CN110099809B - 用于监控和控制侧倾稳定器的安全功能和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车(1)的底盘(2)的可电动调节的侧倾稳定器(9)的方法，其具有布置在侧倾稳定器(9)的两个部分区段(10、11)之间的致动器(13)，该致动器可使部分区段相对于彼此进行调节。设置有至少一个用于检测转角和/或扭矩的传感器，其中关于转角和/或扭矩的信号由用于控制致动器(13)的至少一个控制器(16)处理。在侧倾稳定器运行期间，将至少一个控制器内的信号与最大特征值和最小特征值相比较，其中根据车辆特征值、优选根据车速和/或转向角和/或横向加速度确定致动器的最大调节行程和/或最大扭矩输出。

Description

用于监控和控制侧倾稳定器的安全功能和控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于机动车底盘的电动可调的侧倾稳定器，其具有布置在侧倾稳定器的两个部分区段之间的致动器，该致动器被构造用于产生在部分区段之间作用的扭矩。

背景技术

在机动车的底盘中，每个车轴的车轮或车轮悬架通过稳定器彼此连接并且与车身连接，以便特别是在转弯时减小由于横向加速度出现的车身侧倾，即其朝弯道外部方向的侧向倾斜。在机动车转弯时，如果车轮相对于车身单侧压缩，则构造为扭杆弹簧的在其端部与车轮或车轮悬架连接的稳定器(也称为侧倾稳定器)在对置的车轮或车轮悬架上施加复制的运动。这使得侧向倾斜减小。通过在机动车的前轴和后轴处有针对性的防侧倾控制可改善其自转向特性并且减小侧倾。在车轮或车轮悬架的其中一个例如由于车道上的凹坑或凸起而单侧压缩时，侧倾稳定器的复制功能以不期望的车辆侧倾运动产生作用。

通过布置在分离式稳定器的两个部分区段之间且可使其相对于彼此扭转的致动器可附加地产生有针对性的稳定扭矩，这使得可主动减少侧倾运动从而优化底盘的自转向特性和负载交变特性。在此，致动器通常由电动或电子控制的回转马达构成，其可实施为与齿轮传动机构连接的电机。在稳定器的部分区段处实现的调节连续地被调整以适配于相应的驾驶情况，从而可减少车身的侧倾或减小侧倾运动。

为了确保安全运行或者换言之为了确保对乘客身体和生命没有危险的运行，需要满足特定安全执行要求或符合特定安全标准的功能。为此，在汽车工业中确定了分为不同等级的要求。为此确定了所谓的汽车安全完整性等级(ASIL)，其中该等级面向危险分析和风险评估。此外还会分析系统的潜在危险并且根据所评估的危险或要求将在特定驾驶情况下的可能的故障分成从A到D的不同安全要求等级。在此，等级A被视为最低等级并且等级D被视为最高等级(ASIL-A到ASIL-D)。如果系统或传感器被列为较高等级，则规定可通过所谓的分解来归纳安全评级。因此，例如ASIL-B评级可通过多次ASIL-A和ASIL-A评级被分解。ASIL-C评级可通过多次ASIL-A和ASIL-B评级被分解。

这种评级随之而来的是，用于更高要求从而用于更高危险的传感器成本更高从而也更复杂且更贵。换言之，用于较低评级的部件在成本和研发费用方面明显更低廉。

发明内容

本发明所涉及的问题是，将安全运行设计为使得以较高等级要求的提供所述安全的功能保障或系统由至少2级安全保障替代或替换。不是使用具有较高评级(例如ASIL-B)的用于检测施加在侧倾稳定器处的扭矩的扭矩传感器，而是建议将偶尔的扭矩输出的检测分解为一个较高安全目标和一个较低安全目标，其根据危险分析描述了控制难度不同的危险情况。这些安全目标例如可被划分或分解为ASIL-B和ASIL-A。

最重要的一定是在出现故障时驾驶员能够可控地继续驾驶车辆。根据第一安全目标，应尽可能避免在动态驾驶情况中的反向扭矩输出。在此，“反向”可理解为随着侧倾角的进一步增大而具有相反或错误符号的扭矩输出，这导致车辆剧烈摇晃。侧倾角的增大可能导致难以控制的具有车辆过度转向的行驶状态，这是由于车辆在相应的动态驾驶情况下、例如在转弯时将进一步从弯道被推出，因为反向扭矩与防侧倾控制相反作用。因此，这种紧急情况被评级为较高等级，例如ASIL-B。如果仅通过扭矩传感器或其信号拦截该紧急情况，则在该情况下必须使用ASIL-B传感器。如上所述，在转弯时的剧烈摇晃难以控制。如果扭矩附加地具有相反的符号，则在前轴和后轴之间形成有错误的侧倾扭矩分布。这可能导致通常难以控制的突然转向过度。

根据本发明，为了避免功能性故障和与之相关的高风险，致动器根据特定的车辆参数、优选地至少根据转向角和/或车速和/或横向加速度在其调节可能性方面受到限制。换言之，调节行程在相关的调节方向上受限，从而两个稳定器半部取决于前述车辆参数的扭转调节行程不可能被超过。为此，在致动器中使用的转角传感器可检测扭转，其中在控制器中存储有阈值近似地作为虚拟止挡，其中控制器不允许超过阈值。由此，不可能出现紧急情况或安全相关的情况并且可降低ASIL评级。该限制可被理解为通过最大阈值限制的范围，从而每个调节方向得到尽可能大的调节行程或调节角。由此，将极为有效地防止会使得当前侧倾角进一步增大的调节，从而车辆在转弯时不会更进一步朝弯道外侧方向移动或过度转向从而能够可控地继续行驶。

在此，阈值不应被理解为固定值。其可作为特征曲线存储在控制器中，从而根据前述车辆参数该阈值可较高或较低并且例如在速度较高时比在速度相对较低时得到更窄的范围。对于所述紧急情况，与在侧倾稳定器中使用的扭矩传感器无关地通过该范围进行动态限制，因此对于该紧急情况可降低ASIL评级。由此，例如可使用ASIL-A适用的传感器来代替ASIL-B传感器。

第二安全目标是避免过高的扭矩输出。在此，扭矩根据扭转方向可被理解为过高的正扭矩或过高的负扭矩。当该错误的值被输送到控制器时，通过电动侧倾稳定器中存在的扭矩传感器可触发过高的扭矩。这会导致不正确的或在前轴和后轴之间不正确的或不相等的侧倾扭矩分布。

基于过高的扭矩不一定会引起脱离上述范围的事实，过高的扭矩可不借助于调节方向或调节行程的范围或限制被拦截，如关于前述第一安全目标所述。也就是说，过高的扭矩不一定意味着根据车辆参数朝相反方向调节。过高扭矩的影响与上述情况相比产生总体上较不危急的行驶状态，从而在此可选择具有更低安全等级的安全目标，即例如ASIL-A而不是ASIL-B。

为了检测作用在侧倾稳定器上的扭矩将使用扭矩传感器。借助于至少一个扭矩传感器检测信号并且将其与存储在控制器中的特征值相比较。这根据特定的车辆参数、优选地根据车速和/或转向角和/或横向加速度来进行，以校验所检测值的合理性。换言之，通过该比较来确定在当前驾驶情况下由扭矩传感器检测的扭矩是否切合实际。为了可靠地检测故障情况，由扭矩传感器输出的信号必须具有足够的精度。因此，根据在此规定的ASIL评级、优选地根据较低的ASIL-A评级确定扭矩信号的最大公差。该公差可为约±200 Nm，从而在使用弹性体去耦装置以在致动器内部使噪声最小化的情况下同样可实现可靠的扭矩检测。

由过高扭矩引起的故障情况对于普通司机来说本身可更容易控制，因为相当高的扭矩虽然会导致有错误的防侧倾控制，但也会引起进一步的加强的防侧倾控制。在该考虑中假设过高的扭矩不会导致对在前轴和后轴之间的侧倾扭矩分布的负面影响。然而，过高的侧倾扭矩在有极高动态性的驾驶情况下可能产生问题。司机可能有一种还可稳定驾驶车辆的感觉。而较高的横向加速度例如在车速增大时也许对于现有的或越来越多的驾驶员来说不再可由车轮传递到道路上，因为由车轮不再可传递侧面导向力。于是特别是在前轴处可能出现转向不足。然而，转向不足例如可通过降低速度比转向过度更容易地控制。

由此，对于具有过高扭矩的故障情况将得到更低的安全评级。在此，对于扭矩传感器也可优选地选择较低的ASIL评级，具体而言即选择ASIL-A评级而不是ASIL-B评级。

为了电动侧倾稳定器的安全运行，在行驶运行期间需要持续监控其功能。这可优选地借助于至少一个传感器和/或控制装置或控制器来执行。在此，诸如马达、电力电子装置和其他电气部件等构件在其功能方面被监控。在此，可在控制器中存储一个或多个特征曲线和/或特征场，从而侧倾稳定器半部的扭转在其扭转方向、扭转速度以及扭矩方面被监控。对于前述示例性特征值，可借助于特征曲线和/或特征场确定阈值，从而在超过阈值时侧倾稳定器的驱动部(电机)被切断电流或者转换到安全运行模式。在安全运行模式中，例如侧倾稳定器可移动到中间位置并且在此被切换成刚性，从而其如从现有技术已知的被动侧倾稳定器一样工作。

控制器特别是借助于至少一个算法进行计算。该至少一个算法存储在优选存在于控制器内的存储介质上。其在可存在于至少一个控制器中的计算机上运行。

控制器可布置在侧倾稳定器本身中或外部，例如底盘中。控制器优选地与其他控制器、例如ESP控制器连接。控制器优选地通过存在于车辆中的总线系统、优选通过CAN总线或Flex总线相互通信。通过存储在控制器中的特征曲线或特征场可在合理性校验的意义上识别出传感器是否显示异常高的扭矩值或转角值。在这些情况下，控制器可切换成安全运行模式并且引入上述措施。

根据需求可使用附加的车辆参数。其例如可通过底盘中的传感器测量并且被发送到控制器。因此，可通过各个车轮相对于车身的位置确定车身高度信号。当传感器安装在使底盘构件彼此连接的接头中时，通过存在于底盘中的传感器可确定车辆的俯仰运动或侧倾运动从而确定车身或车辆相对于车道的位置。为此，可在构造为支承接头或导向接头的球窝关节中优选地构造无接触式位置传感器，其可实现球头销相对于其壳体的位置检测。

作为替代，控制器可激活或控制其他可调节的用于侧倾稳定的构件，以使由于上述功能故障引起的错误的侧倾扭矩分布最小化。为此，可在可能的范畴中控制底盘中的主动减振系统或可在摩擦中调节的球窝关节，以改善侧倾扭矩分布，使得驾驶员能够进行可操纵或可控制的驾驶。

附图说明

为了进一步阐释本发明将参考以下对本发明优选实施方式的说明。其中：

图1示出了机动车的具有可调节的侧倾稳定器的底盘的前视图的示意图，

图2示出了用于阐释根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在图1中示出了具有底盘2的机动车的车身1。底盘2具有车轮悬架3和4，其转向器5和6通过弹簧支柱7和8被支撑在车身1处。如由该图示进一步得知，分别在车轮悬架3和4的端部处接合有可调节的侧倾稳定器9。其在此为分成两个部分区段10和11的稳定器12，其具有布置在部分区段10和11之间的致动器13。

借助于致动器13可在部分区段10和11之间产生不同的扭矩，由此可根据乘用车的驾驶状态改变在车身1和底盘2之间发生的力和扭矩。在此，每个部分区段10和11通过结构轴承14和15可旋转地在车身1处被引导。诸如横向加速度或侧倾角的任意测量值被输送到控制装置16，其与致动器13连接。

图2示出了表示可能的方法步骤的流程图。所选择的图示意味着在处理所述步骤时没有强制性的顺序。也可设置更少的或其他方法步骤。在步骤20中，由控制器16持续地读取和评估侧倾稳定器9中的传感器装置或其信号。在另一步骤30中，在控制器16中处理调节方向或调节行程，其中持续读取转角传感器的信号。在另一步骤40中，在控制器16中读取和处理扭矩传感器的信号。根据持续读取的诸如行驶速度、横向加速度和转向角的车辆参数数据，控制器将确定是否存在错误。控制器特别是借助于至少一个算法进行计算。

在步骤35中，根据前述车辆参数确定最大允许的调节行程并且根据典型特征曲线调整该调节行程的最大值。

在步骤45中，根据前述车辆参数通过考虑±200 Nm的允差来确定最大允许的扭矩并且将其与合理性值相比较。

在另一步骤200中，控制器16将控制信号转发给侧倾稳定器9，使得以改变的信号、例如受限的调节行程或改变的扭矩来运行或控制侧倾稳定器。侧倾稳定器9例如可移动到中间位置并且切换成刚性，使得其如传统的刚性侧倾稳定器一样工作。

应理解的是，本发明的上述特征不仅可用在相应说明的组合中，而且可用在其他组合中或单独使用，而不会脱离本发明的范围。同样属于本发明范围的是，实现本发明的各个机械元件的功能的机械反转。

附图标记

1 车身

2 底盘

3 车轮悬架

4 车轮悬架

5 转向器

6 转向器

7 弹簧支柱

8 弹簧支柱

9 可调节的侧倾稳定器

10 部分区段

11 部分区段

13 致动器

14 结构轴承

15 结构轴承

16 控制器

20、30、35、40、45、50、200 方法步骤

Claims (13)

1.用于运行机动车(1)的底盘(2)的能电动调节的侧倾稳定器(9)的方法，其具有布置在所述侧倾稳定器(9)的两个部分区段(10、11)之间的致动器(13)，所述致动器能使所述部分区段相对于彼此进行调节，其中设置有至少一个用于检测转角和/或扭矩的传感器，其中关于转角和/或扭矩的信号由用于控制所述致动器(13)的至少一个控制器(16)处理，其特征在于，在根据ASIL保障地运行所述侧倾稳定器期间将所述至少一个控制器内的信号与最大车辆特征值和最小车辆特征值相比较并且其中根据车辆特征值确定所述致动器的最大调节行程和/或最大扭矩输出，从而将转角和/或扭矩的检测分解为一个较高安全目标和一个较低安全目标，其中，所述车辆特征值是车速和/或转向角和/或横向加速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所确定的车辆特征值确定特征曲线以及最大阈值和最小阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过确定的阈值得到代表所述最大调节行程和最大转角的范围。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所确定的车辆特征值将借助于至少一个扭矩传感器检测到的信号与存储在所述控制器中的特征值相比较，以校验所检测的扭矩值的合理性。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述控制器中扭矩信号基于公差极限，其中所述公差极限可为±200Nm。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，附加地通过至少另一传感器确定高度信号或关于底盘构件相对于车辆车身和/或车道的位置的信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助于球窝关节中的无接触式传感器确定高度信号或关于底盘构件相对于车辆车身和/或车道的位置的信号，所述无接触式传感器能实现球头销相对于其壳体的位置检测。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制器可根据驾驶情况将侧倾稳定器移回中间位置并且切换成刚性和/或能操控其他的可调节的底盘构件，以改善侧倾扭矩分布。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述其他的可调节的底盘构件是可在摩擦中调节的球窝关节和/或可调节的减振器。

10.用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的控制器。

11.根据权利要求10所述的控制器，其特征在于，在其中存储有特征曲线，所述特征曲线能够根据车辆特征值发生变化。

12.根据权利要求10或11所述的控制器，其特征在于，其与车辆总线系统连接并且通过相应的总线系统与其他控制器通信。

13.根据权利要求12所述的控制器，其特征在于，其与CAN总线和/或Flex总线连接。

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