CN109311363B - 用于控制车轮悬架的减振器的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制机动车辆车轮悬架的减振器的方法，其包括产生表示处于机动车辆前方的路面的地形的数据(S1)，关于路面不平坦性分析该数据，和在考虑对路面不平坦性的分析的情况下设置减振器，其中根据数据确定路面不平坦性的振幅谱(S2，S3)，并且依据振幅谱产生对于减振器的阻尼的预设(S4)。

Description

用于控制车轮悬架的减振器的方法

技术领域

本发明涉及一种控制机动车辆车轮悬架的减振器的方法，其包括产生表示处于机动车辆前方的路面的地形的数据；关于路面不平坦性分析数据；和在考虑对路面不平坦性的分析的情况下设置减振器。

背景技术

不同于被动的减振器，可控的减振器可以在车辆行驶中实现减振率的改变。对于半主动的减振器，可以通过控制溢流阀来影响减振力。为此使用的辅助能量在此仅用于阀控制器，以实现通过减振器改变能量吸收和能量输出的相位的目的。然而，在主动的减振器中，辅助能量用于在任意方向上阻尼地消散期望的力或者引入能量地产生期望的力。因此，与半主动的减振器相比，必须能够提供明显更多的能量用于控制，这也是为什么通常将半主动的减振器作为可控的减振器在机动车辆车轮悬架中使用的原因。

例如在DE 10 2008 053 007 A1中描述了一种可控的减振器。此外，借助基于预测的传感器信号进行的控制，在减振器上实现“电子的”末端挡块。在此充分利用，特定的信息在时间上是事先已知的。在机动车辆中，前轴的激励在一定的时间后也到达后轴。因此，例如根据前轴的车轮运动可以推断出障碍物或者道路激励，这些障碍物或者道路激励相应于行驶速度和轴距也激励后轴的车轮。这可以用于合适地设置后轴的减振器上的阻尼。然而，对于前轴的减振器，这不能容易地实现。

此外，从DE 10 2012 218 937 A1中已知一种系统，在该系统中为了控制减振器考虑处于机动车辆前方的路面。为此，在机动车辆上设置多个照相机，这些照相机对准机动车辆前方大约1至10m处的路面的区域。所记录的图像数据关于路面不平坦性进行分析。为此除了别的之外建议，在数学上分析即将到来的道路表面的不同部分的高度，并且提供这些高度的明确的数学描述。然后在设置减振器的阻尼时考虑该描述。

从US2014/0222287A1中已知另一种方法，该方法为了减振器的阻尼考虑处于车辆前方的地形并且利用红外信号工作。

在基于图像数据实现预览功能时的基本问题在于，路面图像的准确性有时不足。这种不准确性直接反映在行驶舒适性上。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，在此实现补救措施。特别地，本发明的目的在于，提供一种关于行驶舒适性的更有效和谐的预览功能以控制机动车辆车轮悬架的减振器。

该技术问题通过根据权利要求1所述的方法来解决。根据本发明的用于控制机动车辆车轮悬架的减振器的方法，其包括产生表示处于机动车辆前方的路面的地形的数据，关于路面不平坦性分析数据，和在考虑对路面不平坦性的分析的情况下设置减振器，其中，根据图像确定路面不平坦性的振幅谱，并且依据振幅谱产生对于减振器的阻尼的预设。

通过对机动车辆驶过路面的振荡激励的这种预先采集，阻尼调节器可以针对要驶过的路面区段为减振器更准确地设置舒适的且行驶可靠的阻尼。

相比于考虑各个路面激励的准确位置的方法，基于随机地考虑路面不平坦性产生了舒适特性的改善，因为不准确性对于路面图像仅具有很小的加权。

本发明的有利实施是其它的权利要求的主题。

由此，例如可以根据振幅谱确定加权的幅值，并且依据确定的加权的幅值来进行对于减振器的阻尼的预设。这使得可以特别地考虑对于阻尼特性特别重要的频率范围。

特别地，由此能够减轻在结构固有频率附近的有限范围内的期望的高的阻尼和对于在该范围之外的频率尽可能小的阻尼之间的抵触。如果在结构固有频率之外的范围内的幅值是高的，则撤销对于阻尼的预设。同样地，也类似地适用于车轮固有频率的范围。

在第一步骤中，在加权时可以仅考虑高于机动车辆的结构固有频率的频率。这些频率可以全部相同地加权或者也在必要时不同地加权。

此外，为了预设阻尼，可以将结构固有频率附近的有限范围内的幅值与结构固有频率的范围之外的幅值相比较，基于此，随着在结构固有频率的范围内的幅值变大，阻尼也趋于增大，反之，随着在结构固有频率的范围内的幅值变小，阻尼也趋于减小。

由此，一方面可以尽可能快地衰减车辆结构的固有运动。另一方面，防止尽可能软地接收路面的冲击并且不将其导入车辆结构。

相应地，关于在车轮固有频率的范围内的激励可以实现，为了预设阻尼，可以将车轮固有频率附近的有限的范围内的幅值与车轮固有频率的范围之外的幅值相比较，并且随着在车轮固有频率的范围内的幅值变大，阻尼也趋于增大，反之，随着在车轮固有频率的范围内的幅值变小，阻尼也趋于减小。

此外，可以实现对于结构固有频率的范围和车轮固有频率的范围的阻尼的加权，其中原则上也可以对结构和车轮频率的激励进行负加权。结构频率的激励的更强的加权主要导致更舒适的特性，反之，车轮频率的分量的更强的加权趋于导致行驶更可靠的特性。

上面阐述的对车辆前方的路面不平坦性的考虑优选地结合另外的传统的减振器调节被用于对减振器的阻尼进行预控制。

特别地，为了控制减振器可以在车辆上采集车辆结构的垂直运动，并且在考虑该垂直运动的情况下产生对于减振器的阻尼的预设。根据垂直运动的该预设以及根据路面不平坦性的分析的预设可以与行驶状况相关地相互加权。然后依据该加权设置减振器的阻尼。

在此，在具有大的路面不平坦性和小的车辆结构垂直运动的行驶状况中，根据路面不平坦性的分析的预设被更强地加权。在另外的情况下，可以基于根据垂直运动的预设来设置阻尼。此外，基于这两个预设的结合的设置状态也是可以的。

附图说明

下面参考在附图中示出的实施例更详细地阐述本发明。附图中：

图1示出了具有系统的机动车辆的示意图，该系统用于控制该机动车辆的车轮悬架的减振器，

图2示出了用于控制减振器的方法的第一实施例，

图3示出了振幅谱的示例，

图4示出了用于分析振幅谱的第一实施变形，

图5示出了用于分析振幅谱的第二实施变形，和

图6示出了用于分析振幅谱的第三实施变形，

具体实施方式

图1示出了机动车辆1，其每个车轮2的车轮悬架具有可控的减振器3，各个车轮2经由该减振器支撑车辆结构4。可控的减振器3可以实施为半主动的或者主动的减振器。在图1中，例如针对半主动的减振器表示其所属的控制阀5。减振器3关于减振率的控制由控制设备6执行，该控制设备例如可以如DE 10 2008 053 007 A1中所描述的那样设计。

在车辆结构2上例如布置三个加速度传感器7。这些加速度传感器可以实施为垂直加速度传感器，但不限于垂直加速度传感器。因此，根据这些加速度传感器在车辆结构2上的位置以及基于车辆的几何形状的知识，可以根据加速度传感器7的信号为车辆上的每个点计算的垂直加速度，并且由此获得关于车辆的摆动和滚动特性的信息。然而，还可以通过安装在车辆上的其它传感器在所选择的减振器3的区域中产生车辆结构的加速度。

图1还示出了三个水平传感器8，这些水平传感器分别与减振器2中的一个相关联用于采集水平位置。在当前情况下，两个水平传感器与机动车辆1的前轴9的减振器2相关联，并且水平传感器8与机动车辆1的后轴10的减振器2中的一个相关联。后轴10的水平传感器8布置在左后轮的区域中，但是也可以靠近车轮地安装在另一轴侧，或者例如也布置在轴中心。该三个水平传感器8的其它布置方式也是可以的。在一个变形中，也可以每个车轮2都存在一个水平传感器，如其在DE 10 2008 053 007 A1中所描述的。

此外，在机动车辆1上存在转向角传感器11，利用该转向角传感器采集驾驶员在方向盘上预先给定的转向角。

在车辆上还设置了各个车轮的车轮转速传感器12，其中在图1中仅示出了右后轮的车轮转速传感器12。

此外，在机动车辆1上布置至少一个照相机13，该照相机对准机动车辆1前方的路面。该照相机优选地采集机动车辆1前方大约1至20m的路面区域。

在控制设备6中处理这些传感器的信号，控制设备6用于设置各个减振器3的阻尼，即，根据需要预设各个减振器的减振率。在此，可以使用在DE 10 2008 053 007 A1中描述的设计。在此还明确地包括DE 10 2008 053007A1的与此相关的公开内容。

照相机13产生表示处于机动车辆前方的路面的地形的数据(参见图2中的步骤S1)。在当前情况下，利用图像数据处理的方法分析为此由照相机13连续记录的图像。该图像数据处理的方法可以在控制设备6中进行，或者可以在与该控制设备连接的独立的照相机控制设备14中进行。

为了采集路面表面还可以使用其它测量原理。因此，在当前情况下，任何适于产生处于机动车辆前方的路面的图像的设备也被理解为照相机13。

利用上面阐述的系统，可以实现下面根据图2详细阐述的用于控制减振器3的方法。

该方法基于以下基本思想：增强的阻尼在谐振频率范围内是有利的，但在谐振频率之外是有不利影响的。对于在结构固有频率和车轮固有频率范围内的激励会出现谐振过高。在此，更高的阻尼导致更低的振荡幅值。如果车辆在该频率范围内被激励，则建议使用更高的阻尼以防止振荡增大。反之，在结构固有频率和车轮固有频率之间的范围内，增强的阻尼导致更高的车辆结构激励幅值，这通常是不希望的。

连续地对由照相机13记录的数据关于路面不平坦性进行分析(参见图2中的步骤S2)。在此，特别是采集由凸起和凹陷形成的激励幅值，以及凸起和凹陷之间的距离，从而除了激励幅值之外附加地还确定相关的路面激励波长。借助行驶速度可以根据波长确定相应的激励频率，从而可以针对所记录的数据确定与频率相关的振幅谱，如这例如图3中所示的那样。

图3中示例性示出的振幅谱示出了所定义的频率范围的平均幅值，从而给出不连续的谱。然而，同样地还可以将关于频率的激励幅值表示为连续的谱。

因此，通过振幅谱呈现关于机动车辆1驶过处于该机动车辆前方的路面的即将到来的激励的信息。通常，对于机动车辆已知其结构固有频率和其车轮固有频率。机动车辆的结构固有频率通常在大约0.8至2Hz的范围内。车轮固有频率通常在大约10至15Hz的范围内。因此，根据振幅谱原则上可以确定激励是否增强地在提到的固有频率的范围内或者在该固有频率之外的范围内出现。如开头所述，关于行驶舒适性以及对于行驶可靠性合适的是，将在固有频率的范围内的激励尽可能强地衰减，但是在该范围之外尽可能软地设置减振器3上的阻尼，以便不将路面激励的相应的冲击传导入车辆结构中。因此，在不同的激励频率和激励幅值下存在抵触。振幅谱的知识能够关于驶过路面的即将到来的激励更好地设置减振器3的阻尼，其中可以根据需要在行驶舒适性与行驶可靠性之间进行相应的加权。在此，相比于为了预设阻尼根据行驶道路上的个别事件或者仅根据平均幅值的分析，独立于加权地实现质量上更好的结果。

最后，依据振幅谱产生对于减振器3的阻尼的预设(参见图2中的步骤S4)。为此，可以在控制设备6中存储合适的算法，而本发明在此不限于特定的过程。下面仅示例性地示出了用于此的几种可能性。

上面阐述的方法优选地作为预控制被用于传统的减振器调节。传统的减振器调节例如基于，采集车辆结构的垂直运动(参见图2中的步骤S5)，并且在考虑该垂直运动的条件下，垂直运动例如可以从采集到的垂直加速度中计算出(参见步骤S5a)，产生对于减振器3的阻尼的预设(参见图2中的步骤S6)。由此，例如可以与垂直的结构速度或者减振器速度成比例地预先给定阻尼。

在考虑在步骤S7中采集的相应的驾驶情况的条件下，然后决定应该遵循哪个预设并且在必要时决定应该以何种程度遵循，即，根据垂直运动的预设以及根据路面不平坦性的分析的预设与行驶状况相关地相互加权(参见步骤S8)。在极端情况下，这也可能意味着预设中的一个排除了另一个。最后依据这种加权设置减振器3的阻尼。为此，例如在控制设备6中产生相应的控制信号并将其传输到减振器3的控制阀5(参见图2中的步骤S9)。

与行驶状况相关的加权例如可以是，在具有大的路面不平坦性和小的车辆结构垂直运动的行驶状况中，根据路面不平坦性的分析的预设被更强地加权。为此，例如可以保持合适的阈值。否则，根据传统的减振器调节的预设被更强地加权。

图4现在示出了用于分析振幅谱的第一可能方案。该方案是，确定高于结构固有频率的平均激励幅值，并且依据该平均激励幅值确定对于阻尼的预设。在此，可以限制到高于结构固有频率直至最大大约为20Hz的频率范围中。

用于预设阻尼的特别简单的可能方案例如是，通过预先给定的特性曲线随着路面激励的增长而减小阻尼。

如果想要衰减即将到来的结构运动，则可以依据驶过的路面不平坦性减少该阻尼，以便最小化冲击的进入。这例如可以通过特性曲线族实现，其包含作为输入参量的对于阻尼和路面激励的原始值，并且输出作为输出值的新的阻尼值。如果在车辆前方没有识别到路面不平坦性，则不减小阻尼值。如果识别到路面不平坦性，则随着路面不平坦性的增加而减小阻尼。

图5示出另一种方案，其中区分在结构固有频率和/或车轮固有频率附近的狭窄有限范围(谐振范围)内的激励幅值，和在该频率之外的范围(谐振之外)中的激励幅值。为了预设阻尼，将在结构固有频率/车轮固有频率附近的有限范围内的幅值与在结构固有频率的范围之外的幅值相比较。为此，例如可以针对每个范围确定比较幅值。随着在结构固有频率/车轮固有频率的范围内的幅值变大，阻尼也趋于增大，反之，随着在结构固有频率的范围内的幅值变小，阻尼也趋于减小。通过相应于阻尼影响对频率范围进行相应的加权可以实现更好的阻尼。根据需要，选择性的阻尼也可以仅限制到结构固有频率或者车轮固有频率的范围中。

图6示出了一种可能方案，除了对激励进行加权之外附加地考虑预期的车辆结构的向下运动以及预期的车轮的弹性跳动作为另外的标准，以用于根据路面激励确定阻尼的预设。

在阻尼的加权中，必要时还可以对结构频率的和车轮频率的激励进行负加权。这导致结构频率的和车轮频率的激励的更高的阻尼。在此，对结构频率的激励进行更强地加权主要导致舒适的特性，对车轮频率的分量进行更强地加权主要导致行驶可靠的特性。

对于强的路面激励，阻尼应该尽可能地小，以便将尽可能少的激励传导入车辆结构中。这特别适用于在结构固有频率之外的激励频率。在大约0.8至2Hz的范围内(对应于结构固有频率、摆动固有频率和俯仰固有频率)，以及在大约10至15Hz范围内的车轮固有频率的范围内，太小的阻尼会导致不期望的谐振放大。为了考虑这一点，可以确定加权的路面激励，使得谐振频率之外的激励被正加权。然后谐振频率内的激励可以被负加权。通过加权可以确定不平坦值。如果与该不平坦值相反地设置阻尼，则车辆在谐振频率之外的强激励中以较小的阻尼行驶。由此，冲击仅最小地导入结构。如果激励处于谐振频率的范围内，则车辆以高的阻尼驶过路面。由此，幅值的谐振增长被尽可能地最小化。在特别的变形中，可以与不平坦值成反比地设置阻尼。

另一种变形是，分开地确定固有频率内的激励和固有频率之外的激励。为此，可以在每个固有频率附近考虑窄的有限频率范围，该频率范围可以依据出现的谐振过高来选择。然后可以利用这些值在特性曲线族中确定最佳的阻尼。随着谐振激励的增加而设置更高的阻尼，随着谐振之外的激励的增加而设置更小的阻尼。如果同时存在高谐振的和非谐振的激励，则这种特性曲线族可以设置特定于情况的最佳的折中。

在上文中，根据实施例和另外的变形更详细地阐述了本发明。特别地，上面在其它单个特征的上下文中阐述的技术上的单个特征可以与这些其它单个特征无关地或者与这些单个特征结合地实现，即使这没有详细地描述，这在技术上也是可以的。本发明明确地不限于所描述的实施例，而是包括由权利要求限定的所有实施。

附图标记列表

1机动车辆

2车轮

3减振器

4车辆结构

5控制阀

6控制设备

7加速度传感器

8水平传感器

9前轴

10后轴

11转向角传感器

12车轮转速传感器

13照相机

14照相机控制设备

Claims (8)

1.一种用于控制机动车辆车轮悬架的减振器的方法，其包括：

产生表示处于机动车辆前方的路面的地形的数据（S1），

关于路面不平坦性分析所述数据，和

在考虑对路面不平坦性的分析的情况下设置减振器，

其特征在于，

根据所述数据和行驶速度来确定路面不平坦性的振幅谱（S2，S3），并且依据所述路面不平坦性的振幅谱产生对于减振器的阻尼的预设（S4），所述数据是表示处于机动车辆前方的路面的地形的数据，即，由凸起和凹陷形成的激励幅值以及凸起和凹陷之间的距离，

其中，为了预设阻尼，将结构固有频率附近的有限范围内的幅值与结构固有频率的范围之外的幅值相比较，并且随着在结构固有频率的范围内的幅值变大，阻尼也趋于增大，反之，随着在结构固有频率的范围内的幅值变小，阻尼也趋于减小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据振幅谱确定加权的幅值，并且依据确定的加权的幅值来进行对于减振器的阻尼的预设。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在加权时仅考虑高于机动车辆的结构固有频率的频率。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了预设阻尼，将车轮固有频率附近的有限范围内的幅值与车轮固有频率的范围之外的幅值相比较，并且随着在车轮固有频率的范围内的幅值变大，阻尼也趋于增大，反之，随着在车轮固有频率的范围内的幅值变小，阻尼也趋于减小。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置对于阻尼的特性曲线族，所述特性曲线族具有两个输入参量，即固有频率下的激励和固有频率之外的激励。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采集车辆结构的垂直运动（S5），并且在考虑所述垂直运动的情况下产生对于减振器的阻尼的预设（S6），并且

根据所述垂直运动的预设（S6）以及根据路面不平坦性的分析的预设（S4）与行驶状况相关地相互加权，并且依据所述加权设置减振器的阻尼（S9）。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在具有较大的路面不平坦性和较小的车辆结构垂直运动的行驶状况中，根据路面不平坦性的分析的预设比根据垂直运动的预设更强地被加权。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以不平坦值的形式确定加权的路面激励，使得谐振频率之外的激励被正加权，并且谐振频率内的激励被负加权，并且使得所述阻尼与所述不平坦值相反地设置。

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