CN111263702A

CN111263702A - 控制悬架中的阻尼器摩擦影响

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Publication number: CN111263702A
Application number: CN201780096160.2A
Authority: CN
Inventors: 阿克沙伊·戈卡莱; 横山笃
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2020-06-09
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: DE112017007936T5; KR20200055083A; JP2020536792A; WO2019083542A1; US20210016620A1; KR102304144B1; US11498382B2; JP6944052B2; CN111263702B

Abstract

在一些示例中，用于至少部分地支撑簧载质量的车辆悬架包括被连接到簧载质量的阻尼器，阻尼器包括可移动活塞。车辆悬架进一步包括致动器和控制器。控制器可以被配置为确定与簧载质量相关联的运动频率。当运动频率低于第一频率阈值时，控制器可以发送控制信号以使致动器将减速力施加到簧载质量。此外，当与簧载质量相关联的运动频率超过第一频率阈值时，控制器可以发送控制信号以使致动器将补偿力施加到簧载质量。例如，补偿力的幅度可以是基于为阻尼器确定的摩擦力。

Description

控制悬架中的阻尼器摩擦影响

技术领域

本公开涉及诸如用于车辆悬架的液压阻尼系统的技术领域。

背景技术

由于例如由单独的阻尼器的组件引起的摩擦的影响，传统的液压阻尼系统，诸如被用在车辆悬架中以抑制道路振动的那些系统，可能表现出不规则的阻尼特性。例如，阻尼器组件之间的相对运动，诸如阻尼器活塞与阻尼器缸壁之间和/或活塞杆与杆密封件之间的相对运动，可能生成静摩擦力和动摩擦力。与阻尼器中的液压力相比，摩擦力可能很小，但是可能足以影响车辆行驶。阻尼器摩擦也可能影响诸如在动态转弯操作期间的车辆操纵。此外，当施加小转向角时，诸如在车道变化等情况下，阻尼器摩擦可能降低转向系统中的中心感。

发明内容

一些实施方式包括车辆悬架，该车辆悬架在一些情况下补偿阻尼器摩擦，并且在其他情况下增强阻尼器摩擦。在一些示例中，车辆悬架至少部分地支撑簧载质量，并且包括被连接到簧载质量的阻尼器，阻尼器包括可移动活塞。车辆悬架进一步包括致动器和控制器。控制器可以被配置为确定与簧载质量相关联的运动频率。当簧载质量的运动频率低于第一频率阈值时，控制器可以发送控制信号以使致动器将减速力施加到簧载质量。此外，当与簧载质量相关联的运动频率超过第一频率阈值时，控制器可以发送控制信号以使致动器将补偿力施加到簧载质量。例如，补偿力的幅度可以是基于为阻尼器确定的摩擦力。

附图说明

参考附图阐述详细描述。在附图中，附图标记的最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。在不同的附图中使用相同的附图标记指示类似或相同的项目或特征。

图1示出了根据一些实施方式的用于车辆的主动阻尼器悬架系统的示例示意图。

图2示出了根据一些实施方式的用于车辆的主动阻尼器系统的示例示意图。

图3是示出根据一些实施方式的用于确定控制力302的示例处理的流程图。

图4示出了根据一些实施方式的在不同频率的摩擦特性的示例。

图5示出了根据一些实施方式的行驶评估响应对频率的示例图。

图6示出了根据一些实施方式的基于频率的主动力施加的示例图。

图7示出了根据一些实施方式的摩擦力对频率的示例功率谱密度(PSD)图。

图8示出了根据一些实施方式的作为簧载质量运动的频率的函数的簧载质量频率增益G_fq的示例图。

图9示出了根据一些实施方式的作为横向加速度的函数的增益G_gy的示例图。

图10是示出根据一些实施方式的用于确定致动器力的示例处理的流程图，该致动器力用于将致动器控制为改善转向感觉、改善侧倾动力学或改善车辆的行驶质量中的至少一个。

具体实施方式

本文中的一些实施方式针对通过控制与液压阻尼器(例如，减震器)并联或串联放置的致动器的输出来控制该阻尼器中发生的摩擦力对车辆行驶和操纵的影响的技术和布置。因此，本文中的一些示例通过控制摩擦的影响而不是仅仅消除摩擦来控制阻尼器中发生的摩擦的影响，以提供期望的车辆行驶质量和操纵。在本文中的一些示例中，阻尼器摩擦可以被认为是类似于液压阻尼力的减速力的一部分，该液压阻尼力有助于在簧载或非簧载质量共振频率上消散弹簧或轮胎中的多余能量。因此，一些实施方式通过减少车辆行驶中的浮动和/或晃动来改善车辆的行驶舒适性。此外，一些实施方式可以解决可能在一个或多个频率上发生的摩擦激励力，诸如在平坦的道路上和/或在中等的纵向车辆速度下，这可能在人类敏感度的频率范围中降低车辆的行驶质量。

在一些示例中，系统可以包括控制器，该控制器从一个或多个车辆传感器接收传感器信息。控制器可以至少部分地使用传感器信息来估计液压阻尼器组件的相对速度和/或簧载质量的运动频率。控制器还可以诸如经由车辆的控制局域网(CAN)总线从其他车辆系统接收横向加速度信息和方向盘角度信息。

控制器可以控制致动器，诸如主动有限力致动器，用于在一些情况下抵消摩擦效果，并且用于在一些其他情况下增强摩擦力。相应的致动器可以与相应的液压阻尼器并联或串联放置在车辆的每个车轮处。在本文中的一些示例中，控制器可以至少部分地基于阻尼器活塞的估计相对速度来确定要由致动器施加在车身和车轮之间的主动力。可以基于簧载质量的频率来进一步确定该主动力，该簧载质量的频率至少部分地基于接收的传感器信息和/或基于通过车辆CAN总线从其他车辆系统接收的横向加速度信息来确定。基于确定的主动力，控制器将控制信号发送到一个或多个致动器，用于改善车辆行驶和/或操纵。

为了讨论的目的，在车辆悬架的环境中描述了一些示例实施方式。然而，根据本文中的公开内容，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，本文中的实施方式不限于提供的特定示例，并且可以被扩展到其他类型的服务环境、其他应用等。

图1示出了根据一些实施方式的用于车辆的主动阻尼器悬架系统100的示例示意图。阻尼器系统100包括簧载质量102、非簧载质量104和控制器106。例如，簧载质量102可以包括车身和未被包括在非簧载质量104中的车辆的其他组件。非簧载质量104可以包括一个或多个弹簧108、一个或多个阻尼器110、一个或多个致动器112以及一个或多个车轮114。例如，弹簧108可以使车辆相对于车轮114悬挂，诸如用于当车辆在表面116上行进时缓冲车辆的行驶。

此外，阻尼器110可以是液压阻尼器，诸如减震器，该减震器防止簧载质量102不受弹簧108的控制而震荡。在示出的示例中，阻尼器110包括可以在缸120内移动的活塞118，并且该活塞118包括活塞杆122和活塞杆密封件124。如本领域中已知的，缸120可以填充有液压流体、油、空气或其他流体。作为示例，活塞118与缸120的接触和/或活塞杆122与活塞杆密封件124的接触可能引起静摩擦和动摩擦，该静摩擦和动摩擦可能导致不规则的阻尼特性。此外，虽然在图1中示出了阻尼器110的简单示例，但是本文中的实施方式不限于任何特定的阻尼器配置，并且可以包含本领域中已知的适用于本文中描述的用途和目的的任何阻尼器、减震器等。

车轮114可以包括轮胎(图1中未示出)，该轮胎可以向非簧载质量104提供进一步的弹簧响应。然而，为了简化本文中的示例的解释，除非另外具体讨论，否则可以认为轮胎的弹簧影响被包括在非簧载质量104的弹簧108中。

致动器112可以由一个或多个单独的致动器组成，诸如用于能够如由箭头126指示在向上或向下方向中的至少一个方向上施加力。如下面另外讨论的，合适的致动器112的示例可以包括双向螺线管、液压致动器、气压致动器或能够施加足够力的任何其他类型的致动器。通常，由致动器生成的力可以比常规主动悬架系统中使用的力小得多，例如，每个致动器112最大50牛，因此，允许本文中的致动器112明显小于主动悬架系统中使用的致动器。

另外，系统100可以包括被设置在非簧载质量104上的第一传感器128和被设置在簧载质量102上的第二传感器130。作为一个示例，第一传感器128和第二传感器130可以是能够分别检测非簧载质量104和簧载质量102的震荡的加速度计。因此，第一传感器128可以将第一传感器数据132发送到控制器106，并且第二传感器130可以将第二传感器数据134发送到控制器106。此外，传感器128和130不限于是加速度计，而是可以包括其他类型的传感器，诸如能够感测和量化簧载质量102和非簧载质量104之间的相对运动的高度传感器等。

另外，在一些示例中，可以存在多个非簧载质量104，每个非簧载质量104对应于车辆的分离的车轮和相关联的悬架系统，每个非簧载质量104包括另外的一个或多个弹簧、阻尼器、致动器和传感器。因此，控制器106可以同时控制多个致动器112，用于控制车辆的行驶和操纵。

控制器106可以包括一个或多个处理器138和存储器140。存储器140可以包括可执行指令142，诸如计算机程序、计算机可执行代码等。处理器138可以被实施为一个或多个微处理器、微计算机、微控制器、数字信号处理器、中央处理单元、状态机、逻辑电路、专用集成电路(ASIC)和/或基于操作指令来操纵信号的任何设备。在一些情况下，处理器138可以是任何合适类型的一个或多个硬件处理器和/或逻辑电路，该硬件处理器和/或逻辑电路被具体编程或以其他方式被配置为执行本文中描述的算法和处理。处理器138可以被配置为获取并且执行被存储在存储器140中的计算机可读、处理器可执行的指令142。作为一个非限制性示例，处理器138可以被包括在车辆电子控制单元(ECU)中，该ECU诸如经由控制器局域网(CAN)总线146或者通过其他有线或无线连接被连接到一个或多个其他车辆系统144。

存储器140可以包括至少一个计算机可读介质，诸如有形的非暂时性计算机存储介质，并且可以包括以任何类型的技术实施的易失性和非易失性存储器和/或可移动和不可移动介质，用于存储诸如计算机可读处理器可执行指令、数据结构、程序模块或其他数据的信息。存储器140可以包括但是不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存、固态存储器、磁盘存储器、光学存储器和/或其他计算机可读介质技术。因此，计算机可读介质140可以是能够存储指令142的计算机存储介质，该指令142可以包括程序、模块、应用或可以由处理器138执行的其他可执行代码。此外，当被提到时，非暂时性存储器，另外被称为非暂时性计算机可读介质，排除诸如能量、载波信号、电磁波和信号本身的介质。

存储器140可以被用来存储并且维护可由处理器138执行的功能组件。在一些实施方式中，这些功能组件包括可由处理器138执行的指令或程序，并且当该指令或程序被执行时实施操作逻辑，用于进行以上归因于报告器104的动作和服务。被存储在计算机可读介质140中的控制器106的功能组件可以包括指令142，该指令142可以包括一系列指令或其他可执行代码，用于使处理器138进行本文中描述的功能。

另外，存储器140还可以存储由功能组件使用的数据、数据结构等。由计算机可读介质140存储的数据可以包括传感器数据132、134。另外，控制器可以进一步接收并且存储从与其他车辆系统相关联的传感器接收的数据，诸如方向盘角度150和车辆横向加速度152。此外，控制器106可以包括其他逻辑、程序和/或物理组件，其中，描述的那些仅仅是与本文中的讨论有关的示例。

如上面提到的，本文中描述的示例能够控制阻尼器110对车辆行驶舒适性和操纵的摩擦影响。摩擦对车辆行驶舒适性和操纵的影响可能取决于各种因素，诸如系统中的摩擦量、路面、轮胎刚度、车辆纵向速度等。图1的示例示出了四分之一车辆模型，在该模型中，阻尼器110是被动阻尼器，并且致动器112是主动有限力致动器。在该示例中，致动器112与阻尼器110并联设置。如下面相对于图2另外讨论的，致动器110可以替代地与阻尼器110和/或弹簧108串联设置。

如上面讨论的，在一些情况下，簧载质量102通常可以表示四分之一车身质量，并且非簧载质量104可以表示车辆的悬架质量。致动器112由控制器106控制，该控制器106基于接收的传感器信息，诸如第一传感器数据132、第二传感器数据134、方向盘角度150和横向加速度152，将一个或多个控制信号160发送到致动器112。致动器112将力施加在车辆簧载质量102和非簧载质量104上，如下面另外讨论的那样确定施加的量和时间。控制器106与传感器128、130和其他车辆系统144进行通信，以接收传感器信息并且估计用于确定要由致动器112施加的力的一个或多个参数。控制器106确定要由致动器112施加的期望的力，并且将对应的控制信号160发送到致动器112。控制信号160的实际配置可以取决于致动器112的类型和配置而变化。

图2示出了根据一些实施方式的用于车辆的主动阻尼器悬架系统200的示例示意图。在该示例中，致动器112与阻尼器110串联放置。在示出的配置中，除了基于致动器112是否还与弹簧108串联还是诸如图2中示出的与弹簧108并联，要由致动器112施加的力的量可能不同之外，致动器112可以由控制器106以类似于相对于图1讨论的方式来控制。

作为另一示例，致动器112可以位于阻尼器110的下方。作为又一示例，致动器112可以与弹簧108和阻尼器110两者串联，位于弹簧108和阻尼器110的上方或下方。作为又一示例，用于在第一方向上施加力的第一致动器可以串联位于阻尼器110的上方，而用于在相反的方向上施加力的第二致动器可以串联位于阻尼器110的下方。此外，虽然在本申请中示出并且描述了多个示例配置，但是受益于本文中的公开内容的本领域技术人员将显而易见数个其他变型和替代配置。

图3和10包括示出根据一些实施方式的示例处理的流程图。该处理在逻辑流程图中被示出为框的集合，该框的集合表示操作序列，该操作序列中的一些或全部可以以硬件、软件或其组合来实施。在软件的情景中，框可以表示被存储在一个或多个计算机可读介质上的计算机可执行指令，当该计算机可执行指令由一个或多个处理器执行时，将处理器编程为进行叙述的操作。通常，计算机可执行指令包括进行特定功能或实施特定数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。描述框的顺序不应该被解释为限制。可以以任何顺序和/或并行地组合任意数量的描述的框以实施该处理或替代处理，并且不是所有的框都需要被执行。为了讨论的目的，虽然可以在各种各样的其他环境、框架和系统中实施该处理，但是参考在本文中的示例中描述的环境、框架和系统来描述该处理。

图3是示出根据一些实施方式的用于确定控制力的示例处理300的流程图。例如，例如如上面相对于图1和2讨论的，控制力可以由致动器施加在簧载质量和非簧载质量之间。处理300可以至少部分地由控制器106(图3中未示出)或其他合适的处理器执行。

在302，如上面相对于图1和2讨论的，控制器可以接收诸如第一传感器数据132、第二传感器数据134、横向加速度152和方向盘角度150的传感器信息。

在304，控制器可以基于从第一传感器数据132和第二传感器数据134确定的簧载质量和非簧载质量的速度差来确定阻尼器活塞的相对活塞速度V_Pistton。在一些情况下，控制器通过确定上面相对于图1讨论的传感器128和130之间的相对运动差，将车辆簧载质量传感器数据(即，第二传感器数据134)和非簧载质量传感器数据(即，第一传感器数据132)转换为阻尼器的相对活塞速度。

在306，控制器通过比较接收到的传感器数据132和134与随着时间推移，例如最近10-500毫秒中接收到的、被存储在存储器中的最新传感器数据132和134来确定簧载质量运动频率F^smm，用于确定活塞的加速度和速度的变化。

在308，控制器通过已知技术从接收到的方向盘角度数据150估计横向加速度G_y，并且使用横向加速度数据152来更新。

在310，控制器确定与活塞速度V_Piston相关联的活塞运动的频率。例如，因为簧载质量102和非簧载质量104之间的相对运动，活塞的频率可能不同于簧载质量运动频率。

在312，控制器基于阻尼器组件的相对速度，即，活塞速度幅度和频率，使用以下公式来确定估计的摩擦力F_est：

F_s＝C₁*log(|V_piston|)+C₂

F_c＝C₃*log(|V_piston|)+C₄

在前述等式中，B、C1、C2、C3和C4是基于特定阻尼器的实验数据和模拟结果的相关性经验性地确定的常数。此外，V_Stribeck是对应的液压阻尼器的Stribeck速度，并且δ是估计的力的形状因数，并且δ是基于特定阻尼器的实验数据和模拟结果的相关性来确定的。此外，e是指数函数，并且“sign”是符号函数。如上面示出的，静摩擦力(Fs)和库仑摩擦(Fc)是活塞速度的函数。因此，诸如静摩擦力与动摩擦力之比和滞回曲线的摩擦特性也与活塞的速度有关。此外，虽然上面讨论了一种用于确定估计的摩擦力的技术，但是受益于本文中的公开内容的本领域技术人员将显而易见各种其他技术。

在314，控制器确定频率的增益G_fq。下面相对于图8讨论确定G_fq的值的附加细节。G_fq是可调增益，并且对于不同的车辆和阻尼器配置是不同的，并且可以通过调整处理来确定。

在316，控制器确定横向加速度的增益G_gy。下面相对于图9讨论确定G_gy的值的附加细节。G_gy是可调增益，并且对于不同的车辆和阻尼器配置是不同的，并且可以通过调整处理来确定。

在318，控制器使用仲裁逻辑从G_fq和G_gy确定控制增益G。控制增益G在±α之间变化，其中，α小于或近似等于1。控制增益基于估计的簧载质量运动频率F^smm和车辆的横向加速度来确定。下面相对于图8-10讨论用于确定控制增益的仲裁逻辑的附加细节。

在320，控制器基于估计的摩擦力F_est和控制增益G来确定控制力。用于控制阻尼器的摩擦影响的控制力可以等于或小于摩擦力。因此，在一些情况下，被施加到车身(即，在簧载质量和非簧载质量之间)的最大主动力可以等同于液压阻尼器中的摩擦力。因此，致动器的能量需求可能相对较小，因此可以使用具有有限功耗的致动器。被施加在簧载质量和非簧载质量之间的控制力可以与液压阻尼器中发生的摩擦力成比例。如上面讨论的，阻尼器中的摩擦力F_est是使用液压阻尼器的活塞杆的速度V_Piston来估计的。如下面相对于图4另外讨论的，摩擦力特性相对于活塞杆运动而变化。作为多个非限制性示例，液压阻尼器的典型摩擦力可以为大约20-30牛(4-7磅)。下面相对于图8-10讨论确定控制力的附加细节。

在322，控制器基于在320确定的控制力的幅度来确定控制信号以发送到致动器。例如，对于螺线管致动器，控制器可以确定要被施加到螺线管的电流量，用于使螺线管在期望时间施加期望幅度的期望力。在液压致动器的情况下，控制器可以巧妙地确定要被输送到液压致动器的液压流体量等。受益于本文中的公开内容的本领域技术人员将显而易见数个其他变型。

图4示出了根据一些实施方式的在不同频率的摩擦特性400的示例。在图4的示例中，基于运动的频率，例如，对于阻尼器活塞的较低频率或较高频率，以四张图示出摩擦力特性。四张图中的每张图示出了作为活塞速度V_Piston的函数的摩擦力，以展示摩擦力在不同活塞速度的影响。

如上面提到的，当活塞的速度V_Piston为零或几乎为零时发生静摩擦力，而当活塞的速度V_Piston大于零时发生动摩擦力。图4中的上部两张图展示了静摩擦力与动摩擦力之比是频率相关的。例如，如在402指示的在较低频率的静摩擦404和动摩擦406之间的差异大于如在408指示的在较高频率的静摩擦404和动摩擦406之间的差异。因此，在较低频率区域中的静摩擦力与动摩擦力的比率410大于在较高频率区域中的静摩擦力与动摩擦力的比率。

此外，如由下部两张图展示的，如在412和414指示的，摩擦力的滞回特性也相对于阻尼器活塞的频率而变化。当系统处于振荡运动中并且由于诸如摩擦的阻碍影响而无法追踪与初始路径相同的返回路径时，可能发生滞回现象，该滞回导致滞后、延迟、位移等。在412的摩擦力与在414的摩擦力的比较指示，阻尼器滞回416随着阻尼器活塞运动的频率的增加而增加。

图5示出了根据一些实施方式的行驶评估响应对频率的示例图500。图5包括虚线502和实线504，该虚线502对应于在不使用本文中的致动器的情况下的行驶评估指数，即，在驾驶员座椅地板处测量的车身加速度对悬架系统的激励频率，该实线504对应于根据一些实施方式使用本文中的致动器的行驶评估指数。

如由线504指示的，与被动阻尼器502相比，车身加速度在三个感兴趣的区域中被降低，该三个区域即，簧载质量共振范围506(即，较低的频率范围)，该范围可以包括在其峰值处的车身跳动模式508；人类敏感范围510(即，中频范围)；非簧载质量共振范围512(即，较高的频率范围)，该范围可以包括在其峰值处的车轮跳动模式514。因此，与传统的被动系统相比，本文中的实施方式可以在车辆行驶舒适性方面提供显著的改善。例如，本文中的实施方式可以减少在较低频率范围中的浮动，减少在中频范围中的波动，并且减少在较高频率范围中的晃动和冲击。

图6示出了根据一些实施方式的基于频率的主动力施加的示例图600。图600包括线602和线604，该线602指示由本文中的致动器施加的主动控制力，该线604表示根据本文中的一些实施方式由于阻尼器的摩擦影响而产生的摩擦力。此外，在图600和本文中的其他图中提供的频率值仅用于示例，并且可以取决于诸如车辆尺寸、车辆重量、车辆配置等数个因素在系统之间变化。因此，本文中的实施方式不限于本文中描述的频率范围的特定值。然而，在本文中的一些示例中，人类敏感范围可以是4-10Hz。

图600展示了来自阻尼器摩擦的摩擦力604仅能够施加如在606指示的减速力，而不施加任何补偿力。另一方面，取决于车身运动的频率或如下面另外讨论的本文中的其他考虑，本文中的主动控制力602既可以被施加为如在608和610指示的减速力，也可以被施加为如在612指示的补偿力。例如，在对人类敏感的频率范围614中，致动器可以被致动为在系统中引起补偿力，以补偿或另外抵消阻尼器中的摩擦力。因此，补偿力612可以减少由于在道路和车身(簧载质量)之间传递的摩擦力而产生的峰值力。而在簧载质量共振频率范围616和非簧载质量共振频率范围618中，致动器力的方向可以被选择，使得主动力是减速力608或610，该减速力608或610增强摩擦力以从系统消散多余能量。此外，在较高的频率范围，例如，如在620指示的，主动控制力可以被逐渐地减少，以便避免对行驶质量产生意外的影响。

图7示出了根据一些实施方式的摩擦力对频率的示例功率谱密度(PSD)图700。图700包括虚线702和实线704，该虚线702示出了平坦道路的阻尼器摩擦力作为频率的函数的示例，该实线704示出了不平坦道路的阻尼器摩擦力作为频率的函数的示例。如上面提到的，阻尼器摩擦对车辆行驶舒适性的影响取决于各种因素，诸如系统中的摩擦量、路面、轮胎刚度和车辆纵向速度。阻尼器摩擦本身是类似于由阻尼器提供的液压阻尼力的减速力，并且有助于分别在簧载质量共振频率和非簧载质量共振频率消散弹簧或轮胎中的多余能量，从而有助于改善行驶舒适性。

在该示例中，不平坦道路的摩擦力704包括在较低频率范围的第一峰值706和在较高频率范围的第二峰值708。然而，与由阻尼器提供的液压阻尼力相比，摩擦力可以忽略不计。同样在不平坦的道路上，摩擦力704帮助液压阻尼力消散弹簧中的能量以及在峰值力区域706和708的非簧载质量。

另一方面，诸如在平坦的道路上并且在中等的纵向速度下，平坦道路的摩擦力702示出了峰值710，因为峰值710位于人类敏感频率范围712中，所以这可能降低车辆的行驶舒适性。因此，诸如在710展示的，上面相对于图6讨论的主动致动器控制力可以根据本文中的实施方式被施加，以通过控制摩擦影响来帮助改善车辆行驶舒适性。此外，如上面提到的，致动器力可以在较低频率范围和较高频率范围中被施加以增强摩擦力。因此，可以使用例如估计的簧载质量运动的频率来控制被施加到簧载质量的主动致动器力的方向，用于显著地改善车辆行驶舒适性。

图8示出了根据一些实施方式的作为簧载质量运动的频率的函数的簧载质量频率增益G_fq的示例图800。当被使用为如在608和610指示的减速力时，主动控制力602可以被设置为近似等于频率增益G，并且当被施加为补偿力612时，主动控制力602可以被设置为近似等于频率增益并且与频率增益相反，即，-G。

此外，在该示例中，随着簧载质量运动的频率接近人类敏感范围614，由致动器在较低频率范围802中施加的减速力608的量可以被逐渐地减小。例如，当频率达到人类敏感范围614时，例如在第一转换频率804，可能存在通常的无缝转换806，在该转换806，致动器停止施加减速力608，并且致动器开始施加小的补偿力612。补偿力612可以随着频率增加到人类敏感范围614中而逐渐地增加，诸如在一个或两个Hz增加的过程中。此外，如果车身运动的频率继续增加超过人类敏感范围614到较高的频率808中，则可能存在第二渐进的、通常无缝的转换810，该转换810发生在第二转换频率812，诸如在一个或两个Hz的范围内，在该期间补偿力612被逐渐地减小到零，然后在达到转换频率812之后减速力被逐渐地施加。因此，随着阻尼器活塞的频率从较低的频率802变化到中间范围614，然后从中间范围614变化到较高的频率808，对应的频率增益G_fq从正增益变化到负增益，然后返回到正增益。因此，在较低的频率802，摩擦力可能是有益的，并且由致动器力602增强，在中间范围频率614，摩擦力可能不利于行驶质量，并且由致动器力602抵消，并且在较高的频率808，摩擦力具有较少的影响，并且可以类似地由致动器力602增强，直到施加的减速力610再次被逐渐地减小的点。这确保了无缝转换806和810，并且避免了系统能量的突然变化，这向车辆的乘员提供了平滑的感觉。因此，可以无缝地控制对车辆行驶质量的摩擦影响。

此外，施加致动器力用于改善行驶质量仅是本文中的摩擦力如何可以被补偿和/或增强的一个示例。在另外的示例中，致动器力可以用于基于检测到的横向加速度和检测到的方向盘角度来改善车辆的转向和/或操纵。例如，相对于图3，并且如下面相对于图10另外描述的，可以基于由上面讨论的仲裁逻辑估计的增益来确定摩擦力的特性和要被施加的对应的致动器力。可以分别基于簧载质量运动频率和车辆的横向加速度来确定频率的增益G_fq和横向操纵的增益G_gy。然后，可以由例如相对于图3讨论的仲裁逻辑使用增益G_fq和/或增益G_gy来估计控制增益G。

被施加到车辆的致动器控制力的绝对幅度可以在0和最大主动力之间的任何位置，这可以等同于阻尼器中估计的摩擦力，并且可以是基于当前的车辆动力学。基于当前的车辆动力学，被施加到车辆的致动器控制力的方向可以是正的或负的。另外，控制力的突然变化，诸如从正控制力切换到负控制力(例如，在突然引入能量的情况下)或从负增益切换到正增益(例如，在突然损失能量的情况下)，可能对车辆乘员造成不期望的感觉。因此，如相对于图8和9讨论的，增益G_fq和增益G_gy可以分别是簧载质量运动频率和车辆的横向加速度的连续函数。这确保了无缝转换，并且避免了系统能量的突然变化，从而向车辆乘员提供了更平滑的感觉。

另外，如上面相对于图3讨论的，可以使用簧载质量运动的频率F^smm来估计车辆行驶舒适性的增益G_fq。可以通过使用任意变量σ¹,σ²,...,σⁿ、仅簧载质量的加速度和速度数据来估计簧载质量运动的频率F^smm，如在以下等式中：

在上面等式中，x_b是簧载质量102的位移(这里，x代表位移，并且下标b代表簧载质量102)。上面估计背后的概念是，当簧载质量运动的频率F^smm为σ¹,σ²,...,σⁿ时，上面等式的输出为零。为了在每个转换频率实现无缝转换，5％频率死区可以被实施在转换频率804和812附近。如果上面等式的值是正的，则该频率分别大于转换频率804或812，并且如果上面等式的值是负的，则该频率分别小于转换频率804或812。因此，使用σ¹,σ²,...,σⁿ可以估计簧载质量的频率。在多个输入频率的情况下，可以选择主频率。此外，虽然上面讨论了一种用于确定簧载质量频率F^smm的技术的示例，但是受益于本文中的公开内容的本领域技术人员将显而易见用于确定该值的各种其他技术。

图9示出了根据一些实施方式的增益G_gy对横向加速度的示例图900。如上面提到的，在一些示例中，当满足特定条件时，诸如方向盘角度超过阈值方向盘角度，并且进一步基于车辆当前正在经历的测量的横向加速度的量，可以通过使用本文中的致动器来改善车辆的操纵和转向感觉。转向感觉是车辆对转向输入的初始快速响应的度量。因为静摩擦是由于阻尼器中组件的惯性而存在的摩擦力的惯性部分，所以静摩擦可能产生车辆响应延迟。如果车辆对车辆驾驶员的转向输入的反应的这种滞后大于预期，则车辆驾驶员可能倾向于过度转向车辆，导致转向输入的进一步校正。这种驾驶员经历被称为响应迟钝，并且诸如在低速转弯或改变车道期间是不期望的。因此，为了改善车辆转向感觉，可以根据本文中的实施方式由致动器补偿在阻尼器活塞的垂直速度为零或接近零的情况下发生的摩擦力。

此外，在较大的转向输入期间，诸如在高速转弯期间，由于作用在车辆上的横向加速度的突然增加，车辆可能倾向于突然侧倾。在该情况下，可以由本文中的致动器增强摩擦力，以用作减速力，以有助于减少车辆的侧倾率，这在转弯时产生较小的侧倾感觉，因此向车辆提供更好的操纵感觉。

在图9的示例中，由致动器施加的主动控制力由线902表示。在较低的横向加速度水平，如在904指示的，即，低于横向加速度阈值906，可以由致动器施加补偿力908，用于克服阻尼器的静摩擦，以改善车辆在较低横向加速度水平的转向感觉。此外，在较高的横向加速度水平910，高于横向加速度阈值906，致动器可以施加减速力912，以有助于抵抗车辆在较高横向加速度水平910的车身侧倾。

另外，类似于上面相对于图8讨论的示例，致动器可以被操作为提供补偿力908和减速力912之间的渐进转换，从而提供从补偿力908到减速力912的平滑转换，反之亦然。例如，从第一横向加速度值914到第二横向加速度值916，由致动器施加的补偿力908可以从-G被逐渐地减少到零。此外，从第三横向加速度值918到横向加速度阈值的另一侧上的第四横向加速度值，减速力可以从零被逐渐地增加到G。可以基于车辆的期望的转向感觉和操纵响应来设置横向加速度值914-920和横向加速度阈值906的位置。因此，在该示例中，增益G_gy是车辆的横向加速度的连续函数。这确保了无缝转换，并且避免了系统能量的突然变化，向车辆乘员提供了平滑的感觉。因此，可以通过在该示例中阐述的技术来无缝地控制对车辆转向和操纵的摩擦影响。

图10是示出根据一些实施方式的用于确定致动器力的示例处理1000的流程图，该致动器力用于将致动器控制为改善转向感觉、改善侧倾动力学或改善车辆的行驶质量中的至少一个。处理1000阐述了一种仲裁逻辑的示例，该仲裁逻辑可以用于确定要由致动器施加的补偿力或减速力，用于进行改善转向感觉、改善侧倾动力学或改善行驶质量中的至少一个。在该示例中，仲裁逻辑至少部分地基于方向盘角度和车辆的横向加速度；然而，除了这些传感器输入之外或替代这些传感器输入，可以使用其他传感器输入。

本文中的一些实施方式可以通过使用主动有限力低成本致动器来控制摩擦力对车辆行驶、转向和操纵的影响。本文中描述的技术使得能够控制致动器力的幅度和方向，以有效地抵消阻尼器中的摩擦力或增强摩擦力的影响。

在1002，控制器可以接收簧载质量和非簧载质量的传感器数据。例如，如上面讨论的，例如相对于图1，控制器可以分别从簧载质量和非簧载质量上的传感器130和128接收传感器数据。传感器数据可以指示簧载质量和非簧载质量之间的相对运动差异，该相对运动差异指示阻尼器活塞的当前速度。

在1004，控制器可以确定簧载质量运动的频率F^smm。例如，基于对阻尼器活塞的当前速度和/或加速度与最近接收到的指示阻尼器活塞的前一运动的传感器数据的比较，控制器可以确定簧载质量的当前振荡频率。

在1006，控制器可以确定阻尼器活塞的相对速度V_Piston。如上面提到的，基于接收到的传感器数据，控制器可以确定簧载质量和非簧载质量之间的相对运动差异，该相对运动差异指示阻尼器活塞的速度。

在1008，控制器可以基于活塞速度和簧载质量的频率来确定估计的摩擦力F_est。上面相对于图8讨论了用于确定估计的摩擦力F_est的技术的示例。如下面讨论的，估计的摩擦力对应于在该时刻的阻尼器中的摩擦，并且可以取决于簧载质量运动的频率和/或横向加速度，由致动器力抵消或增强。

在1010，控制器可以接收方向盘角度(SWA)信息、横向加速度信息。例如，如上面提到的，可以诸如通过CAN总线或其他通信连接从其他车辆系统接收这些传感器值。此外，控制器可以基于该信息来确定是否施加致动器力用于(1)改善行驶舒适性、(2)改善转向感觉或(3)改善车辆操纵。

在1012，控制器可以确定方向盘角度是否超过阈值方向盘角度。如果方向盘角度超过阈值，则处理继续到框1014；另一方面，如果方向盘角度不超过阈值方向盘角度，则处理前进到框1022。

在1014，在确定方向盘角度超过阈值方向盘角度之后，控制器可以确定车辆的横向加速度。如上面提到的，可以通过CAN总线从另一车辆系统接收横向加速度。

在1016，控制器可以确定横向加速度是否超过阈值横向加速度。例如，如果测量的横向加速度超过阈值横向加速度，则车辆有可能经历过度的侧倾。另一方面，如果横向加速度小于阈值横向加速度，则可能期望改善车辆的转向感觉。因此，如果横向加速度超过阈值，则处理前进到框1018；另一方面，如果横向加速度不超过阈值，则处理前进到框1020。

在1018，当横向加速度超过阈值横向加速度时，控制器可以确定用于改善侧倾动力学的致动器力。因此，控制器可以使用上面讨论的增益G_gy，用于确定要被施加的致动器力。为了改善侧倾动力学，致动器力被施加为增强摩擦力的影响，用于增加对车辆的车身侧倾的抵抗。例如，当横向加速度值大于横向加速度阈值时，车辆被假定为处于转弯，因此正在经历侧倾运动。致动器力可以被仲裁为对车辆的减速力，这帮助摩擦力消散悬架系统中的能量，从而减少车辆的侧倾率。可以基于车辆的侧倾率来仲裁减速力的幅度。在一些示例中，可以使用活塞速度V_Piston和车辆的横向加速度来估计车辆的侧倾率。

在1020，当横向加速度不超过阈值横向加速度，并且方向盘角度超过阈值方向盘角度时，控制器可以确定用于改善车辆的转向感觉的致动器力。因此，控制器可以使用上面讨论的增益G_gy，用于确定要被施加的致动器力。为了改善转向感觉，致动器力可以被施加为抵消摩擦力的影响，用于减小阻尼器摩擦对转向感觉的影响。因此，致动器力可以在幅度以及方向上被仲裁，以减少车辆对转向输入的反应的滞后，因此改善转向感觉。如上面相对于图9讨论的，这是通过使用致动器向车辆的悬架系统中引入所需的能量以提供补偿力来实现的。

在1022，当方向盘角度不超过阈值方向盘角度时，控制器可以确定用于改善车辆的行驶舒适性的致动器力。因此，控制器可以使用上面讨论的增益G_fq，用于确定要被施加的致动器力。例如，如上面讨论的，例如相对于图5-8，致动器力可以在较低的频率和较高的频率增强摩擦力，并且可以在中间范围频率补偿或以其他方式抵消摩擦力。

在1024，控制器可以基于确定的致动器力来确定控制信号以发送到致动器。例如，控制器可以使用转换表、存储的算法等来确定要被施加到致动器的电流量，以使致动器在期望方向上施加期望力。

在1026，控制器可以将控制信号发送到致动器，用于抵消或增强阻尼器摩擦对车辆悬架的影响。在一些示例中，控制器可以用作致动器的控制器，并且可以直接地控制被提供到致动器的电流量。在其他示例中，致动器可以具有其自己的控制器，并且控制信号可以向控制器指示要被施加到致动器的电流量。其他类型的致动器可以类似地由控制器控制。此外，受益于本文中的公开内容的本领域技术人员将显而易见数个其他变型。

另外，在一些示例中，当确定是否施加致动器力用于操纵改善或行驶舒适性改善时，可以考虑车辆速度(即，纵向速度)。如上面提到的，致动器可以与阻尼器并联或串联放置，并且可以将能量引入系统或从系统消散能量，因此能够改善车辆驾驶员的行驶质量和操纵。此外，如上面提到的，本文中的实施方式提供了一种用于控制致动器力的计算上廉价且低成本的方法，并且与主动悬架相比，所需的能耗要小得多，因为致动器的最大力输出通常等同于系统中的摩擦力，该摩擦力可能在每辆车100到200牛的范围中。因此，本文中的实施方式不仅改善了几乎所有频率范围中的车辆行驶，而且改善了车辆转向感觉和操纵动力学。本文中描述的控制方法还具有较低的计算和存储成本，因此降低了控制器的成本。上面描述的实施方式是鲁棒的，并且可以与其他主动致动器组合使用以提供类似的行驶和操纵。

本文中描述的示例处理仅是为了讨论的目的而提供的处理的示例。根据本文中的公开内容，本领域技术人员将显而易见数个其他变型。此外，虽然本文中的公开内容阐述了用于执行处理的合适的系统、架构和环境的多个示例，但是本文中的实施方式不限于示出和讨论的特定示例。此外，如在附图中描述和示出的，本公开内容提供了各种示例实施方式。然而，如本领域技术人员将已知或将变得已知的，本公开内容不限于本文中描述和示出的实施方式，而是可以扩展到其他实施方式。

可以在计算机可执行指令的一般情景中考虑本文中描述的各种指令、处理和技术，诸如被存储在计算机可读介质上并且由本文中的处理器执行的程序模块。通常，程序模块包括用于进行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、可执行代码等。这些程序模块等可以作为本机代码被执行，或者诸如在虚拟机或其他即时编译执行环境中可以被下载并且执行。通常，程序模块的功能可以根据需要被组合或分布在各种实施方式中。这些模块和技术的实施方式可以被存储在计算机存储介质上，或通过一些形式的通信介质被传输。

虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应该理解的是，所附权利要求中限定的主题不必限于描述的特定特征或动作。而是，将特定特征和动作公开为实施权利要求的示例形式。

Claims

1.一种用于至少部分地支撑簧载质量的车辆悬架系统，其特征在于，所述系统包括：

支撑所述簧载质量的阻尼器，所述阻尼器包括可移动活塞；

致动器；

控制器，所述控制器被配置为进行操作，包括：

确定与所述簧载质量相关联的运动频率；

当与所述簧载质量相关联的所述运动频率低于第一频率阈值时，发送控制信号以使所述致动器将减速力施加到所述簧载质量；以及

当与所述簧载质量相关联的所述运动频率超过所述第一频率阈值时，发送控制信号以使所述致动器将补偿力施加到所述簧载质量，其中，所述补偿力的幅度是基于为所述阻尼器确定的摩擦力。

2.根据权利要求1所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

确定与所述簧载质量相关联的横向加速度；

当所述横向加速度低于横向加速度阈值时，使所述致动器将所述补偿力施加到所述簧载质量；以及

当所述横向加速度超过所述横向加速度阈值时，使所述致动器将所述减速力施加到所述簧载质量。

3.根据权利要求2所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

确定方向盘角度小于阈值方向盘角度；以及

基于被确定为小于所述阈值方向盘角度的所述方向盘角度，基于与所述簧载质量相关联的所述运动频率，确定要施加到所述簧载质量的所述补偿力的所述幅度或要施加到所述簧载质量的所述减速力的幅度。

4.根据权利要求2所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

确定方向盘角度超过阈值方向盘角度；以及

基于超过所述阈值方向盘角度的所述方向盘角度，确定与所述簧载质量相关联的所述横向加速度。

5.根据权利要求2所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

确定与所述非簧载质量相关联的所述频率的增益；

确定所述横向加速度的增益；以及

基于所述摩擦力以及所述频率的所述增益或所述横向加速度的所述增益中的至少一个，确定所述补偿力的所述幅度和/或所述减速力的幅度。

6.根据权利要求1所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

确定与所述活塞相关联的速度；以及

基于与所述活塞相关联的所述速度，确定所述摩擦力。

7.根据权利要求5所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

从与非簧载质量相关联的第一传感器接收第一传感器数据，所述非簧载质量包括所述阻尼器和所述致动器；

从与所述簧载质量相关联的第二传感器接收第二传感器数据；

基于所述第一传感器数据或所述第二传感器数据中的至少一个，确定与所述活塞相关联的所述速度。

8.根据权利要求1所述的车辆悬架系统，其特征在于，

为所述阻尼器确定的所述摩擦力至少部分地基于在所述活塞与所述阻尼器的缸之间的静摩擦以及在所述活塞与所述缸之间的库仑摩擦来确定；以及

所述补偿力的所述幅度和所述减速力的幅度与为所述阻尼器确定的所述摩擦力成比例。

9.根据权利要求1所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

确定与所述簧载质量相关联的横向加速度；

随着所述横向加速度朝向所述横向加速度阈值增加，逐渐地减少所述补偿力。

10.根据权利要求9所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

在所述横向加速度达到所述横向加速度阈值之前，使所述致动器停止施加所述补偿力；以及

当所述横向加速度超过所述横向加速度阈值时，使所述致动器将逐渐增加的减速力施加到所述簧载质量，直到达到与所述摩擦力成比例的减速力。

11.根据权利要求1所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

随着与所述簧载质量相关联的所述运动频率朝向所述第一频率阈值增加，使所述致动器逐渐地减少所述减速力；以及

当与所述簧载质量相关联的所述运动频率超过所述第一频率阈值时，使所述致动器逐渐增加地施加所述补偿力，直到达到基于所述摩擦力的所述幅度。

12.根据权利要求1所述的车辆悬架系统，其特征在于，所述操作进一步包括：

随着与所述簧载质量相关联的所述运动频率朝向第二频率阈值增加，使所述致动器逐渐地减少所述补偿力。

13.一种操作车辆悬架的方法，该车辆悬架至少部分地支撑簧载质量，其特征在于，所述车辆悬架包括阻尼器，所述方法包括：

由控制器确定与所述簧载质量相关联的运动频率；

当与所述簧载质量相关联的所述运动频率低于第一频率阈值时，发送控制信号以使致动器将减速力施加到所述簧载质量；以及

14.根据权利要求13所述的操作车辆悬架的方法，其特征在于，进一步包括：

确定与所述簧载质量相关联的横向加速度；

15.一种存储指令的计算机可读介质，其特征在于，当所述指令由与车辆悬架相关联的一个或多个处理器执行时，将所述一个或多个处理器编程为进行以下操作，该操作包括：

确定与至少部分地由所述车辆悬架支撑的簧载质量相关联的运动频率；

当与所述簧载质量相关联的所述运动频率超过所述第一频率阈值时，发送控制信号以使所述致动器将补偿力施加到所述簧载质量，其中，所述补偿力的幅度是基于为所述车辆悬架中包括的阻尼器确定的摩擦力。