CN1257077C - 稳定公路车辆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种稳定公路车辆的方法，其中求出一个信号参数，该信号参数描述借助一个旋转速度传感器获取的公路车辆旋转速度的时间历程，求出一个描述该信号参数幅值的幅值参数，求出一个描述该信号参数频率的频率参数，根据该幅值参数和该频率参数确定是否存在车辆的摆动，其特征在于，求出一个描述该信号参数相位的相位参数，在存在摆动时，根据该频率参数和该相位参数求出一个时刻，在该时刻进行相位合适的制动器干预或转向干预以稳定公路车辆，该幅值参数、该频率参数和该相位参数是由该信号参数借助振动频率分析求出的。

Description

稳定公路车辆的方法

技术领域

本发明涉及一种稳定公路车辆的方法和装置。这里涉及的问题是拖挂车(Gespanne)-此处是指一个牵引车和一个拖车的组合，如在小轿车或商用车范围内所发生的一样，会出现摆动和折弯。本发明的方法和本发明的装置也可以用于稳定单个的汽车，同样可用于小轿车和商用车。在这种情况下避免了单个汽车的摆动。

背景技术

相应的方法和装置从现有技术中可知有许多种变型。

其中一个是很久以来市场上就已知的所谓行驶动力学控制，同时也以标记EPS公知。这种行驶动力学控制的核心块是一个旋转速度传感器。通过汽车绕其垂直轴线的旋转速度控制可以避免汽车翻倒。

有关单个汽车的行驶动力学控制可参见汽车技术杂志(ATZ)96，1994，第11册，第674至689页所公开的文献“FDR-DieFahrdynamikregelung von Bosch”。在这篇文献中描述了一种控制汽车偏航率的装置。对此，测得的偏航率与偏航率的一个理论值相比较。在这种比较中求出偏航率的一个控制偏差，据此进行与驾驶员无关的单个车轮的制动器干预和/或发动机干预。通过与驾驶员无关的制动器干预，在汽车上施加一个偏航力矩。通过该偏航力矩使实际偏航率接近理论值。

有关拖挂车(Fahrzeuggespanne)的汽车动力学控制可参见SAE论文973284“Vehicle Dynamics Control for CommercialVehicles”。在这篇文献中描述了一种对由一个牵引机械和一个半挂车组成的拖挂车的汽车动力学控制。作为控制参数，这里采用了牵引车的偏航率和和浮游角和在牵引车和半挂车之间调整的折弯角。这些参数的测量值与相应的理论值比较。根据该比较结果进行发动机干预和/或制动器干预以稳定拖挂车。

下面列举属于现有技术的方法和装置。

DE 195 36 620 A1公开了一种用于改善汽车横向稳定性的方法。汽车例如是一个牵引车带一个拖车。当在规定频带内摆动的横向动态汽车参数的幅值超过一个规定的极限值时，采取使汽车减速的措施。横向动态汽车参数是指横向加速度和偏航角速度。使汽车减速的措施是减小节气门开度以降低驱动力矩和/或为汽车各车轮供入制动压力以提高制动力矩。因此为了识别汽车典型的摆动行为，要分析横向动态汽车参数的频率和幅值。

DE 198 12 237 C1公开了一种设计为鞍式牵引车的公路车辆的汽车动力学控制方法。为此，根据所实施的汽车模型的模拟计算器对动态行为的观察研究连续产生用于汽车偏航速度和浮游角的参考值。通过比较作为汽车偏航速度理论值的参考值与借助偏航速度传感器连续测取的偏航速度实际值，产生控制信号以致动汽车的至少一个车轮制动器和/或降低发动机驱动力矩来补偿当前实际值与各关键理论值的偏差。汽车模型通过一种线性的微分系统表达。牵引车的车轮制动器和拖车的车轮制动器可以单个致动或者多个致动，也可以与制动系统是否操纵无关。DE 198 20 642 A1涉及一种由一个牵引车和一个拖车或半挂车组成的拖挂车的稳定方法。为此需要获取和分析影响拖挂车行驶动力学的参数例如方向盘转角和/或偏航率和/或横向加速度和/或折弯。通过分析这些参数推断出对稳定性起关键作用的行驶状态。对稳定性起关键作用的行驶状态是指方向盘转向角和/或偏航率和/或横向加速度和/或折弯角的幅值超过和/或低于规定的阈值的时候。如果是这样，则使拖车或半挂车受控地制动。为此输出压力理论值，选择该压力理论值使其分别按车轮、轴线或侧边分配。

从DE 198 43 826 A1中已知一种稳定一个拖车组合的方法，该拖车组合由一个牵引车和至少一个与该牵引车通过一个接合器连接的拖车构成。为了抑制或者说减少拖车的摆动，确定牵引车的实际偏航运动并与一个理论偏航运动相比较。如果在理论偏航运动和实际偏航运动之间出现差别，则改变牵引车的一个可转向车轴的车轮的转向角以减少这个差别。

US 5,747,683涉及一种稳定一个多段车辆的方法。这种稳定是基于偏航率、横向加速度、空气弹簧的弹性皮腔内的压力差、折弯角和折弯角随时间的变化等各自的实际值与理论值相比较。

从GB 2 257 403 A中已知一种显示车辆出现不稳定的系统。在摆动识别范围内分析所获取横向加速度的频率和幅值。描述横向加速度频率的信号借助该信号通过零点来得出。如果频率在规定的范围内，幅值大于一个规定值，则该行驶状态认为是摆动。在这种情况下提醒车辆驾驶员。

DE 197 08 144 A1涉及一种避免车辆拖车牵引杆的浮游摆动运动的方法。为此设置了一个测量装置，借助该测量装置获得相应于牵引杆横向力或牵引杆位移的测量参数。根据确定的测量参数值，借助至少一个拖车制动器制动相应的车轮，从而在牵引杆上出现一个附加转矩，该附加转矩抵消牵引杆的横向力或横向移动中所产生的转矩。

公开文献DT 23 10 854涉及一种拖车的摆动控制系统。为此要测量拖车的角加速度。如果角加速度达到了一个预定值，则起动车辆的至少一个车轮制动器。该公开文件也指出了可以根据拖车摆动方向单个地、分别独立地控制每个车轮。

US 4,254,998公开了一种用于识别拖车摆动和在识别出拖车摆动时制动拖车的系统。为此设置了一个用于获取拖车横向振荡运动的机构。当摆动周期延续时间处于一个规定的宽度范围内时，产生一个制动器致动信号。此外还必须有一个由表示拖车向左加速的信号和表示拖车向右加速的信号组成的信号超过了一个预定的幅值。

US 3,948,544描述了一种可以消除在拖车上出现的摇摆运动的装置。为此装在车辆上的将拖车固定在车辆上的挂钩具有检测机构，借助该检测机构求出挂钩上的横向力幅值和方向。通过识别拖车向哪个方向摆动，可以分侧控制起动拖车的制动器。

最接近的现有技术是DE 195 36 620 A1。

发明内容

基于该背景技术得出以下任务：改进现有的稳定公路车辆的方法和装置，从而消除就是说衰减公路车辆存在的摆动。

为此，本发明提供一种稳定公路车辆的方法，其中求出一个信号参数，该信号参数描述借助一个旋转速度传感器获取的公路车辆旋转速度的时间历程，求出一个描述该信号参数幅值的幅值参数，求出一个描述该信号参数频率的频率参数，根据该幅值参数和该频率参数确定是否存在车辆的摆动，其特征在于，求出一个描述该信号参数相位的相位参数，在存在摆动时，根据该频率参数和该相位参数求出一个时刻，在该时刻进行相位合适的制动器干预或转向干预以稳定公路车辆，该幅值参数、该频率参数和该相位参数是由该信号参数借助振动频率分析求出的。

根据本发明，通过求出一个描述信号参数相位的相位参数，有效地消除或衰减了公路车辆存在的摆动。当存在摆动时，则根据频率参数和相位参数求出一个时刻，在该时刻进行相位合适的制动器干预或转向干预以稳定公路车辆。

有利的是，当频率参数的值处于一个规定数值范围内或者大于一个规定值时和/或当幅值参数的值大于一个规定值时公路车辆存在摆动。频率参数的数值范围和幅值参数的数值都可以在试验场通过行驶试验得出。

有利的是，所述公路车辆是由一个牵引车和一个拖车组成的拖挂车。在这里，可以对牵引车的制动器进行相位合适的制动器干预。拖车的制动器在存在摆动时被均匀制动。因为对于拖车取消了进行相位合适的制动，所以本发明的方法或者本发明的装置也可以用在这样的拖挂车上，即，该拖挂车具有一个拖车，该拖车装备了一个常规的制动系统，就是说一个压缩空气制动系统。

其它优点和优选设计方案可以从从属权利要求、附图以及实施例描述中得知。

附图说明

附图由图1至7组成。在这些图中示出了各信号或参数的时间历程，其中：

图1示出了共五组数据的各时间历程；

图2对五组数据的每一组示出了借助本发明方法产生的干预参数的时间历程；

图3示出了不是为每组数据所求出的频率参数的时间历程的曲线；

图4示出了一个数据组的相位参数；

图5示出了在所述数据组的情况下的外推可能性；

图6不是在不带拖车的行驶状态中采集的旋转速度；

图7表明本发明方法在急速转弯时不产生干预信号。

具体实施方式

借助旋转速度传感器探测振动，也就是探测车辆旋转速度的时间历程。车辆可涉及单车或者一个由一个牵引车和一个拖车组成的拖挂车。

本发明构思的核心在于，分析旋转速度传感器信号的时间历程。为此实时进行振动频率分析。假设摆动通常对应于一种振荡运动，理想情况下可描述为一种正弦振动，则在分析时将频率、幅值和相位作为调节参数。就是说，从描述借助旋转速度传感器获得的旋转速度的时间历程的一个信号参数求出描述信号参数幅值的幅值参数、描述信号参数频率的频率参数和描述信号参数相位的相位参数。

总之可以确定：幅值参数、频率参数和相位参数可以从信号参数借助一种振动频率分析求出。

从这三个上述的参数可以推导出是否应该、何时要、怎样进行一种稳定性干预。

为此首先求出是否存在临界的公路车辆摆动，就是说是否存在对公路车辆来说处于临界的振荡运动或者摇摆运动，这通过分析幅值参数和频率参数完成。

第一步，借助频率参数求出是否摆动运动具有一种处于应该相关频率范围内的振动，对于小轿车来说，该频率范围是0.5至3赫兹。为此检查频率参数值是否处于一个规定的数值范围内。该数值范围的极限最好事先给出。这种做法是基于以下事实，即，对于公路车辆来说临界的摆动或者摇摆运动或振动具有处于一个确定的频率范围内的特征频率。

第二步，分析幅值参数。这里求出车辆存在的摆动究竟是否临界并需要干预来稳定。为此将幅值参数的值与一个规定的值相比较。如果幅值参数值大于规定值，则车辆存在的摆动是临界的，从而要求干预来稳定车辆。该询问的背景是：幅值很小的一个摆动通常对汽车没有危险。只有幅值较大时才对车辆有危险。

如果在前两步中确定了频率参数的值处于规定的频率范围内，幅值参数的值大于规定值，则存在对车辆临界的摆动。就是说，存在要求稳定性干预的汽车行驶状态。

在得知需要稳定性干预后，在第三步求出应如何进行这种干预。由此根据频率参数和相位参数求出一个时刻，在该时刻进行相位合适的稳定性干预以稳定公路车辆。在这种稳定性干预中涉及一种制动器干预和/或一种转向干预。

这种做法基于以下考虑：为了最快地和最大可能地消除摆动，需要有关车辆在观察时刻向哪个方向运动的信息。该信息通过相位参数获得。就是说，相位参数给出了车辆在观察时刻处于摆动或摇摆或振动的什么相位。如果根据该相位参数信息可以确定车辆正在或马上要滑向左侧，则可以适当地干预，例如仅在右侧制动车辆。

通过分析相位参数和频率参数，随之可以通过适当干预来稳定车辆。就是说，为了稳定车辆可以进行一种制动器干预，从而通过这种干预对车辆施加一个力矩，该力矩抵抗摆动或摇摆或振动。

而分析相位参数和频率参数还提供了预见干预的可能性。根据相位参数和频率参数，可以在分析的时刻求出直到摆动或摇摆或振动的下一个最大值出现从而出现旋转速度时经历了多长时间。根据该信息可以在制动器有一定响应时间之后才以正好合适的力矩干预。就是说在应用这种做法时也可以补偿制动器的响应时间。因此例如可以进行稳定性干预使摆动移动90°。

由此，为了能够稳定车辆，调节一个延迟90°的振动使之转向，具体说以最小的驾驶员几乎感觉不到的、但具有衰减作用的幅值。

总之可以确定：借助相位以及圆周频率不仅能够适当地干预，而且也能够外推未来从而预先干预。这种预先干预不仅用于进行制动器干预而且用于进行转向干预。这种干预或者单独实施或者组合实施。

为了使本发明的方法或本发明的装置可以用在车辆中，必须满足下面的功率特征：

算法对各个测量误差是稳定的和鲁棒的(robust)。在非单值性情况下必须采用阻尼并且算法不可激励。

算法必须提供一个连续的测量参数以进行逻辑求值，因而每秒钟可以实现例如30到50次求结果。摆动也必须总是以30到50赫兹重新分析，由此必须排除传统傅立叶变换作为分析方法或者必须明显加速传统傅立叶变换。一种估计是，为了实现这一计算能力，4兆赫兹的微控制器就足够了。

如果公路车辆是一个拖挂车，则对于制动器的稳定性干预可以确定以下内容：相位合适的制动器干预是在牵引车的制动器上进行。拖车的制动器在存在摆动时均匀制动。

也可以考虑以下做法：如果已知存在摆动运动，则最好只制动拖车。这种干预则不再必须相位合适地进行，而是在例如压缩空气制动的拖车情况下均匀致动拖车的制动器即可，也就是说致动所有的制动器，使其基本上达到相同的制动作用。通过这一措施拉伸拖挂车，衰减摆动。在这一概念下，一个采用本发明方法的牵引车与一个传统拖车可以一起操纵。

下面描述各附图。

附图中示出的曲线图如下述产生。在一个车辆五种不同的行驶状态中分别记录旋转速度，就是说在每种行驶状态中都产生一组旋转速度数据。其中两种行驶状态是用一个单车也就是一个不带拖车的车辆，另外三种行驶状态是用一个拖挂车，在本例中是一个带拖车的小轿车。总共五组数据的各时间历程在图1中示出。曲线1a和2a表示单车的行驶状态，曲线1b，2b和3b表示拖挂车的行驶状态。可以看出，在拖挂车的行驶状态下的曲线分别从某一时刻起具有周期性行为，预示着存在摆动或摇摆。

在五种行驶状态下产生的数据组借助本发明的方法进行分析。为此，各数据组读入本发明的装置中并对各数据组的数据应用前述的本发明方法。就是说，从描述公路车辆旋旋转速度度时间历程的信号参数出发求出一个幅值参数、一个频率参数和一个相位参数。然后借助这三个参数用本发明的方法确定是否存在摆动和是否需要稳定性干预。这些分析的结果在图2中示出。

图2对五组数据的每一组示出了借助本发明方法产生的干预参数的时间历程。借助曲线1a和2a可以看出，对于不带拖车的行驶状态不需要稳定性干预。相反，曲线1b，2b和3b示出了在带有拖车的行驶状态下，从某一时刻起需要稳定性干预。这种分析的结果是：不用知道是否有拖车，只有在带有拖车的行驶状态下才采取干预。这是因为只有在带有拖车的行驶状态下产生的数据组从某一时刻显示出周期性行为。

这一点通过图3所示的曲线证明。这些曲线显示了为每组数据所求出的频率参数的时间历程。可以看出，分别为不带拖车的行驶状态求出的频率参数没有超过需要干预的阈值。相反，为各个带有拖车的行驶状态求出的频率参数从某一时刻起超过了阈值，从该时刻起需要干预。这对应于图2所示。

图3中示出了干预参数的计算，只分析了频率参数。就是说，按照图示只根据频率参数求出了稳定性干预的必要性。但建议除了分析频率参数外还要分析幅值参数。通过这种附加分析可以求出摆动究竟是否具有这样的幅值，即从该幅值可以推断出车辆存在危险。换句话说：通过附加分析幅值参数可以避免只分析频率参数可能要求的干预。

这里应注意，图3中用圆周频率代替频率，即用ω＝2πf。

图4示出了数据组1b的相位参数。

通过应用本发明的方法，表示频率参数的各圆周频率和表示相位参数的相位是已知的。借助这些参数可以外推摆动的未来。这种可能性对于数据组1b在图5中示出。

图6示出了在不带拖车的行驶状态中采集的旋转速度。未来测试本发明的方法，选择了一条足够弯曲的路线，其中达到了很高的转弯速度。如前面借助五组数据所述，本发明的方法在这种行驶中不产生干预信号。这通过图7所示证明。

Claims (5)

1.稳定公路车辆的方法，其中求出一个信号参数，该信号参数描述借助一个旋转速度传感器获取的公路车辆旋转速度的时间历程，求出一个描述该信号参数幅值的幅值参数，求出一个描述该信号参数频率的频率参数，根据该幅值参数和该频率参数确定是否存在车辆的摆动，其特征在于，求出一个描述该信号参数相位的相位参数，在存在摆动时，根据该频率参数和该相位参数求出一个时刻，在该时刻进行相位合适的制动器干预或转向干预以稳定公路车辆，该幅值参数、该频率参数和该相位参数是由该信号参数借助振动频率分析求出的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当该频率参数的值处于一个规定的数值范围内或者大于一个规定值和/或该幅值参数的值大于一个规定值时，则该公路车辆存在摆动。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述公路车辆是由一个牵引车和一个拖车组成的拖挂车。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述拖挂车的牵引车的制动器进行相位合适的制动器干预。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当存在摆动时，均匀制动所述拖挂车的拖车的制动器。

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