车的车轮上分别布置有加速度传感器，由它们的传感器信号分别计算速度。随即由此产生用于调节减振器硬度的调节信号。在这种方法中规定对于机动车的车体运动的所有振动频率使用两个传感器的传感器信号，以便由此计算底盘与车轮之间的相对速度。然而传感器对于不同振动频率的适用程度不同。
由DE 10 2014 208 323 A1已知一种用于机动车的减振器的减振器硬度的调节装置，其作为额定值信号例如可以接收机动车车体的速度预设。实际值信号可以基于车轮加速度、车轮的高度水平、也就是减振器的弹簧挠度跳动行程(Einfederweg)、车体的车体加速度和其它传感器信号确定。也可以预先使行驶机构减振装置与将来与单个车轮接触的行车道部分表面适配，为此可以例如借助摄像头检测行车道表面特性。在这种方法中，在调节减振器硬度时也没有在传感器信号的不同适用性之间进行区分。
由DE 10 2015 205 369 A1已知一种用于减振器的减振器硬度的调节装置，其考虑处于机动车之前的行车道的前方高度曲线。为此，例如拍摄前方的行车道区段并且随即由此确定高度曲线。由此可以补充尚不与减振器直接相关、而是在将来才相关的信息。
为了检测机动车车体的当前运动速度，能够以描述的方式使用两个不同的传感器单元，一个传感器单元用于在车体本身上检测其加速度并且一个传感器单元用于在车轮上检测通过由车轮减振器实现相对运动这种方式而可以与车体无关地由车轮进行的车轮运动。减振器的其它名称也可以是减振支柱或者弹簧支柱或者行驶机构减振器。
使用两个传感器单元可能产生问题。如果机动车例如驶过凹坑，则车轮暂时猛地相对于机动车车体向下远离车体地偏离。车体本身在此通常在对凹坑的反应中不进行明显的运动。因此，在调节减振器硬度时必须忽略车轮的这个相对运动，因为这个相对运动不会导致必须调节车体的运动。相应地必须适当处理布置在车轮上或者与车轮共同运动的传感器单元的传感器信号。
相反地，例如在上坡行驶时在车轮与车体之间不产生相对运动，因此车轮处的传感器单元不会对相对于车体的相关相对运动产生信号。而车体固定的传感器单元对持续的、长时间的向上运动产生信号，但其同样需要被忽略，因为机动车整体向上运动并且针对所述运动改变减振器硬度没有意义。相应地在这种情况下也必须适当地处理车体固定的传感器单元的传感器信号。
本发明所要解决的技术问题在于，针对机动车车轮的减振器的减振器硬度的调节提供对车体沿竖直方向的运动速度的可靠评估。
该技术问题按本发明通过独立权利要求的技术方案解决。本发明的有利的扩展设计通过从属权利要求的特征、以下说明以及附图公开。
通过本发明提供一种用于调节机动车的车轮的减振器的减振器硬度的方法。所述方法可以通过机动车的控制设备执行。由第一传感器单元的第一传感器信号产生车体运动信号。所述第一传感器单元运动固定地与机动车的车体连接，也就是例如固定在机动车的框架或者底盘上。例如可以接收对车体沿竖直方向的加速度进行检测的加速度传感器的加速度信号作为第一传感器信号。随即可以通过对传感器信号的数学积分产生所述车体运动信号。
由第二传感器单元的第二传感器信号产生车轮运动信号。所述第二传感器单元检测车轮相对于车体的车轮位置。例如可以接收对减振器的弹簧挠度跳动行程进行检测的车轮行程传感器的行程信号作为第二传感器信号。所述弹簧挠度跳动行程例如描述减振器活塞相对于减振器缸体的相对位置，所述活塞可移动地布置在所述缸体中。
基于车体运动信号和车轮运动信号产生描述车体的速度的速度信号。随即根据速度信号产生用于调节减振器硬度的调节信号。借助调节信号能够以本身已知的方式例如控制减振器的调节阀。
由于所述传感器单元的传感器信号例如一方面可能在驶过凹坑时并且另一方面可能在上坡行驶时会产生本文开头所述的问题。为了避免所述问题，按照本发明规定，借助具有高通特性或者带通特性的第一滤波器单元对车体运动信号进行滤波。作为对此的补充或备选，借助具有低通特性的第二滤波器单元对车轮运动信号进行滤波。换而言之通过以下方式实现，即整体描述车体运动的速度信号在预先确定的高频范围中完全或者大部分地由车体运动信号形成或者产生和/或在预先确定的低频范围中完全或者大部分地由车轮运动信号形成或者产生。在高频范围内，车体运动信号的按百分比的改变比车轮运动信号的相同大小的按百分比的改变对形成的速度信号造成更大的改变。相反地，在低频范围内，车轮运动信号的按百分比的改变比车体运动信号的相同大小的按百分比的改变对速度信号造成更大的相对改变。经滤波的车体运动信号和经滤波的车轮运动信号随即可以组合为说明车体速度的所述速度信号。
通过本发明产生的优点在于，车轮运动，例如作为车轮行程通过第二传感器单元检测的车轮运动对于识别低频的或者长波的车体运动是理想的，而同时消除了通过在高频范围内的车轮运动中使用车轮行程传感器而忽略或者抑制车体运动与道路的关联的问题。因此，传感器单元只用于该传感器单元能够为其提供有意义的传感器信号的那些运动频率。同时，第一传感器单元的传感器信号可以在各频率范围内相应地按比例缩放，以便对于所有频率均得到有意义的车体运动速度信号。
优选规定，第二滤波器单元、即低通滤波器的极限频率小于第一滤波器单元、即高通滤波器或者带通滤波器的下极限频率。极限频率例如能够以本身已知的方式定义为-3dB极限(负3dB)。极限频率的备选名称是角频率或者截止频率。通过所述扩展设计，车体运动信号和车轮运动信号对所形成的车体速度信号的影响是无交叉的或者至少总是两个信号之一的影响占优势。
第二滤波器单元、即低通滤波器的极限频率在此优选在0.5Hz至5Hz的范围内。业已证明，在低于所述极限频率，也就是在0Hz至极限频率的范围内时，车轮行程传感器的传感器信号能够特别可靠地用于在例如机动车的上坡行驶和真正的摆动运动或者俯仰颠簸运动之间进行区分。
在两个滤波器单元的极限频率之间的范围内形成过渡区域。对于所述过渡区域特别优选地规定，在第一滤波器单元与第二滤波器单元的相应的数值变化曲线(Betragsgang)之间相互交叠(übergeblendet)。因此随着运动频率f的增大，影响逐渐从第二传感器单元、即例如车轮行程传感器向第一传感器单元、即例如车体加速度传感器调节变化。
通过调节减振器硬度尤其调整了车体的竖直速度。换而言之，借助调节信号将车体的竖直速度调节为额定值信号的当前值。在此，使用车体的速度信号作为用于调节的实际值信号。其能够以所述方式特别可靠地用作对真正的车体速度的描述，因为上坡行驶和驶过凹坑均不会产生针对当前车体速度的错误值。
优选根据处于机动车之前的行驶路面的高度曲线确定额定值信号。可以借助检测单元以本文开头所述的方式产生高度曲线，所述检测单元例如可以拍摄前方的路面并且例如基于图像分析由图像数据确定高度曲线。
随即可以由实际值信号与额定值信号之间的差异确定调节信号。所述差异例如可以是指可以例如借助PID调节器换算为调节信号的差。作为对此的备选可以规定，基于成本函数产生调节信号。在此，通过成本函数这样评估机动车车体中的冲击或者说急动度，即急动度对于舒适值和行驶安全值和/或所形成的减振器弹簧挠度跳动行程有多大影响。急动度是车体加速度的时间导数。换而言之，为与额定速度的偏差或者差异配置虚拟支出。成本函数本身是控制技术中的标准工具，因此对于本领域技术人员可行的是，由现有技术中的方法设计这种成本函数。成本函数在调节器中实现了相对例如当减振器到达止挡时由于错误的车体速度造成的不舒适而权衡通过当前的减振器干涉而产生的舒适或者相反的不舒适。因此，借助成本函数可以达到共同的最佳，其使得一方面在车体运动中的舒适度和另一方面行驶安全和/或减振器的弹簧挠度跳动相互平衡。这例如在以下情况下是必要的，即在不平坦的地面上的非常强的弹簧挠度跳动可能导致底部限界面受损，即例如减振器以所描述的方式达到止挡。
所述成本函数优选是与速度相关的，即例如针对第一行驶速度比在更高的第二行驶速度中对舒适值产生更大的影响，在第二行驶速度中比在第一行驶速度中为行驶安全值和/或弹簧挠度跳动行程值配置更多的影响。
为了执行按照本发明的方法，通过本发明也提供一种用于机动车的相应车轮的一个或多个减振器的控制设备，借助所述控制设备调节每个减振器的相应减振器硬度。控制设备设置用于接收与机动车的车体以运动固定方式连接的第一传感器单元的第一传感器信号并且针对每个车轮接收对相对于车体的车轮位置进行检测的第二传感器单元的第二传感器信号。控制设备附加地设置用于针对每个车轮输出用于调节车轮的相应减振器处的减振器硬度的调节信号。为此，控制设备例如可以具有处理器装置，所述处理器装置例如可以具有微控制器和/或微处理器。按照本发明的控制设备设置用于针对每个车轮执行按照本发明的方法的一种实施形式。
最后，本发明也包括一种机动车，其以本身已知的方式具有带减振器的车轮，减振器的减振器硬度是可调节的。此外，所述机动车包括运动固定地与机动车的车体相连的所述第一传感器单元，以及针对每个车轮分别包括第二传感器单元，所述第二传感器单元检测车轮相对于车体的车轮位置。最后，按照本发明的机动车具有按照本发明的控制设备的一种实施形式。
按照本发明的机动车优选设计为汽车，尤其设计为轿车或者载重汽车。但机动车例如也可以设计为陆地运输工具。
以下描述本发明的实施例。在附图中：
图1示出按照本发明的机动车的一种实施形式的示意图；
图2示出按照本发明的控制设备的一种实施形式的示意图；
图3示出具有两个滤波器单元的数值变化曲线的示意性走向的图；并且
图4示出按照本发明的控制设备的备选实施形式的示意图。
以下阐述的实施例指的是本发明的优选实施形式。在所述实施例中，实施形式的所述部件分别表示本发明的各个单独的、可以彼此独立地观察的特征，所述特征分别也彼此独立地扩展设计本发明并且因此也可以单独地或者以不同于所示组合的方式被视为本发明的组成部分。此外，所述实施形式也可以通过本发明的其它已经描述的特征进行补充。
在附图中，功能相同的元件分别配设有相同的附图标记。
图1示出机动车1，其在所示实施例中恰好可以在行驶路面2、例如街道上行驶。机动车1可以具有框架或者车体3，所述车体能够按照已知的方式弹性地支承在机动车1的行驶机构4上。弹性的支承可以通过以下方式实现，即机动车1的车轮5通过其减振器6以本身已知的方式与车体3连接。通过减振器6能够实现车轮5与车体3之间的相对运动7。
减振器6可以在机动车1中设计为有源的，也就是减振器6的减振器硬度或者减振力可以借助调节信号8进行调节。所述调节信号8可以通过控制设备9产生，所述控制设备例如可以设计为机动车1的控制器。控制设备9能够以这种方式调节减振器硬度，从而将车体3的竖直运动10调节为额定值信号11。
额定值信号11可以基于高度曲线12产生，所述高度曲线可以通过检测装置13检测。高度曲线12可以描述行驶路面2的前方的道路区段14，机动车1即将驶过或者进入所述道路区段14。为此，例如摄像头15能够以其检测区域16拍摄前方的道路区段14。检测装置13的分析装置17可以由摄像头15的图像数据18以本身已知的方式产生高度曲线12。为此，分析装置17可以具有执行图像分析程序的处理器装置。用于确定竖直速度10的额定值信号的可能性是具有对应于一半车体固有频率的长度的道路区段14或者路段，其中，用于竖直运动10的竖直速度的额定值可以确定为高度变化和时间的商。因此，所述路段根据机动车1的行驶速度19和车体固有频率得到。
为了确定竖直运动10的实际值信号20，控制设备9可以从第一传感器单元21接收传感器信号22。传感器单元21可以是固定在车体3上的加速度传感器。相应地，传感器信号22表示加速度信号。
此外，可以在车轮5上分别提供第二传感器单元23，所述第二传感器单元分别产生第二传感器信号24。每个传感器单元23可以分别例如是车轮行程传感器，其中，传感器信号24则描述减振器6的弹簧挠度跳动行程。
图2说明控制设备9如何由高度曲线12和针对各个单独车轮5的传感器信号22、24产生用于调节减振器6中的减振器硬度的相应调节信号8。
控制设备9可以具有评估装置25、额定值确定装置26、调节放大器27和差异确定装置28。所述的元件25-28可以分别是控制设备9的软件模块或者程序模块。评估装置25可以例如由描述车体加速度的传感器信号22借助数学的或者数值的积分29产生车体运动信号30。由传感器信号24、即例如弹簧挠度跳动行程可以例如借助数学的或者数值的求导31产生车轮运动信号32。
控制设备9可以具有用于车体运动信号30的第一滤波器单元33和用于车轮运动信号32的第二滤波器单元34。
图3说明关于频率f的相应滤波器特性35、36。显示了相应的数值变化曲线37、38。所述数值变化曲线37、38在图3中这样标准化地显示，使得在此通过值1说明单位放大。滤波器单元33的滤波器特性35可以具有带下极限频率F2的高通特性。滤波器单元34的滤波器特性36可以具有带极限频率F1的低通特性。极限频率F1小于极限频率F2。因此形成过渡区域39，在所述过渡区域中所述数值变化曲线37、38可以相互交叠。极限频率F1可以具有例如0.5Hz至5Hz的范围内的频率值f。
经滤波的运动信号30、32可以在叠加40中组合，由此形成实际值信号20作为车体运动信号。叠加40例如可以是经滤波的运动信号30、32的相加。
通过差异确定装置28确定的额定值信号11与实际值信号20之间的差异表示调节偏差41并且可以通过调节放大器27例如借助PID调节器换算或者转换为调节值信号8。
图4说明一种备选实施形式，其中，在通过额定值确定装置26确定额定值信号时，考虑行驶速度19的当前值V。调节信号8的产生则可以基于成本函数42进行，其中，根据高度曲线12和行驶速度19通过额定值确定装置26可以预设预期的或者需要忍受的不舒适，例如通过舒适值43来预设，由于在给定的高度曲线12的情况下以行驶速度19行驶而需要忍受所述舒适值43。针对减振器硬度的不同值所预期的弹簧挠度跳动行程44可以消除所述舒适值43。舒适值43和弹簧挠度跳动行程44可以通过成本函数42被评估或者加权并且由此按照成本函数42产生最佳的调节信号8。在此，同样可以考虑行驶速度19。舒适值43例如可以说明需要忍受的或者预期的加速度和/或加速度的导数，也就是急动度(Ruck)。
控制设备9在整体上试图通过减振器调节使车体3的加速度和运动最小化。
然而，原则上并不是运动本身引起不舒适，而是运动的改变，也就是加速度和加速度的导数，即急动度，引起不舒适。车体运动在经过已经行驶的行车道时被触发，但也在经过将来的行车道时产生不舒适。在车体运动没有与道路的高度曲线匹配时，不舒适性、即加速度和/或急动度特别大。例如在一侧突然升高的道路必然迫使水平运动的机动车改变运动。
不具有前瞻或者预览的调节器的问题在于，不存在关于将来会经过哪种高度曲线12的信息。由此不可知的是车体在将来应该具有哪种速度。
通过控制设备9由减振器调节装置的传感器、例如车体加速度信号和车轮行程信号计算当前的竖直车体速度。在此，竖直运动10的车体速度在高频范围内(尤其是f＞F2)是车体加速度的积分。在低频范围内(尤其是f﹤F1)，车体速度由车轮速度产生。这种方法相对于只基于车体加速度传感器的方法提供的优点在于，不评估机动车在空间中的抽象运动，而是评估机动车相对于道路的相对运动。
车体的额定速度的确定可以基于处于机动车之前的道路高度曲线12按照预览信息进行。用于确定额定速度的非常简单的可能性在于观察大致相当于一半车体固有频率的路段并且将额定速度确定为高度改变和时间的商。
在使用线性调节器的情况下，车体速度的调节偏差41由额定参量和实际参量的比较得出。
有意义的补充在于，为与额定速度的偏差配置(虚拟)成本。这实现了在调节器中相对由于在未干涉时的错误车体速度产生的不舒适而对可能由于当前的减振干涉产生的不舒适进行权衡并且由此找到最佳。这在以下情况下是必要的，即例如在不平坦地面上的非常强烈的弹簧挠度跳动可能导致底部限界面受损。
因此，尤其通过控制设备经由车轮行程传感器将车体实际速度确定为相对于道路的相对速度。同样实现了竖直车体运动10的额定速度的计算。竖直车体速度的调节偏差41的确定可以作为额定速度与实际速度的差实现。
所述实施例在整体上显示了如何通过本发明以预测函数实现机动车的竖直速度的计算。
附图标记清单
1 机动车
2 行驶路面
3 车体
4 行驶机构
5 车轮
6 减振器
7 相对运动
8 调节信号
9 控制设备
10 车体运动
11 额定值信号
12 高度曲线
13 检测装置
14 道路区段
15 摄像头
16 检测区域
17 分析装置
18 图像数据
19 行驶速度
20 实际值信号
21 传感器单元
22 传感器信号
23 传感器单元
24 传感器信号
25 元件
25 评估装置
26 额定值确定装置
27 调节放大器
28 差异确定装置
29 积分
30 车体运动信号
31 求导
32 车轮运动信号
33 滤波器单元
34 滤波器单元
35 滤波器特性
36 滤波器特性
37 数值变化曲线
39 过渡区域
40 叠加
41 调节偏差
42 成本函数
43 舒适值
44 弹簧挠度跳动行程

Claims (12)

1.一种用于调节机动车(1)的车轮(5)的减振器(6)的减振器硬度的方法，其中，通过机动车(1)的控制设备(9)：
-由第一传感器单元(21)的第一传感器信号(22)产生车体运动信号(30)，所述第一传感器单元运动固定地与机动车(1)的车体(3)连接，
-由第二传感器单元(23)的第二传感器信号(24)产生车轮运动信号(32)，所述第二传感器单元检测车轮(5)相对于车体(3)的车轮位置，
-基于车体运动信号(30)和车轮运动信号(32)产生描述车体(3)的速度的速度信号(20)，并且
-根据速度信号(20)产生用于调节减振器硬度的调节信号(8)，
其特征在于，
借助具有高通特性或者带通特性的第一滤波器单元(33)对车体运动信号(30)进行滤波，和/或借助具有低通特性的第二滤波器单元(34)对车轮运动信号(32)进行滤波。
2.按权利要求1所述的方法，其中，接收对车体(3)沿竖直方向的加速度进行检测的加速度传感器的加速度信号作为第一传感器信号(22)。
3.按前述权利要求之一所述的方法，其中，接收对减振器(6)的弹簧挠度跳动行程进行检测的车轮行程传感器的行程信号作为第二传感器信号(24)。
4.按前述权利要求之一所述的方法，其中，第二滤波器单元(34)的极限频率(F1)小于第一滤波器单元(33)的下极限频率(F2)。
5.按权利要求4所述的方法，其中，第二滤波器单元(34)的极限频率(F1)处于0.5Hz至5Hz的范围内。
6.按权利要求4或5所述的方法，其中，在两个滤波器单元(33、34)的极限频率(F1、F2)之间设计有过渡区域(39)，在所述过渡区域中，在第一滤波器单元(33)与第二滤波器单元(34)的相应的数值变化曲线(37、38)之间相互交叠。
7.按前述权利要求之一所述的方法，其中，借助调节信号(8)将车体(3)的竖直速度调节为额定值信号(11)的当前值，并且使用速度信号(20)作为用于调节的实际值信号(20)。
8.按权利要求7所述的方法，其中，根据处于机动车(1)之前的行驶路面(2)的高度曲线(12)确定额定值信号(11)并且借助检测单元(13)检测高度曲线(12)。
9.按权利要求7或8所述的方法，其中，由实际值信号(20)与额定值信号(11)之间的差异(41)基于成本函数(42)确定调节信号(8)，其中，通过成本函数(42)一方面关于舒适值(43)评估机动车(1)的车体(3)中由于竖直速度变化产生的急动度，并且另一方面评估行驶安全值和/或所形成的减振器(6)的弹簧挠度跳动行程(44)。
10.按权利要求9所述的方法，其中，在成本函数(42)中，所述评估是与速度相关的。
11.一种用于机动车(1)的至少一个车轮(5)的相应能够在减振器硬度方面进行调节的减振器(6)的控制设备(9)，其中，所述控制设备设置用于接收与机动车(1)的车体(3)以运动固定方式连接的第一传感器单元(21)的第一传感器信号(22)并且针对每个车轮(5)接收对相对于车体(3)的车轮位置进行检测的第二传感器单元(23)的第二传感器信号(24)并且针对每个车轮(5)输出用于调节车轮(5)的相应减振器(6)处的减振器硬度的调节信号(8)，
其特征在于，
控制设备(9)设置用于针对每个车轮(6)执行按前述权利要求之一所述的方法。
12.一种机动车(1)，具有车轮(5)，所述车轮分别具有能够在减振器硬度方面进行调节的减振器(6)，以及所述机动车具有运动固定地与机动车(1)的车体(3)相连的第一传感器单元(21)，并且所述机动车针对每个车轮(5)分别具有第二传感器单元(23)，所述第二传感器单元检测车轮(5)相对于车体(3)的车轮位置，
其特征在于，提供有按权利要求11所述的控制设备(9)。
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