TW200911572A - Method for estimating the suspension stroke of a vehicle and apparatus implementing the same - Google Patents

Description

200911572 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本說明書係有關於一種用於估計車輛懸吊行程之方法 及實施此方法之設備。 【先前技術】 行程係電子控制懸吊之必要量値。 典型地，行程係藉線性電位計作爲感應器來量測，該 線性電位計具有易損壞且價格昂貴之缺陷，因此，難以應 r 用在工業規模上。 \ 此外，甚至無法由懸吊所生成力量的量測，輕易地推 衍出行程。由一懸吊所生成而爲其壓縮之一函數的力量事 實上可區分爲三個基本分擔成分：耗散型力，起因於減震 器’且與懸吊伸長速度成比例；彈性力，起因於螺旋彈簧， 且與懸吊伸長成比例；及當存有並聯螺旋彈簧設置之氣體 彈簧時的彈簧力，起因於該氣體彈簧及伸長之非線性函數。 這些分擔成分對於可能之懸吊行程估計並無助益。第 一項僅提供關於伸長速度之指示：接著可自速度經積分加 I 上或減去偏置量來獲致位置。 與位置成比例之螺旋彈簧彈性分擔成分可提供關於位 置之直接量測：但由於無法輕易地完成相關力成分之量 測’因此，這種解決方案亦不實用。 【發明內容】 本發明之目的在於克服這種缺點，尋求相較於使用一 電位計者更堅固且較不昂貴之測定方案。 本發明之另一目的係提供一種用於估計懸吊行程之方 法，其極準確，並因而確保相較於總可用行程，僅有可忽 200911572 略之估計誤差。 本發明之又一目的係達成—種用於估計懸吊行程之方 法，其能夠動態地調整成適應車輛工作狀態。 本發明之最重要目的係製作一種能夠實現前述方法之 懸吊行程估計設備。 依據本發明實施之這些及其他目的可藉由實現如申請 專利範圍第1項的用於估計行程之方法以及如申請專利範 圍第11項的設備來達成。 該方法及設備之進一步特徵係附屬申請專利範圍之目 的。 【實施方式】 請參考圖式’其以完全解說範例方式例解車輛懸吊行 程之估計方法係經由其在摩托車前輪懸吊上之應用來實 施。 申請人已確認，藉由利用存在於懸吊減震器內之壓力 與其行程之間的關聯，即可根據適當處理之偵出/獲得壓力 數據來估計該懸吊之壓縮位準。 爲此，可運用壓力感測器’其較目前行程直接量測所 使用之電位計更爲堅固且較不昂貴。申請人因而已確認模 型1 〇，其可聯結懸吊之減震器內壓力與其行程。 爲消除因存在於該減震器中之流體的絕熱模擬而衍生 之系統性誤差，申請人從黑盒子模型開始著手。這種方法 允許藉提前得知輸入（壓力）及輸出（伸長），來獲致該等者之 間的關係，而可忽略支配該等者之物理定律。 如此獲致之模型的有效性將強力地取決於待鑑別系統 所承受之激發型態；因此’申請人認爲必須引進一可重複 200911572 測試，其能夠涵蓋系爭變數佔用之全部數値區間。 由於不可能由一實路運行測試獲致一足夠量之可重複 測試信號，因此需摒棄這種測試。 特別地，可藉由將摩托車之前輪縛至一壁’且施加一 週期力於二個半手把上以充分壓縮其叉件，而以一解說範 例方式執行該可重複測試。 在第1圖中，可顯示出如此獲致之伸長及壓力的推進 趨勢。 由於已找到量測壓力與相對應伸長之間的連結關係， 因此申請人已選擇由已取得之數據開始，以互爲彼此函數 之方式來表示該二量値（如第2圖中所顯示者）。 申請人由這種表示已證明，壓縮與伸長階段之間存有 一遲滞行爲。 申請人因而認爲，最好亦鑑別出可模擬該遲滯分擔成 分之動態濾波器2 0，且如第3圖所示，將二模型1 0、2 0 前後串聯地設置。 關於鑑別可聯結懸吊之減震器內壓力與其行程的模型 1 〇，申請人運用了較佳地爲三階多項式等適當階多項式， 其係數可藉由最小平方法應用至可用實驗數據η來決定。 否則’可由可用實驗數據η開始，由譬如內插法、訓 練類神經網路、或小波等任何其他可鑑別一變異性法則參 數之方法，來建構該關係。 經由三階代數多項式對一懸吊之減震器內壓力與其行 程之關係所作的模擬’可產生第4圖及第5圖中所顯示之 結果。由此可推論出’因出現在實際系統中之遲滯所造成 的估計誤差。 200911572 這種估計誤差將因可模擬遲滯行爲之動態方塊20而 減小。 爲此，申請人已鑑別出適當之臨時數位系統，譬如一 階非時變線性系統，其特徵係依據以下轉移函數之單一增 益、極點及零點： 相關之參數係經由譬如最小平方法等鑑別方法鑑別。 1 將該等引進之方塊串聯’容許獲致最佳化結果、確保估計 誤差之一淨減小，如第6圖中所圖示者。 減震器室壓力與環境溫度之間的關聯，將引入可爲工 作狀態之一函數的估計可能變異性；這種變異性將藉可爲 車輛速度及煞車狀態之一函數的估計動態再校準而消除。 因此，除壓力感測器外’亦需要用於縱向車輛動態之 感測器。由縱向車輛動態，可預期車輛之速度及煞車狀態。 再校準3 0係自平面中至少某一點之定義（x_fc,P)l開始·· 特別地，座標可由在相同中立位置狀態下對壓力與 伸長執行之一平均運算獲得。藉由中立位置，無論正或負 (煞車）、及低或零速度’皆可預期達成幾近全無加速度。 對於二量値，元係任意固定値3 1，而另一個歹係由可 用壓力P之量測3 3出發’而在控制單元中即時計算3 2出。 在獲取得這種點後’接著可能藉由以下說明之程序來 校正特徵曲線之重疊’其中該程序係於預建立區間處反覆 執行，以確保估計過程連續再校準。 由任意之固定行程値I"#開始’可獲致對應額定壓力 200911572 値3 5么⑽’將一懸吊減震器內壓力與行程間關係之模擬步 驟中所鑑別出的特徵倒置：

Xstroke ~ a2 ' P mm ^ GZ ' Pnom + ' P Mm "Γ 其後’在控制單元中執行，對應於參考伸長値*立 位s之平均壓力値@的計算3 2。 如此可對選定點獲致36—偏置量一二曲線之間的距離： offset = P- Pnom 接著，自瞬時壓力値P減去該計算偏置量，以由下列關係回 復至額定狀態：

=a2'(p- offseif +α2·{ρ~ offset)1 +ar(p- offset) + aQ 實際上’曲線係沿壓力軸移動相等於該計算偏置量之 一數値。 如此，可繼續執行正確的行程估計。 較佳地，爲了獲致最佳結果，且避免誤差估計突然躍 升’可經由譬如低通濾波等臨時數位濾波，使該偏置値與 先前數値相關聯。 該估計演算法已在控制單元中進行且在測試運行中測 試，證實其亦可在真實狀態中有效作用。 第8圖係顯示，藉使用稱作爲額定狀態之確定特徵所 執行的估計，及結果產生之系統性誤差。 該系統性誤差大體上起因於接近熱體之叉套所造成的 加熱。 如第9圖中所示’再校準系統能夠動態地補償這種變 化’以確保最終產生之誤差顯著減小。同樣地第9圖亦圖 200911572 不再校準程序之動態本質，其呈現估計偏置量之隨時間推 進趨勢。可藉在每一預建立區間進行之修飾，來確保實際 與額疋特徵在每一區間中，皆可正確重疊。 由該顯現之結果’可確認估計之準確性、即其能夠提 供關於總可用行程之可忽略估計誤差。 類似地’該估計方法亦可應用於估計任何其他型式懸 吊之行程。 由以上說明’裝置之特徵、本發明之目的，亦可如相 關優點一般地清楚顯現。 依據本發明之懸吊行程估計方法大致包括第一步驟， 其根據實驗數據爲基礎’決定可聯結該懸吊行程與其減震 器內壓力的適當變異性法則1 0 ;第二步驟，根據該鑑別出 之變異性法則爲基礎’估計關於量測壓力値之行程値；及 縱向車輛.動態反覆讀取步驟，藉此可在決定該行程估計變 異性法則之再校準3 0時’將車輛操作狀態納入考慮。 較佳地，依據本發明之懸吊行程估計方法，其亦包括 修正步驟，其經由動態濾波器20來修正該第二步驟之估計 誤差。 爲了實現依據本發明之懸吊行程估計方法，一設備因 而足以勝任’該設備包括複數個處理裝置，譬如車輛之控 制單兀本身，其可連接至一壓力感測器，安裝於減震器上， 及至一縱向車輛動態感測器’以判定車輛是否處於加速、 抑或煞車階段。 構成縱向車輛動態感測器之可能解決方案爲，譬如使 用大體上已存於摩托車上、用於讀取速度之車輪編碼器。 其他解決方案皆同樣有效。 -10- 200911572 僅作爲範例用之第7圖方塊圖係討論一車輛速度、及 因此加速度用編碼器，以及一煞車狀態用煞車臨界値感測 器的使用。 此外’如以上已提及者，可經由譬如車輛控制單元等 已普遍存於車輛上之電子裝備，來實現依據本發明之方法。 最後’對於依此設想到之方法，其中發明的所有部份， 顯然皆可容許眾多修飾及變更；此外，所有細部設計皆可 由技術上等效之元件取代。 【圖式簡單說明】 ' 由以上參考隨附槪略圖式所作之範例用及非限制用說 明’可使依據本發明實施之懸吊行程估計方法及其相關設 備的特徵及優點更爲明顯，其中： -第1圖係以圖表顯示關於行程、及跟隨應力發生之減 震器內壓力的時變實驗數據； •第2圖係聯結行程變化與壓力變化之圖表： -第3圖係模擬行程與壓力之間關係的方塊圖： -第4圖係以圖表圖示出，關於實驗數據決定之變異性 ( 法則； -第5圖係圖解顯示在無動態方塊之情況下，實際與估 計行程之比較； -第6圖係圖解顯示在存有動態方塊之情況下，實際與 估計行程之比較； -第7圖係額定狀態校準之方塊圖； -第8圖係圖解顯示在無再校準步驟之情況下，實際與 估計行程之比較； -第9圖係圖解顯示在存有再校準步驟之情況下，實際 -11 - 200911572 與估計行程之比較。 【主要元件符號說明】 10 變 異 性 法 則 20 動 態 方 塊 30 再 校 準 3 1 ίΒβ 培 擇 伸 長 値 X 32 決 定 平 均 壓 力 値 P 33 量 測 壓 力 Ρ 34 量 測 縱 向 動 態 a 及K 35 決 定 相 關 於 定 伸長値之額定壓力値ρ”1™ 36 決 定 平 均 壓 力 値 ί與額定壓力値之間的偏置量 -12-

Claims (1)

1. 200911572 十、申請專利範圍： 1.一種用於估計車輛懸吊行程之方法，其步驟包括： a) 根據實驗數據，決定可聯結該懸吊行程與其減震器 內壓力的變異性法則（1 〇); b) 根據步驟a)中鑑別出之該變異性法則（丨〇)，估計關於 量測壓力値之該懸吊行程値； c) 偵測/獲取縱向車輛動態； d) 根據在步驟c)中偵出/獲得之縱向車輛動態，再校 準（3 0)步驟a)中鑑別出之該變異性法則（1〇)。 2 .如申請專利範圍第1項的用於估計懸吊行程之方法，其 又包括經由動態濾波器（20)來修正步驟b)中可能估計誤 差的步驟。 3 _如申請專利範圍第1項或第2項的用於估計懸吊行程之 方法，其中決定該變異性法則之該步驟a)包括，藉由將 可應用至可用實驗數據之鑑別方法來決定多項式之係數 者。 4.如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的用於估計懸 吊行程之方法’其中偵測/獲取縱向車輛動態之該步驟c) 包括，判定車輛係處於加速抑或煞車階段。 5 ·如申請專利範圍第1項至第4項中任一項的用於估計懸 吊行程之方法’其中再校準變異性法則之該步驟d)包括： -根據相關於中立位置狀態之懸吊行程値(3 1 )，決 定（3 5)額定壓力値^»| ; -根據量測壓力値p(3 3)、及在步驟c)中偵出/獲得之縱 向車輛動態（34)決定平均壓力値>|( 32); -計算（3 6)作爲該平均壓力ί與該額定壓力之差値的 200911572 偏置値； -將在該步驟a)中決定之該變異性法則沿壓力軸移動相 等於該計算偏置量之一値。 6 ·如申請專利範圍第5項的用於估計懸吊行程之方法，其 中該偏置値係藉臨時數位濾波而與先前偏置値相關聯。 7.如申請專利範圍第2項至第6項中任一項的用於估計懸 吊行程之方法，其中該修正步驟b)中可能估計誤差之步 驟包括’藉由可模擬遲滯行爲之方塊（2〇)來過濾該步驟 b)之估計結果。 8 ·如申請專利範圍第2項至第7項中任一項的用於估計懸 吊行程之方法，其中該動態濾波器（2 0)係臨時數位系統。 9.如申請專利範圍第2項至第8項中任一項的用於估計懸 吊行程之方法，其中該動態濾波器（20)之參數係藉由鑑別 方法決定者。 1 0. —種用於實現如前述任一項申請專利範圍之車輛懸吊 行程估計方法的設備，其包括複數個處理裝置，且其特 徵在於’該等處理裝置係連接至壓力感測器、及至縱向 動態感測器者。 11.如申請專利範圍第ίο項之設備，其中該等處理裝置係 該車輛之控制單元。 -14-